Cemento Puzolanico

PUZOLANA
"UNA ALTERNATIVA ANCESTRAL AL CEMENTO PORTLAND"
El código ASTM (1992), en la definición 618-78, precisa: "las puzolanas son materiales silíceos o alumino-silíceos quienes por sí solos poseen poco o ningún valor cementante, pero cuando se han dividido finamente y están en presencia de agua reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura ambiente para formar compuestos con propiedades cementantes"
Los restos de un antiguo dique romano sumergido en el mar Mediterráneo, en la bahía de Pozzuoli, cerca de Nápoles, ha proporcionado al equipo científico de la Universidad de Berkeley liderado por el profesor Paulo Monteiro las muestras que han permitido a los investigadores analizar, por primera vez, la composición del hormigón que usaba la extinta civilización en sus construcciones, un material que han comparado con el actual para extraer conclusiones significativas.
La primera, que se trataba de una mezcla mucho más resistente, con altas condiciones para durar en el tiempo. Además, la forma en que los romanos fabricaban su hormigón es mucho más ecológica que los procesos mediante los cuales se fabrica en la actualidad el material, cuya base principal es el cemento Portland.
Más allá de la curiosidad histórica del hallazgo, la investigación supone un avance notable. La aplicación real del estudio podría mejorar de forma significativa la calidad de uno de los materiales de construcción por excelencia en la actualidad, y no sólo en términos de su composición sino también en el ámbito ecológico. Según los datos ofrecidos por los científicos en el comunicado mediante la que han difundido su investigación, el 7% de las emisiones de dióxido de carbono a la atmósfera provienen de la fabricación de este tipo de cemento.
Una composición perfecta.
El problema del cemento Portland, según los investigadores, es que en su proceso de fabricación se libera una gran cantidad de dióxido de carbono al calentarse, a más de 1.400 grados centígrados -a través de la quema de combustibles fósiles en la mayoría de los casos, aunque las organizaciones ecologistas tratan de evitarlo- uno de los principales componentes químicos de la mezcla, el carbonato de calcio. Sin ir más lejos, el jueves se llevó a cabo una manifestación en sede del Parlamento navarro contra la incineración en la planta de Cementos Portland en la localidad de Olazti.
Las principales diferencias del hormigón romano, en cuanto se refiere al proceso de combustión, es que su mezcla incluye una cantidad menor de cal y requiere una menor cantidad de combustible, además a una temperatura también inferior, rondando los 900 grados centígrados.
En lo referente a la mezcla, su ingrediente estrella -no secreto-, que ya se utiliza hoy en día, aunque hasta ahora no se había podido conocer su comportamiento a largo plazo, como en las estructuras romanas, son las rocas y cenizas volcánicas, cuyos resultados en las obras de ingeniería en contacto con el agua marina han sorprendido a los investigadores. De hecho, ésa es la parte más relevante de su estudio: la reacción química del hormigón romano en contacto con el mar crea una estructura de enlaces de una gran resistencia.
En ese sentido, los científicos han destacado que las construcciones modernas basadas en hormigón comienzan a dar señales de desgaste a partir de los 50 años, y que están concebidas para durar alrededor de un siglo y medio, un periodo que resulta ridículo en comparación con algunas obras de ingeniería levantadas durante el Imperio Romano, que han resistido miles de años de agresiones químicas, en entornos "tan agresivos como los marinos", ha explicado la profesora Marie Jackson, parte integrante de la investigación.
Puzolana, el sustituto del cemento Portland
Históricamente, se considera a Marcus Vitruvius Pollio, autor del tratado sobre arquitectura De architectura libri decem, como el padre del hormigón sobre el que se construyó el Imperio Romano. Las obras de ingeniería civil de la civilización que dominó Occidente han trascendido la historia, convirtiéndose en ejemplo de admiración para las generaciones posteriores. El hormigón también forma parte de esa leyenda dorada. "Se trata de uno de los materiales de construcción más duraderos, y no nació por accidente. El transporte era básico para la estabilidad política, económica y militar para el Imperio Romano, por lo que la construcción de puertos duraderos era fundamental", añade la profesora Jackson.
En las recetas del propio Vitruvius, y también de Plinio el Viejo, para fabricar el mejor hormigón, existen referencias a las cenizas volcánicas abundantes en la región del golfo de Nápoles, cerca de la localidad de Pozzuoli. El hecho de que no se trata de un componente misterioso lo demuestra que se está utilizando en algunas mezclas actuales, en sustitución parcial del cemento Portland.
El problema es que las cenizas volcánicas no abundan en el planeta, por lo que la vía romana no sería efectiva, simplemente por la escasez de la materia prima, para sustituir la exigente, en términos cuantitativos producción actual de cemento Portland. No obstante, los científicos han comprobado que el mineral de nombre puzolana, en este caso muy abundante en el mundo, posee propiedades similares a las cenizas volcánicas. Según las estimaciones de los investigadores, su utilización en los procesos de fabricación del hormigón podría cubrir el 40% de la demanda de cemento Portland en el mundo. No es casualidad que la principal fuente de financiación de esta investigación proceda de Arabia Saudita, donde existen grandes excedente de puzolana.

