Matrices sostenibles de escayola y wollastonita para aplicaciones resilientes y compatibles con la conservación del patrimonio
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2026Subject/s
Abstract
La presente investigación explora el desarrollo y caracterización de una matriz yeso–wollastonita optimizada para aplicaciones resilientes, sostenibles y compatibles con la conservación del patrimonio. El yeso, ampliamente empleado en construcción y en intervenciones de restauración por su compatibilidad mineral, reversibilidad y bajo impacto ambiental, presenta limitaciones inherentes en resistencia mecánica y durabilidad. La wollastonita, un silicato cálcico de estructura acicular, surge como un aditivo mineral estratégico capaz de mejorar el rendimiento del yeso sin introducir polímeros sintéticos, aditivos industriales ni comprometer la compatibilidad con sustratos históricos. Este estudio analiza formulaciones con incorporación del 5% de wollastonita mediante dos enfoques: sustitución parcial del aglomerante y adición directa sin reducción de escayola. Los ensayos preliminares muestran un comportamiento diferenciado entre ambas estrategias. La sustitución del 5% de yeso por wollastonita provoca una ligera reducción de la resistencia a flexión, atribuible a la disminución de la matriz aglomerante disponible, aunque se observa una mejora notable en la resistencia a compresión respecto al material de referencia. Por otro lado, la adición del 5% de wollastonita sin modificar el contenido de yeso incrementa tanto la resistencia a flexión como la resistencia a compresión, alcanzando los valores más altos entre todas las formulaciones evaluadas. Este aumento se interpreta como resultado de la acción combinada de varios mecanismos: densificación del sistema, incremento de la nucleación durante la hidratación y contribución de la morfología acicular de la wollastonita en la transferencia de esfuerzos o al actuar como puente entre microfisuras. La respuesta mecánica obtenida posiciona a la matriz yeso–wollastonita como una alternativa prometedora para aplicaciones donde la durabilidad y la integridad mecánica son críticas, especialmente en entornos patrimoniales donde se requieren materiales compatibles y de bajo impacto ambiental. Asimismo, la mejora de prestaciones con cantidades reducidas de aditivo sugiere un enfoque de eficiencia material, alineado con objetivos de sostenibilidad y reducción de emisiones asociadas a la producción y mantenimiento de materiales de construcción. Se prevé complementar estos resultados con caracterización microestructural por microscopía electrónica, densidad y conductividad térmica. Estas técnicas permitirán establecer correlaciones directas entre las mejoras mecánicas observadas y los cambios microestructurales inducidos por la wollastonita, fortaleciendo la interpretación del mecanismo de refuerzo y aportando una base científica sólida para aplicaciones reales en construcción y conservación del patrimonio. En conjunto, este trabajo constituye un avance inicial hacia el desarrollo de compuestos yeso–wollastonita de alto rendimiento, con potencial para aplicaciones contemporáneas y patrimoniales que exigen sostenibilidad, compatibilidad y resiliencia frente a condiciones ambientales y mecánicas exigentes. Si bien el estudio se encuentra en una fase preliminar, los resultados obtenidos justifican una ampliación experimental y confirman el valor estratégico de la wollastonita como aditivo de interés en matrices de escayola.
La presente investigación explora el desarrollo y caracterización de una matriz yeso–wollastonita optimizada para aplicaciones resilientes, sostenibles y compatibles con la conservación del patrimonio. El yeso, ampliamente empleado en construcción y en intervenciones de restauración por su compatibilidad mineral, reversibilidad y bajo impacto ambiental, presenta limitaciones inherentes en resistencia mecánica y durabilidad. La wollastonita, un silicato cálcico de estructura acicular, surge como un aditivo mineral estratégico capaz de mejorar el rendimiento del yeso sin introducir polímeros sintéticos, aditivos industriales ni comprometer la compatibilidad con sustratos históricos. Este estudio analiza formulaciones con incorporación del 5% de wollastonita mediante dos enfoques: sustitución parcial del aglomerante y adición directa sin reducción de escayola. Los ensayos preliminares muestran un comportamiento diferenciado entre ambas estrategias. La sustitución del 5% de yeso por wollastonita provoca una ligera reducción de la resistencia a flexión, atribuible a la disminución de la matriz aglomerante disponible, aunque se observa una mejora notable en la resistencia a compresión respecto al material de referencia. Por otro lado, la adición del 5% de wollastonita sin modificar el contenido de yeso incrementa tanto la resistencia a flexión como la resistencia a compresión, alcanzando los valores más altos entre todas las formulaciones evaluadas. Este aumento se interpreta como resultado de la acción combinada de varios mecanismos: densificación del sistema, incremento de la nucleación durante la hidratación y contribución de la morfología acicular de la wollastonita en la transferencia de esfuerzos o al actuar como puente entre microfisuras. La respuesta mecánica obtenida posiciona a la matriz yeso–wollastonita como una alternativa prometedora para aplicaciones donde la durabilidad y la integridad mecánica son críticas, especialmente en entornos patrimoniales donde se requieren materiales compatibles y de bajo impacto ambiental. Asimismo, la mejora de prestaciones con cantidades reducidas de aditivo sugiere un enfoque de eficiencia material, alineado con objetivos de sostenibilidad y reducción de emisiones asociadas a la producción y mantenimiento de materiales de construcción. Se prevé complementar estos resultados con caracterización microestructural por microscopía electrónica, densidad y conductividad térmica. Estas técnicas permitirán establecer correlaciones directas entre las mejoras mecánicas observadas y los cambios microestructurales inducidos por la wollastonita, fortaleciendo la interpretación del mecanismo de refuerzo y aportando una base científica sólida para aplicaciones reales en construcción y conservación del patrimonio. En conjunto, este trabajo constituye un avance inicial hacia el desarrollo de compuestos yeso–wollastonita de alto rendimiento, con potencial para aplicaciones contemporáneas y patrimoniales que exigen sostenibilidad, compatibilidad y resiliencia frente a condiciones ambientales y mecánicas exigentes. Si bien el estudio se encuentra en una fase preliminar, los resultados obtenidos justifican una ampliación experimental y confirman el valor estratégico de la wollastonita como aditivo de interés en matrices de escayola.
