Guía de formulación de cemento: aditivos, éteres de celulosa y demanda de agua

Un productor de mezcla seca cambia un grado de éter de celulosa por una alternativa más barata, mantiene la misma dosis y el adhesivo para baldosas que pasó todas las pruebas de banco comienza a deslizarse de la llana en el sitio una semana después. Nada sobre el cemento cambió. Lo que cambió fue cuánto tiempo la mezcla retuvo el agua.

La formulación del cemento es el trabajo de decidir qué se incluye en una mezcla a base de cemento, en qué orden de magnitud y por qué. Primero, la conclusión: el aglutinante establece el techo de rendimiento de un mortero, revoque, lechada o adhesivo, pero la retención de agua, la clasificación de partículas y el paquete de aditivos deciden qué tan cerca se llega realmente a ese techo. Si se equivoca en el equilibrio hídrico, ningún cemento adicional rescatará la mezcla.

De qué está hecha una formulación de cemento

Una mezcla seca a base de cemento se construye a partir de cuatro grupos de ingredientes: aglutinante, relleno o agregado, agua de mezcla y aditivos funcionales dosificados en cantidades muy pequeñas. El aglutinante suele ser cemento Portland ordinario (CEM I según EN 197-1) o un cemento mezclado, a veces combinado con yeso, cal hidratada o aluminato de calcio, donde se debe ajustar el comportamiento de fraguado. Rellenos como arena de sílice, polvo de piedra caliza o agregados livianos llenan el volumen y establecen la curva de granulometría.

Los aditivos son elementos donde una formulación se separa de otra y se dosifican en gramos por kilogramo en lugar de como una parte del total. Los rangos en la Tabla 1 reflejan la práctica común de mezcla seca; trátelos como ventanas iniciales, porque el estándar objetivo, la clasificación local de la arena y la demanda de agua del aglutinante modifican los números.

La retención de agua es la variable que decide la mayoría de los resultados

El cemento necesita aproximadamente de 0,40 a 0,42 partes de agua por parte de cemento en masa para hidratar completamente sus fases de clinker. Los morteros prácticos se mezclan entre 0,40 y 0,55 porque la trabajabilidad lo exige, por lo que una gran parte del agua de mezcla es agua de poros que nunca está unida químicamente. El agua de los poros sale de tres maneras: succión hacia el sustrato, evaporación desde la superficie y sangrado hacia la parte superior de la capa.

Cuando el agua sale más rápido de lo que el cemento la consume, el resultado es predecible: hidratación incompleta, capas superficiales débiles, grietas por contracción y adhesivo que pasa una prueba de laboratorio en seco pero falla después de una tarde calurosa en el sitio.

Ésta es la función central del éter de celulosa en un sistema de cemento. Las moléculas se adsorben en las partículas de cemento y aumentan la viscosidad de la solución de los poros, lo que ralentiza el movimiento del agua, mientras que la película que forman retiene el agua dentro del mortero fresco. La retención de agua se puede medir directamente con el método del papel de filtro descrito en la norma EN 1015-8, y vale la pena utilizar cada nuevo grado de éter en lugar de confiar únicamente en una hoja de datos.

Nota del gráfico: esta es una ilustración direccional del comportamiento común, no datos de prueba medidos. La curva real depende del grado del éter, su viscosidad y el resto de la mezcla.

Emparejar el tipo de éter con el sistema de cemento

Cuatro éteres dominan las mezclas secas a base de cemento: HEC, HEMC, HPMC y HPS. No son intercambiables, porque los grupos sustituyentes deciden cómo se comporta la molécula en el agua, a qué temperatura gelifica y cuánto aire arrastra a la mezcla.

HPMC y HEMC son los caballos de batalla de los morteros de cemento y yeso. Ambos ofrecen una fuerte retención de agua y ambos muestran gelificación térmica en agua a aproximadamente 55 a 70 °C, razón por la cual la trabajabilidad en climas cálidos debe probarse en lugar de asumirse. HEMC generalmente arrastra menos aire que HPMC, lo cual es importante cuando el objetivo es un mortero de reparación denso. HEC ofrece una buena retención de agua con menor espesamiento y bajo arrastre de aire, lo que se adapta mejor a los revestimientos a base de agua y a los fluidos de perforación que a los morteros de capa gruesa.

HPS es un éter de almidón en lugar de un éter de celulosa: agrega retención de agua y una pronunciada resistencia al pandeo a un costo modesto, y a menudo se usa junto con un éter de celulosa para equilibrar el rendimiento con el precio. La viscosidad, indicada para una solución al 2 % a 20 °C, es tan importante como la química. Los grados en el rango de 40.000 a 75.000 mPa·s se utilizan ampliamente en adhesivos para baldosas, mientras que los grados de menor viscosidad, alrededor de 4.000 a 15.000 mPa·s, son comunes en compuestos autonivelantes donde la mezcla aún tiene que fluir. Trátelas como guías generales y confirme la ventana real con su proveedor.

