Los cambios de temperatura pueden hacer que el agua se congele y se expanda, para luego volver a derretirse y contraerse. Dado que el hormigón es poroso y absorbe líquido, eso a menudo causa desperfectos en su superficie, pero un nuevo aditivo podría prevenir ese deterioro.
«Hasta ahora, para evitar los daños causados por los ciclos de congelación-descongelación, se usaba una técnica de los años 1930 que consiste en introducir pequeñas burbujas de aire en el hormigón», explica Wil Srubar, científico de materiales e ingeniero de estructuras de la Universidad de Colorado en Boulder. Esas burbujas flexibles absorben parte de la presión, pero también reducen la resistencia del hormigón, aumentan su permeabilidad y requieren un complejo proceso de distribución.
Srubar y su equipo se fijaron en la naturaleza, en concreto en las proteínas «anticongelantes» que permiten que algunos peces y bacterias soporten temperaturas gélidas. En las células, esas moléculas se adhieren a la superficie de los cristales de hielo e impiden que crezcan demasiado. Sin embargo, no funcionan en entornos muy alcalinos como el de la pasta de cemento, un componente esencial del hormigón. Así que los investigadores examinaron una sustancia más resistente con propiedades similares: un copolímero llamado PVA-PEG (alcohol polivinílico-polietilenglicol), que se emplea como excipiente en los fármacos de liberación retardada.
Para ponerlo a prueba, prepararon distintos tipos de hormigón: uno de control, otro con burbujas de aire y varios con diferentes concentraciones de PVA-PEG. Tras 300 ciclos de congelación-descongelación, la calidad de la muestra de control se desplomó, mientras que otras conservaron su consistencia. El estudio se publicó en junio en Cell Reports Physical Science.
Vikki Edmondson, ingeniera civil de la Universidad de Northumbria ajena al estudio, destaca la importancia del trabajo, pero recalca que habrá que continuarlo fuera del laboratorio. «Por ejemplo, si pensamos en la vida útil prevista para un puente, ¿cómo ayudará este método a proteger las infraestructuras cruciales?» Edmondson se pregunta cómo se comportaría el aditivo en el mundo real, donde el hormigón debe resistir vibraciones y está expuesto a contaminantes.
«Cualquier proceso que aumente la durabilidad del cemento supone un avance», valora Roland Pellenq, investigador principal del Centro Nacional de Investigación Científica de Francia, que tampoco participó en el nuevo trabajo. Los daños causados por los ciclos de congelación-descongelación representan una seria amenaza para las infraestructuras, así que hay más grupos en busca de soluciones: Pellenq apunta que el suyo ha experimentado con un aditivo de negro de carbón capaz de repeler el agua.
Srubar ha registrado una patente provisional y espera comercializar la técnica del PVA-PEG en un plazo de cinco años. Entretanto, sigue buscando moléculas que imiten el comportamiento de las proteínas anticongelantes. «En mi laboratorio estamos convencidos de que la naturaleza ya ha encontrado una solución para todos nuestros problemas», concluye. «Solo hay que saber dónde mirar.»
Sophie Bushwick
Referencia: «Inhibiting freeze-thaw damage in cement paste and concrete by mimicking nature’s antifreeze», Shane D. Frazier et al. en Cell Reports Physical Science, vol. 1, n.º 6, art. 100060, 24 de junio de 2020.
