El objetivo de este estudio es analizar las propiedades físicas y mecánicas de la zeolita natural como material cementante suplementario del cemento Portland en la elaboración de concreto estructural. Este enfoque se considera una propuesta ecológica para mitigar la contaminación producida por la fabricación de cemento. Efectos de la zeolita como material en concretos y cem
Se evaluaron propiedades como densidad, finura y granulometría de la zeolita, además del tiempo de fraguado y la resistencia a la compresión de especímenes de concreto con diferentes porcentajes de sustitución de cemento por zeolita.
La industria de la construcción depende en gran medida del cemento Portland, cuya producción genera una significativa cantidad de gases de efecto invernadero, contribuyendo al calentamiento global. Por ello, la búsqueda de materiales alternativos que puedan sustituir parcial o totalmente al cemento Portland es esencial para desarrollar prácticas de construcción más sostenibles.
En este contexto, la zeolita, un aluminosilicato natural, ha mostrado potencial como material cementante suplementario.
Propiedades Físicas y Mecánicas de la Zeolita
Los ensayos realizados determinaron que la zeolita tiene una densidad de 2.404 g/cm³, comparada con 2.892 g/cm³ del cemento Portland tipo GU (CGU). La superficie específica de la zeolita es de 569 m²/kg, superior a los 476 m²/kg del CGU, lo que sugiere una mayor capacidad de relleno y compactación en el concreto.
Granulometría y tiempo de Fraguado
El análisis granulométrico mediante hidrómetro reveló que el tamaño promedio de las partículas de zeolita es de 3.54 μm, ligeramente menor al tamaño promedio de las partículas de cemento (3.97 μm). Esta característica permite una mejor adherencia y menor permeabilidad del concreto.
La zeolita influye en el tiempo de fraguado del cemento, retardando el proceso de endurecimiento y pérdida de plasticidad. Los ensayos mostraron que el tiempo de fraguado aumenta proporcionalmente con el porcentaje de sustitución de zeolita, cumpliendo con las normas de desempeño establecidas para cementos hidráulicos.
Resistencia a la Compresión
Los especímenes de concreto modificados con zeolita demostraron una resistencia a la compresión menor en comparación con las mezclas de control, sin embargo, presentaron un incremento lineal en resistencia conforme avanza el tiempo de curado. A los 28 días, la máxima resistencia obtenida fue de 19.5 MPa con un 10% de sustitución de cemento por zeolita.
Aplicaciones y Beneficios de la Zeolita en la Construcción
La zeolita desempeña muchas funciones en la industria de la construcción, incluida la mejora de los blindajes de hormigón y EMI, las pinturas ecológicas e incluso los paneles con aislamiento al vacío. Desde la antigüedad, las tobas de zeolita han sido un aditivo muy utilizado en los materiales de construcción. En la industria del cemento, la zeolita natural es una puzolana popular (reacciona con iones de calcio o hidróxido de calcio en presencia de agua) que se utiliza como material de mezcla de cemento.
Además, las tobas de zeolita contienen pequeños poros y canales con grandes superficies internas y externas, una característica que les permite absorber hasta el 30% de su peso en agua (Markiv et al., 2014). Juntas, estas propiedades brindan a los aditivos de zeolita la capacidad de aumentar la resistencia a la compresión del concreto y mejorar la durabilidad al reducir la permeabilidad del concreto (Markiv et al., 2014).
Varios estudios han examinado cómo reducir la cantidad requerida de cemento en la producción de concreto, tanto desde el punto de vista económico como medioambiental. La zeolita natural es una materia prima que ha demostrado su eficacia como sustituto parcial de cemento Portland. Un ensayo de Sedlmajer et al. (2015) examinó las propiedades del hormigón que contiene zeolita natural como aditivo activo. Los investigadores compusieron mezclas de concreto individuales basadas en aumentos graduales en la sustitución del cemento Portland con zeolita natural.
Casos de estudio sobre efectos de la zeolita como material en concretos y cemento
Todos los aditivos (que contenían zeolita) se compararon con un hormigón de referencia en el que solo se utilizó cemento Portland. La dosificación de zeolita, que contenía 45% de clinoptilolita y 35% de fase amorfa, osciló entre 7.5% y 30% de la masa del cemento.
Los resultados indicaron que la zeolita es una mezcla activa que contribuye a la formación de la microestructura y a la mejora de las propiedades requeridas del hormigón endurecido. Los investigadores concluyeron que una «zeolita natural finamente molida parece ser una materia prima adecuada en la producción de hormigón con el que es posible sustituir parcialmente el cemento Portland» (Sedlmajer et al., 2015, p. 528).
(Sedlmajer et al., 2015, p. 528).
Un artículo de Jana (2007) examinó la zeolita clinoptilolita como puzolana y reemplazo del cemento Portland en mezclas de concreto. Los hallazgos indicaron que los efectos más significativos de la zeolita son una reducción en la permeabilidad al cloruro, una reducción significativa en la expansión debido a la reacción de agregados alcalinos y una mejor resistencia a los ataques de ácidos y sulfatos (Jana, 2007). Ahmadi y Shekarchi (2009) realizaron un experimento que probó la efectividad de la zeolita y el humo de sílice para mejorar las propiedades mecánicas y de durabilidad del concreto.
Midieron tanto la reactividad puzolánica como la capacidad de sustituir el cemento en diferentes proporciones en mezclas de concreto.
Las pruebas experimentales incluyeron asentamiento, resistencia a la compresión, absorción de agua, rendimiento de oxígeno, difusión de cloruro y resistividad eléctrica del concreto. Los resultados indicaron que los hormigones que contenían zeolita eran comparables o de mayor calidad que los hormigones preparados con humo de sílice.
(Ahmadi y Shekarchi, 2009)
Conclusiones
- La zeolita puede ser utilizada como material suplementario del cemento, proporcionando una propuesta ecológica para la reducción de emisiones de CO₂.
- Aunque la resistencia a la compresión de las mezclas modificadas es menor a la del concreto tradicional, la ganancia de resistencia con el tiempo y la mejora en la trabajabilidad y compactación del concreto justifican su uso en aplicaciones de menores requerimientos de resistencia.
- Es necesario continuar con estudios más detallados sobre la durabilidad del concreto modificado con zeolita y la compatibilidad entre diferentes tipos de zeolita y cementos disponibles.
Rederencias
- Rodríguez Villavicencio, Gonzalo David. «Efectos de la Zeolita como Material Suplementario del Cemento Portland en la Resistencia a Compresión del Concreto Estructural.» Universidad Técnica de Ambato, 2021.
- Markiv, T., et al. «Properties and applications of zeolite in construction.» 2014.
- Sedlmajer, et al. «Zeolite as an additive in concrete.» 2015.
- Jana, «Clinoptilolite zeolite as pozzolan and Portland cement replacement in concrete.» 2007.
- Ahmadi & Shekarchi, «Effectiveness of zeolite and silica fume in improving concrete properties.» 2009.
