Comparación de los efectos de diferentes agentes expansores en morteros de reparación rápida activados alcalinamente: trabajabilidad, propiedades mecánicas, retracción por secado

Por qué la reparación de carreteras agrietadas está mejorando

Desde autopistas hasta puentes, muchas estructuras de hormigón envejecen y se agrietan más rápido de lo que podemos repararlas. Las mezclas de reparación tradicionales pueden endurecerse lentamente y ser propensas a nuevas grietas, especialmente al secarse. Este estudio explora una clase más reciente de morteros de reparación “verdes” fabricados a partir de subproductos industriales y plantea una cuestión práctica: ¿qué aditivo evita mejor que las reparaciones se encojan y agrieten, a la vez que permite un fraguado lo suficientemente rápido para reabrir las vías pronto?

Mezclas de reparación más ecológicas a partir de residuos industriales

Los morteros de reparación de este trabajo están formulados con escoria molida, ceniza volante y metacaolín—polvos residuales de la fabricación de acero, centrales térmicas de carbón y el procesado de arcillas. Cuando estos polvos se activan con un líquido alcalino, forman un aglutinante duro, similar a la piedra, sin usar gran cantidad de cemento tradicional. Esto reduce el impacto climático y puede proporcionar una ganancia de resistencia muy rápida, ideal para reparaciones nocturnas o en el mismo día. Sin embargo, estas mezclas activadas alcalinamente tienden a encoger bastante al secarse, lo que puede abrir fisuras finas y debilitar la unión con el hormigón existente.

Tres maneras de combatir la retracción

Para controlar esta retracción, los investigadores compararon tres agentes expansores mezclados en el mortero: uno basado principalmente en óxido de magnesio (MEA), otro en óxido de calcio (CSEA) y uno derivado de sulfoaluminato de calcio (SEA). Cada uno se añadió en varias dosificaciones y se probó la fluidez del mortero fresco, el tiempo de fraguado, la resistencia a compresión y la adherencia al hormigón antiguo, y la retracción a lo largo de dos meses. También emplearon métodos de rayos X, análisis térmico y microscopía electrónica para observar qué cristales y geles se formaban en el interior y cómo evolucionaba la estructura microscópica.

Qué funcionó bien y qué no

Los tres aditivos aceleraron el fraguado, lo cual ayuda en reparaciones rápidas pero debe mantenerse dentro de límites de trabajabilidad. El MEA tuvo el efecto más ligero en general: en la mezcla muy alcalina utilizada aquí, el magnesio no reaccionó con intensidad, produjo pocos de los productos expansivos necesarios para compensar la retracción y apenas modificó la resistencia y la retracción. El CSEA se comportó de forma muy diferente. A dosis más altas acortó drásticamente el tiempo de fraguado, aumentó la resistencia muy temprana y, crucialmente, redujo la retracción por secado a largo plazo casi a la mitad. También mejoró la adherencia del nuevo mortero al hormigón viejo al crear zonas de unión más densas. La desventaja fue que la rápida liberación de calor y el crecimiento cristalino introdujeron microfisuras internas con el tiempo, por lo que la resistencia a compresión a 28 días disminuyó algo en comparación con las mezclas sin el aditivo.

Ayuda temprana que se atenúa con el tiempo

El aditivo SEA prometía al principio: formó cristales expansivos en forma de agujas que rellenaban huecos, contrarrestaron la retracción temprana y elevaron tanto la resistencia inicial como la adherencia temprana al hormigón antiguo. Pero en las condiciones fuertemente alcalinas de estos morteros, esas agujas se transformaron gradualmente en cristales más planos y en geles distintos. A medida que la estructura interna se reorganizó y se liberó agua, el material se contrajo más que la mezcla de control en edades posteriores. Esta retracción adicional condujo a microfisuras y a una clara pérdida tanto de resistencia a largo plazo como de desempeño de unión, lo que hace que el SEA sea menos adecuado para reparaciones duraderas en este tipo de sistema.

Qué significa esto para las reparaciones de hormigón futuras

Para los ingenieros que buscan reparaciones de hormigón rápidas, duraderas y con menor huella de carbono, el estudio muestra que no todos los agentes expansores son iguales cuando se usan con morteros activados alcalinamente. Los aditivos a base de magnesio hicieron poco en estas mezclas altamente alcalinas, y los basados en sulfoaluminato ayudaron solo de forma breve antes de provocar mayor retracción y agrietamiento. El CSEA a base de calcio ofreció el mejor equilibrio: permitió una ganancia de resistencia muy rápida, una unión más fuerte con el hormigón antiguo y una retracción a largo plazo mucho menor, aunque la resistencia final disminuyó ligeramente. En términos simples, un agente expansor a base de calcio ajustado cuidadosamente parece la vía más prometedora para materiales de reparación de hormigón más sostenibles, de fraguado rápido y resistentes a las grietas.

Cita: Luo, X., Xi, M., Huang, L. et al. Comparison of the effects of different expansion agents on alkali-activated rapid repair mortars: workability, mechanical properties, drying shrinkage. Sci Rep 16, 13791 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43508-6

Palabras clave: reparación de hormigón, mortero activado alcalinamente, control de la retracción, agentes expansores, durabilidad de infraestructuras