ES2143260T5 - Cemento portland relleno de piedra caliza. - Google Patents
Cemento portland relleno de piedra caliza.Info
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Abstract
PIEDRA CALIZA LLENA DE CEMENTO PORTLAND EN DONDE LA FINURA DE LAS PARTICULAS DE PIEDRA CALIZA VARIA DE 5.000 A 12.000 BLAINE Y LA FINURA DE LAS PARTICULAS DE ESCORIA VARIA DE 1.500 A 3.000 BLAINE.
Description
Cemento Portland relleno de piedra caliza.
El cemento es un aglomerante hidráulico, es
decir, un material granular inorgánico dividido en partes diminutas
que, mezclado con el agua, forma una pasta que se coagula y
endurece por hidratación, y una vez endurecida, conserva su
resistencia también bajo el agua. Como aglomerante hidráulico debe
producir mortero u hormigón que pueden mantener el flujo necesario
el tiempo que se precise para alcanzar, después de períodos de
tiempo dados, niveles predeterminados de resistencia mecánica, así
como adquirir una estabilidad de larga duración en términos de
volumen.
El clinker es un importante ingrediente
hidráulico del cemento, que consta de silicatos cálcicos (por lo
menos dos tercios en peso) y el resto es óxido de aluminio, óxido
de hierro y otros óxidos.
De conformidad con la norma UNI ENV 197.1, los
cementos Portland rellenos de piedra caliza (tipo II) son
aglomerantes hidráulicos que contienen clinker (de 65% a 94% del
peso), piedra caliza (de 6% a 35% del peso) e ingredientes menores
(de 0% a 5% del peso), los ingredientes menores citados se
seleccionan de la escoria de alto horno, microsílice, puzolana,
cenizas volantes, esquistos calcinados o mezclas derivadas.
Los porcentajes anteriormente mencionados son
exclusivos del sulfato cálcico, utilizado para regular el tiempo de
fraguado y los aditivos opcionales.
La norma U NI ENV 197.1 cubre tipos de cemento,
con requisitos para las fuerzas compresivas que, dependiendo de
las distintas clases de cemento, varían de 32,5 N/mm^{2} a 52
N/mm^{2}, a los 28 días.
Se deduce que los dos cementos que consisten
exclusivamente en clinker y yeso y los denominados cementos mixtos,
como los que están rellenos de cementos, tienen que poseer
propiedades mecánicas que cumplan con las normas.
Sin embargo, como se muestra en los datos de la
bibliografía publicada, la adición de un relleno calizo produce una
reducción más o menos acentuada en las propiedad desde resistencia
mecánica del cemento en el mortero de la norma, si se compara con
las del cemento Portland sin relleno (tipo I como para UNI ENV
197.1).
P. Krustolovic y otros autores (CCR, vol. 24, No.
5,1994) afirman que añadir 20% de relleno no hidráulico reduce la
fuerza compresiva del mortero y el hormigón en un 27%.
P. Livesey, en Comportamiento del cemento
relleno de piedra caliza, p. 6.1, confirma los resultados
mencionados y declara que añadir un máximo de 5% de relleno calizo
no afecta la resistencia, mientras que añadir 25% de piedra caliza
origina una reducción de la resistencia mecánica de un 25%.
Como se revela en Materiales de
construcción, vol. 24, No.233, 1944, la adición de un máximo de
10% de relleno calizo no afectaría a las propiedades de resistencia
mecánica del mortero tipo. Sin embargo, si la cantidad de relleno
calizo llega a 15%, la resistencia caerá en un 27% y sólo
disminuyendo la proporción agua/cemento, pueden mantenerse
constantes las propiedades de resistencia.
S. Sprung y E. Siebel (Zement K al k Gips,
No.1, pp. 1-11' 1991) sostienen que, con los
contenidos de relleno calizo que varían de 5% a 10%, la compactación
aumentada de la estructura de la pasta cementítica que es causada
por el relleno de orificios intragranulares puede ocasionar un
ligero aumento de las propiedades de resistencia normales. Con los
contenidos de relleno calizo más elevado, el efecto diluyente
producido por el relleno sobre el clinker origina una reducción en
la resistencia del cemento en el mortero tipo. Los mencionados
autores afirman que, si a un cemento Port-
land se le añade un relleno calizo en cantidades de 15%, la resistencia del mortero tipo se verá reducida en un 14%.
land se le añade un relleno calizo en cantidades de 15%, la resistencia del mortero tipo se verá reducida en un 14%.
