Cómo el residuo del pulido de gemas transforma el cemento en un material más eficiente y sostenible

El cemento inteligente podría estar más cerca de lo que parece gracias a un hallazgo realizado por un equipo de investigadores en China. Publicaron los resultados en la revista AIP Advances del reconocido Instituto Estadounidense de Física.

Demostraron que los residuos de gemas, generados durante el pulido y ricos en carburo de silicio, pueden convertirse en un aditivo que transforma el cemento en un material más eficiente y sostenible.

El avance no solo ayudaría a reducir el impacto ambiental de la industria cementera, sino que también daría un nuevo uso a un desecho industrial que normalmente termina en vertederos.

“Lo que más nos sorprendió fue que el residuo del pulido de gemas mejora la conductividad térmica hasta en un 159% y reduce la resistividad eléctrica hasta en un 94% en el cemento”, explicó Xiaowei Ouyang, uno de los científicos y coautores. El residuo tendría un potencial inesperado para el desarrollo de materiales inteligentes.

El trabajo fue realizado también por Xiongfei Yang, Yuge Gao y Junpeng Wang, quienes forman parte de la Universidad de Wuzhou y la Universidad de Guangzhou en China.

El epicentro de la investigación se encuentra en la provincia de Guangdong, que reconocida como un centro global para el procesamiento de gemas y, por tanto, una fuente importante de este tipo de residuos.

Problema ambiental y objetivo del estudio

La producción de cemento es responsable de cerca del 8% de las emisiones globales de CO2.

Además, el residuo del pulido de gemas, compuesto principalmente por carburo de silicio, es un subproducto no biodegradable que se acumula en grandes cantidades y suele acabar en vertederos. De esta manera, agrava los problemas de gestión de residuos.

“El estudio fue motivado por los desafíos ambientales que plantea el residuo del pulido de gemas, un subproducto no biodegradable rico en carburo de silicio”, señaló Ouyang.

El objetivo principal de la investigación fue evaluar si ese residuo podía reutilizarse como un aditivo funcional en el cemento y contribuir a la economía circular y a la reducción de emisiones.

Metodología y resultados del cemento inteligente

Para abordar este objetivo, el equipo empleó una metodología multiescala. Se utilizaron materiales como cemento Portland común y residuos de pulido de gemas, que habían sido generados por la industria local.

Se prepararon mezclas con diferentes proporciones de residuo (20% y 40%) y se mantuvo constante la relación agua/sólido.

Las pruebas incluyeron análisis a nivel nanométrico, como la medición del potencial zeta para evaluar la afinidad de las partículas con los iones de calcio, fundamentales en el proceso de endurecimiento del cemento.

A nivel microscópico, se emplearon técnicas como microscopía electrónica de barrido, espectroscopía infrarroja y difracción de rayos X para analizar la formación de productos de hidratación y la evolución de la estructura porosa.

En la escala macroscópica, se midieron la resistencia a la compresión, la conductividad térmica y la resistividad eléctrica de las muestras.

Los resultados demostraron que el residuo de pulido de gemas no participa en la reacción de hidratación del cemento, pero sí modifica sus propiedades funcionales.

El análisis a nanoescala reveló que el residuo tiene una baja afinidad por los iones de calcio, lo que retrasa la formación de los productos de hidratación y prolonga el periodo de inducción.

A nivel microscópico, se observó que la presencia del residuo genera una microestructura más porosa y con menor densidad. Esto se debe a la débil unión entre las partículas de carburo de silicio y la matriz de cemento.

En cuanto a la resistencia mecánica, el agregado del residuo reduce la resistencia a la compresión, especialmente cuando se utiliza en proporciones elevadas.

Sin embargo, el beneficio más destacado es la mejora en la conductividad térmica y la reducción de la resistividad eléctrica.

Los investigadores subrayaron que el cemento modificado con el residuo podría emplearse en:

• Paneles energéticamente eficientes para paredes o suelos, capaces de conducir calor para calefacción o refrigeración pasiva
• Sensores integrados en infraestructuras como puentes, que detecten daños a través de cambios en la conductividad.

Los investigadores sugirieron que se podrían optimizar las mezclas para mejorar la durabilidad a largo plazo y realizar pruebas en condiciones reales antes de su aplicación comercial.

Entre las limitaciones identificadas, se destaca la necesidad de ajustar la proporción de residuo para evitar una disminución excesiva de la resistencia estructural.

La investigación demuestra que reutilizar el residuo del pulido de gemas como aditivo en el cemento puede reducir el impacto ambiental de ambas industrias y aportar nuevas funcionalidades a los materiales de construcción.