Ningún monómero poliéter comercial maneja la arcilla por su grupo de cabeza: HPEG, TPEG y los grados de vinil-éter como EPEG llevan todos una larga cadena lateral de polietilenglicol, y es esa cadena, no el anclaje de metalilo, isoprenilo o vinil-éter, la que se desliza hacia la montmorillonita y saca el PCE de la mezcla. La tolerancia a la arcilla se construye sobre el monómero, mediante cadenas laterales más cortas, la densidad correcta de cadena lateral, un extremo de cadena bloqueado y comonómeros funcionales.
Cambiar el polímero no es la única solución. Pretratar la arena con un agente sacrificial como polietilenglicol o lignosulfonato es más barato y sencillo, aunque la dosis sacrificial debe optimizarse frente a todo lo demás en la mezcla, y lavar la arena es la otra alternativa. Ningún estudio que encontramos establece una regla para elegir entre estas rutas y un PCE tolerante a la arcilla.
Cualquiera que sea la ruta que tome, confírmela en su propio árido. El valor de azul de metileno señala la arcilla en la arena, pero en un estudio de ACI sobre morteros predijo la pérdida de fluidez para arcillas añadidas a arena estándar y no se cumplió para arenas reales de obra, por lo que una prueba de mortero con la arena real es la comprobación. Los estudios también declaran la arcilla sobre bases diferentes, por peso de cemento en algunos y como proporción de la masa de arena en otros; compare las cifras solo sobre la misma base.
Por qué la arcilla en los áridos aleja el PCE del cemento
Los minerales de arcilla en la arena adsorben el PCE mucho más fácilmente que los granos de cemento, por lo que el polímero se consume en los finos antes de que pueda dispersar el cemento.
La arcilla capta el polímero de dos maneras. Una vez que la hidratación del cemento enriquece la solución de poros con Ca²⁺, el calcio se adsorbe sobre las caras negativamente cargadas de la arcilla y le da al esqueleto aniónico del PCE una capa catiónica a la que adherirse, el mismo tipo de adsorción superficial mediante la cual el PCE dispersa el cemento. Las cadenas laterales de PEO también forman enlaces de hidrógeno, a través del agua, con el oxígeno de las capas de montmorillonita y se intercalan entre ellas. Aumentar la dosis puede restaurar la fluidez, pero es una solución costosa, porque gran parte del polímero adicional termina en la arcilla.
Qué minerales de arcilla causan el daño
La montmorillonita causa el mayor daño, seguida de la caolinita y luego la illita, el orden en que adsorben el PCE. La caolinita, un mineral 1:1, y la illita y la moscovita, silicatos 2:1 no expansibles, no intercalan las cadenas laterales, pero aún así cuestan fluidez a baja dosis de PCE.
Cómo cada familia de monómeros poliéter maneja la arcilla
Según la evidencia medida, las familias no pueden clasificarse por grupo de cabeza: no encontramos ningún estudio que compare PCEs basados en HPEG, TPEG y vinil-éter simples a la misma longitud de cadena lateral y relación ácido-éter en cemento con árido que contenga arcilla. Las variables con un efecto medido actúan sobre la cadena lateral de PEG que todas comparten: su longitud, su densidad a lo largo del esqueleto y su grupo terminal.
Los cambios fuera del poliéter también añaden tolerancia: comonómeros de sulfonato como AMPS, grupos fosfato, grupos catiónicos de amonio cuaternario o amina y estructuras reticuladas redujeron cada uno la interferencia de la arcilla en trabajos publicados.
HPEG
El PCE basado en HPEG es sensible a la arcilla: en los estudios con montmorillonita es el control sin modificar contra el que se miden los diseños tolerantes a la arcilla, y se intercala. En mortero que contiene 1% de arcilla, el HPEG-PCE necesitó alrededor de 20% más de dosificación que un TPEG-PCE modificado con fosfato para alcanzar una fluidez inicial similar.
La reputación del HPEG para manejar la arcilla proviene de la arcilla calcinada usada como aglomerante, donde los diseños de HPEG altamente aniónicos funcionan bien; la montmorillonita cruda en la arena es un sistema diferente. Nuestro HPEG 2400 es éter de polioxietileno de alcohol metalílico a 2400 ± 100 g/mol, una cadena larga de PEG del tipo que estos estudios muestran intercalándose.
TPEG
El PCE basado en TPEG no puede clasificarse por encima o por debajo del HPEG en arcilla: no encontramos ninguna medición revisada por pares de la adsorción de arcilla del TPEG-PCE simple frente al HPEG-PCE simple en las mismas condiciones.
Los resultados de TPEG con arcilla que existen son para polímeros modificados: el TPEG-PCE modificado con fosfato comparado con HPEG-PCE en la sección de HPEG, y un TPEG-PCE reticulado que mantuvo más fluidez de pasta con montmorillonita que un PCE convencional. En ambos, la modificación explica la ganancia.
TPEG es éter de polioxietileno de isoprenilo. Alguna literatura lo llama IPEG, mientras que otros artículos usan IPEG para isobutenilo, un monómero de tipo metalilo, así que verifique el nombre químico antes de trasladar un resultado. VPEG es la familia de vinil-éter; el TPEG de isoprenilo pertenece a otra. Nuestro TPEG 2400 es éter de polioxietileno de alcohol isoprenílico a 2400 ± 100 g/mol.
