Evaluación de la esquisto grafítico como material cementante suplementario en hormigón: actividad antifúngica, resistencia, hidratación, microestructura y protección frente a radiación

Hormigón más limpio para un mundo en calentamiento

El hormigón está por todas partes en nuestro entorno construido, pero la fabricación de su ingrediente clave, el cemento Portland, libera grandes cantidades de dióxido de carbono. Este estudio explora si una roca que se encuentra en la naturaleza, llamada esquisto grafítico, puede sustituir parcialmente al cemento en el hormigón. Si funciona, podríamos reducir las emisiones derivadas de la construcción, obtener resistencia frente a hongos perjudiciales e incluso ajustar cómo el hormigón atenúa la radiación en hospitales e instalaciones nucleares.

Convertir una roca común en un ingrediente útil

El esquisto grafítico es una roca metamórfica laminada que se encuentra en el Desierto Oriental de Egipto. Los investigadores trituraron y molieron esta roca hasta obtener un polvo fino e lo incorporaron al hormigón, sustituyendo ya sea el 10 o el 15 por ciento del cemento en peso. Luego compararon estas mezclas con hormigón ordinario, evaluando no solo la resistencia y la durabilidad sino también el comportamiento del hormigón ante calor, ataque fúngico y exposición a distintos tipos de radiación. Debido a que los minerales principales del esquisto tienen baja densidad y formas lisas, aplanadas, el equipo esperaba que actuara más como un aditivo que rellena espacios que como un sustituto cementante altamente reactivo.

Qué ocurre dentro del hormigón

A escala microscópica, las partículas del esquisto grafítico eran más pequeñas y tenían aproximadamente el doble de área superficial que los granos de cemento. Esto les permitió deslizarse en los huecos entre las partículas de cemento, ayudando a compactar la mezcla. Sin embargo, las pruebas químicas mostraron que el esquisto en sí no participó de manera significativa en las reacciones de fraguado del cemento. En cambio, se comportó principalmente como un relleno inerte. En las mezclas con un 10 por ciento de sustitución, este efecto de empaquetamiento mejoró modestamente la estructura interna alrededor de los granos de arena y piedra, especialmente en la delgada zona fronteriza donde suelen iniciarse las grietas. Con un 15 por ciento de sustitución, los beneficios se vieron superados por problemas: más granos de cemento sin reaccionar, poros adicionales y microgrietas que debilitan el material.

Equilibrando resistencia, hongos e incendio

El hormigón que contenía un 10 por ciento de esquisto grafítico perdió algo de resistencia temprana en comparación con el hormigón ordinario, pero la diferencia se redujo a lo largo de seis meses a medida que el cemento restante continuó hidratándose. En contraste, la mezcla al 15 por ciento mostró una caída de resistencia más clara. A pesar de ello, el polvo de roca aportó ventajas notables. Se mantuvo estable cuando se calentó hasta 800 grados Celsius, lo que sugiere que el hormigón con este aditivo podría comportarse mejor en incendios severos. En pruebas separadas en placas de Petri, el esquisto grafítico inhibió de forma marcada el crecimiento de varios hongos problemáticos, a menudo con mayor eficacia que el cemento por sí solo. Este comportamiento antifúngico parece derivarse de su alta área superficial y contenido mineral, que conjuntamente estresan y dañan las células fúngicas.

Modelar cómo el hormigón bloquea la radiación

Dado que el hormigón se utiliza frecuentemente para proteger a personas y equipos de la radiación, el equipo también probó cómo las nuevas mezclas manejaban neutrones rápidos y rayos gamma. La adición de esquisto grafítico mejoró ligeramente el bloqueo de neutrones rápidos, gracias a elementos ligeros como hidrógeno y carbono en sus minerales que son eficaces para frenar estas partículas. Pero la misma adición redujo la densidad del hormigón e incrementó su porosidad, lo que perjudicó su capacidad para detener rayos gamma altamente penetrantes. La mezcla al 10 por ciento ofreció solo una pequeña ganancia en blindaje de neutrones al tiempo que sufrió una pérdida notable en protección frente a rayos gamma, y la mezcla al 15 por ciento empeoró aún más en este aspecto.

Dónde podría encajar este nuevo hormigón

En conjunto, el estudio sugiere que el esquisto grafítico puede funcionar como un aditivo mineral multifuncional cuando se usa en torno al 10 por ciento de sustitución del cemento. En ese rango ayuda a reducir el uso de cemento y las emisiones asociadas, aporta características prometedoras antifúngicas y de resistencia al fuego, y proporciona un ligero impulso al blindaje contra neutrones, aunque a costa de una protección reducida frente a rayos gamma y una resistencia algo menor. Dicho hormigón puede ser más adecuado para elementos estructurales no críticos o aplicaciones especializadas donde la resistencia a hongos y la estabilidad frente al fuego importen más que la máxima resistencia o el blindaje radiológico de primer nivel. Con un mayor ajuste de la mezcla y del contenido de agua, el esquisto grafítico podría convertirse en una herramienta útil para fabricar hormigón más inteligente y sostenible.

Cita: Serry, M., Zayed, A.M., Tagyan, A.I. et al. Assessing graphite schist as a supplementary cementitious material in concrete for antifungal activity, strength, hydration, microstructure, and radiation shielding. Sci Rep 16, 12019 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-40900-0

Palabras clave: hormigón bajo en carbono, reposición de cemento, materiales antifúngicos, protección contra radiación, esquisto grafítico