Guida alla formulazione del cemento: additivi, eteri di cellulosa e domanda di acqua

Un produttore di miscele secche sostituisce un tipo di etere di cellulosa con un'alternativa più economica, mantiene lo stesso dosaggio e l'adesivo per piastrelle che ha superato tutti i test al banco inizia a scivolare via dalla spatola in cantiere una settimana dopo. Non è cambiato nulla nel cemento. Ciò che è cambiato è stato il tempo in cui la miscela ha trattenuto l'acqua.

La formulazione del cemento consiste nel decidere cosa inserire in una miscela a base di cemento, in quale ordine di grandezza e perché. Innanzitutto la conclusione: il legante stabilisce il limite prestazionale di una malta, intonaco, malta o adesivo, ma la ritenzione idrica, la classificazione delle particelle e il pacchetto di additivi decidono quanto ci si avvicina effettivamente a quel limite. Se sbagli il bilancio dell'acqua, nessun cemento aggiuntivo salverà la miscela.

Di cosa è fatta la formulazione del cemento

Un impasto secco a base cementizia è costituito da quattro gruppi di ingredienti: legante, riempitivo o aggregato, acqua di impasto e additivi funzionali dosati in quantità molto piccole. Il legante è solitamente cemento Portland ordinario (CEM I secondo EN 197-1) o un cemento miscelato, talvolta combinato con gesso, calce idrata o alluminato di calcio dove è necessario regolare il comportamento di presa. Riempitivi come sabbia silicea, polvere di calcare o aggregati leggeri riempiono il volume e impostano la curva granulometrica.

Gli additivi sono il punto in cui una formulazione si separa da un'altra e vengono dosati in grammi per chilogrammo anziché come quota del tutto. Gli intervalli nella Tabella 1 riflettono la pratica comune della miscelazione a secco; trattateli come finestre di partenza, perché lo standard target, la granulometria locale della sabbia e la richiesta di acqua del legante spostano tutti i numeri.

La ritenzione idrica è la variabile che decide la maggior parte dei risultati

Il cemento necessita di circa 0,40-0,42 parti di acqua per parte di cemento in massa per idratare completamente le sue fasi di clinker. Le malte pratiche vengono miscelate da 0,40 a 0,55 perché la lavorabilità lo richiede, quindi gran parte dell'acqua di impasto è acqua interstiziale che non è mai legata chimicamente. L'acqua dei pori fuoriesce in tre modi: aspirazione nel substrato, evaporazione dalla superficie e sanguinamento verso la parte superiore dello strato.

Quando l'acqua esce più velocemente di quanto il cemento la consuma, il risultato è prevedibile: idratazione incompleta, strati superficiali deboli, crepe da ritiro e un adesivo che supera un test di laboratorio a secco ma fallisce dopo un caldo pomeriggio sul posto.

Questo è il compito centrale dell'etere di cellulosa in un sistema di cemento. Le molecole si adsorbono sulle particelle di cemento e aumentano la viscosità della soluzione dei pori, rallentando il movimento dell'acqua, mentre il film che formano trattiene l'acqua all'interno della malta fresca. La ritenzione idrica può essere misurata direttamente con il metodo della carta da filtro descritto nella norma EN 1015-8, e vale la pena eseguire l'analisi su ogni nuovo grado di etere invece di fidarsi solo di una scheda tecnica.

Nota sul grafico: questa è un'illustrazione direzionale del comportamento comune, non dei dati di test misurati. La curva reale dipende dal grado dell'etere, dalla sua viscosità e dal resto della miscela.

Abbinamento del tipo di etere al sistema di cemento

Quattro eteri dominano le miscele secche a base di cemento: HEC, HEMC, HPMC e HPS. Non sono intercambiabili, perché i gruppi sostituenti decidono come si comporta la molecola in acqua, a quale temperatura gelifica e quanta aria trascina nella miscela.

HPMC e HEMC sono i cavalli di battaglia delle malte cementizie e di gesso. Entrambi garantiscono una forte ritenzione idrica ed entrambi mostrano gelificazione termica in acqua a circa 55-70 °C, motivo per cui la lavorabilità in climi caldi deve essere testata piuttosto che ipotizzata. L'HEMC generalmente trascina meno aria dell'HPMC, il che è importante quando l'obiettivo è una malta di riparazione densa. L'HEC offre una buona ritenzione idrica con un ispessimento inferiore e un basso trascinamento di aria, che si adatta meglio ai rivestimenti a base acqua e ai fluidi di perforazione rispetto alle malte a letto spesso.

L'HPS è un etere di amido piuttosto che un etere di cellulosa: aggiunge ritenzione idrica e una pronunciata resistenza all'abbassamento a costi modesti, ed è spesso utilizzato insieme a un etere di cellulosa per bilanciare prestazioni e prezzo. La viscosità, indicata per una soluzione al 2% a 20 °C, è importante quanto la chimica. Le qualità comprese tra 40.000 e 75.000 mPa·s sono ampiamente utilizzate negli adesivi per piastrelle, mentre le qualità a viscosità inferiore, comprese tra 4.000 e 15.000 mPa·s, sono comuni nei composti autolivellanti in cui la miscela deve ancora scorrere. Considerateli come guide generali e confermate la finestra effettiva con il vostro fornitore.

