Cemento menos contaminante y más resistente, gracias a la acción de mineral ye’elimita

La mayoría de las construcciones que usted ve a su alrededor están adheridas y cohesionadas gracias al cemento Portland, uno de los más populares del mundo por su durabilidad y resistencia. Fue inventado en 1824 por el constructor Joseph Aspdin, y hoy, casi 200 años después, se ha evidenciado que es altamente contaminante: por cada tonelada producida se emite una tonelada de dióxido de carbono (CO₂) a la atmósfera.

Ariel Berrío Solarte, doctor en Ingeniería - Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UNAL) Sede Medellín, señala que “debido a esto las compañías han procurado producir materiales cementantes con menor impacto ambiental, sin que eso signifique una disminución en la calidad, y un ejemplo de esto es el CSA”.

El CSA se adapta fácilmente al proceso actual del cemento Portland, ya que utiliza los mismos hornos rotatorios y las mismas materias primas: clínker y yeso. “La diferencia es que genera entre un 20 y un 35 % menos emisiones de CO₂, pues en su formulación se utilizan menos carbonatos cálcicos y menos energía para producir su fase mayoritaria”, explica el experto.

Pese a su potencial, y aunque se usa en países como China, aún se desconoce a cabalidad su comportamiento químico y físico, y ahí radica la importancia del hallazgo del doctor Berrío: “el CSA tiene compuestos con estructuras cristalinas que, al mezclarse con agua, le dan al material ciertas características”.

La ye’elimita es uno de esos minerales y se presenta en dos tipos de estructuras o polimorfos: (i) el polimorfo ortorrómbico, que espacialmente se puede describir como una estructura con tres ángulos rectos y tres aristas de diferentes longitudes, y (ii) el polimorfo seudocúbico, que posee una estructura más simétrica, similar a un cubo. Dependiendo de la presencia mayoritaria de uno u otro, el material se endurecerá más o menos rápido.

Como el papel de estas estructuras es tan importante en la industria de la construcción, a partir del estudio de la cinética (cuánta energía se necesita para generar movimiento) el investigador evaluó cómo se forma cada uno de los polimorfos para controlar durante la producción del cemento la presencia mayor o menor de uno u otro polimorfo.

Para esto trabajó con diferentes modelos matemáticos que validó luego en el laboratorio. “Nos basamos en los fenómenos fisicoquímicos (molecular) y experimentamos con las reacciones del cemento en estado sólido para lograr la síntesis del material”, explica.

Así se estableció una ecuación cinética que describe cómo se forma cada polimorfo, cuánta energía de activación necesita, cuál es su velocidad de reacción y cuál el factor de frecuencia de colisión de los reactivos. En palabras simples, el polimorfo ortorrómbico necesita más energía de activación para formarse que el polimorfo cúbico.

Así mismo, el primero, en presencia de yeso y agua, tiene una reacción de hidratación más rápida y libera mayor cantidad de calor, mientras el segundo reacciona más lentamente.

“Los resultados son útiles para controlar la producción de CSA. El polimorfo que se hidrata más rápido sería útil para prefabricadores, es decir para quienes elaboran piezas que requieren moldes, mientras que el que se tarda más en endurecerse sería útil para construir vías o grandes edificios”, explica el doctor Berrío.

El CSA es una alternativa viable para las necesidades del sector de la construcción, pues disminuye los impactos negativos en el medioambiente y se adapta fácilmente en la industria.

Aunque a futuro existen retos asociados con las materias primas requeridas para su producción, especialmente las ricas en aluminio, este sigue siendo un material promisorio y más costo-efectivo, pues se podría llegar a escenarios en los que los impuestos por cada tonelada de CO₂ emitida sean establecidos como ley”.