Para eludir dicho inconveniente, Sprung y Siebel
afirman que los cementos Portland rellenos con 20% a 30% de piedra
caliza pueden tener una resistencia mecánica de 45 N/mm^{2} sólo
si se preparan con clinker que tenga una finura que llegue a los
niveles de entre 4.500 y 5.000 Blaine.
La producción de clinker a escala comercial con
un grado tan alto de finura precisa de tiempos de trituración largos
así como de un elevado consumo de energía.
El Solicitante ha encontrado sorprendentemente
que el cemento Portland que contiene de 20% a 25% de piedra caliza,
que posee propiedades tan altas como (o incluso mejores) las del
cemento Portland sin relleno inorgánico, puede obtenerse con
clinker que tenga una finura entre 1.600 y 2.500 Blaine.
El cemento Portland relleno de piedra caliza que
se reivindica está caracterizado porque la finura de las partículas
de piedra caliza varía entre 6.000 y 10.000 cm^{2}/g (Blaine). De
hecho se ha descubierto que, cuando las partículas de clinker y
piedra caliza cumplen las condiciones antes mencionadas, las
propiedades mecánicas del cemento son sustancialmente las mismas, a
veces incluso mejores, que las del cemento Portland sin relleno.
Otro objeto de la invención que nos ocupa es
ofrecer un procedimiento para la preparación del cemento Portland
relleno de piedra caliza según la invención, que comprende la
trituración separada de clinker y piedra caliza y posteriormente la
homogenización.
En realidad, se ha encontrado que el proceso de
la invención que concibe la trituración separada de clinker y piedra
caliza ahorra energía enormemente si se compara con los procesos que
implican la trituración conjunta de los citados ingredientes.
La figura 1 muestra la planta en la que se
realiza la trituración de los componentes de la invención.
Como ya se ha señalado anteriormente, en el
cemento Portland relleno de piedra caliza, la finura del clinker
(triturado junto con el yeso) está en la gama de 1.600 a 2.500
Blaine. La distribución de tamaño de partículas de clinker varía
preferiblemente entre 0 y 80 \mum o, incluso mejor, entre 10 y 40
\mum.
Una realización de la invención por la que se
prefiere optar consiste en un clinker que tiene 40 \mum de
diámetro nominal máximo y no contiene ninguna fracción de las finas
partículas que varían de 0 a 10 \mum. La finura de la piedra
caliza de la invención es de 6.000 a 10.000 Blaine.
En valores de finura por encima de 10.000 Blaine,
el efecto del relleno se hace menos evidente y en valores por
encima de 12.000 Blaine las ventajas económicas que se deben a
propiedades de resistencia más elevada se reducen con respecto a
los inconvenientes debidos aun consumo de energía más elevado en la
trituración.
El diámetro medio de las partículas de piedra
caliza está entre 10 y 30 µm y se prefiere que no sea superior a 15
\mum.
La piedra caliza que se tiene que utilizar de
conformidad con la invención que nos ocupa tiene que cumplir con la
norma UNI ENV 197.1, es decir, tener un contenido de CaCO_{3} que
sea \geq 75% en peso, una adsorción de azul de metileno \leq
1,20 g/100 g y un contenido de materia orgánica \leq 0,50% en
peso.
El contenido de piedra caliza en el cemento varía
de 20% a 25% en peso respecto al cemento, excluyendo el yeso y los
aditivos.
Los mejores resultados se obtienen con una finura
de clinker que varía de 1.600 a 1.700 Blaine, finura de piedra
caliza de 10.000 Blaine y una distribución del tamaño de partículas
clinker de entre 10 y 40 \mum.
En el proceso de preparación del cemento Portland
según esta invención, la trituración de clinker y piedra caliza se
verifica de modo separado, preferiblemente en una instalación
trituradora de circuito cerrado que esencialmente consiste en una
tolva, un molino de bolas, un clasificador de aire y un filtro
tubular como sigue:
- i.
- El producto que hay que triturar se introduce en un molino de bolas desde una tolva.
- ii.
- El producto triturado atraviesa un conducto que vibra hasta un clasificador de aire, donde la fracción de la finura deseada se separa de la fracción más gruesa, que es devuelta al molino de bolas a través de un conducto.
- iii.
- El producto que tiene la finura y tamaño de partícula deseados se filtra a través de un filtro tubular y se recoge.
Los componentes resultantes son homogeneizados
por cualquier mezcladora que se conozca en la técnica. Con vistas a
optimizar el consumo de energía, los ingredientes, antes de ser
sometidos a una trituración separada, pueden ser pulverizados de
modo adecuado, por ejemplo en una trituradora de tipo mandíbula.
