Para aumentar la resistencia del concreto a la corrosión es necesario reemplazar un 10 % de cemento por ceniza volante. foto: Nicolás Bojacá/Unimedios

Uno de los principales objetivos del grupo de investigación Aseguramiento de la calidad de alimentos y desarrollo de nuevos productos, de la Universidad Nacional de Colombia (U.N.), es permitir el acceso a una proteína que contribuya a mejorar tanto el desarrollo de los niños, como los procesos de gestación y lactancia en las madres, por medio de productos de bajo costo.

El deterioro por corrosión afecta carreteras, puentes y edificaciones. Las reparaciones por estos daños se ejecutan dentro de los primeros diez años de vida útil de las estructuras y cuestan miles de millones de dólares en todo el mundo.

Los daños provocados por iones cloruro presentes en el ambiente –que ingresan a las estructuras de concreto hasta llegar al acero de refuerzo– deterioran el material y sus propiedades, lo cual ocasiona problemas en la infraestructura.

“La capacidad de la ceniza para fijar el cloruro funciona así: cuando los iones cloruro del ambiente salino se introducen en la estructura, el aluminio que se encuentra dentro de la ceniza volante captura los iones por un proceso de adsorción y los deja dentro del concreto e impide que lleguen hasta el acero de refuerzo”, explica Leonardo Augusto Fonseca, doctor en Ingeniería-Ciencia y Tecnología de Materiales de la Universidad Nacional de Colombia (UN).

En la búsqueda de materiales que ralenticen o retarden el inicio de la corrosión en las estructuras de concreto, la investigación adelantada por el ingeniero Fonseca determinó que las cenizas volantes pueden convertirse en una de las fuentes de materia prima más prometedoras en la generación de cementos “verdes”.

La ceniza volante es el residuo que resulta de la combustión del carbón usado en las termoeléctricas. Se trata de uno de los desechos más importantes en Europa, donde alcanza las 100 megatoneladas al año (mt/año), o en países como Estados Unidos, donde se producen más de 136 mt/año y solo un 30 % es aprovechado en usos benéficos como la adición al concreto; el 70 % sobrante termina en rellenos sanitarios.

Aunque las ventajas de la mezcla de cemento y cenizas volantes ya han sido demostradas y probadas en otros países, en Colombia todavía es una tecnología incipiente. El país cuenta con cuatro plantas termoeléctricas a base de carbón, pero el residuo que resulta del proceso aún no responde a procesos de calidad; al igual que en otras latitudes, también va a parar a rellenos sanitarios.

Para demostrar el potencial anticorrosivo de las cenizas volantes, el investigador tomó muestras de este residuo en Termosochagota y Termopaipa (Boyacá), y en Termotasajero (San Cayetano, Norte de Santander). Después realizó diversas pruebas usando una mezcla control –que solo contenía cemento– y otras siete en las que varió la cantidad de ceniza mezclada con cemento; en la primera prueba combinó 5 % de ceniza con 95 % de cemento y fue variando con porcentajes de 10, 15, 20, 30, 40 y 50.

Por más de un siglo

El ingeniero Fonseca señala que la forma de determinar la habilidad del concreto para resistir la penetración de cloruros se hace por medio de la Prueba Rápida de Penetrabilidad de Cloruros (RCPT, por sus siglas en inglés), la cual indica la probabilidad –baja, moderada y alta– de que el acero se corroa.

Los resultados indicaron que la muestra control tenía una alta penetrabilidad de los iones cloruro, pero cuando se empezó a adicionar ceniza volante la probabilidad descendió hasta “baja”. La mayor efectividad se dio cuando la mezcla fue 50 % del residuo y la otra mitad de cemento.

“En exactamente 330 días cabe totalmente la probabilidad de que los cloruros se fijen, ya que después de este periodo los materiales de la mezcla reaccionan y se hacen más densos, lo que impide el ingreso de las sales”, agrega el investigador.

De igual manera, aunque a medida que se aumenta el porcentaje de remplazo de ceniza la velocidad de corrosión también aumenta, esta es muy baja: de alrededor de 0,003 milímetros de corrosión por año, es decir que para que el acero de refuerzo se corroa un centímetro deben pasar 150 años.

Menos calor, mayor duración

Otro aspecto que se tuvo en cuenta para la investigación fue el calor de hidratación, que es la temperatura generada por la reacción entre cemento y agua, que debe ser mínima, pues cuanto más caliente esté el concreto, más probabilidades existen de que a corto plazo se produzcan fisuras en las estructuras.

Así, el investigador encontró que la ceniza volante producida en Termosochagota es de mejor calidad debido a que produce menos calor de hidratación cuando se mezcla con el cemento y además reacciona completamente y evita la aparición de grietas. De hecho, mientras que la muestra control alcanzó una temperatura máxima de +8,63 oC con respecto a la temperatura ambiente, la de la mezcla con 50 % de ceniza volante de esta termoeléctrica disminuyó hasta en un 77 %. Los resultados demuestran que el material es ideal para fabricar productos comerciales y para su uso en climas cálidos.

“También se evidenció que al añadir entre el 10 % y el 15 % de remplazo de ceniza aumentó la resistencia del concreto”, añade el investigador, quien destaca que otro beneficio en el uso de este residuo es la reducción de los costos.

Por ejemplo, agrega, si inicialmente una construcción necesita 1.000 sacos de cemento, con el remplazo de ceniza volante esa cantidad se reduce a 850, ya que 150 sacos corresponderían a este último material. Además se trata de una materia prima económica, pues una tonelada de cemento cuesta 10 millones de pesos, mientras que la misma cantidad de ceniza vale apenas 200.000 pesos.

Control de calidad

El trabajo del investigador Fonseca incluyó la formulación de ecuaciones para estimar la isoterma de fijación de cloruros, una medida que define la cantidad de cloruros libres que pueden afectar el acero en el largo plazo.

“Encontramos que la calidad de las cenizas volantes que se producen en el país varía con el tiempo, lo cual no es ideal. Esto pasa porque es un material heterogéneo y depende de la calidad del carbón de las termoeléctricas y de las adecuaciones que se hagan en ellas”, puntualiza el doctor.

Si bien se demostró que utilizar la ceniza como un material cementicio suplementario es una buena alternativa para darle un uso a estos residuos –pues da resistencia a la compresión y mejora las propiedades de los materiales–, se esperaba que tuviera una mayor capacidad de capturar los cloruros.

A diferencia de otros países, en Colombia no existe un control para la producción de ceniza volante, por lo que no se tiene un certificado de venta. Ahora que se ha comprobado que este material puede aportar de forma importante a la industria de la construcción, es necesario supervisar su calidad de acuerdo con las normas internacionales para aprovechar al máximo su potencial.