Se analizaron los tipos de aditivos comúnmente utilizados en la elaboración de mortero seco, sus características de rendimiento, su mecanismo de acción y su influencia en el desempeño de los productos de mortero seco. Se examinó en detalle el efecto de mejora de los agentes retenedores de agua, como el éter de celulosa y el éter de almidón, el polvo de látex redispersable y los materiales fibrosos, sobre el desempeño del mortero seco.
Los aditivos desempeñan un papel fundamental en la mejora del rendimiento del mortero seco para la construcción, pero su adición incrementa significativamente el costo de los materiales en comparación con el mortero tradicional, representando más del 40% del costo total. Actualmente, una parte considerable de los aditivos es suministrada por fabricantes extranjeros, quienes también proporcionan la dosificación de referencia. Como resultado, el costo del mortero seco se mantiene elevado, dificultando su comercialización en grandes cantidades y en amplias superficies. Los productos de alta gama están controlados por empresas extranjeras, lo que genera bajos márgenes de ganancia y poca tolerancia al precio para los fabricantes. Además, existe una falta de investigación sistemática y específica sobre la aplicación de aditivos, y se siguen ciegamente las fórmulas extranjeras.
Basándose en las razones expuestas anteriormente, este artículo analiza y compara algunas propiedades básicas de los aditivos de uso común y, sobre esta base, estudia el rendimiento de los productos de mortero seco mezclado que utilizan aditivos.
1 agente retenedor de agua
El agente retenedor de agua es un aditivo clave para mejorar el rendimiento de retención de agua del mortero seco, y también es uno de los aditivos clave para determinar el costo de los materiales de mortero seco.
1. Éter de hidroxipropilmetilcelulosa (HPMC)
La hidroxipropilmetilcelulosa es un término general para una serie de productos formados por la reacción de celulosa alcalina y un agente eterificante bajo ciertas condiciones. La celulosa alcalina se reemplaza por diferentes agentes eterificantes para obtener diferentes éteres de celulosa. Según las propiedades de ionización de los sustituyentes, los éteres de celulosa se pueden dividir en dos categorías: iónicos (como la carboximetilcelulosa) y no iónicos (como la metilcelulosa). Según el tipo de sustituyente, el éter de celulosa se puede dividir en monoéter (como la metilcelulosa) y éter mixto (como la hidroxipropilmetilcelulosa). Según la solubilidad, se puede dividir en soluble en agua (como la hidroxietilcelulosa) y soluble en disolventes orgánicos (como la etilcelulosa), etc. El mortero seco mezclado es principalmente celulosa soluble en agua, y la celulosa soluble en agua se divide en tipo instantáneo y tipo de disolución retardada con tratamiento superficial.
El mecanismo de acción del éter de celulosa en el mortero es el siguiente:
(1) La hidroxipropilmetilcelulosa es fácilmente soluble en agua fría y presenta dificultades para disolverse en agua caliente. Sin embargo, su temperatura de gelificación en agua caliente es significativamente mayor que la de la metilcelulosa. Su solubilidad en agua fría también mejora notablemente en comparación con la metilcelulosa.
(2) La viscosidad de la hidroxipropilmetilcelulosa está relacionada con su peso molecular; cuanto mayor sea el peso molecular, mayor será la viscosidad. La temperatura también afecta su viscosidad: a medida que aumenta la temperatura, disminuye. Sin embargo, su alta viscosidad se ve menos afectada por la temperatura que la metilcelulosa. Su solución es estable cuando se almacena a temperatura ambiente.
(3) La retención de agua de la hidroxipropilmetilcelulosa depende de la cantidad añadida, la viscosidad, etc., y su tasa de retención de agua con la misma cantidad añadida es mayor que la de la metilcelulosa.
(4) La hidroxipropilmetilcelulosa es estable frente a ácidos y álcalis, y su solución acuosa es muy estable en el rango de pH de 2 a 12. La sosa cáustica y el agua de cal tienen poco efecto sobre su rendimiento, pero los álcalis pueden acelerar su disolución y aumentar su viscosidad. La hidroxipropilmetilcelulosa es estable frente a sales comunes, pero cuando la concentración de la solución salina es alta, la viscosidad de la solución de hidroxipropilmetilcelulosa tiende a aumentar.
(5) La hidroxipropilmetilcelulosa se puede mezclar con compuestos poliméricos solubles en agua para formar una solución uniforme y de mayor viscosidad. Tales como alcohol polivinílico, éter de almidón, goma vegetal, etc.
