El hormigón es actualmente el material de construcción más utilizado en el mundo. Más del 95 % del cemento producido y utilizado actualmente es cemento Portland. Sin embargo, su producción consume grandes cantidades de recursos y energía, además de emitir cantidades considerables de polvo y gases residuales (como CO₂ y SO₂), lo que aumenta la presión ambiental. Además, el cemento Portland presenta ciertas limitaciones para su uso en hormigón de alto rendimiento. Por lo tanto, se ha comenzado a explorar el uso de aditivos minerales para producir un nuevo tipo de aglutinante que lo sustituya.

En comparación con el cemento convencional, los geopolímeros presentan propiedades mecánicas y durabilidad superiores. Además, ofrecen numerosas ventajas en cuanto a la fuente de materia prima, el consumo de energía, el rendimiento y la durabilidad. Pueden considerarse un cemento ecológico y respetuoso con el medio ambiente, que se espera se convierta en un material de construcción ecológico clave en el siglo XXI.

Utilizando un mezclador de concreto planetario a contracorriente, las materias primas se pueden mezclar uniformemente en condiciones de alto cizallamiento, lo que ayuda a activar sus componentes reactivos de manera más efectiva.

1. Definición

 (1) Un geopolímero es un material elaborado a partir de compuestos de aluminosilicato de origen natural o artificial en condiciones alcalinas mediante geopolimerización, produciendo un material similar al cemento con alta resistencia, estabilidad y durabilidad.
 (2) Un geopolímero es un nuevo material aglutinante activado por álcali, diferente del cemento Portland convencional. A diferencia de este, utiliza abundantes materias primas, tiene un menor consumo de energía, prácticamente no genera residuos y evita el consumo de recursos de piedra caliza, lo que lo convierte en un material de construcción ecológico.
 (3) Desde una perspectiva de producción, los geopolímeros se fabrican mediante la reacción química de materias primas de aluminosilicato (como metacaolín o cenizas volantes) con un activador alcalino; esta reacción produce un material químicamente análogo a algunas cenizas volcánicas.
 (4) Desde un punto de vista estructural, los geopolímeros forman una nueva clase de materiales con una red de aluminosilicato tridimensional.
 (5) Desde una perspectiva de enlaces, los geopolímeros consisten en una red de enlaces covalentes formados predominantemente por silicio y aluminio.

2. Estructura

La estructura principal de un geopolímero es una estructura tridimensional de aluminosilicato, de amorfa a semicristalina. Está compuesta por tetraedros de silicio-oxígeno y tetraedros de aluminio-oxígeno.

El uso de una mezcladora de concreto a contracorriente planetaria durante la producción ayuda a dispersar y activar uniformemente estos componentes, produciendo una estructura de red 3D más homogénea.

Diagrama esquemático de la estructura del geopolímero

1.Principales materias primas

(1) Metacaolín, producido mediante el tratamiento térmico adecuado de la arcilla de caolín.
(2) Subproductos industriales ricos en aluminosilicato, como escorias de alto horno, cenizas volantes, yeso fosforado y desechos de arcilla.
(3) Relaves de feldespato, químicamente análogos al metacaolín pero con una pequeña cantidad de calcio.

(4) Activador alcalino, típicamente hidróxido de sodio o potasio, vidrio soluble o silicato de potasio.
(5) Modificadores de fraguado, silicato de calcio débil, humo de sílice y aditivos (como retardadores).

2. Proceso de preparación

(1) Si la materia prima es metacaolín, primero se activa mediante un tratamiento térmico a unos 850 °C. El choque térmico lo convierte en una forma reactiva.
(2) La materia prima se mezcla posteriormente en una hormigonera planetaria a contracorriente con un activador alcalino y agua. El vidrio soluble se utiliza con frecuencia; su módulo, concentración y condiciones de curado influyen en las propiedades finales.
(3) Después de agregar agua y la solución alcalina, la mezcla se mezcla vigorosamente, se vierte en moldes, se compacta por vibración y luego se desmolda y se cura.
(4) Si la materia prima son cenizas volantes, el procedimiento es análogo.

