Atizapán de Zaragoza, Estado de México, marzo de 2021
Por: Oscar Daniel González Amante
Director General de Element5 Química Aplicada S.A. de C.V.Antecedentes:
Hoy en día no se puede concebir la tecnología del concreto desvinculada de la tecnología de los aditivos químicos, para el caso específico de los productos empleados para romper la floculación de las partículas de cemento que se forman al estar en contacto con el agua, se han desarrollado diferentes tecnologías de dispersantes o mejor conocidos como bases químicas para la fabricación de reductores de agua, reductores de agua de alto rango y superplastificantes. Desde principios de los 1930 se tienen documentada la aplicación de dispersantes de origen orgánico, en la década de 1960 se desarrollaron los polímeros sintéticos base polinaftalensulfonatos (PNS), polimelamina sulfonato (PMS) y copolímeros de vinilo con mayor poder de dispersión y generalmente se conocen como dispersantes electrostáticos, aunque algunos muestran efectos estéricos predominantes. Finalmente, se introduce la nueva generación, los copolímeros en forma de peine; el desarrollo de dispersantes en forma de peine en la década de 1980 representó un gran avance en la tecnología del concreto, ya que permiten el uso de una relación agua / material ligante muy baja (a / ml de 0,20 o menos) manteniendo una buena trabajabilidad Aïtcin y Flatt (2016). La mayoría de los aditivos químicos aplicados en concreto presentan polielectrolitos aniónicos que físicamente se adsorben en la superficie del grano de cemento Wilinski et al. (2016).
Los superplastificantes industriales más eficaces y establecidos con éxito son los éteres de Policarboxilato (PCE), de los cuales existen muchos tipos diferentes. El primer PCE estaba basado en éster de metacrilato (MPEG), mientras que seguían los PCE basados en alil éter (APEG), vinil éter (VPEG), metalil éter (HPEG) y éter isoprenol (IPEG).
Mercado de los aditivos
Según un nuevo estudio (Concrete Admixtures Market | Growth, Trends, COVID-19 Impact, and Forecasts (2021 – 2026), 2021) el mercado de los aditivos para concreto a nivel mundial está fragmentado y ningún actor tiene una participación significativa en el mercado. Los cinco mejores jugadores tienen una participación de aproximadamente del 30% del mercado y el resto está muy fragmentado. El valor del mercado en 2020 fue aproximadamente de 13,500 MDD y se prevé mantenga una tasa de crecimiento anual del 6% del 2021al 2025.
En cuanto al tema de la tecnología de los policarboxilatos, si bien son muchos sus beneficios técnicos que ha permitido el desarrollo de nuevos concretos y se ha incrementado su uso en muchos continentes, como por ejemplo en Europa ha ganado un terreno importante y según un reporte de la compañía BASF CC de 2017 estos representaron el 51.1% del mercado. Hasta el 2013 los policarboxilatos representaban el 43% de los aditivos en China con base en reporte de China Building Material Federation.
Los Policarboxilatos en México
Entrando ya en el tema de nuestro país, también han ganado popularidad en distintas aplicaciones, se tienen registros de la introducción de esta tecnología ya en aplicaciones industriales a finales de la década de los 90s y a inicios de este siglo. Si bien son muchos los beneficios que se pueden enumerar y que hoy existe gran abanico de posibilidades de consecución y mejoramiento de estas moléculas, existen aún áreas importantes de oportunidad en estas tecnologías como por ejemplo, en nuestro país los agregados empleados para la fabricación de concreto premezclado no suelen caracterizarse por ser los mejores en buena parte de nuestro país, el contenido de arcillas en muchos de ellos baja la eficiencia del poder de dispersión de los PCE, existen varios estudios que explican esto.
La baja en eficiencia de los dispersantes base PCE ha sido estudiada por diversos especialistas y se debe a que las existe un efecto de intercalación de las arcillas que capturan parte del PCE que debe estar destinado a la dispersión de las partículas de cemento (Tan et al., 2017).
Según estos mismos autores existen diferentes productos químicos denominados agentes de sacrificio que pueden emplearse para minimizar este efecto indeseable como pueden ser los inhibidores de arcillas, sin embargo, esto requiere obviamente de muchos estudios ya que las arcillas pueden tener una composición y estructura muy diferente, lo que puede generar que se desarrollen soluciones especificas sin dejar de lado el costo asociado.
En el estudio de Norvell et al. (2007, p. 1054) se confirma el efecto de los materiales arcillosos para disminuir la eficiencia de los PCEs, que se resume en esta tabla, en pruebas realizadas a nivel laboratorio.
Otra alternativa a los agentes de sacrificio para es el rediseño de la estructura de los policarboxilatos, es decir “La aparición de una estructura novedosa de PCE, como en forma de estrella y en forma de copo de nieve, rompe el modo de estructura de peine convencional y aumenta la compatibilidad entre arcillas y PCE” Ma et al. (2020, p. 12).
Reflexiones
Si bien hoy en día existe tecnología que puede resolver los problemas técnicos a los que se enfrentan los productores de concreto premezclado en nuestro país que en mi opinión es el de la calidad de los agregados en diferentes zonas del país como por ejemplo el contenido de arcillas. Otro de los temas por resolver es el trabajo en conjunto con diversos actores en este medio de la construcción, ya que desde el punto de vista de la tecnología del concreto si vamos cambiando en migrar los diseños de los concretos convencionales (bajas resistencias mecánicas que requieren altas relaciones agua/material ligante), a diseñar concretos por desempeños como la durabilidad, por ejemplo, etc. En esa medida avanzaremos más hacia una mayor demanda de lo PCE en nuestro mercado. Si bien hay muchas aplicaciones hoy en nuestro país con claros ejemplos de éxito en ejecución de proyectos con esta tecnología, aún falta.
Por último, otro tema que no podemos dejar de lado es el costo, como lo mencioné anteriormente si bien los precios cada vez son más accesibles y la oferta de los fabricantes de las materias primas es mayor, los costos son los que pueden llegar a ser una limitante para la adopción de estas tecnologías con mayor velocidad.
Referencias
Aïtcin, P., & Flatt, R. J. (2016). Science and Technology of Concrete Admixtures. Woodhead Publishing.
Concrete Admixtures Market | Growth, Trends, COVID-19 Impact, and Forecasts (2021 – 2026). (2021). Mordor Intellegence. https://www.mordorintelligence.com/industry-reports/concrete-admixtures-market
Ma, Y., Shi, C., Lei, L., Sha, S., Zhou, B., Liu, Y., & Xiao, Y. (2020). Research progress on polycarboxylate based superplasticizers with tolerance to clays – A review. Construction and Building Materials, 255, 119386. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2020.119386
Norvell, J. K., Stewart, J. G., Juenger, M. C., & Fowler, D. W. (2007). Influence of Clays and Clay-Sized Particles on Concrete Performance. Journal of Materials in Civil Engineering, 19(12), 1053-1059. https://doi.org/10.1061/(asce)0899-1561(2007)19:12(1053)
Tan, H., Guo, Y., Ma, B., Huang, J., Gu, B., & Zou, F. (2017). Effect of Sodium Tripolyphosphate on Clay Tolerance of Polycarboxylate Superplasticizer. KSCE Journal of Civil Engineering, 22(8), 2934-2941. https://doi.org/10.1007/s12205-017-2017-4
Wilinski, D., Lukowski, P., & Rokicki, G. (2016). Polymeric superplasticizers based on polycarboxylate for ready-mixed concrete: current state of the art. Polimery, 61(07/08), 474-481. https://doi.org/10.14314/polimery.2016.474
