Diseño y caracterización de morteros sostenibles que incorporan materiales derivados de residuos industriales

Construir con residuos en lugar de roca nueva

El hormigón y el mortero modelan silenciosamente nuestras ciudades, pero la fabricación del cemento que los mantiene unidos es una fuente importante de dióxido de carbono que calienta el clima. Este estudio explora una vía diferente: morteros hechos en gran parte a partir de residuos industriales, como la ceniza volante de centrales eléctricas y la escoria de la producción de acero. Activando cuidadosamente estos polvos con soluciones alcalinas, los autores demuestran que es posible crear materiales constructivos resistentes y duraderos al tiempo que se reduce la huella climática y la necesidad de nuevas materias primas.

Por qué replantear el cemento importa

El cemento Portland tradicional se produce en hornos gigantes que calientan piedra caliza y arcilla a alrededor de 1450 °C, un proceso que consume mucha energía y libera CO₂ tanto por los combustibles como por la propia descarbonatación de la piedra caliza. A medida que la demanda mundial de edificios e infraestructuras crece, el cemento por sí solo representa aproximadamente el 7% de las emisiones globales de CO₂. Por ello, muchos países buscan materiales de construcción más limpios que sigan ofreciendo la resistencia y durabilidad que exigen los ingenieros, pero con menores emisiones y mejor aprovechamiento de subproductos industriales que de otro modo acabarían en vertederos.

Convertir ceniza y escoria en nuevo mortero

Los investigadores diseñaron tres recetas de mortero que sustituyen el cemento Portland por mezclas de ceniza volante (un polvo fino procedente de la combustión del carbón), escoria de alto horno molida de la fabricación del acero y humo de sílice, todo combinado con arena. Estos polvos se «activaron» no mediante cocción a alta temperatura, sino mezclándolos con una solución de hidróxido de potasio y silicato sódico líquido, y curando los morteros a temperatura ambiente y humedad moderada. Una mezcla empleó ceniza volante de una central rumana, otra usó ceniza volante de Canadá y una tercera combinó la ceniza canadiense con escoria. Para comparar, el equipo también preparó un mortero estándar a base de cemento como control.

¿Qué resistencia tienen estos morteros a base de residuos?

Durante 28 días, se evaluó la resistencia a la compresión (cuánta carga pueden soportar antes de aplastarse) y la resistencia a la flexión (resistencia a la flexión). El tipo de ceniza volante y las proporciones exactas del activador líquido resultaron ser determinantes. El mortero elaborado con ceniza rumana alcanzó solo alrededor de 8 MPa en compresión, mientras que la ceniza canadiense casi triplicó ese rendimiento hasta unos 26 MPa. Ajustar la relación líquido-polvo mostró que un exceso de activador deja el material poroso y débil, mientras que una cantidad equilibrada crea una matriz más densa y resistente. Aumentar la concentración de la solución de hidróxido de potasio de 3,8 a 5,1 molar incrementó aún más la resistencia, probablemente porque disolvió y reorganizó las partículas de ceniza de forma más eficaz.

Mejorar el rendimiento con escoria siderúrgica

El resultado más destacado provino de la mezcla que combinó ceniza volante canadiense con escoria de alto horno y una pequeña cantidad de humo de sílice. Esta receta alcanzó una resistencia a la compresión de aproximadamente 44 MPa y una resistencia a la flexión de 7,4 MPa tras 28 días—valores comparables o superiores al mortero de control a base de cemento Portland. Las imágenes microscópicas mostraron que la mezcla de mejor rendimiento formó una red densa y continua de gel que rodeaba las partículas residuales y la arena, con menos grietas y vacíos. Las pruebas térmicas indicaron que estos morteros pierden muy poca masa al calentarse a altas temperaturas, lo que sugiere buena estabilidad frente al fuego o la exposición térmica.

Impacto climático y promesa práctica

Más allá del comportamiento mecánico, el equipo estimó la huella de carbono de sus morteros a base de residuos. Dado que la ceniza volante, la escoria y el humo de sílice son subproductos de otras industrias, no requieren un procesado a alta temperatura adicional para ser utilizados en mortero. Cuando se incluye la producción de los activadores pero se excluye el transporte, los morteros resultantes emiten alrededor de 220 kilogramos de CO₂ por metro cúbico. Eso supone aproximadamente un 30% menos que los hormigones típicos fabricados únicamente con cemento Portland y alrededor de un 45% menos que algunos morteros cemento-escoria reportados en la literatura. En otras palabras, estas mezclas pueden ofrecer alta resistencia mientras reducen de forma significativa las emisiones.

Qué significa esto para los edificios del futuro

En términos simples, el estudio muestra que los morteros diseñados adecuadamente a partir de polvos residuales industriales, activados a temperatura ambiente con soluciones alcalinas moderadas, pueden igualar o superar a los morteros convencionales de cemento en resistencia, al tiempo que reducen sustancialmente las emisiones de CO₂. Si se escala su producción, dichos materiales podrían permitir a los constructores convertir ceniza y escoria en ingredientes valiosos en lugar de residuos costosos, aliviando la presión sobre canteras y hornos por igual. Aunque la durabilidad a largo plazo y la producción a gran escala aún deben probarse, el trabajo apunta hacia un futuro en el que los edificios se asienten literalmente sobre cimientos reciclados.

Cita: Caftanachi, M., Vrabie, M., Harja, M. et al. Design and characterization of sustainable mortars incorporating industrial waste–derived materials. Sci Rep 16, 12145 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-41743-5

Palabras clave: mortero sostenible, materiales activados alcalinamente, ceniza volante, escoria de alto horno, construcción de bajo carbono