Un polímero de aluminato de calcio y silicato sódico como sustituto del cemento

Construir con menos carbono

El hormigón está en todas partes: en nuestras viviendas, puentes y horizontes urbanos. Pero fabricar el cemento que une el hormigón libera enormes cantidades de dióxido de carbono, contribuyendo en torno al 8 % de las emisiones globales de CO2. Este estudio presenta un nuevo tipo de “pegamento” mineral para el hormigón que podría reducir drásticamente ese coste climático sin dejar de ser fácil de usar para los constructores.

Un nuevo tipo de adhesivo para la piedra

Los autores exploran un aglomerante compuesto por dos ingredientes principales: cemento de aluminato de calcio, un cemento especializado rico en aluminio, y el “agua de vidrio”, la forma líquida del silicato sódico. Cuando se mezclan en condiciones fuertemente básicas (alcalinas), estos dos reaccionan para formar un polímero similar a una roca sin carbono, compuesto únicamente por silicio, aluminio, oxígeno e iones metálicos como sodio y calcio. A diferencia del cemento Portland habitual, este nuevo aglomerante no necesita piedra caliza rica en carbono como fuente principal de calcio, por lo que evita gran parte del CO2 liberado durante la producción tradicional de cemento. La mezcla es una suspensión vertible que puede manejarse con las mismas herramientas y técnicas empleadas para el hormigón corriente.

Cómo se forma la red mineral

Para entender y optimizar esta reacción, los investigadores utilizaron espectroscopía infrarroja y resonancia magnética nuclear (RMN), métodos que rastrean cómo se enlazan los átomos en los sólidos. Mostraron que solo los átomos de aluminio situados en una disposición tetraédrica en los aluminatos de calcio participan en la reacción; el aluminio octaédrico, como el de ciertos óxidos de aluminio, permanece inerte a temperatura ambiente. A medida que avanza la reacción, los enlaces pasan de enlaces silicio–oxígeno–silicio a enlaces mixtos silicio–oxígeno–aluminio, construyendo largas cadenas y redes –O–Si–O–Al–O–. Los datos indican que la estructura más estable y eficiente se forma cuando el número de unidades reactivas de silicio y de aluminio es aproximadamente igual: una relación uno a uno que coincide con predicciones de trabajos anteriores sobre minerales naturales y aglutinantes antiguos.

Encontrar el punto óptimo de mezcla

La construcción práctica necesita un material que se endurezca lo bastante rápido y que alcance la resistencia necesaria. El equipo ajustó la cantidad y el tipo de cemento de aluminato de calcio y la cantidad de hidróxido de sodio añadido para “activar” el agua de vidrio. Mediante el vaciado de cubos de prueba y la medición de la presión que podían soportar, encontraron un rango óptimo de adición de aluminato de calcio en el que la resistencia aumenta bruscamente y luego se estabiliza: más allá de ese punto, añadir más cemento encarece sin mejorar el rendimiento. También mapearon cómo el tiempo de fraguado depende de la cantidad de sodio respecto al silicio en el líquido. No se produce endurecimiento por debajo de cierto nivel de sodio; en torno a una relación sodio‑a‑silicio de uno a uno, el material fragua en pocas horas, una ventana práctica para los trabajos de construcción.

De la arena del desierto a ladrillos duraderos

Debido a que la mezcla fresca es fluida y de baja viscosidad, puede ligar una amplia variedad de rellenos y áridos. Los autores demuestran que la arena de dunas, grava, piedras, minerales expandidos como perlita y vermiculita, e incluso materiales orgánicos como virutas de madera y biocarbón pueden quedar incorporados en compuestos sólidos. Ladrillos fabricados con arena de dunas y grava sin lavar alcanzaron resistencias a la compresión superiores a 40 megapascales, comparables con el hormigón estructural, en un amplio rango de temperaturas entre 4 °C y 65 °C. De forma notable, mezclas almacenadas congeladas a –21 °C siguieron siendo trabajables tras el deshielo y luego fragüaron correctamente, lo que añade flexibilidad para su uso en climas fríos. Cuando se incluye biocarbón, los bloques ligeros resultantes pueden incluso almacenar más carbono del que se emite en su producción.

Reducir la huella de carbono del hormigón

El estudio también estima el beneficio climático de pasar del cemento Portland ordinario a este nuevo aglomerante. Un hormigón estructural típico libera alrededor de 140 kilogramos de CO2 por metro cúbico por la descomposición inevitable de la piedra caliza en el horno, incluso antes de contar el consumo de combustible. En contraste, las emisiones del nuevo sistema proceden principalmente de la liberación de CO2 al fabricar los aluminatos de calcio y el hidróxido de sodio derivado del carbonato sódico. Para mezclas optimizadas con abundante árido, las emisiones totales pueden reducirse en alrededor de dos tercios en comparación con el hormigón con cemento Portland. Combinado con la posibilidad de alimentar la producción de materia prima y el mezclado con electricidad solar, los autores sostienen que las emisiones mundiales relacionadas con el cemento podrían reducirse desde aproximadamente el 8 % del total humano hasta por debajo del 2 %.

Un proceso conocido con resultados más limpios

Para los constructores, uno de los hallazgos más importantes es que este hormigón basado en polímero se comporta de forma muy parecida al hormigón convencional: se mezcla a partir de un componente líquido y polvos sólidos, se vierte y se deja curar manteniéndolo húmedo durante unos diez días. Se pueden reutilizar mezcladoras, bombas y moldes existentes, y los trabajadores no necesitan una formación especial adicional. En el fondo, la química refleja las redes minerales duraderas encontradas en el hormigón romano antiguo, pero con materias primas bien definidas y ampliamente disponibles. Si se adoptara a gran escala, este aglomerante de aluminato de calcio y agua de vidrio podría permitir a la industria de la construcción mantener las prácticas modernas de edificación al tiempo que reduce drásticamente el impacto climático de uno de los materiales más importantes del mundo.

Cita: Spangenberg, B., Epping, J.D. A polymer of calcium aluminate and water glass as cement substitute. Sci Rep 16, 14042 (2026). https://doi.org/10.1038/s41598-026-50294-8

Palabras clave: hormigón bajo en carbono, alternativas al cemento, aglomerante geopolimérico, cemento de aluminato de calcio, silicato sódico