(6) La hidroxipropilmetilcelulosa tiene mejor resistencia a las enzimas que la metilcelulosa, y su solución es menos propensa a ser degradada por las enzimas que la metilcelulosa.
(7) La adhesión de la hidroxipropilmetilcelulosa a la construcción de mortero es mayor que la de la metilcelulosa.
2. Metilcelulosa (MC)
Tras el tratamiento alcalino del algodón refinado, se obtiene éter de celulosa mediante una serie de reacciones con cloruro de metano como agente de eterificación. Generalmente, el grado de sustitución oscila entre 1,6 y 2,0, y la solubilidad varía según dicho grado. Se trata de un éter de celulosa no iónico.
(1) La metilcelulosa es soluble en agua fría y difícil de disolver en agua caliente. Su solución acuosa es muy estable en el rango de pH de 3 a 12. Presenta buena compatibilidad con almidón, goma guar, etc., y con muchos tensioactivos. La gelificación se produce cuando la temperatura alcanza el punto de gelificación.
(2) La retención de agua de la metilcelulosa depende de su cantidad añadida, viscosidad, finura de partícula y velocidad de disolución. Generalmente, si la cantidad añadida es grande, la finura es pequeña y la viscosidad es alta, la tasa de retención de agua es alta. Entre estos factores, la cantidad añadida tiene el mayor impacto en la tasa de retención de agua, y el nivel de viscosidad no es directamente proporcional a la tasa de retención de agua. La velocidad de disolución depende principalmente del grado de modificación superficial de las partículas de celulosa y de la finura de partícula. Entre los éteres de celulosa mencionados, la metilcelulosa y la hidroxipropilmetilcelulosa presentan tasas de retención de agua más altas.
(3) Los cambios de temperatura afectarán seriamente la capacidad de retención de agua de la metilcelulosa. Generalmente, a mayor temperatura, menor retención de agua. Si la temperatura del mortero supera los 40 °C, la capacidad de retención de agua de la metilcelulosa se reducirá significativamente, lo que afectará seriamente la construcción del mortero.
(4) La metilcelulosa tiene un efecto significativo en la construcción y la adherencia del mortero. La “adherencia” se refiere a la fuerza adhesiva que se siente entre la herramienta aplicadora del trabajador y el sustrato de la pared, es decir, la resistencia al corte del mortero. Una alta adhesividad conlleva una gran resistencia al corte, lo que exige una gran fuerza por parte de los trabajadores durante su aplicación y, por consiguiente, un rendimiento deficiente del mortero. La adherencia de la metilcelulosa en los productos de éter de celulosa es moderada.
3. Hidroxietilcelulosa (HEC)
Se elabora a partir de algodón refinado tratado con álcali y reaccionado con óxido de etileno como agente de eterificación en presencia de acetona. El grado de sustitución suele ser de 1,5 a 2,0. Posee una fuerte hidrofilicidad y absorbe fácilmente la humedad.
(1) La hidroxietilcelulosa es soluble en agua fría, pero difícil de disolver en agua caliente. Su solución es estable a altas temperaturas sin gelificarse. Puede utilizarse durante mucho tiempo a altas temperaturas en mortero, pero su retención de agua es menor que la de la metilcelulosa.
(2) La hidroxietilcelulosa es estable frente a ácidos y álcalis comunes. Los álcalis pueden acelerar su disolución y aumentar ligeramente su viscosidad. Su dispersibilidad en agua es ligeramente peor que la de la metilcelulosa y la hidroxipropilmetilcelulosa.
(3) La hidroxietilcelulosa tiene un buen rendimiento antidesgaste para el mortero, pero tiene un tiempo de retardo más prolongado para el cemento.
(4) El rendimiento de la hidroxietilcelulosa producida por algunas empresas nacionales es obviamente inferior al de la metilcelulosa debido a su alto contenido de agua y alto contenido de cenizas.
Éter de almidón
Los éteres de almidón utilizados en morteros se obtienen a partir de polímeros naturales de algunos polisacáridos, como los de patata, maíz, yuca, guaraná, etc.
1. Almidón modificado
El éter de almidón modificado a partir de patata, maíz, yuca, etc., presenta una retención de agua significativamente menor que el éter de celulosa. Debido a los diferentes grados de modificación, su estabilidad frente a ácidos y álcalis varía. Algunos productos son aptos para su uso en morteros a base de yeso, mientras que otros pueden utilizarse en morteros a base de cemento. La aplicación del éter de almidón en el mortero se realiza principalmente como espesante para mejorar la resistencia al descuelgue, reducir la adherencia del mortero húmedo y prolongar el tiempo de fraguado.