Resumen: El procedimiento principal comprende (1) preprocesamiento de la materia prima, (2) preparación y dosificación de la solución alcalina, (3) mezclado en una mezcladora de concreto planetaria a contracorriente, (4) colada y compactación por vibración, y (5) desmoldeo y curado.

3. Mecanismo de polimerización

El proceso de geopolimerización comprende:
(1) disolución de materiales de aluminosilicato en condiciones alcalinas;
(2) difusión de especies disueltas en los poros;

(3) formación de una fase de gel mediante policondensación;
(4) endurecimiento gradual hasta convertirse en un material monolítico.
El uso de una hormigonera planetaria a contracorriente durante este proceso garantiza una mezcla uniforme y una reacción más completa.

1. Propiedades físicas

(1) Bajos coeficientes de contracción y expansión;
(2) Excelente resistencia a altas temperaturas;
(3) Mayor resistencia a la compresión, a la flexión y al corte que el cemento Portland común;
(4) Durable y químicamente estable en condiciones agresivas.
El uso de una mezcladora de hormigón a contracorriente planetaria ayuda a desarrollar una estructura densa y homogénea, lo que contribuye directamente a estas propiedades deseables.

2. Propiedades químicas

(1) Capacidad de encapsular iones de metales pesados;
(2) Fraguado y endurecimiento rápidos;
(3) Resistencia al ácido excepcionalmente fuerte;
(4) Mayor grado de polimerización y resistencia a la oxidación.

3. Ventajas

(1) Menor consumo de energía durante la producción;
(2) Disponibilidad de materias primas abundantes y más baratas;
(3) Duradero, químicamente inerte y respetuoso con el medio ambiente;
(4) Menor contracción, mayor estabilidad dimensional.

1.Infraestructura y Construcción:
El geopolímero se utiliza para reparar y reforzar edificios y puentes, aumentando su resistencia a terremotos y huracanes. Los materiales compuestos de geopolímero de fibra continua se utilizan actualmente en muchas regiones para el refuerzo estructural.

2. Aplicaciones de aviación:
Los materiales geopolímeros, con su ligereza y resistencia térmica, se han utilizado para componentes de aeronaves, como paneles de cabina y asientos.
El uso de una mezcladora de hormigón planetaria a contracorriente durante la producción garantiza propiedades uniformes del material, deseables para esta aplicación.

3. Aplicaciones automotrices:
En 1994-95, el equipo Benetton F1 aplicó con éxito materiales compuestos de geopolímero a los componentes de su monoplaza de F1: un gran avance en ligereza, resistencia a altas temperaturas y estabilidad mecánica.

4.Fundición y metalurgia no ferrosa:
Debido a que los geopolímeros pueden conservar su estabilidad estructural a temperaturas de 1000 °C a 1200 °C, encuentran aplicaciones en la fundición no ferrosa y la metalurgia.

5.Construcción Civil:
Los geopolímeros se endurecen rápidamente y desarrollan resistencia rápidamente, generalmente en 4 horas, lo que los hace ideales para reparaciones y proyectos de ejecución rápida en las industrias de carreteras, aeropuertos y ferrocarriles.

6. Aplicaciones de tráfico y reparación:
Para reparaciones en carreteras o aeropuertos, unhormigonera planetaria de contracorrientePuede producir una mezcla de fraguado rápido. En una hora se puede caminar sobre el material; después de seis horas, puede transportar aviones.

7. Eliminación de residuos nucleares y peligrosos:
Los geopolímeros forman una estructura similar a una jaula que encapsula de forma segura los iones de metales pesados ​​y los desechos nucleares, evitando su liberación al medio ambiente.

8. Aplicaciones artísticas y decorativas:
Los materiales geopolímeros se pueden procesar para parecerse a la piedra natural, lo que los hace deseables para componentes arquitectónicos y ornamentales.

9. Instalaciones de almacenamiento:
El uso de materiales geopolímeros para construir silos de almacenamiento de granos proporciona control natural de la temperatura y la humedad y resistencia a las plagas.