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RDP e la metà di adesione della formulazione

La polvere polimerica ridisperdibile è il secondo additivo che separa una malta cementizia di base da un adesivo di qualità specifica. Essiccato a spruzzo da una dispersione polimerica, si ridisperde nell'acqua di impasto e forma una pellicola polimerica quando la malta asciuga, colmando l'interfaccia tra gli idrati di cemento e l'aggregato.

In pratica, quel film trasforma l'adesione fragile in resistenza alla trazione e al taglio che sopravvive all'immersione in acqua e all'invecchiamento termico, che è la differenza tra una classificazione C1 e C2 secondo EN 12004. Le aggiunte tipiche negli adesivi per piastrelle si trovano tra circa l'1% e il 4% della miscela secca. Al di sotto il film non è continuo; ben al di sopra di esso, i costi aumentano più rapidamente delle prestazioni misurabili.

La maggior parte degli stabilimenti tratta l’RDP e l’etere di cellulosa come un unico pacchetto anziché come due acquisti separati, perché entrambi controllano il comportamento della miscela fresca. In questa guida vengono trattati i modi in cui questi componenti vengono combinati in intonaci, malte e composti livellanti additivi per malte secche .

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Fallimenti che rimandano direttamente alla formulazione

La maggior parte dei reclami sul campo sono riconducibili a una manciata di scelte formulative. Il sintomo di solito indica la causa.

• Cedimenti o scivolamenti su supporto verticale: tempo aperto troppo breve oppure impasto poco tissotropo. Aumentare l'etere di cellulosa o aggiungere HPS anziché aggiungere altra acqua.
• Fessure sottili in strati sottili: l'acqua esce più velocemente di quanto il legante possa idratarsi. Controllare il dosaggio dell'etere, la classificazione del riempitivo e l'aspirazione del substrato.
• Adesione debole dopo l'immersione in acqua: RDP è troppo basso per la classe di esposizione o il contenuto di cemento è stato ridotto troppo.
• Si formano grumi quando la polvere incontra l'acqua: l'etere non si disperde. Rivedere la dimensione delle particelle, l'ordine di miscelazione e il taglio.
• Fori di spillo e superficie porosa: l'ingresso d'aria è troppo elevato. Ridurre la dose di etere o aggiungere un antischiuma.
• Efflorescenze sulla superficie finita: l'acqua sta migrando attraverso lo strato. Migliorare la ritenzione idrica e controllare l'aggiunta di acqua nel sito.

Un flusso di lavoro pratico dalle specifiche al lotto di prova

1. Fissare la norma e l'elenco dei test prima di toccare la ricetta: EN 998-1 o EN 998-2 per intonaci e malte per muratura, EN 12004 per adesivi per piastrelle, più i corrispondenti metodi di adesione e ritenzione d'acqua.
2. Imposta la domanda d'acqua provando, non copiando il numero di un altro fornitore. La consistenza nel secchio deve corrispondere alla cazzuola o alla pompa che posizionerà la miscela.
3. Costruisci prima la curva di classificazione partendo dalla sabbia o dal riempitivo disponibili localmente, poiché la classificazione determina la richiesta di acqua e il ritiro più di quanto possa fare qualsiasi additivo.
4. Dosare l'etere di cellulosa per raggiungere la ritenzione idrica necessaria, quindi ricontrollare il tempo aperto prima di ricorrere a un ritardante.
5. Dosare l'RDP rispetto alla classe di esposizione e verificare l'adesione dopo l'immersione in acqua e l'invecchiamento termico.
6. Aggiungi i componenti secondari uno alla volta, in modo che ogni modifica possa essere tracciata se un risultato si sposta.
7. Eseguire la prova dell'impianto con sabbia di produzione e apparecchiature di miscelazione di produzione; un mixer da laboratorio e un mixer da impianto non vanno mai d'accordo perfettamente.

Quando l'obiettivo è un adesivo deformabile a letto sottile, in questa panoramica vengono illustrati esempi di selezione del grado e logica di dosaggio HPMC per adesivi per piastrelle .

Controlli dell'approvvigionamento prima di impegnarsi in un grado

Cambiare fornitore di etere è un cambiamento di formulazione, non un dettaglio dell’approvvigionamento. Prima di impegnarsi, chiedi una scheda tecnica, una scheda di sicurezza e un certificato di analisi per il lotto attuale, quindi confronta il tipo e il grado di sostituzione, la viscosità, il contenuto di umidità e la dimensione delle particelle con il grado che stai sostituendo.

• Variazione da lotto a lotto di viscosità e umidità, non solo la media del certificato.
• Coerenza del modello di sostituzione tra le spedizioni, in particolare per HEMC e HPMC.
• Integrità dell'imballaggio e durata di conservazione, poiché gli eteri di cellulosa sono igroscopici e assorbono umidità nei magazzini umidi.
• Disciplina di stoccaggio in cantiere: asciutto, ventilato, first in, first out.
• Sia che il fornitore produca l'etere stesso o lo commerci, perché questo decide quanto velocemente è possibile indagare su una deviazione.

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