La figura 1 muestra un dibujo de la planta de
trituración caracterizada porque se lleva a cabo el proceso de
trituración antes mencionado.
En concreto en esta figura: (1) es la tolva, (2)
el conducto vibrante de recirculación, (3) el clasificador de aire,
(4) el molino de bolas, (5) el conducto a través del cual las
partículas del molino de bolas (4) entran en el clasificador de aire
(3), (6) el filtro tubular.
Los siguientes ejemplos ilustran la preparación
del cemento relleno de piedra caliza que se reivindica y las
propiedades físicas y mecánicas relevantes se expresan a modo de
indicación, no de limitación, de la presente invención.
La piedra caliza y el clinker, que han sido
mezclados previamente con yeso en una proporción de 5% en peso, se
trituraron de modo separado en una trituradora de tipo
mandíbula.
El tamaño de partículas de los materiales
triturados se muestra en la Tabla 1.
| Tamaño de partículas de clinker y piedra caliza después de la trituración | |||
| Clinker/yeso | Piedra caliza | ||
| \diameter (mm) | Residuo | \diameter (mm) | Residuo |
| 10 | - | 4 | 12 |
| 4 | 30,5 | 2,8 | 23,7 |
| 2,8 | 58 | 1,5 | 34,6 |
| 1,5 | 80 | 1 | 38,3 |
| 1 | 86,2 | 0,5 | 43,9 |
| 0,5 | 91,2 | 0,3 | 54,4 |
| 0,15 | 94,9 | 0,15 | 82,5 |
| 0,088 | 95,8 | 0,1 | 99,1 |
| 0,06 | 97,5 |
Los dos componentes entonces fueron triturados en
la instalación trituradora de circuito cerrado que se muestra en la
figura 1.
El molino era de tipo de bolas. El tamaño de las
bolas y la distribución eran los siguientes:
\diameter 40 mm = 20%, \diameter 15 mm = 70%,
\diameter 10 mm = 10%.
El volumen por ciento de las bolas en el molino
era de 33% y el régimen de potencia era de 4 kw.
El material que iba a ser triturado se sacó de
una tolva y se introdujo en el molino de bolas por medio de un
conducto vibrante. El producto que salía del molino iba a parar a un
clasificador de aire, donde la fracción deseada se separaba de la
fracción más gruesa, que era recirculada hacia el molino.
Durante las varias pruebas, el régimen de
potencia adsorbido por el molino era medido por un vatímetro con el
fin de calcular el consumo de energía específico en lo referente al
producto obtenido. En la trituradora antes mencionada, se trituró la
mezcla de clinker y yeso hasta obtener dos grados de finura, 2.640
Blaine) y 2.320 Blaine. Los productos relevantes se denominarán de
aquí en adelante CLK 2 y CLK 1.
La fracción de partículas finas con variación de
0 a 10 µm en diámetro fue parcialmente extraída por el clasificador
de aire del producto CLK 1 para dar al producto CLK 3 la finura de
1.640 Blaine.
La piedra caliza se trituró en la citada
trituradora consiguiendo la finura de \approx10.000 Blaine.
Los productos que se obtuvieron se analizaron por
medio de un aparato láser SYMPATEC HELOS.
La Tabla 2 muestra la distribución por tamaños de
partículas que se registró.
