A Systematic Review of the Mechanical and Durability Performance of Eggshell Powder as a Partial Replacement in Cement in concrete production

El concreto es el esqueleto invisible del mundo moderno, el material que sostiene nuestros puentes, rascacielos y hogares. Sin embargo, el ingrediente principal que lo une, el cemento Portland, conlleva un pesado precio ambiental. La fabricación de cemento requiere calentar la piedra caliza a temperaturas extremas, un proceso que libera enormes cantidades de dióxido de carbono a la atmósfera. Mientras el mundo busca construir un futuro más verde, los científicos han estado buscando formas de sustituir parte de este cemento con otros materiales que sean menos perjudiciales para el planeta. Uno de esos candidatos ha estado escondido a plena vista, acumulándose en vertederos y cocinas durante décadas: las cáscaras de huevo.

Las cáscaras de huevo están compuestas principalmente de carbonato de calcio, el mismo mineral que se encuentra en la piedra caliza utilizada para fabricar cemento. Debido a que son un subproducto de la industria alimentaria, son abundantes y gratuitas. La idea es sencilla: si se muelen las cáscaras de huevo hasta obtener un polvo fino y se mezclan con el concreto, podrían ocupar el lugar de parte del cemento, reduciendo la necesidad del material contaminante sin perder la resistencia del concreto. Sin embargo, no basta con simplemente arrojar las cáscaras trituradas a una mezcla. El polvo debe procesarse correctamente, y existe un límite de cuánto se puede utilizar antes de que el concreto se vuelva débil. Los investigadores han estado probando esta idea durante años, pero los resultados han estado dispersos en cientos de estudios diferentes, lo que dificulta saber exactamente qué tan bien funciona o cuál es la mejor receta.

Para despejar la confusión, un equipo de investigadores de la Universidad Técnica de Takoradi en Ghana llevó a cabo una revisión masiva de la ciencia existente. Ellos no mezclaron concreto en un laboratorio por sí mismos; en su lugar, actuaron como detectives de la literatura, recopilando y analizando noventa estudios distintos que ya habían sido publicados. Estos estudios cubrieron todo, desde cómo se preparaba el polvo hasta cómo resistía la presión y el agua el concreto final. Al observar el panorama general, pudieron identificar patrones claros que los experimentos individuales habían pasado por alto, ofreciendo una guía definitiva sobre si las cáscaras de huevo pueden realmente convertirse en un material de construcción.

Los investigadores encontraron que la respuesta es un "sí" cauteloso, pero con condiciones muy específicas. Cuando el polvo de cáscara de huevo se utiliza para reemplazar una pequeña porción del cemento —específicamente entre el cinco y el diez por ciento del peso total— el concreto se comporta tan bien como, o a veces incluso mejor que, el concreto estándar. En estos niveles bajos, las diminutas partículas de cáscara de huevo actúan como un relleno. Imagine un frasco de canicas grandes; si lo agita, hay espacios entre ellas. Si vierte arena fina, la arena llena esos espacios, haciendo que el frasco sea más pesado y compacto. Del mismo modo, el fino polvo de cáscara de huevo llena los diminutos espacios entre los granos de cemento, haciendo que la mezcla sea más densa y compacta. Esta densificación ayuda al concreto a resistir el agua y evita que se vuelva poroso, lo cual es un factor clave en la durabilidad de un edificio.

Sin embargo, los beneficios desaparecen rápidamente si se intenta usar demasiado. La revisión mostró que una vez que el nivel de reemplazo supera el diez o quince por ciento, el concreto comienza a perder su resistencia. Esto sucede porque las cáscas de huevo no son un sustituto real del cemento en un sentido químico. El cemento es un material reactivo que endurece mediante una reacción química con el agua, creando un pegamento que mantiene unidos la piedra y la arena. Las cáscaras de huevo, incluso al ser trituradas, no reaccionan de la misma manera. Si se pone demasiada cantidad en la mezcla, esencialmente se está diluyendo el pegamento. No queda suficiente cemento reactivo para unir todo, lo que conduce a una estructura más débil que es más propensa a agrietarse y desmoronarse. Los investigadores señalaron que esta caída en la resistencia es especialmente notable en la capacidad del concreto para resistir fuerzas de tracción, lo cual es crítico para prevenir grietas.

