(Por Alejandro Armentia)
Las zeolitas son minerales porosos que se encuentran en ambientes volcánicos y tienen múltiples aplicaciones, entre ellas, evalúan emplearla para el desarrollo de hormigones sustentables que permitirían reducir la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera y el gasto de energía en la producción de materias primas del cemento. En ensayos preliminares, investigadoras e investigadores comprobaron que este material podría funcionar como adición y como puzolana, esto significa que tienen capacidades cementicias naturales y permite inhibir la reacción álicali-sílice, una patología que produce fisuras en hormigones y provoca el deterioro prematuro de las estructuras.
“El cemento es uno de los materiales más usados en la construcción y es responsable de aproximadamente el 8% de las emisiones de CO2 a la atmósfera a causa de la elaboración de la materia prima”, afirma Silvina Marfil, investigadora de la Comisión de Investigaciones Científicas de la Provincia y directora del Centro de Geología Aplicada, Agua y Medio Ambiente -CGAMA- (CIC-UNS).
En ese sentido, la tendencia en Argentina como en el resto del mundo es hallar materiales naturales que logren reemplazar parte del cemento por adiciones minerales suplementarias. Esto es bajar costos de producción, reducir el impacto ambiental y mantener las propiedades del cemento. Por su posible impacto, el estudio recibió financiamiento de la CIC a partir de la convocatoria Ideas-Proyectos 2021.
Para esto se conformó un grupo interdisciplinario integrado por geólogas/os del CGAMA e ingenieras/os de la Facultad de Ingeniería de la Universidad Nacional del Centro de la Provincia de Buenos Aires que exploraron algunos yacimientos de zeolitas que se encuentran en la Patagonia y en el sur de la provincia de Mendoza, realizaron ensayos y comprobaron la potencialidad del uso de este material como adición.
Adiciones y gasto energético
La producción de cemento portland normal está disminuyendo paulatinamente. Hoy la mayoría de los cementos contienen adiciones. “Existen cementos compuestos binarios y ternarios, cementos fillerizados que se comercializan en la provincia de Buenos Aires, donde se ubican las principales industrias cementeras del país”, explica la especialista.
En general, la industria utiliza adiciones que se encuentran disponibles en yacimientos cercanos a las zonas de producción de cemento. “Los primeros fillers que se usaron fueron calizos, escoria de alto horno y en la UNICEN se hicieron algunos trabajos experimentales con arcillas de la zona de Olavarría (caolinita e illita). Pero la desventaja de estas arcillas es que hay que activarlas térmicamente y esto significa un gasto energético importante”. Estas arcillas, para que funcionen, deben ser activadas a temperaturas entre 600 y 900 grados centígrados aproximadamente, dependiendo del cuál sea el tipo.
Las zeolitas, en cambio, no necesitan ser activadas térmicamente. “Estos son minerales que en general se forman a partir de la alteración de vidrio volcánico presente en tobas, brechas e ignimbritas”, detalla Marfil. Estos minerales tienen estructuras abiertas, canales, que le proporciona una alta capacidad de intercambio catiónico y de incorporación de agua.
Para esto las y los investigadores estudiaron un yacimiento en el sur de la provincia de Mendoza y otro cercano a Telsen, en la provincia de Chubut. Marfil asegura que “estos yacimientos tienen muchísima potencialidad porque tienen gran extensión y espesor. Si bien están muy lejos de los centros productivos de la provincia de Buenos Aires (principalmente Olavarría), se podría evaluar la utilización de ‘flete muerto’ para transportar las zeolitas”. Y agrega: “Al sur van todos los camiones llenos y vuelven vacíos. Se podría aprovechar el ‘flete muerto’. De hecho, la minería en la Patagonia funciona de esa manera”. Pero ¿cuáles son las propiedades de las zeolitas?
Vidrio zeolitizado, ¿una solución?
Reemplazar parte del cemento con zeolitas presenta dos beneficios. “Estamos usando un material que, hasta ahora, por lo que están viendo los ingenieros, funciona bien; por otro lado, podríamos hacer cementos puzolánicos que podrían inhibir la reacción álcali-sílice. Esto lo hemos verificado con las arenas del sur de la provincia de Buenos Aires (en el área de Bahía Blanca) y con rocas del basamento de las sierras septentrionales”, afirma Marfil.
En los dos yacimientos estudiados (brecha vítrea zeolitizada del sur de Mendoza y toba de caída de Chubut) se realizó un muestreo de detalle. Luego las muestras se procesaron en el laboratorio, se realizó una caracterización petrográfico-mineralógica en el CGAMA y se realizaron los ensayos tecnológicos en la UNICEN.
Si bien ambas rocas tenían un elevado contenido de vidrio originalmente, en las rocas de Chubut éste fue totalmente alterado mientras que en la brecha de Mendoza aún se conserva abundante vidrio relíctico. “El vidrio también es un material muy reactivo y muy puzolánico, por lo tanto, eso le otorga un ‘plus’ a esta adición”, afirma.
“Las zeolitas son materiales muy complejos. Además de que podrían funcionar bien como adición mineral, también son materiales puzolánicos. Tenemos problemas con las arenas que son muy reactivas, entonces al usar un cemento puzolánico tendría el beneficio extra de inhibir la potencial reactividad de estos materiales”, dice la geóloga.
¿Qué es un material puzolánico? Es un material que usaban ya los romanos mucho antes que se creara el cemento portland. Las primeras puzolanas naturales vienen de la zona de Pozzouli, Italia. “Estos son materiales volcánicos, ricos en sílice y alúmina, que son muy reactivos con el hidróxido de calcio, componente importante de la mezcla, y tienen propiedades cementicias naturalmente”, explica.
Reacción de los materiales, un dolor de cabeza
“La reacción álcali-sílice es un problema que se conoce desde mediados del siglo pasado y todavía nos sigue dando muchos dolores de cabeza”, dice la investigadora de la CIC.
Esta reacción se produce entre la sílice metaestable de algunos componentes de los agregados tanto gruesos (canto rodado y piedra partida) como finos (arena) y los álcalis que pueden provenir tanto del cemento como de los propios agregados. “Esa sílice reacciona con los álcalis y forma un gel que después cristaliza y produce expansión mayor que la resistencia del hormigón y se empieza a fracturar. Se produce un fisuramiento característico en forma de mapa”, indica Marfil. Los primeros estudios en Argentina sobre esta reacción fueron realizados en el LEMIT (CIC) y el primer caso registrado en el país fue en el camino que une la ciudad de La Plata con Punta Lara.
¿Cómo resolver el problema? “Uno es bajando los álcalis, buscando agregados que no sean reactivos, pero a veces no es posible por el costo de traer agregados de muy lejos ¿Cuál es otra? -se pregunta Marfil- Utilizar cementos puzolánicos. El vidrio es uno de los materiales más reactivos pero molidos muy finos, tamaño de cemento, actúa como puzolana”.
“Esperemos que con esto podamos lograr un impacto directo en la industria. Por ahora estamos muy contentos porque los resultados preliminares que estamos teniendo son buenos”, cierra la especialista que trabaja junto al Dr. Pedro Maiza y la Lic. Constanza Bournod del CGAMA y el Dr. Francisco Locati del CICTERRA (CONICET-UNC). El grupo de ingeniería de la UNICEN a cargo de Viviana Rahhal y Fabián Irassar, en colaboración con Roxana Lemma, realizaron los análisis y evaluaron el comportamiento de la adición de rocas zeolitizadas en pastas y morteros, y a actualmente lo están haciendo en hormigones.