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RDP y la mitad de adhesión de la formulación

El polvo de polímero redispersable es el segundo aditivo que separa un mortero de cemento básico de un adhesivo de grado específico. Secado por aspersión a partir de una dispersión de polímero, se redispersa en el agua de mezcla y forma una película de polímero a medida que se seca el mortero, uniendo la interfaz entre los hidratos de cemento y el agregado.

En la práctica, esa película convierte la adhesión quebradiza en resistencia a la tracción y al corte que sobrevive a la inmersión en agua y al envejecimiento por calor, que es la diferencia entre una clasificación C1 y C2 según EN 12004. Las adiciones típicas en los adhesivos para baldosas se sitúan entre aproximadamente el 1% y el 4% de la mezcla seca. Debajo de eso, la película no es continua; muy por encima de él, el costo aumenta más rápido que el desempeño mensurable.

La mayoría de las plantas tratan el RDP y el éter de celulosa como un solo paquete en lugar de dos compras separadas, porque ambos controlan el comportamiento de la mezcla fresca. Las formas en que se combinan estos componentes en enlucidos, lechadas y compuestos niveladores se tratan en esta guía para aditivos para morteros de mezcla seca .

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Fallos que apuntan directamente a la formulación

La mayoría de las quejas sobre el terreno se remontan a un puñado de opciones de formulación. El síntoma suele indicar la causa.

• Descuelgue o deslizamiento sobre soporte vertical: el tiempo abierto es demasiado corto o la mezcla carece de tixotropía. Aumente el éter de celulosa o agregue HPS en lugar de agregar más agua.
• Fisura fina en capas finas: el agua sale más rápido de lo que el aglomerante puede hidratarse. Verificar dosificación de éter, granulometría de relleno y succión del sustrato.
• Adherencia débil después de la inmersión en agua: el RDP es demasiado bajo para la clase de exposición o el contenido de cemento se ha reducido demasiado.
• Se forman grumos cuando el polvo se encuentra con el agua: el éter no se dispersa. Revise el tamaño de las partículas, el orden de mezcla y el corte.
• Poros y superficie porosa: el arrastre de aire es demasiado alto. Reduzca la dosis de éter o agregue un antiespumante.
• Eflorescencia en la superficie acabada: el agua migra a través de la capa. Mejore la retención de agua y controle la adición de agua en el sitio.

Un flujo de trabajo práctico desde la especificación hasta el lote de prueba

1. Fijar la norma y la lista de ensayos antes de tocar la receta: EN 998-1 o EN 998-2 para revocos y morteros de albañilería, EN 12004 para adhesivos para baldosas, más los correspondientes métodos de adhesión y retención de agua.
2. Establezca la demanda de agua mediante prueba, no copiando el número de otro proveedor. La consistencia del balde tiene que coincidir con la llana o bomba que colocará la mezcla.
3. Construya primero la curva de nivelación a partir de arena o relleno disponible localmente, porque la nivelación determina la demanda de agua y la contracción más que cualquier aditivo.
4. Dosifique el éter de celulosa para alcanzar la retención de agua que necesita, luego vuelva a verificar el tiempo abierto antes de buscar un retardador.
5. Dosifique el RDP según la clase de exposición y verifique la adhesión después de la inmersión en agua y el envejecimiento por calor.
6. Agregue componentes secundarios uno a la vez, para que se pueda rastrear cada cambio si el resultado cambia.
7. Ejecutar la prueba de la planta con equipos de producción de arena y mezcla de producción; un mezclador de laboratorio y un mezclador de plantas nunca combinan perfectamente.

Cuando el objetivo es un adhesivo de capa delgada deformable, en esta descripción general de HPMC para adhesivos para azulejos .

Verificaciones de abastecimiento antes de comprometerse con una calificación

Cambiar de proveedor de éter es un cambio de formulación, no un detalle de adquisición. Antes de comprometerse, solicite una hoja de datos técnicos, una hoja de datos de seguridad y un certificado de análisis para el lote real, luego compare el tipo y grado de sustitución, la viscosidad, el contenido de humedad y el tamaño de las partículas con el grado que está reemplazando.

• Variación de la viscosidad y la humedad de un lote a otro, no solo el promedio del certificado.
• Consistencia del patrón de sustitución entre envíos, especialmente para HEMC y HPMC.
• Integridad del embalaje y vida útil, ya que los éteres de celulosa son higroscópicos y absorben humedad en los almacenes húmedos.
• Disciplina de almacenamiento en el sitio: seco, ventilado, primero en entrar, primero en salir.
• Si el proveedor fabrica el éter o lo comercializa, porque eso decide con qué rapidez se puede investigar una desviación.

Un productor como Zhejiang Yisheng New Material declara una capacidad anual de éter de celulosa de 15.000 toneladas y clasifica su gama EASONZELL según el uso final, lo que ayuda cuando una planta procesa adhesivo para baldosas, masilla y compuesto autonivelante en la misma línea.

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