La forma en que se preparan las cáscaras de huevo también importa significamente. Los estudios revisados mostraron que el polvo debe estar limpio y ser muy fino. Si las cáscaras no se lavan adecuadamente, la materia orgánica restante del huevo puede interferir con el proceso de endurecimiento. Además, el tamaño de las partículas del polvo es crucial. Los mejores resultados provinieron de cáscaras que fueron molidas en un polvo tan fino que podía pasar a través de un tamiz muy pequeño. Algunos investigadores también calentaron las cáscaras a altas temperaturas antes de molerlas, un proceso que cambia ligeramente la estructura química y hace que el polvo sea más reactivo. Si bien este paso de calentamiento puede mejorar el rendimiento, la revisión sugiere que el uso de cáscaras limpias y finamente molidas a niveles bajos de reemplazo suele ser suficiente y más práctico.

La durabilidad fue otro enfoque importante de la revisión. El concreto que dura mucho tiempo debe ser capaz de mantener fuera el agua, ya que el agua es el principal enemigo que causa la oxidación del refuerzo de acero y las grietas en el concreto. El análisis confirmó que el concreto con un cinco a diez por ciento de polvo de cáscara de huevo absorbe menos agua que el concreto estándar. Las partículas finas bloquean los diminutos canales a través de los cuales el agua normalmente se filtraría, creando una barrera más sólida. Esto sugiere que en climas cálidos y húmedos, donde la humedad puede acelerar el deterioro de los edificios, este tipo de concreto podría ser particularmente útil. Sin embargo, los investigadores advirtieron que estas ganancias en durabilidad desaparecen si el nivel de reemplazo es demasiado alto, ya que la estructura resultante, más porosa, permite que el agua penetre fácilmente.

El equipo también analizó el panorama general de dónde encaja este material en la industria de la construcción. Concluyeron que el polvo de cáscara de huevo no es una cura milagrosa que pueda reemplazar al cemento por completo. En cambio, es un suplemento valioso para tipos específicos de construcción, particularmente para edificios que no requieren la máxima resistencia posible. En regiones como Ghana, donde la avicultura genera toneladas de desechos de cáscara de huevo y el desarrollo de infraestructura está en auge, este enfoque ofrece una forma de convertir un problema de desperdicio en una solución de construcción. Se alinea con el concepto de economía circular, donde el residuo de una industria se convierte en el recurso de otra, reduciendo la necesidad de minar nueva piedra caliza y bajando la huella de carbono de los materiales de construcción.

A pesar de estos hallazgos prometedores, los investigadores enfatizaron que se necesita más trabajo antes de que este método se convierta en una práctica estándar. La mayoría de los estudios que revisaron fueron experimentos a corto plazo realizados en laboratorios, y hay muy pocos datos sobre cómo este concreto resiste a lo largo de muchos años o en sitios de construcción reales. Llamaron a establecer reglas estandarizadas sobre cómo procesar las cáscas de huevo para asegurar la consistencia, ya que la calidad del polvo puede variar enormemente dependiendo de cómo se limpie y se muela. También sugirieron que la investigación futura debería considerar la combinación de cáscaras de huevo con otros materiales sostenibles para ver si pueden trabajar juntos para mejorar el rendimiento aún más.

En última instancia, esta revisión proporciona una hoja de ruta clara para el uso de cáscaras de huevo en el concreto. Confirma que la idea es científicamente sólida, pero solo cuando se aplica con precisión. Al mantenerse en una tasa de reemplazo baja de entre el cinco y el diez por ciento y asegurar que el polvo esté finamente molido y limpio, los constructores pueden crear un material sostenible que sea fuerte, duradero y más amable con el medio ambiente. La cáscara de huevo, que antes estaba destinada a la basura, tiene el potencial de convertirse en un componente silencioso y modesto de las estructuras que albergarán el futuro, siempre y cuando respetemos los límites de su resistencia y la importancia de hacer bien la receta.