Estudio sobre la durabilidad frente a ciclos de congelación‑descongelación del hormigón reciclado con cerámica en regiones occidentales de gran altitud

Convertir los residuos de baldosas en carreteras más resistentes

En todo el mundo, montones de baldosas cerámicas rotas procedentes de obras y reformas acaban en vertederos. Al mismo tiempo, carreteras, puentes y edificios en zonas frías y de gran altitud sufren los efectos de ciclos repetidos de congelación y descongelación, que poco a poco descomponen el hormigón convencional. Este estudio explora una solución doble: triturar las baldosas cerámicas de desecho y mezclarlas en el hormigón para reciclar un flujo de residuos difícil de gestionar y, al mismo tiempo, construir estructuras que resistan mejor los climas invernales severos.

Por qué la congelación y descongelación dañan el hormigón

El hormigón parece sólido, pero en su interior está surcado por minúsculos poros y fisuras capilares. Cuando el agua penetra y luego se congela, se expande como el hielo en una tubería obstruida. Con cada ciclo de congelación‑descongelación, esta expansión y contracción abre microgrietas, afloja la pasta cementosa y desprende granos de la superficie. Con los años, este envejecimiento interno puede convertir un bloque resistente en un material friable y permeable. En regiones de gran altitud, donde las temperaturas fluctúan alrededor del punto de congelación durante largos periodos, entender y frenar este daño es esencial para una infraestructura segura y duradera.

De baldosas rotas a nuevo hormigón

Los investigadores evaluaron si las baldosas cerámicas trituradas podían reemplazar parte de las partículas de tamaño arenoso que se usan habitualmente en el hormigón. Fabricaron seis series de bloques de hormigón, incrementando gradualmente la proporción de partículas cerámicas desde el 0 % (hormigón reciclado ordinario) hasta el 100 %, en el que todo el agregado fino procedía de baldosas de desecho. Estos bloques se empaparon completamente en agua y luego se sometieron a repetidas congelaciones hasta aproximadamente −18 °C y descongelaciones por encima del punto de congelación, con ciclos de cuatro horas cada uno. Cada 30 ciclos, el equipo pesó los bloques para ver cuánto material se había desprendido y midió la transmisión de ondas sonoras a través de ellos, un indicador sensible de la rigidez interna y la presencia de fisuras.

Encontrando el punto óptimo en el 20 por ciento

Surgió un patrón claro. Todos los bloques perdieron rigidez a medida que se acumulaban los ciclos, lo que indica que el daño interno aumentaba, pero la tasa de deterioro dependió en gran medida de la cantidad de cerámica. El hormigón con un 20 % de partículas cerámicas resultó ser el más resistente: soportó aproximadamente 398 ciclos de congelación‑descongelación antes de que su desempeño cayera por debajo de los estándares aceptados. Imágenes microscópicas mostraron que el daño inicial se concentraba mayormente en una delgada zona superficial, mientras que el interior permanecía denso y bien adherido. Los granos cerámicos, que absorben menos agua y tienen menos poros abiertos que la arena reciclada típica, ayudaron a reducir la entrada de agua en el hormigón y la expansión asociada a la congelación.

Sin embargo, por encima de ese reemplazo del 20 %, la durabilidad empeoró de forma brusca. Con contenidos altos de cerámica, las superficies vidriadas de las baldosas se adhirieron mal al cemento circundante, dejando más huecos e interfaces débiles. Estos vacíos actuaban como pequeños reservorios donde el agua podía congelarse, expandirse y conectarse en redes de grietas. En contenidos del 80 % y especialmente del 100 % de cerámica, los bloques sufrieron un rápido desprendimiento superficial y fisuras profundas, y no pudieron sobrevivir la ventana de prueba de 300 ciclos sin daños graves. Mediciones cuidadosas de la delgada zona límite alrededor de cada grano mostraron que ésta se volvía más gruesa y porosa conforme aumentaba el contenido de cerámica, socavando la resistencia global del hormigón.

Predecir cuánto tiempo durará el hormigón

Saber que el 20 % de cerámica funciona mejor es solo parte de la historia; los ingenieros también necesitan estimar cuánto tiempo ese hormigón rendirá de forma segura en el mundo real. Para abordar esto, los autores trataron la pérdida gradual de rigidez y masa como una especie de proceso aleatorio lento. Usando una herramienta matemática originalmente desarrollada para seguir partículas errantes, construyeron una curva de fiabilidad que muestra cómo la probabilidad de que el hormigón siga cumpliendo los requisitos de rendimiento disminuye conforme aumenta el número de ciclos de congelación‑descongelación. Para la mezcla de mejor comportamiento, el análisis sugiere que puede tolerar unas 383 ciclos antes de que su fiabilidad caiga por debajo de un umbral de seguridad conservador, y alrededor de 398 ciclos antes de que esté efectivamente agotado.

Qué significa esto para la construcción en regiones frías

En términos prácticos, el estudio muestra que una dosis moderada de baldosas cerámicas trituradas—alrededor de una quinta parte del agregado fino en la mezcla—puede convertir un residuo en un ingrediente valioso para hormigones duraderos en zonas frías y de gran altitud. A ese nivel, las baldosas ayudan a limitar la absorción de agua y el daño interno por hielo; por encima, introducen demasiados puntos débiles y aceleran la falla. Al combinar ensayos de laboratorio con modelos de predicción de vida útil, el trabajo ofrece tanto una receta como una herramienta de previsión para diseñadores que desean construir carreteras y estructuras más duraderas reduciendo los residuos de construcción. Investigaciones futuras examinarán cómo este hormigón optimizado resiste otras amenazas de largo plazo, como sales penetrantes y dióxido de carbono, aclarando aún más su papel en la infraestructura sostenible.

Cita: Kuan, P., Heyuqiu, L. & Yaping, L. Study on freeze–thaw cyclic durability of reclaimed ceramic concrete in western high altitude region. Sci Rep 16, 12952 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-42770-y

Palabras clave: hormigón reciclado, residuos de baldosas cerámicas, durabilidad frente a congelación‑descongelación, infraestructura en regiones frías, vida útil del material