| Materiales de tamaño inferior acumulativos por ciento producidos en la trituradora de circuito cerrado. | |||||
| Clinker/yeso | Piedra caliza | ||||
| \diameter (\mum) | CLK 1% | CLK 2% | CLK 3% | \diameter (\muM) | % Tamaño |
| Tamaño | Tamaño | Tamaño | inferior | ||
| inferior | inferior | inferior | |||
| 0,90 | 2,69 | 3,04 | 1,21 | 0,90 | 9,92 |
| 1,10 | 3,89 | 4,43 | 1,74 | 1,10 | 14,78 |
| 1,30 | 5,00 | 5,73 | 2,21 | 1,30 | 19,56 |
| 1,50 | 6,03 | 6,97 | 2,63 | 1,50 | 24,22 |
| 1,80 | 7,46 | 8,7 | 3,19 | 2,60 | 30,90 |
| 2,20 | 9,19 | 10,81 | 3,81 | 3,10 | 39,12 |
| 2,60 | 10,75 | 12,75 | 4,33 | 3,70 | 46,48 |
| 3,10 | 12,54 | 14,96 | 4,86 | 4,30 | 54,40 |
| 3,70 | 14,51 | 17,39 | 5,40 | 5,00 | 62,09 |
| 4,30 | 16,34 | 19,62 | 5,89 | 6,00 | 68,02 |
| 5,00 | 18,34 | 22,05 | 6,47 | 7,50 | 73,27 |
| 6,00 | 21,03 | 25,30 | 7,43 | 9,00 | 78,89 |
| 7,50 | 24,75 | 29,83 | 9,29 | 10,50 | 85,07 |
| 9,00 | 28,22 | 34,03 | 11,72 | 12,50 | 89,79 |
| 10,50 | 31,53 | 38,00 | 14,68 | 15,00 | 93,36 |
| 12,50 | 35,78 | 42,99 | 19,30 | 18,00 | 96,30 |
| 15,00 | 40,75 | 48,83 | 25,80 | 21,00 | 97,39 |
| 21,00 | 46,28 | 55,28 | 41,72 | 25,00 | 97,39 |
| 25,00 | 51,32 | 61,12 | 51,44 | 30,00 | 98,95 |
| 30,00 | 57,32 | 68,06 | 62,28 | 36,00 | 99,68 |
| 36,00 | 63,75 | 75,53 | 73,38 | 43,00 | 100,00 |
| 43,00 | 70,21 | 82,94 | 83,65 | 51,00 | 100,00 |
| 51,00 | 76,52 | 89,66 | 91,75 | 61,00 | 100,00 |
| 61,00 | 82,49 | 94,85 | 97,18 | 73,00 | 100,00 |
| 73,00 | 88,4 | 98,23 | 99,44 | 87,00 | 100,00 |
| 87,00 | 93,71 | 99,6 | 100 | 103,0 | 100,00 |
| 103,00 | 97,68 | 100 | 100 | 123,0 | 100,00 |
| 123,00 | 99,57 | 100 | 100 | 147,0 | 100,00 |
| 147,00 | 100,00 | 100 | 100 |
Los clinkers molidos preparados como para el
ejemplo 1 (CLK 1, CLK 2 y CLK 3) se mezclaron y homogeneizaron con
20% y 25% en peso de relleno calzo a 10.000 Blaine (preparado tal y
como se describe en el ejemplo 1).
Los morteros tipo de conformidad con UNI EN 196.1
se prepararon a partir de cementos producidos mediante mezclado con
el fin de determinar la fuerza compresiva de la mezcla y las
propiedades reológicas.
La determinación de la consistencia del mortero
(trabajabilidad) se llevó a cabo por medio de placa oscilante de
conformidad con UNI 7044.
Los resultados que se obtuvieron se muestran en
la tabla 3, en donde CLK 2 es un ejemplo comparativo.
| Superficie específica (Blaine), flujo y fuerza compresiva de los cementos de la invención | |||||
| Blaine | Flujo % | Mortero tipo CS (N/mm^{2}) | |||
| 2 días | 7 días | 28 días | |||
| CLK 1 | 2320 | 46,7 | 20,13 | 31,0 | 45,4 |
| CLK 1 + 20% C | 3856 | 53,9 | 24,32 | 35,3 | 45,2 |
| CLK 1 + 25% C | 4240 | 55,0 | 23,62 | 35,8 | - |
| CLK 2 | 2640 | 73,7 | 29,36 | 43,6 | 49,8 |
| CLK 2 + 20% C | 4112 | 64,5 | 27,78 | 42,0 | 49,6 |
| CLK 2 + 25% C | 4480 | 61,4 | 28,41 | 41,5 | 46,0 |
| CLK 3 | 1640 | 61,5 | 18,01 | 35,9 | 51,2 |
| CLK 3 + 20% C | 3312 | 71,2 | 23,97 | 41,4 | 51,4 |
| CLK 3 + 25% C | 3730 | 70,3 | 24,29 | 40,04 | 46,1 |
Como puede deducirse de la tabla 3, el cemento
relleno de piedra caliza desarrolla con el tiempo la misma fuerza
compresiva que el cemento que se ha obtenido con el mismo clinker
pero sin añadir materiales inertes. En particular el hecho de añadir
20%, de piedra caliza incrementa la resistencia final del cemento
CLK 3 incluso a los 28 días.
Una característica que sorprende realmente se
refiere al incremento de flujo que se consigue con cementos
rellenos de piedra caliza CLK 1 y CLK 3 respecto a los cementos
Portland correspondientes.
El efecto del relleno calizo es mayor cuanto
menor sea el contenido de partículas finas de clinker que están en
la gama de 0 a 10 \mum de diámetro.