Monómeros de vinil-éter (EPEG y VPEG)
Los PCE de vinil-éter no tienen una ventaja establecida frente a la arcilla: una revisión revisada por pares de 2025 señala que los estudios sobre la sensibilidad a la arcilla del EPEG-PCE siguen siendo demasiado limitados para definirla, y no encontramos ningún resultado medido de arcilla para un PCE construido sobre un macromonómero comercial de EPEG o GPEG de cadena larga. VPEG comenzó con éter vinílico de poli(etilenglicol) de 4-hidroxibutilo; EPEG y GPEG son miembros más nuevos de la familia.
El único PCE de vinil-éter tolerante a la arcilla en la literatura que revisamos es un terpolímero de investigación de anhídrido maleico, un maleato de monoalquilo y éter vinílico de 4-hidroxibutilo, con grupos laterales cortos y sin cadena larga de PEO. Su tolerancia provino de eliminar la cadena larga, por lo que no dice nada sobre los PCE de vinil-éter que conservan una.
Nuestro EPEG 3000 es éter de polioxietileno de éter monovinílico de dietilenglicol a 3000 ± 100 g/mol, un macromonómero de vinil-éter con una cadena larga de PEG. Según la evidencia actual, necesita el mismo trabajo de diseño de cadena lateral para la arcilla que el HPEG o el TPEG.
APEG y MPEG de cadena corta
Las cadenas laterales cortas dan el resultado más claro de tolerancia a la arcilla en la literatura. Los APEG-PCE de alil-éter con 7 unidades de EO sorbieron 110–170 mg/g a saturación sobre bentonita sódica en solución de poros sintética, frente a 241.5 mg/g para un MPEG-PCE convencional con 45 unidades de EO. Con APEG de 7 EO, el ácido acrílico como comonómero dio una tolerancia a la arcilla mucho mejor que el anhídrido maleico.
Estos son polímeros de laboratorio: los PCE de APEG de 7 EO se producen solo en laboratorios, y el suministro de macromonómero APEG es limitado. Para un comprador, el APEG de cadena corta es una dirección para ensayos de laboratorio.
Monómeros poliéter esterificados
Tapar el extremo de la cadena lateral con un grupo carboxilo detiene la intercalación. En un estudio sobre montmorillonita en cemento, el éter de poli(oxietileno) de isobutenilo, un monómero de tipo metalilo, se esterificó en su hidroxilo terminal con anhídrido succínico y se sustituyó en parte por el monómero simple. Con 3,0 % en peso de arcilla respecto al peso del cemento, el PCE convencional perdió el 52,0 % de su fluidez de pasta, mientras que la mejor de las versiones esterificadas perdió el 32,0 %.
Solo funciona la sustitución parcial: los autores recomiendan mantener la proporción esterificada dentro del 10–20 % del poliéter para que el PCE conserve su poder dispersante.
Longitud y densidad de las cadenas laterales para áridos con arcilla
Las cadenas laterales más cortas reducen la sensibilidad a la arcilla, y una menor densidad de cadenas laterales normalmente también, aunque la evidencia sobre la densidad es mixta. Ambas hacen que el PCE disperse peor el cemento, por lo que necesita una dosis mayor, y ambas desplazan la retención de asentamiento.
Longitud de la cadena lateral
Una cadena lateral de PEO más corta reduce la sensibilidad a la arcilla. En una serie de MPEG ensayada con arcilla, el PCE de 45-EO necesitó 0,71 % bwoc para alcanzar una fluidez de pasta de 26 cm, frente a 0,35 % bwoc para la versión de 23-EO.
Los resultados de longitud de cadena lateral corresponden a PCE de MPEG y APEG; no encontramos ningún estudio que midiera la longitud de cadena lateral frente a la arcilla en PCE de HPEG, TPEG o EPEG. Las afirmaciones de los proveedores de que cadenas más largas reducen la adsorción de arcilla contradicen todos los datos de pasta y mortero que encontramos.
Con arenas de cantera, un estudio encontró que un PCE acrílico de cadena lateral larga y bajo injerto dio la mejor fluidez inicial, pero la perdió rápidamente en las arenas contaminadas con arcilla; los autores sugieren usarlo como PCE sacrificial junto con otro superplastificante.
Densidad de cadena lateral
Ninguna regla única se cumple. En un estudio de APEG sobre bentonita, los PCE con menor densidad de cadena lateral, es decir, una mayor relación ácido-éter, se intercalaron menos y generalmente resistieron mejor la arcilla, pero cuando los polímeros se compararon con la misma cantidad dosificada, la densidad media tuvo el mejor desempeño.
Un estudio de TPEG sobre montmorillonita natural reportó que la tolerancia a la arcilla aumentaba con una mayor densidad de injerto de PEO, la dirección opuesta, aunque solo pudimos leer su resumen. Con TPEG en particular, pruebe la densidad en ambas direcciones con su propia arena y compare tanto con dosis iguales como con flujo igual.