Bajar el clínker del cemento es el camino menos invasivo para reducir el CO2 de la producción. El costo aparece en las primeras horas: la hidratación se frena y la resistencia temprana baja. La revisión de John, Matschei y Stephan (2018) trata la semilla de silicato de calcio hidratado — el C-S-H — como un acelerador de nucleación capaz de compensar parte de esa pérdida. Lo que la revisión no autoriza es leer la ganancia de 24 horas como si fuera el concreto de 28 días.
Por qué el bajo clínker se atrasa
El clínker es la fracción que se hidrata temprano. La alita, el C3S, gobierna el fraguado y la resistencia inicial. La escoria y la ceniza volante ocupan el lugar de parte de ese clínker y la velocidad de reacción cae, sobre todo en el primer día. La obra lo siente en el desmolde, en el ciclo del prefabricado y en cualquier elemento que necesite resistencia antes de que el C-S-H de la propia pasta tenga núcleos suficientes.
La semilla no devuelve el clínker que salió. Ofrece superficie para que el C-S-H crezca más pronto. La revisión es explícita en el límite: el retraso de las adiciones puede compensarse hasta cierta tasa de sustitución, y el efecto directo de la semilla sobre la propia adición todavía pide estudio.
Qué es la semilla
El C-S-H es el hidrato principal de la alita y de la belita. Una nanopartícula de ese hidrato no es un filler cualquiera. El filler ofrece una superficie ajena y, a veces, más espacio para que el producto crezca. La semilla de C-S-H es el propio producto, y por eso un sustrato favorable para nuevo C-S-H.
En la práctica la semilla entra como gel, en suspensión. Hay polvos, pero el gel sin estabilizar se aglomera, se carbonata y engrosa por maduración de Ostwald. Con el tiempo baja el número de núcleos efectivos y la misma masa acelera menos. Una suspensión pura se guarda bajo gas inerte y se usa pronto después de preparada. Antes de entrar a la mezcla, o está estabilizada o se homogeneiza de verdad.
El mecanismo
Un C-S-H nanométrico bien disperso acorta los períodos de inducción y de latencia. El pico de la velocidad de hidratación sube y llega más temprano. La adición estudiada va de 0,04% a 10% de la masa de cemento, y existe un techo: a partir de cierto contenido, más semilla no acelera más.
Lo que cambia de lugar es la formación del producto. La semilla funciona como núcleo secundario en el espacio del poro. El hidrato crece en ella, y no solo alrededor del grano de clínker. Con menos bloqueo en la superficie del C3S, la disolución sigue. Al retirar calcio e hidroxilo de la solución, la semilla también abre un gradiente desde el grano, lo que puede acelerar esa disolución. En el cemento sin escoria, la hidratación del aluminato acompaña: el pico de agotamiento de sulfato se adelanta.
El fraguado, el endurecimiento y la formación de la microestructura vienen detrás, porque el producto aparece más pronto. Varios trabajos reunidos en la revisión describen una piedra más homogénea y más densa, con poros que se llenan más rápido. La estructura cristalina vista por difracción no cambió en los cementos ensayados.
En el C3S puro el efecto sobre la inducción es más fuerte: hay registro de supresión del período de inducción, con un hombro en la curva de calor que la revisión lee como dos crecimientos en paralelo — en el grano y en la semilla. En el cemento, con sulfato, álcalis y aluminato, el cuadro es de acortar, no de borrar la inducción a cualquier dosis.
La resistencia temprana no es la de 28 días
La resistencia sube temprano porque el producto se forma temprano. La revisión reúne ganancias de resistencia a 1 día del orden del 30% con cerca de 1% de semilla preparada en laboratorio, y casos en los que subir la dosis más allá de un punto redujo la ganancia. El techo depende de la mineralogía del cemento.
La ganancia se relativiza con el tiempo. A 28 días los estudios que la revisión pone lado a lado no cierran: hay un resultado casi igual al de la pasta sin semilla, una ganancia del 6% en un cemento Portland y una pérdida del 12% en otro conjunto. Los autores coinciden en una cosa: la ventaja inicial disminuye.
Un número ayuda a dimensionar la prisa. En una pasta con 0,6% de compuesto C-S-H/PCE, quedaba 18% menos clínker a las 12 horas que en la pasta sin semilla. A los 3 días la diferencia había bajado al 5%. Quien solo mide 24 horas mide el tramo en el que la semilla más se ve.
