Gunasekara, el ingeniero tras la arcilla 'milagrosa' que mejora la construcción con hormigón: "Es un 15% más resistente"

En cualquier ciudad de España el hormigón está presente en todas partes, ya sean casas, carreteras, túneles. Sus propiedades estructurales hacen de este material un elemento imprescindible del sector de la construcción, pero el uso de cemento para obtenerlo implica el 8% de las emisiones globales de CO2, mientras nuevas mezclas con todo tipo de ingredientes están demostrando propiedades prometedoras.

En ese contexto, un equipo de ingenieros de la Universidad RMIT (Australia) ha querido aportar su granito de arena o, en este caso, de arcilla.

Su investigación, publicada en la revista Construction and Building Materials, revela la capacidad de la arcilla de baja calidad para mejorar las características del cemento de alto rendimiento.

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Según explica Chamila Gunasekara, director del proyecto, en un comunicado de prensa, "este método nos permite sustituir el 20% del cemento por combinaciones de [arcilla] illita y caolín de baja calidad, y mejorar aún más el rendimiento del producto".

Así, además de reducir significativamente las emisiones de CO2, este nuevo hormigón  "reduce significativamente su porosidad en un 41%, y su resistencia a la compresión aumenta en un 15%". La clave, en palabras de Gunasekara, está en "la manera en que se formaron los compuestos de hierro, que ayudan a crear una estructura interna más ajustada y compacta".

La arcilla 'milagrosa'

La arcilla caolín, cuyo nombre proviene de la montaña Kao-ling en China, donde se extrajo por primera vez, es un mineral arcilloso natural de color blanco, suave y fino, que se utiliza en diversas industrias y productos y cuya demanda sigue aumentando año tras año. Es rica en minerales como el silicio y tiene un pH similar al de la piel, lo que la hace muy demandada para elaborar productos cosméticos.

Por su parte, la illita, también conocida como arcilla verde, es reconocida por su capacidad de absorción. También se utiliza en cosmética, además de en la construcción de sistemas de retención de agua y mejora de suelos, pero su diferencia fundamental con la arcilla caolín es que es mucho más barata y abundante.

Distintos tipos de arcilla Freepik Omicrono

Los investigadores del RMIT probaron a unir arcilla illita y arcilla caolín de baja calidad en partes iguales y añadir el resultado a la mezcla para obtener hormigón. A eso le añadieron un nuevo proceso de calentamiento a 600 ºC, inferior a la temperatura normalmente utilizada para obtener el cemento convencional. 

Según Gunasekara, la arcilla illita de baja calidad suele tener problemas para unirse bien con el cemento y el agua. Sin embargo, utilizando la co-calcinación, ese proceso de calentamiento conjunto probado en el laboratorio, lograron lo que se conoce como reactividad puzolánica.

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Gracias a esta reacción química se genera un aglomerante que parte del hidróxido de calcio liberado durante la hidratación del cemento.

El resultado fueron mejoras notables en la resistencia y durabilidad del material resultante, además de una mayor capacidad de retención del agua de forma químicamente estable. Eso ayudaría a las construcciones levantadas con este material a soportar mejor el paso del tiempo sin deteriorarse.

Software avanzado

El objetivo de la investigación no es sólo sustituir el cemento por estos tipos de arcilla, sino sobre todo reducir la emisión de gases de efecto invernadero asociada a la industria de la construcción. 

"Como las materias primas se procesan juntas, se agilizan las operaciones industriales y se reduce el consumo de combustible en comparación con las múltiples etapas de calcinación", explica Roshan Jayathilakage, autor principal del estudio.

El equipo de la Escuela de Ingeniería de RMIT que ha desarrollado el nuevo hormigón RMIT University Omicrono

"Esto hace que el método no sólo sea técnicamente sólido, sino también escalable desde el punto de vista económico y medioambiental", señala.

Más allá de estas ventajas sobre el hormigón convencional, los investigadores del RMIT también destacan la incorporación de nuevas técnicas informáticas aplicables a otros materiales.

Para ahorrar tiempo en el prototipado de las distintas mezclas y en las pruebas posteriores para comprobar sus propiedades, los ingenieros han desarrollado en colaboración con la Universidad de Hokkaido (Japón) una nueva y potente herramienta de software para analizar y diseñar hormigón.

Este programa de computación avanzada aporta información con un sorprendente nivel de detalle acerca de su durabilidad, sus propiedades mecánicas y su eficiencia energética, mejorando las técnicas usadas habitualmente. 

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"Al predecir cómo afectan las distintas composiciones de arcilla al comportamiento del hormigón, los ingenieros pueden diseñar mejor mezclas eficientes desde el punto de vista energético, adaptadas a los tipos de arcilla locales y a condiciones ambientales específicas", explica Yuguo Yu, otro de los integrantes del equipo de la Escuela de Ingeniería del RMIT.

"Esta herramienta virtual podría permitir al sector de la construcción acelerar la adopción de materiales ecológicos, allanando el camino de una transformación más verde para un futuro más sostenible", sostiene.

Mientras superan los desafíos técnicos para llevar estas nuevas mezclas al mercado, los investigadores siguen trabajando en estudiar cómo influyen los distintos tipos de arcilla en el hormigón resultante y preparan exigentes pruebas de rendimiento en condiciones reales.