Juan Pablo Aylwin ICC3124
Geopolímeros como nueva alternativa al cemento Portland
"La tierra no es herencia de nuestros padres sino préstamo de nuestros hijos". En la actualidad, la competencia global intensa y los cambios del mercado obligan al desarrollo de nuevos materiales que reduzcan tanto el uso de recursos naturales como la contaminación al crearlos. Como muchos saben, la creación de cemento Portland es el encargado de gran parte de la contaminación mundial, ya que ocupa mucha energía, contamina el agua y emite grandes cantidades de CO2. Es por eso que se están desarrollando nuevas tecnologías verdes para combatir este problema. Una de estas son los Geopolímeros, que son una nueva clase de materiales cerámicos considerados revolucionarios debido a sus ventajas técnicas y debido a que su producción ayuda al medioambiente. (Muñiz, Gasca, Manzano, & Rubio, 2011). A continuación se introducirá el concepto de geopolímeros, para luego hablar sobre algunas de sus ventajas frente al cemento convencional.
Geopolímero es un término inventado por Joseph Davidovits para nombrar a polímeros sintéticos inorgánicos de aluminosilicatos que provienen de la reacción química más conocida como geopolimerización. (Davidovits, 1988). Estos tienen la ventaja, además de emitir bajas cantidades de CO2 en su producción, de tener una gran resistencia química y térmica, así como también buenas propiedades mecánicas, lo que les permite tener un buen comportamiento tanto a temperatura ambiente como extremas.
Una de las principales ventajas que tiene este tipo de cemento son las propiedades mecánicas que tiene, como por ejemplo su resistencia a la compresión. En la Figura 1 (anexos) se pueden observar valores de resistencia obtenidos a 4, 7 ,14 y 28 días respectivamente, donde se puede apreciar que el concreto a base de geopolímero es dos o tres veces mayor a los valores del cemento Portland convencional. (Muñiz, Gasca, Manzano, & Rubio, 2011). Además, requieren de muy poco tiempo de curado para obtener resistencias bastante altas. Por ejemplo, a los 4 días podemos obtener un cemento que alcanza una resistencia de 30MPa, comparado con los 10MPa que alcanza aproximadamente el cemento Portland (valores aproximados y referenciales). Esto permite realizar cargas mayores en un corto tiempo, lo que hace a este cemento muy útil como material de construcción. Por último mencionar que debido a su estructura química, su durabilidad frente a ambiente químicos agresivos, como el agua de mar, es bastante alta. (Alvarez Mantilla, 2010).
Por otra parte, los geopolímeros son un material bastante importante debido a la parte medioambiental. Las restricciones ambientales impuestas a las cementeras son cada vez más estrictas, lo que lleva a búsquedas de alternativas para la solución a dicho problema. Es por eso que este tipo de cemento es una buena alternativa al cemento portland, principalmente porque la mayor cantidad de CO2 se produce al calentar en horno la piedra caliza hasta los 1450°C que requiere este último, además de la descarbonatación de la caliza, lo cual no ocurre con los geopolímeros ya que estos no emplean carbonato de calcio, además de procesarse solo a 750°C. Esto permite una reducción de aproximadamente un 80% de las emisiones ambientales. Adicionalmente, este cemento permite la incorporación en su elaboración de desechos industriales como cenizas de plantas termoeléctricas, escorias metalúrgicas y otras materias primas que no requieren procesamiento térmico alguno. Todo esto permite el ahorro en consumo de energía de un 50%, la preservación de recursos naturales y evita la acumulación de desechos industriales. (Muñiz, Gasca, Manzano, & Rubio, 2011).
Comparado con las ventajas obtenidas por este material, las desventajas son algo insignificantes, pero deben tenerse en consideración para algunos aspectos, sobre todo tecnológicos. En el uso de escorias de alto horno, la resistencia mecánica inicial es menor a la de productos con cemento Portland, y las ventajas como durabilidad y resistencia al ataque químico pueden ser observadas luego de 28 días. Si bien el hecho de que las escorias presentan fluidez y tiempos de fraguado menores al Portland puede parecer ventajoso, esto puede representar un problema al momento de utilizar concretos premezclados y en su colado, por lo que se debe tener una mayor atención en dicho proceso.
Para finalizar, mencionar que hoy en día se está trabajando por conseguir diversos materiales que permitan disminuir la contaminación que produce el cemento Portland en el mundo, manteniendo o incluso mejorando sus propiedades tanto físicas como mecánicas. Es ahí donde los geopolímeros parecen una verdadera solución a dicho problema, al tener excelentes propiedades físicas, mecánicas y además demostrarse que su proceso requiere de menos energía, que emite un 80% menos de CO2 y que incluso se pueden utilizar desechos industriales para su creación. La principal pregunta que nos hacemos es, ¿bastará solo con disminuir un 80% las emisiones de gases y en un 50% la energía?

Referencias: 1) Alvarez Mantilla, H. (2010). Sintesis y caracterización de las propiedades fisicomecanicas de geopolimeros a partir de puzolana para su aplicación en la industria. Tesis de licenciatura. Universidad Industrial de Santander 2) Muñiz, M., Gasca, J., Manzano, A., & Rubio, J. (2011). Geopolímeros para un desarrollo sustentable. Ciencia y Desarrollo. 3) Palomo, A., Fernandez-Jimenes, A., Criado, M. (2004). “Geopolímeros”: una única base química y diferentes microestructuras. Instituto de Ciencias de la Construcción Eduardo Torroja (CSIC). 4) Omeman, Z., Nehdi, M. (2007). El cemento de geopolímeros en el hormigón. Cemento Hormigón, N°906, 4-19. 5) Gonzalez, C. (2012). Obtención y caracterización de geopolímeros, sintetizados a partir de ceniza volante y piedra pómez, utilizados para el desarrollo y mejoramiento del concreto. El Hombre y la Máquina No.38, 59-65. 6) Valenzuela, C. (2013). Estudio de Geopolímeros sintetizados a partir de Puzolanas. Tesis de licenciatura. Universidad de Chile.
Anexos
Figura 1: Resistencia Geopolímeros vs. Cemento Portland según tiempo

Muñiz, M., Gasca, J., Manzano, A., & Rubio, J. (2011). Geopolímeros para un desarrollo sustentable. Ciencia y Desarrollo. Disponible en: http://www.cyd.conacyt.gob.mx/249/articulos/geopolimeros-para-un-desarrollo-sustentable.html