Un equipo de científicos del Instituto Tecnológico de Massachusetts (MIT) logró observar por primera vez una reacción química clave que ocurre cuando se inyecta dióxido de carbono (CO₂) en la pasta de cemento fresca, un descubrimiento que podría abrir nuevas posibilidades para fabricar materiales más resistentes y almacenar carbono que de otro modo terminaría en la atmósfera.
La investigación, publicada en la revista Journal of the American Ceramic Society, aporta evidencia directa sobre un fenómeno que hasta ahora solo podía inferirse mediante modelos teóricos y observaciones indirectas. Los investigadores utilizaron espectroscopia Raman en tiempo real para seguir minuto a minuto la evolución química del cemento durante sus primeras horas de endurecimiento.
Según informó MIT News, el trabajo estuvo liderado por el profesor Admir Masic y el estudiante de posgrado Marcin Hajduczek, ambos vinculados al MIT Concrete Sustainability Hub y al Departamento de Ingeniería Civil y Ambiental de la institución.
La inyección de CO₂ en productos cementicios ha despertado un creciente interés comercial durante los últimos años. Según MIT News, varias empresas ya desarrollan hormigones que incorporan dióxido de carbono durante su fabricación, con el objetivo de almacenar ese gas y reducir el impacto ambiental de la construcción. Sin embargo, el mecanismo químico detrás de este proceso seguía siendo un misterio.
Los investigadores descubrieron que el CO₂ modifica completamente la forma en que el cemento desarrolla su estructura interna.
Según el estudio, el proceso ocurre en tres etapas principales
Como informó MIT News, en una primera fase, el dióxido de carbono reacciona rápidamente con el calcio liberado por el cemento fresco y forma carbonato de calcio. Esta reacción consume temporalmente parte del calcio disponible y ralentiza el proceso tradicional de hidratación que permite endurecer el material.
Esa alteración inicial genera un efecto inesperado. Según MIT News, los silicatos presentes en la mezcla comienzan a reorganizarse y forman una red de gel de sílice distribuida por toda la pasta de cemento.
Los científicos describen esta estructura como una fase extremadamente fugaz. Hasta ahora nadie había logrado detectarla de forma directa.
Segunda y tercera fase
Aproximadamente cuatro o cinco horas después de la mezcla, el CO₂ ya se ha mineralizado por completo y el proceso normal de hidratación vuelve a activarse. En ese momento, el gel de sílice entra en contacto con nuevas fases químicas y se transforma rápidamente en silicato de calcio hidratado, conocido como CSH, el principal compuesto responsable de la resistencia del cemento.
La diferencia es que este nuevo material no se concentra alrededor de las partículas originales del cemento, como ocurre habitualmente. En cambio, aparece distribuido de forma mucho más uniforme en toda la matriz.
Según los autores, esa reorganización explica por qué las mezclas tratadas con dióxido de carbono presentan un mejor desempeño mecánico desde edades tempranas.
Como informó MIT News, los ensayos realizados mostraron que las muestras que incorporaron CO₂ equivalente al 1% del peso del cemento alcanzaron una resistencia a la compresión un 13% superior después de apenas 24 horas en comparación con mezclas convencionales.
El estudio también cuestiona una teoría ampliamente aceptada
Hasta ahora se creía que los cristales de carbonato de calcio actuaban como núcleos para la formación de nuevos compuestos resistentes. Sin embargo, las observaciones realizadas indican que esos cristales cumplen un papel mucho más pasivo de lo que se suponía, según informó MIT News.
Para los investigadores, el hallazgo representa apenas el comienzo. Comprender el mecanismo permitirá ajustar con mayor precisión la cantidad de dióxido de carbono utilizada en cada mezcla y optimizar sus beneficios.
Además del aumento de resistencia, los científicos sostienen que esta técnica podría contribuir a compensar parte de las emisiones de carbono asociadas a la producción de cemento, uno de los sectores industriales con mayor huella ambiental a nivel global.
Por ahora, el llamado “gel fantasma” ya dejó de ser una hipótesis. Gracias a esta investigación, los científicos lograron observar un proceso que permaneció oculto durante décadas y que podría influir en el futuro de los materiales de construcción.
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