Resultado final del trabajo de investigación y desarrollo de Geopolimeros.

Un geopolímero se compone de moléculas minerales simples, monómeros, que se unen para crear una molécula más grande y compleja, polímero, en un proceso llamado polimerización.

Por: Joaquim Melchor en condición como Profesor Especialista de Nivel 3.

Origen del estudio. Cuando restauras patrimonio arquitectónico, es buena idea hacerlo con materiales y métodos iguales a los utilizados cuando se creó la obra, para respetar el origen creativo y para que el aspecto visual sea lo más cercano posible al original.

En este caso se trató de investigar el comportamiento de los morteros minerales con base de cal, en concreto, el Opus Signinum, un mortero de obra compuesto en Signia y su derivado llamado Cocciopesto, utilizado en contacto con el agua, que han mostrado su durabilidad en trabajos realizados hace varios miles de años. Estos morteros son conocidos por haber sido utilizados en la construcción de obras monumentales romanas como la cúpula del Panteón de Roma o canalizaciones de agua en acueductos, aunque se han encontrado ejemplos en excavaciones mucho más antiguas como Göbekli Tepe en Turquía o poblados celtíberos mediterráneos.

La investigación se ha centrado en explicar por qué, siendo la cal el aglutinante común en los morteros, unos morteros tenían unas características y comportamiento mucho más especializado que otros. Esta duda llevó a considerar que esa calidad extra provenía de las cargas minerales, de las arenas que componían los morteros junto al aglutinante de cal. La respuesta es que la intervención de metales aportados por las arenas en las mezclas de cal fueron los que confirieron esas cualidades añadidas en una reacción que fija la sílice mediante la absorción de CO2 en un proceso llamado carbonatación.

Cal aérea e hidráhulica. La cal deriva de una piedra caliza que al ser quemada en horno incorpora oxígeno a su estructura convirtiéndose en Óxido cálcico o “Cal Viva”, muy cáustica y reactiva al ser mezclada con el agua, proceso necesario para poder ser aplicada en forma de mortero hidratado o pintura. Este proceso se conoce como “apagar la cal”. Una vez acabado este proceso, tanto si la cal viva ha sido sepultada en agua para obtener cal en pasta o si la cal viva se ha sometido a una humectación controlada para conseguir una versión en polvo, en ambos casos tenemos Hidróxido de Cal o Cal Aérea.

Al mezclar los metales incororados en las arenas, básicamente aluminios, que provienen de puzolanas y/o cenizas o arcillas, obtenemos más dureza y más rapidez de fraguado creando un nuevo compuesto llamado Cal Hidráhulica. Entonces, la cal pasa de denominarse “aérea” por reaccionar con el CO2 del aire, a denominarse “hidráulica” por reaccionar con el agua de amasado. Este proceso se conoce bien en la elaboración del cemento Portland que basa su calidad en la calcinación de cal con arcillas para obtener, una vez fraguado, silicato cálcico, es decir, sílice y calcio, un mineral junto con un metal.

La estrategia. Incorporar metales en la mezcla de los morteros, preferiblemente hidrosolubles y comprobar su comportamiento con cargas minerales tradicionales. En el mercado podemos encontrar metales hidrosolubles en combinación con sílices en un producto que se da a llamar “silicatos hidrosolubles” como el silicato de sodio, potasio o litio además de los silicatos de aluminio de, como decíamos, puzolanas, arcillas o cenizas. El comportamiento de estos silicatos es coloidal, por lo que actúan como aglutinante aportando una dureza mineral considerable a los elementos porque los metales procuran enlaces muy fuertes en los minerales. En el siguiente diagrama se representa la estructura de un silicato. Si sustituimos un átomo de oxígeno por uno de un metal, el enlace con otras moléculas serán más fuerte.

• Serendipia. El trabajo con silicatos hidrosolubles como aglutinante de cargas minerales trata básicamente del aporte de sílices coloidales en la estructura de los minerales en un proceso que en la naturaleza recibe la denominación de “fosilización” aunque, evidentemente, en una escala temporal mucho más amplia, con la agravante de la incorporación de metales que favorecen unos enlaces moleculares mucho más fuertes. Entonces los silicatos depositan sílice coloidal dotando a la masa mineral fragua de todas las características de un mineral cristalizado. Este proceso lo hemos repetido con diversos tipos de materiales aparte de los minerales que reúnan las condiciones de dureza, limpieza, sequedad y familiaridad física, con resultados más que aceptables.

Problemas durante el proceso. Se han realizado diversas mezclas y condiciones con tierras y arenas de uso tradicional aglutinadas con silicatos con buenos resultados, sobre todo en el uso de puzolanas, destacando de entre los varios problemas surgidos durante la investigación las dos siguientes situaciones.

• Problema. El fraguado o cristalización de un mortero de silicato puro depende del acceso del CO2 en la estructura de la masa para fijarse activando el fraguado y la polimerización. Las partes centrales o núcleos de la masa puede no endurecerse si la superficie cristaliza actuando de barrera del CO2 por lo que es necesario un activador como un metal.
• Solución. Las partículas más interesantes para conseguir el fraguado en toda la masa son las cenizas por su aporte de aluminios, pero que confieren un color grisáceo a la masa.

• Problema. El trabajo con tierras aglutinadas con silicatos procura resultados muy interesantes siempre y cuando no haya feldespatos en forma de arcillas no caolinitas. La sílice coloidal no se comporta bien con las arcillas de este tipo porque es muy difícil cristalizar en un sistema laminar.
• Solución. En el caso de la existencia de arcillas, los resultados son mucho mejores utilizando enzimas de caña de azúcar como aditivo en el agua de amasado.

Conclusión. Llegado a este punto, la diferencia técnica entre un mortero de silicato coloidal y un cemento puzolánico gris de 42,5, es ligeramente superior en el caso del silicato coloidal. Lo que marca la diferencia es el uso de un compuesto basado en silicato puro, prescindiendo de las cenizas, en trabajos en los que el respeto por el lenguaje tectónico sea primordial, ya que el uso de silicatos hidrosolubles no altera la calidad visual del mineral, situación que es imposible conseguir con cementos o cales.

En la imagen. Loza de 13 x 13 cm, 100% mineral realizada con tierra de la cuenca de Toledo. Esta tierra tiene un alto grado de sílices, muy poca arcilla, nada orgánico y una curva granométrica natural muy eficiente en granos finos y medios. Estas mezclas son adecuadas para revestimientos continuos y lozas.

Joaquín Melchor Rojas en Palafrugell a 22/01/2026