This research explores the development and characterization of a gypsum–wollastonite matrix optimized for resilient, sustainable applications compatible with heritage conservation. Gypsum, widely used in construction and restoration interventions because of its mineral compatibility, reversibility and low environmental impact, has inherent limitations in mechanical strength and durability. Wollastonite, a calcium silicate with an acicular structure, emerges as a strategic mineral additive capable of improving gypsum performance without introducing synthetic polymers or industrial additives, and without compromising compatibility with historic substrates. This study analyzes formulations incorporating 5% wollastonite through two approaches: partial replacement of the binder and direct addition without reducing the plaster content. The preliminary tests show differentiated behavior between the two strategies. Replacing 5% of the gypsum with wollastonite causes a slight reduction in flexural strength, attributed to the reduction in the available binder matrix, although a notable improvement in compressive strength is observed compared with the reference material. By contrast, adding 5% wollastonite without modifying the gypsum content increases both flexural and compressive strength, reaching the highest values among all the formulations evaluated. This increase is interpreted as the result of the combined action of several mechanisms: densification of the system, increased nucleation during hydration and the contribution of the acicular morphology of wollastonite to stress transfer or to bridging microcracks. The mechanical response obtained positions the gypsum–wollastonite matrix as a promising alternative for applications where durability and mechanical integrity are critical, especially in heritage environments requiring compatible materials with low environmental impact. Likewise, the improvement in performance with small amounts of additive suggests an approach based on material efficiency, aligned with sustainability goals and the reduction of emissions associated with the production and maintenance of construction materials. These results are expected to be complemented with microstructural characterization by electron microscopy, density and thermal conductivity testing. These techniques will make it possible to establish direct correlations between the observed mechanical improvements and the microstructural changes induced by wollastonite, strengthening the interpretation of the reinforcement mechanism and providing a solid scientific basis for real applications in construction and heritage conservation. Overall, this work represents an initial step towards the development of high-performance gypsum–wollastonite composites, with potential for contemporary and heritage applications that require sustainability, compatibility and resilience under demanding environmental and mechanical conditions. Although the study is still at a preliminary stage, the results obtained justify further experimental work and confirm the strategic value of wollastonite as an additive of interest in plaster matrices.
This research explores the development and characterization of a gypsum–wollastonite matrix optimized for resilient, sustainable applications compatible with heritage conservation. Gypsum, widely used in construction and restoration interventions because of its mineral compatibility, reversibility and low environmental impact, has inherent limitations in mechanical strength and durability. Wollastonite, a calcium silicate with an acicular structure, emerges as a strategic mineral additive capable of improving gypsum performance without introducing synthetic polymers or industrial additives, and without compromising compatibility with historic substrates. This study analyzes formulations incorporating 5% wollastonite through two approaches: partial replacement of the binder and direct addition without reducing the plaster content. The preliminary tests show differentiated behavior between the two strategies. Replacing 5% of the gypsum with wollastonite causes a slight reduction in flexural strength, attributed to the reduction in the available binder matrix, although a notable improvement in compressive strength is observed compared with the reference material. By contrast, adding 5% wollastonite without modifying the gypsum content increases both flexural and compressive strength, reaching the highest values among all the formulations evaluated. This increase is interpreted as the result of the combined action of several mechanisms: densification of the system, increased nucleation during hydration and the contribution of the acicular morphology of wollastonite to stress transfer or to bridging microcracks. The mechanical response obtained positions the gypsum–wollastonite matrix as a promising alternative for applications where durability and mechanical integrity are critical, especially in heritage environments requiring compatible materials with low environmental impact. Likewise, the improvement in performance with small amounts of additive suggests an approach based on material efficiency, aligned with sustainability goals and the reduction of emissions associated with the production and maintenance of construction materials. These results are expected to be complemented with microstructural characterization by electron microscopy, density and thermal conductivity testing. These techniques will make it possible to establish direct correlations between the observed mechanical improvements and the microstructural changes induced by wollastonite, strengthening the interpretation of the reinforcement mechanism and providing a solid scientific basis for real applications in construction and heritage conservation. Overall, this work represents an initial step towards the development of high-performance gypsum–wollastonite composites, with potential for contemporary and heritage applications that require sustainability, compatibility and resilience under demanding environmental and mechanical conditions. Although the study is still at a preliminary stage, the results obtained justify further experimental work and confirm the strategic value of wollastonite as an additive of interest in plaster matrices.
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