Evaluación del rendimiento de superplastificantes en mortero geopolimérico de una sola parte

Edificios más limpios para un planeta que se calienta

El hormigón es la columna vertebral de las ciudades modernas, pero el cemento que lo une tiene un elevado coste climático. Este estudio explora un nuevo tipo de polvo de «solo añadir agua» de bajo carbono que podría sustituir al cemento ordinario en muchos usos. Al ajustar la receta con polvos especiales que mejoran la fluidez, los investigadores muestran que es posible fabricar un aglutinante más ecológico, más manejable en obra, lo suficientemente resistente para usos estructurales y más económico que el cemento estándar actual.

De los residuos de fábrica a los bloques de construcción

En lugar de depender de piedra caliza recién calcinada, el equipo fabrica su aglutinante a partir de restos industriales: escoria granulada de alto horno molida procedente de la siderurgia, junto con diatomita y feldespato de origen natural. Estos polvos se activan con sales sólidas de sodio de modo que, al añadir agua, forman una red dura similar a la piedra conocida como geopolímero. De forma crucial, todos los ingredientes se mezclan en seco en la fábrica. En obra, los operarios solo necesitan añadir agua, de manera similar a mezclar un saco de mortero tradicional. Este enfoque de «una sola parte» evita manipular químicos líquidos agresivos, simplifica la logística y se adapta mejor a proyectos grandes o remotos.

Hacer que una mezcla rígida fluya como una masa fresca

Un obstáculo importante para los geopolímeros es que a menudo son espesos y difíciles de colocar. Para afrontarlo, los investigadores probaron dos superplastificantes en polvo: ayudantes químicos ampliamente usados para hacer el hormigón más fluido sin añadir agua. Uno, a base de naftaleno sulfonado formaldehído (SNF), y otro, un éter de poli(carboxilato) (PCE) más moderno, se mezclaron en seco con el aglutinante en dosis entre 0,5% y 2,5% del polvo. Luego midieron qué tan fácilmente se extendía el mortero fresco en una mesa de flujo y cuánto tardaba en fraguar. Con solo 1% de SNF, la mezcla se extendió casi tres veces más que la versión sin aditivos, alcanzando una fluidez similar a la del mortero de cemento Portland ordinario, mientras solo retrasaba ligeramente el tiempo de fraguado.

Resistencia y tenacidad que rivalizan con el cemento ordinario

El equipo moldeó pequeños bloques y vigas para probar las resistencias a compresión, flexión y tracción por división a 7 y 28 días, y empleó herramientas no destructivas como pulsos ultrasónicos y martillos de rebote para sondear la calidad interna. La mezcla destacada fue, de nuevo, la con 1% de SNF: su resistencia a compresión a 28 días alcanzó alrededor de 54 megapascales, aproximadamente un 15% superior que el mismo geopolímero sin aditivos y claramente por encima del punto de referencia de 43 MPa para una clase estructural común de cemento. Las resistencias a flexión y tracción también aumentaron ligeramente, y las medidas ultrasónicas mostraron un interior más denso y uniforme. A contenidos mayores de SNF, la resistencia comenzó a reducirse, lo que sugiere que más allá de una dosificación óptima, la sobredispersión crea poros y microgrietas adicionales. En marcado contraste, todas las mezclas que contenían PCE perdieron resistencia —hasta casi la mitad en la dosis más alta— y mostraron velocidades ultrasónicas y valores de rebote inferiores, lo que apunta a una matriz más débil y porosa.

Acercándose a por qué un aditivo funciona y el otro falla

Para entender la química detrás de estas diferencias de rendimiento, los investigadores examinaron cómo se comportaban los aditivos en el entorno altamente alcalino del geopolímero. Mediciones de carga superficial (potencial zeta) y del contenido de carbono en solución mostraron que el SNF se adsorbía fuertemente a las partículas reactivas, favoreciendo una buena dispersión. La espectroscopía infrarroja confirmó que los grupos funcionales clave del SNF permanecían intactos en la mezcla cáustica. En contraste, el PCE presentaba una carga negativa más fuerte que impedía que se adhiriera a las partículas ya negativas, y su estructura molecular se degradó en parte en la solución alcalina. Difracción de rayos X y microscopía electrónica apoyaron estos hallazgos: los morteros modificados con SNF formaron una red continua rica en gel con relativamente pocos vacíos, mientras que las mezclas con PCE mostraron geles fragmentados, granos no reaccionados y numerosos poros.

Menores costes y un camino hacia la construcción más ecológica

Debido a que se apoya en gran medida en subproductos económicos y cantidades moderadas de activadores químicos y SNF, se estimó que el aglutinante geopolimérico optimizado de una sola parte cuesta entre un 16% y un 25% menos por kilogramo que el cemento Portland estándar, a la vez que iguala o supera su resistencia. Al mismo tiempo evita los hornos de clinker de alta intensidad energética que impulsan la huella de carbono del cemento. El estudio muestra que, con el aditivo en polvo adecuado y una dosificación cuidadosa, los geopolímeros de mezcla seca pueden volverse lo bastante fuertes, trabajables y prácticos para las obras reales, ofreciendo una forma más limpia y asequible de fabricar el hormigón del que depende nuestra infraestructura.

Cita: Poojalakshmi, E.S., Nagarajan, P., Sudhakumar, J. et al. Performance evaluation of superplasticizers in one part geopolymer mortar. Sci Rep 16, 10892 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-45408-1

Palabras clave: cemento geopolimérico, hormigón de bajo carbono, superplastificante, materiales de construcción, subproductos industriales