Análisis de resistencia y coste del hormigón geopolimérico con ceniza de cascarilla de arroz y GGBS como alternativas sostenibles al cemento

Convertir residuos en edificios más resistentes

El hormigón es la columna vertebral de las ciudades modernas, pero fabricar su ingrediente principal —el cemento Portland ordinario— libera grandes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Este estudio explora una forma más limpia de construir: sustituir gran parte de ese cemento por residuos industriales y agrícolas, concretamente escoria de alto horno molida (GGBS), un subproducto de la producción de acero, y ceniza de cascarilla de arroz (RHA), residual tras la combustión de las cáscaras de arroz para obtener energía. Los investigadores plantean una pregunta simple pero crucial: ¿pueden estos residuos producir un hormigón que sea resistente, duradero, económico y más amable con el planeta?

Por qué importan las cáscaras de arroz y la escoria de acero

El arroz se cultiva en grandes cantidades en todo el mundo, especialmente en países como India, dejando montañas de cáscaras que a menudo se queman, generando ceniza que en su mayoría termina en vertederos. Al mismo tiempo, la producción de acero genera un polvo fino de escoria que puede reaccionar en el hormigón. Tanto la RHA como la GGBS son ricas en los mismos ingredientes básicos que ayudan a unir el hormigón, lo que las convierte en candidatas prometedoras para reemplazar el cemento. Utilizar estos materiales no solo recicla residuos, sino que también reduce la demanda de cemento nuevo, lo que podría reducir drásticamente las emisiones de carbono y aliviar la presión sobre los vertederos.

Diseñando un nuevo tipo de hormigón verde

El equipo produjo un tipo de aglomerante conocido como hormigón geopolimérico, que emplea disoluciones alcalinas en lugar de cemento para activar polvos como la GGBS y la RHA. Diseñaron mezclas para tres clases de resistencia comunes, denominadas M40, M50 y M60, aproximadamente equivalentes a hormigón estructural de resistencia normal a alta. Para cada grado, sustituyeron GGBS por ceniza de cascarilla de arroz en cuatro niveles: 0 %, 10 %, 20 % y 30 %. A continuación variaron la concentración de la solución de hidróxido de sodio que activa los polvos y curaron los cubos de ensayo a temperatura ambiente. Midiendo cuidadosamente la dureza de los cubos a los 1, 3, 7 y 28 días, pudieron identificar qué combinaciones ofrecían el mejor rendimiento.

Encontrando el punto óptimo de resistencia

Los resultados mostraron un patrón claro. El hormigón elaborado solo con GGBS ya ganaba resistencia rápidamente con el tiempo, pero añadir un modesto 10 % de RHA lo mejoró aún más. En los tres grados, las mezclas con 90 % GGBS y 10 % RHA alcanzaron las mayores resistencias a compresión a los 28 días, superando ligeramente a las mezclas sin ceniza de cascarilla de arroz. La fina ceniza rica en sílice ayuda a rellenar huecos diminutos y reacciona con la escoria para formar geles adhesivos adicionales, conduciendo a un material más denso y resistente. Sin embargo, cuando el contenido de RHA subió al 20 % y 30 %, la resistencia cayó bruscamente —hasta un 30–60 % en comparación con la mezcla al 10 %— porque se eliminó demasiado GGBS, que aporta el calcio clave para la resistencia temprana.

Resistiendo condiciones adversas

La resistencia por sí sola no es suficiente; el hormigón también debe sobrevivir en entornos agresivos. Para evaluar la durabilidad, los investigadores sumergieron los cubos en una solución de ácido sulfúrico concentrado durante hasta 60 días y registraron tanto la pérdida de resistencia como la pérdida de masa. Todas las mezclas perdieron algo de resistencia con el tiempo en ácido, pero aquellas con 10 % de RHA rindieron de forma constante mejor, con solo aproximadamente un 2 % de pérdida de resistencia y alrededor de un 1,9 % de pérdida de masa tras 60 días. Las mezclas con 20 % y 30 % de RHA sufrieron daños mucho mayores, confirmando que un exceso de ceniza hace el material más vulnerable al ataque químico. El estudio también examinó cómo la concentración del activador alcalino afectaba al rendimiento y encontró que soluciones de mayor molaridad generalmente conducían a mayores resistencias, especialmente en las mezclas de mayor grado.

Construir de forma más ecológica y más barata

Junto al rendimiento, el equipo comparó los costes de materiales del hormigón geopolimérico y del hormigón convencional con cemento para los mismos grados de resistencia. Aunque las mezclas geopoliméricas requieren soluciones alcalinas y algo más de árido, utilizan mucho menos cemento, que es el componente más caro y con mayor intensidad de carbono. Optimizadas con un 10 % de sustitución por RHA, las mezclas de hormigón verde redujeron los costes de producción en aproximadamente un 13 %, 16 % y 30 % para los grados M40, M50 y M60, respectivamente, en comparación con el hormigón con cemento ordinario. En otras palabras, la opción más ecológica también resulta más económica, especialmente en aplicaciones de mayor resistencia.

Qué significa esto para la construcción diaria

Para un público no especializado, el mensaje es claro: al mezclar cuidadosamente la escoria de la industria siderúrgica y los residuos de la agricultura arrocera en hormigón geopolimérico, los ingenieros pueden fabricar materiales estructurales que son resistentes, razonablemente resistentes al ataque ácido y significativamente más económicos que el hormigón convencional con cemento. El estudio identifica un “punto óptimo” práctico alrededor del 10 % de sustitución por ceniza de cascarilla de arroz, donde se maximiza el rendimiento y la durabilidad mientras se minimizan los costes e impactos ambientales. Si se adoptara a gran escala, este enfoque podría convertir dos grandes corrientes de residuos en recursos de construcción valiosos, ayudando a que las ciudades crezcan reduciendo tanto la contaminación como los gastos de construcción.

Cita: Reddy, N.G., Karikatti, V.B., Pratap, B. et al. Strength and cost analysis of geopolymer concrete using rice husk ash and GGBS as sustainable cement alternatives. Sci Rep 16, 12922 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-43705-3

Palabras clave: hormigón geopolimérico, ceniza de cascarilla de arroz, GGBS, construcción sostenible, alternativas al cemento