Más específicamente, se puede conseguir un
contenido inferior de partículas finas de clinker añadiendo relleno
calizo. En las condiciones mencionadas, en lugar de ejercer una
acción diluyente, el relleno aumenta de modo apreciable la
resistencia a corto plazo sin empeorar las propiedades de
resistencia a los 28 días.
Se prepararon tres series de clinker y yeso
(CLK4, CLK5 y CLK6) que poseían una finura media de 2.000, 2.500 y
3.000 Blaine respectivamente, lo cual se hizo fundamentalmente como
se ha descrito en el ejemplo 1.
Los citados cementos de prueba se añadieron con
piedra caliza molida como en el caso del ejemplo 1 a 6.000, 8.000 y
10.000 Blaine respectivamente.
Los morteros tipo para la determinación de las
fuerzas compresivas se prepararon como para el ejemplo 2.
Los resultados que se obtuvieron se muestran en
la tabla 4, donde CLK 6 es un ejemplo de referencia.
| Tipo de cemento | Propiedades de resistencia N/mm^{2} | ||
| 2 días | 7 días | 28 días | |
| CLK 4 | 16,0 | 27,4 | 36,0 |
| CLK 4 + C 6000 | 18,4 | 31,2 | 37,5 |
| CLK 4 + C 8000 | 20,3 | 32,8 | 37,9 |
| CLK 4 + C 1000 | 19,0 | 32,9 | 37,8 |
| CLK 5 | 20,9 | 37,1 | 45,7 |
| CLK 5 + C 6000 | 21,2 | 37,2 | 46,3 |
| CLK 5 + C 8000 | 23,2 | 37,8 | 46,7 |
| CLK 5 + C 10000 | 23,4 | 37,7 | 46,4 |
| CLK 6 | 23,7 | 39,8 | 50,2 |
| CLK 6 + C 6000 | 23,0 | 36,5 | 45,3 |
| CLK 6 + C 8000 | 24,2 | 36,3 | 42,8 |
| CLK 6 + C 10000 | 23,3 | 36,9 | 42,5 |
Como puede inferirse de la tabla 4, el efecto de
la piedra caliza es tanto mayor cuanto más debajo de 3.000 Blaine
está la finura del clinker.
Además el clinker tiene tendencia a producir un
efecto creciente hasta que la finura alcanza unos 10.000 Blaine.
Claims (7)
1. Cemento Portland relleno de piedra caliza en
el que la finura de las partículas de piedra caliza se halla en la
gama de 6.000 a 10.000 Blaine y la finura de las partículas de
clinker se halla en la gama de 1.600 a 2.500 Blaine, que tiene un
contenido de piedra caliza de 20% a 25% en peso con respecto al
cemento, excluyendo yeso y aditivos.
2. Cemento Portland relleno de piedra caliza tal
y como se reivindica en la reivindicación 1, en el que las
partículas de piedra caliza tienen un diámetro medio de entre 10 y
30 µm.
3. Cemento Portland relleno de piedra caliza tal
y como se reivindica en las reivindicaciones 1 a 2, en el que el
tamaño de las partículas de clinker varía de 0 a 80 µm.
4. Cemento Portland relleno de piedra caliza tal
y como se reivindica en la reivindicación 3, en el que el tamaño de
las partículas de clinker varía de 10 a 40 µm.
5. Proceso para la preparación de cemento
Portland relleno de piedra caliza, tal y como se reivindica en las
reivindicaciones 1 a 4, en el que el clinker y la piedra caliza son
molidos de forma separada y después homogeneizados.
6. Proceso para la preparación de cemento
Portland relleno de piedra caliza, tal y como se reivindica en la
reivindicación 5, en el que:
- i.
- El producto que hay que triturar se introduce en un molino de bolas (4) desde una tolva (1).
- ii.
- El producto triturado atraviesa un conducto que vibra hasta un clasificador de aire (3), donde la fracción de la finura deseada se separa de la fracción más gruesa, que es devuelta al molino de bolas a través de un conducto (5).
- iii.
- El producto que tiene la finura y tamaño de partícula deseados se filtra a través de un filtro tubular (6) y se recoge.
7. Proceso para la preparación de cemento
Portland relleno de piedra caliza, tal y como se reivindica en la
reivindicación 6, que está caracterizado porque el clinker y
la piedra caliza son triturados en una trituradora de tipo
mandíbula, antes de ser molidos de modo separado y finalmente son
homogeneizados después de haber pasado por la citada fase de
molturación separada.
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