El cemento puzolánico se produce a partir de mezclar íntimamente y moler en un molino de bolas hasta fino polvo una mezcla de hidrato de cal y puzolana, con una proporción promedio de 70% de puzolana y 30% de cal. El material producido requiere tener una finura similar a la del cemento Portland ordinario (250-300 kg/m^2 ensayo Blaine)

Propiedades de la puzolana.
Las propiedades de las puzolanas dependen de la composición química y la estructura interna. Se prefiere puzolanas con composición química tal que la presencia de los tres principales óxidos (SiO2, Al2O3, Fe2O3) sea mayor del 70%. Se trata que la puzolana tenga una estructura amorfa.
En el caso de las puzolanas obtenidas como desechos de la agricultura (cenizas de la caña de azúcar y el arroz), la forma más viable de mejorar sus propiedades es realizar una quema controlada en incineradores rústicos, donde se controla la temperatura de combustión, y el tiempo de residencia del material.
Si la temperatura de combustión está en el rango entre 400-760 °C, hay garantía de que la sílice se forma en fases amorfas, de mucha reactividad. Para temperaturas superiores comienzan a formarse fases cristalinas de sílice, poco reactivas a temperatura ambiente.
Principales tipos de puzolanas
Puzolanas naturales.
Rocas volcánicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcánicas, las tobas, la escoria y obsidiana.
Rocas o suelos en las que el constituyente silíceo contiene ópalo, ya sea por la precipitación de la sílice de una solución o de los residuos de organismos de lo cual son ejemplos las tierras de diatomeas, o las arcillas calcinadas por vía natural a partir de calor o de un flujo de lava.
Puzolanas artificiales.
Cenizas volantes: las cenizas que se producen en la combustión de carbón mineral (lignito), fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de electricidad.
Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: por ejemplo residuos de la quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a temperaturas superiores a los 800 °C.
Escorias de fundición: principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr que adquieran una estructura amorfa.
Cenizas de residuos agrícolas: la ceniza de cascarilla de arroz, ceniza del bagazo y la paja de la caña de azúcar. Cuando son quemados convenientemente, se obtiene un residuo mineral rico en sílice y alúmina, cuya estructura depende de la temperatura de combustión.
Las ventajas que ofrece el cemento puzolánico sobre el resto se detallan a continuación:
Mayor durabilidad del cemento.
Mejor defensa ante los sulfatos y cloruros.
Aumento en la resistencia a la tracción.
Incremento de la impermeabilidad por la reducción de grietas en el fraguado.
Disminución del calor de hidratación.
Mejora en la resistencia a la abrasión.
Aumento la resistencia del acero a la corrosión.
Menor necesidad de agua.
Otros usos de la puzolana
Filtro natural de líquidos por su elevada porosidad.
Sustrato inerte y aireante para cultivos hidropónicos.
Fabricación de Hormigones de baja densidad (como ya se ha señalado en el caso del Panteón de Roma).
Drenaje natural en campos de fútbol e instalaciones deportivas.
Absorbente (en el caso del agua del 20 al 30 % del peso de árido seco) y preparación de tierras volcánicas olorosas.
Aislante Térmico (0,21 Kcal / Hm2 C)
Arqueología. Protector de restos arqueológicos de baja densidad para conservación de restos (por construcción sobre ellos o con carácter temporal).
Jardinería. En numerosas rotondas, jardines. Sustituto eficaz del césped en zona con carencia de agua de riego.
Abrasivo. Usado como ingrediente en algunos detergentes abrasivos.