Científicos de la Universidad Tecnológica de Kaunas (KTU), en Lituania, han creado una alternativa más ecológica al hormigón que resiste al fuego. Se trata de un nuevo tipo de hormigón geopolimérico, o mortero geopolimérico, que mantiene la mayor parte de su resistencia estructural incluso al ser expuesto a temperaturas de hasta 800 °C. Esta capacidad lo convierte en una alternativa prometedora para aplicaciones donde se requiere alta resistencia al fuego sin comprometer la integridad del material.
A diferencia del hormigón convencional, esta formulación prescinde por completo del cemento Portland, uno de los componentes más contaminantes de la construcción tradicional. En su lugar, el equipo lituano emplea residuos industriales como materia prima principal, lo que reduce la huella de carbono del proceso y aporta una solución de economía circular al sector de la edificación.
Entre los insumos reciclados destacan fragmentos de ladrillo cerámico procedentes de demoliciones y metacaolín, un subproducto generado en una fábrica lituana de vidrio expandido. La combinación de estos materiales no solo permite obtener un compuesto más sostenible, sino también con propiedades térmicas superiores, lo que abre la puerta a su uso en entornos de alto riesgo o en elementos constructivos que deban soportar condiciones extremas.
El hormigón esconde una huella ecológica devastadora
El hormigón es, sin exagerar, la columna vertebral del mundo moderno. Desde rascacielos y puentes hasta presas y túneles, este material sostiene la infraestructura global. Sin embargo, su componente principal, el cemento Portland, esconde una huella ecológica devastadora.
Su producción requiere la calcinación de piedra caliza y arcilla a temperaturas cercanas a los 1.400 °C, un proceso intensivo en energía que, en la actualidad, es responsable de entre el 7 % y el 8 % de las emisiones mundiales de dióxido de carbono (CO₂).
A medida que la urbanización global se acelera, la industria de la construcción se enfrenta a una presión sin precedentes para encontrar alternativas que no solo reduzcan las emisiones, sino que también mejoren la seguridad y la durabilidad de las estructuras. Es éste el contexto del hallazgo del equipo científico lituano, publicado en la revista científica Scientific Reports.
Magnitud del logro: limitaciones del hormigón convencional frente al fuego
Comprender la magnitud del logro lituano pasa por analizar las limitaciones del hormigón convencional frente al fuego. Cuando el hormigón tradicional basado en cemento Portland se expone a altas temperaturas, sufre un deterioro estructural severo. El agua atrapada en la matriz del cemento se vaporiza rápidamente, generando una presión interna que provoca fisuras, desprendimientos (spalling) y una pérdida drástica de la resistencia a la compresión.
A los 800 °C, un hormigón convencional puede haber perdido más de la mitad de su capacidad de carga, comprometiendo la integridad de edificios, túneles o instalaciones industriales en caso de incendio. Paralelamente, la huella de carbono del cemento es insostenible a largo plazo.
Aunque se han propuesto alternativas como las cenizas volantes o la escoria de alto horno como sustitutos parciales del clínker (ingrediente fundamental), éstas siguen dependiendo en gran medida de la infraestructura del cemento Portland. La verdadera revolución reside en los geopolímeros: materiales inorgánicos que no requieren la formación de fases de silicato de calcio hidratado (como el cemento), sino que se basan en la activación alcalina de materiales ricos en aluminosilicatos.
Un mortero geopolimérico redefine los límites de la resistencia al fuego
Las y los investigadores de la Facultad de Ingeniería Civil y Arquitectura de la KTU, han diseñado un hormigón geopolimérico o mortero geopolimérico que redefine tanto los límites de la resistencia al fuego como la sostenibilidad. La premisa fundamental de su investigación fue demostrar que es posible crear un material de construcción de alto rendimiento sin extraer nuevos recursos naturales.
Los científicos han explicado que “mientras que la producción de cemento Portland requiere altas temperaturas y recursos naturales, los aglutinantes geopoliméricos pueden, en muchos casos, producirse a temperaturas más bajas y enteramente a partir de residuos”.
El proceso no implica hornos a 1.400 °C. En su lugar, se utiliza una reacción química de activación alcalina a temperatura ambiente o moderada, que transforma los polvos residuales en una matriz sólida y cohesiva. Este enfoque no solo reduce drásticamente el consumo energético durante la fabricación, sino que aprovecha materiales que, de otro modo, terminarían en vertederos.
Investigadores seleccionaron dos precursores clave
Para formular el aglutinante geopolimérico, los investigadores lituanos seleccionaron dos precursores clave. El primero consiste en residuos cerámicos procedentes de demoliciones: ladrillos y otros materiales similares que, tras ser clasificados y molidos hasta conseguir un polvo muy fino, aportan una elevada proporción de aluminosilicatos estables (sustancias químicas formadas por aluminio, silicio y oxígeno), esenciales para la resistencia del nuevo compuesto.
El segundo precursor es metacaolín residual, un subproducto generado por la industria lituana del vidrio expandido. Este material destaca por su alta reactividad durante la geopolimerización, lo que lo convierte en un complemento ideal para los residuos cerámicos, ya que favorece la formación de una matriz sólida y duradera que mejora las propiedades mecánicas y térmicas del hormigón resultante.
No obstante, el verdadero avance del estudio fue la evaluación sistemática de cinco tipos diferentes de áridos finos para determinar cuál soportaba mejor el estrés térmico: arena convencional, granito, basalto, residuos cerámicos reciclados y corindón (óxido de aluminio, Al₂O₃).