La escoria y la ceniza no repiten el cemento puro
En cemento con escoria de alto horno, la revisión encuentra la misma aceleración y la misma ganancia de resistencia inicial. La resistencia a la compresión a largo plazo de las pastas con semilla quedó por debajo de la de las pastas sin semilla. Es el punto en el que el resumen optimista — compensar el retraso sin comprometer la resistencia tardía — no se sostiene para esos sistemas.
Hay un segundo desvío. En el cemento sin escoria, el pico de agotamiento de sulfato se adelanta. En el cemento con escoria, ese pico se atrasa cuando la semilla está presente.
En la ceniza volante el dibujo es otro. El efecto de la semilla en la resistencia inicial es mayor que en el cemento puro, y el efecto en la velocidad de hidratación es menor. La revisión no extiende a la ceniza la pérdida de resistencia tardía registrada en la escoria.
Lo que decide es el número de núcleos
La masa en el vale es un mal resumen. En la serie con compuestos de C-S-H y policarboxilato, la misma masa de partículas más pequeñas aceleró más. La revisión cierra el argumento: el factor decisivo es el número total de semillas, sea por el número de partículas, sea por el tamaño.
La dispersión y la estabilidad entran en esa cuenta, no al lado. Semilla aglomerada es menos núcleo para la misma masa. Semilla que maduró en el estante también. Una dosis copiada de otro estudio, con otro tamaño y otra estabilidad, no es la misma dosis.
La composición del cemento pesa tanto como la semilla. El sulfato y los álcalis son los parámetros que Nicoleau, en la lectura de la revisión, destaca. Poco sulfato o poco álcali puede anular los primeros núcleos y abrir una meseta sin aceleración. El contenido de yeso desplaza el techo: con menos yeso, hace falta más semilla para llegar a la meseta, y una segunda aceleración puede aparecer después. Un cemento más fino, con más superficie de C3S, aceleró menos para el mismo contenido de semilla. La hidratación no es solo nucleación. La disolución del C3S sigue al mando.
La relación Ca/Si de la semilla sigue abierta. Aparecen resultados opuestos en cemento y en C3S, y parte de ellos usó relaciones fuera del campo en el que el C-S-H es la única fase. Queda sílice o hidróxido de calcio, el tamaño de partícula no se midió, y la comparación deja de ser solo de Ca/Si.
El PCE no es un detalle de la síntesis
Coprecipitar el C-S-H con un superplastificante de policarboxilato es el modo usado para fijar el tamaño y frenar la aglomeración. El polímero en la superficie, y su salida, cambia el desempeño de la semilla. La revisión lo trata como un mecanismo de más, que estorba a quien quiere aislar el efecto del C-S-H puro.
En la mezcla, la consecuencia es práctica. Una semilla hecha con PCE y el aditivo PCE de la obra no se suman como dos líneas independientes. El ensayo que vale es el del cemento, de la adición y de los aditivos que se van a usar.
Qué medir
- Cemento y adición reales. Sulfato, álcalis, finura y la adición cambian la respuesta. Un cambio de cemento o de fuente de escoria o ceniza reabre el estudio.
- La semilla como llega a la obra. Suspensión estable, u homogeneizada en el momento. Verificar que la dispersión siga siendo la ensayada.
- La curva, no el punto de las 24 horas. Resistencia a 1, 3, 7 y 28 días. La revisión ya muestra el cuadro cambiando entre 12 horas, 3 días y 28 días. El día 7 es el intermedio que el control de obra no se salta.
- Prefabricado. La edad que acorta el ciclo es la de desmolde. Los 28 días siguen en la aceptación. La ganancia en el desmolde no se anota como la resistencia especificada.
- Techo de dosificación. Por encima de él, más semilla puede acelerar menos y la ganancia de resistencia puede caer. El techo es del cemento ensayado, no de una tabla.
La semilla de C-S-H es una herramienta de nucleación para un cemento que quedó lento porque tiene menos clínker. Funciona temprano, depende de cuántos núcleos entran de verdad en la pasta, y no dispensa la lectura hasta 28 días — en especial cuando la adición es escoria.
Referencias
- John, E.; Matschei, T.; Stephan, D. Nucleation seeding with calcium silicate hydrate – A review. Cement and Concrete Research, v. 113, p. 74–85, 2018. DOI: 10.1016/j.cemconres.2018.07.003. Versión aceptada en acceso abierto: 10.14279/depositonce-15352.