Los éteres de almidón se suelen usar junto con la celulosa, de manera que las propiedades y ventajas de ambos productos se complementan. Dado que los éteres de almidón son mucho más económicos que los éteres de celulosa, su uso en morteros supone una reducción significativa en el coste de las formulaciones.
2. Éter de goma guar
El éter de goma guar es un tipo de éter de almidón con propiedades especiales, que se obtiene a partir de semillas de guar naturales. Principalmente mediante la reacción de eterificación de la goma guar con un grupo funcional acrílico, se forma una estructura que contiene un grupo funcional 2-hidroxipropilo, que es una estructura de poligalactomanosa.
(1) En comparación con el éter de celulosa, el éter de goma guar es más soluble en agua. Las propiedades de los éteres de goma guar en cuanto al pH no se ven afectadas esencialmente.
(2) En condiciones de baja viscosidad y baja dosificación, la goma guar puede reemplazar al éter de celulosa en igual cantidad y tiene una retención de agua similar. Pero la consistencia, la resistencia al descuelgue, la tixotropía, etc., mejoran notablemente.
(3) En condiciones de alta viscosidad y gran dosificación, la goma guar no puede reemplazar al éter de celulosa, y el uso mixto de ambos producirá un mejor rendimiento.
(4) La aplicación de goma guar en mortero a base de yeso puede reducir significativamente la adherencia durante la construcción y hacerla más lisa. No tiene efectos adversos sobre el tiempo de fraguado ni la resistencia del mortero de yeso.
3. Espesante mineral modificado que retiene agua
El espesante retenedor de agua elaborado a partir de minerales naturales mediante modificación y composición se ha aplicado en China. Los principales minerales utilizados para preparar espesantes retenedores de agua son: sepiolita, bentonita, montmorillonita, caolín, etc. Estos minerales poseen ciertas propiedades de retención de agua y espesamiento mediante modificaciones como la adición de agentes de acoplamiento. Este tipo de espesante retenedor de agua aplicado al mortero tiene las siguientes características.
(1) Puede mejorar significativamente el rendimiento del mortero ordinario y resolver los problemas de mala operabilidad del mortero de cemento, baja resistencia del mortero mixto y mala resistencia al agua.
(2) Se pueden formular productos de mortero con diferentes niveles de resistencia para edificios industriales y civiles en general.
(3) El costo del material es significativamente menor que el del éter de celulosa y el éter de almidón.
(4) La retención de agua es menor que la del agente de retención de agua orgánico, el valor de contracción seca del mortero preparado es mayor y la cohesión se reduce.
Polvo de caucho polimérico redispersable
El polvo de caucho redispersable se procesa mediante secado por pulverización de una emulsión polimérica especial. En el proceso, el coloide protector, el agente antiaglomerante, etc., se convierten en aditivos indispensables. El polvo de caucho seco consiste en partículas esféricas de 80 a 100 mm agrupadas. Estas partículas son solubles en agua y forman una dispersión estable ligeramente mayor que las partículas de la emulsión original. Esta dispersión formará una película después de la deshidratación y el secado. Esta película es tan irreversible como la formación de películas de emulsión en general y no se redispersará al entrar en contacto con el agua.
El caucho en polvo redispersable se puede dividir en: copolímero de estireno-butadieno, copolímero de etileno-ácido carbónico terciario, copolímero de etileno-acetato-ácido acético, etc., y sobre esta base, se injertan silicona, laurato de vinilo, etc., para mejorar su rendimiento. Diferentes medidas de modificación hacen que el caucho en polvo redispersable tenga diferentes propiedades como resistencia al agua, resistencia a los álcalis, resistencia a la intemperie y flexibilidad. Contiene laurato de vinilo y silicona, lo que puede hacer que el caucho en polvo tenga buena hidrofobicidad. Carbonato terciario de vinilo altamente ramificado con bajo valor de Tg y buena flexibilidad.
Cuando se aplican estos tipos de polvos de caucho al mortero, todos tienen un efecto retardador sobre el tiempo de fraguado del cemento, pero este efecto es menor que el de la aplicación directa de emulsiones similares. En comparación, el estireno-butadieno tiene el mayor efecto retardador, y el etileno-acetato de vinilo el menor. Si la dosificación es demasiado pequeña, el efecto de mejora del rendimiento del mortero no es significativo.
Fecha de publicación: 3 de abril de 2023