Los resultados fueron contundentes. Las mezclas que incorporaban corindón y residuos cerámicos como árido fino fueron las que mejor resistieron el calor extremo. El corindón, conocido por su excepcional estabilidad térmica y dureza, actuó como un esqueleto refractario dentro de la matriz geopolimérica, evitando el colapso estructural que sufren los áridos silíceos tradicionales (como la arena o el granito) a altas temperaturas.
Mezclas mejoraron sus propiedades mecánicas
En los ensayos de laboratorio, las distintas formulaciones del hormigón geopolimérico fueron expuestas a 800 °C para reproducir las condiciones de un incendio intenso o de entornos industriales con altas temperaturas. Los resultados, descritos por los propios investigadores como sorprendentes, mostraron que ciertas mezclas no solo resistieron el calor extremo, sino que en algunos casos mejoraron sus propiedades mecánicas.
La mezcla óptima con árido de corindón no sólo mantuvo su integridad, sino que aumentó su resistencia a 53,0 Mpa (megapascal), 108,6% de la inicial, con apenas 2,3% de pérdida de masa. Mientras, la combinación de 75% de residuo cerámico y 25% de metacaolín conservó 78,7% de su resistencia. En cambio, las formulaciones solo con metacaolín se degradaron significativamente, confirmando que la clave del éxito está en la sinergia entre residuos cerámicos y corindón.
Además, se observó un fenómeno fascinante: tras varios ciclos de calentamiento y enfriamiento, algunas muestras no perdieron resistencia, sino que mostraron un incremento en sus propiedades mecánicas.
El equipo de la universidad lituana considera que las altas temperaturas favorecen nuevas reacciones químicas dentro de la matriz geopolimérica, lo que provoca una sinterización parcial o una densificación de la microestructura que “sella” las microfisuras y fortalece el material. Este comportamiento es radicalmente opuesto al del hormigón de cemento Portland, que sufre un daño acumulativo e irreversible con cada ciclo térmico.
Principal virtud del hormigón geopolimérico es su perfil ecológico
Más allá de sus propiedades mecánicas, la principal virtud del hormigón geopolimérico es su perfil ecológico. La industria de la construcción genera aproximadamente un tercio de los residuos sólidos a nivel mundial. Al utilizar residuos de demolición cerámica y subproductos industriales (metacaolín), esta tecnología aborda dos problemas ambientales simultáneamente.
Uno es la reducción de emisiones de CO₂, pues al eliminar la necesidad de producir clínker y evitar las altas temperaturas de calcinación, la huella de carbono del material se reduce drásticamente. Algunos estudios estiman que los geopolímeros pueden reducir las emisiones de gases de efecto invernadero hasta en un 80 % en comparación con el cemento Portland.
El otro problema que aborda el hallazgo es la valorización de residuos. En tal sentido, da una segunda vida a materiales que de otro modo ocuparían espacio en vertederos, generando un modelo de economía circular donde los residuos de una industria se convierten en la materia prima de otra.
Desde una perspectiva económica, aunque la activación alcalina requiere el uso de hidróxidos y silicatos (como el silicato de sodio o el hidróxido de potasio), el coste se ve compensado por la nula necesidad de extraer y transportar materias primas vírgenes; así como por la durabilidad extendida del material en entornos hostiles, lo que reduce los costes de mantenimiento a largo plazo.
Implementación de geopolímeros en la construcción enfrenta obstáculos
La resistencia del sector cementero tradicional uno de de los escollos los geopolímeros en la construcción
A pesar de sus innegables ventajas, la implementación generalizada de los geopolímeros en la construcción enfrenta obstáculos. Entre ellos, la ausencia de normativas y estándares específicos, dado que los códigos de construcción vigentes fueron diseñados pensando en el cemento Portland, por lo que no existen regulaciones claras que certifiquen su uso. Ello genera reticencia entre ingenieros, arquitectos y promotores inmobiliarios.
La resistencia del sector cementero tradicional, es otro de los escollos, pues se trata de un ecosistema enorme y altamente optimizado que dificulta la entrada de materiales disruptivos. Implementar esta alternativa exige no solo validar su desempeño técnico, sino también impulsar un cambio cultural y logístico en toda la cadena de suministro.
Asimismo, la variabilidad composicional de los residuos de demolición, a diferencia del clínker, que es un producto estandarizado, obliga a establecer controles de calidad estrictos para cada lote, con el fin de garantizar la consistencia y fiabilidad del material final.
El equipo ya trabaja en ampliación de los ensayos
Pese a los obstáculos referidos, el equipo de la Universidad Tecnológica de Kaunas, ya está trabajando en la ampliación de los ensayos bajo diferentes condiciones ambientales y de carga.
De igual manera han dado un paso crucial para la transferencia tecnológica: la preparación de una solicitud de patente europea, movimiento que protege la propiedad intelectual de la formulación específica y allana el camino para posibles licencias con empresas de materiales de construcción.
Vale destacar que las aplicaciones iniciales más viables no serían necesariamente la edificación residencial masiva, sino nichos de alto valor donde la resistencia al fuego es crítica como revestimientos de túneles, hornos industriales, chimeneas, estructuras de protección contra incendios y elementos prefabricados para infraestructuras expuestas a riesgos térmicos.
Con información de Kaunas University of Technology, Ecoinventos, OK Diario y Eurekalert
Fotos cortesía de Nan Arquitectura, Víctor Yépez y Ecoinventos
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