Una investigación encabezada por el Dr. Yon Wang, propone una reformulación del hormigón imprimible en 3D capaz de reducir de manera significativa la huella de carbono del material sin afectar su comportamiento estructural. La estrategia combina filler calizo como reemplazo parcial del cemento y nanofibras de celulosa (CNF) de origen vegetal como refuerzo reológico y microestructural.

La producción de cemento representa cerca del 8 % de las emisiones globales de CO₂, lo que ha impulsado la búsqueda de alternativas que permitan disminuir su contenido en mezclas estructurales. En el caso de la construcción mediante impresión 3D, el desafío es mayor: estas formulaciones suelen requerir altos contenidos de cemento y aditivos químicos para garantizar una fluidez controlada, estabilidad entre capas y resistencia temprana suficiente para sostener el crecimiento vertical.

El estudio evaluó mezclas con 0,3 % de CNF y reemplazos de cemento por filler calizo del 14 % y 29 %, aplicando una relación agua/aglomerante de 0,4 y arena/aglomerante de 1. Las nanofibras fueron dispersadas previamente mediante un mezclado de alta energía capaz de asegurar una distribución homogénea en la matriz cementicia.

Los ensayos incluyeron caracterización reológica —tensión de fluencia estática y dinámica, viscosidad y tixotropía—, calorimetría isotérmica para analizar la cinética de hidratación y microscopía electrónica de barrido (SEM) para evaluar la densificación microestructural y la interacción fibra-matriz. También se llevaron a cabo pruebas mecánicas a compresión y flexión, además de validaciones a escala real mediante una impresión robótica.

Si bien el incremento del reemplazo por filler calizo tiende a reducir la resistencia a compresión por dilución del clínker, la incorporación de CNF compensó dicha pérdida, restaurando la integridad estructural. Las mezclas optimizadas alcanzaron reducciones de hasta un 40 % en el contenido de cemento respecto de los sistemas convencionales, manteniendo adecuados niveles de resistencia.

Uno de los resultados más relevantes fue el aumento de la tensión de fluencia estática, que creció hasta un 1.213 % con la adición de 0,3 % de CNF en mezclas con 29 % de filler. Este comportamiento indica una mayor capacidad del material para sostener su propia geometría durante la impresión, sin volverse excesivamente rígido. La mejora se atribuye principalmente a interacciones coloidales entre las nanofibras y las partículas cementicias, más que a modificaciones en la química de hidratación.

El filler calizo, por su parte, contribuyó acelerando la hidratación temprana y mejorando el empaquetamiento de partículas, lo que derivó en una matriz más densa. Los análisis microestructurales confirmaron una mejor compactación interna y una homogénea distribución de las nanofibras.

Desde el punto de vista ambiental y económico, la formulación optimizada redujo el potencial de calentamiento global en un 34,4 % y el precio mínimo estimado de venta en más de un 12 %, tomando como unidad funcional la resistencia a compresión. Ensayos de voladizos exigentes demostraron la capacidad de imprimir hasta 78 capas consecutivas con estabilidad geométrica.

El estudio también identificó un comportamiento mecánico anisotrópico en los elementos impresos, evidenciando la influencia de la orientación de capas sobre la resistencia a flexión. Este aspecto subraya la importancia del diseño de trayectorias de impresión en las aplicaciones estructurales.

La integración de nanofibras de celulosa y filler calizo se presenta como una técnica viable para disminuir sustancialmente el contenido de cemento en hormigones imprimibles, reduciendo emisiones y costos sin comprometer el desempeño mecánico ni constructivo. En un escenario de creciente presión climática, esta línea de investigación abre nuevas oportunidades para una infraestructura más sostenible y tecnológicamente rentable.