ES2199894T3 - Preparacion de acelerador para hormigon. - Google Patents
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Abstract
Un método para preparar un acelerador para hormigón proyectado, que consiste esencialmente en las etapas de (i) disolver sulfato de aluminio e hidróxido de aluminio en agua, que contiene opcionalmente al menos una amina disuelta en la misma, para dar una solución transparente; y (ii)añadir opcionalmente al menos uno de al menos un estabilizante y al menos un agente antiespumante; siendo tales las proporciones de ingredientes presentes que el producto final contiene de 3%-12% en peso de sulfato de aluminio (medido como Al2O3), hasta 30% en peso de hidróxido de aluminio amorfo, hasta 15% en peso de amina, hasta 3% en peso de agente antiespumante y hasta 0, 06 moles/kg de estabilizante, seleccionándose el estabilizante de ácidos hidroxicarboxílicos, ácidos fosfóricos y sales no alcalinas de ácidos fosfóricos.
Description
Preparación de acelerador para hormigón.
Esta invención se refiere a composiciones
cementosas y a aceleradores para usar en las mismas,
particularmente para hormigón proyectado.
La aplicación de hormigón a un sustrato mediante
rociadura desde una tobera (comúnmente denominado "inyección de
hormigón") es una tecnología bien establecida y se usa
ampliamente en aplicaciones tales como el revestimiento de túneles.
Es importante que el hormigón proyectado fragüe muy rápidamente
sobre el sustrato y esto se alcanza mediante la adición al hormigón
en la tobera de un acelerador. Estos aceleradores son bastante
diferentes de los usados con hormigón convencional y han incluido
tradicionalmente materiales tales como hidróxidos de metales
alcalinos, aluminatos y silicatos.
La naturaleza altamente alcalina de estos
materiales ha dado problemas de manejo. También significa que su
uso en espacios confinados tales como túneles ha conducido a
atmósferas de trabajo muy desagradables. Intentos recientes de
evitar tales materiales han implicado el uso de compuestos de
aluminio y ejemplos típicos pueden encontrarse en las Patentes
Europeas 0 072 927, 0 775 097 y 0 742 179, la Patente Australiana
706917 y las Solicitudes Europeas 0 812 812 y 0 946 451.
Se ha encontrado ahora que es posible preparar un
acelerador para hormigón proyectado mediante un procedimiento
simple, acelerador que se comporta especialmente bien. La invención
proporciona por lo tanto un método para preparar un acelerador para
hormigón proyectado que consiste esencialmente en las etapas de
- (i)
- disolver sulfato de aluminio e hidróxido de aluminio en agua, que contiene opcionalmente al menos una amina disuelta en la misma, para dar una solución transparente; y
- (ii)
- añadir opcionalmente al menos uno de al menos un estabilizante y al menos un agente antiespumante;
siendo tales las proporciones de ingredientes
presentes que el producto final contiene de 3%-12% en peso de
sulfato de aluminio (medido como Al_{2}O_{3}), hasta 30% en peso
de hidróxido de aluminio amorfo, hasta 15% en peso de amina, hasta
3% en peso de agente antiespumante y hasta 0,06 moles/kg de
estabilizante, seleccionándose el estabilizante de ácidos
hidroxicarboxílicos, ácidos fosfóricos y sales no alcalinas de
ácidos fosfóricos.
La invención proporciona adicionalmente un
acelerador para usar con hormigón proyectado preparado mediante tal
método.
El sulfato de aluminio usado puede ser cualquier
material disponible comercialmente. Los sulfatos de aluminio
difieren en su pureza y constitución, siendo el más común el llamado
"17%" debido a que contiene 17% de Al_{2}O_{3}. En
términos prácticos, el porcentaje en peso de sulfato de aluminio
17%, Al_{2}(SO_{4})_{3}.14,3 H_{2}O, que debe
usarse en el procedimiento de acuerdo con la invención está en el
intervalo de 30% a 60%, preferiblemente de 40%-48%.
El hidróxido de aluminio puede ser cualquier
hidróxido de aluminio amorfo disponible comercialmente. Aunque
todos estos hidróxidos de aluminio darán resultados satisfactorios,
generalmente es cierto que cuanto más reciente sea la fecha de
fabricación, mejor será el resultado. Además, los hidróxidos de
aluminio que, como resultado de su manera particular de fabricación,
contienen una proporción pequeña de carbonato de aluminio (hasta
5%) son más fáciles de disolver y son materiales preferidos. Este
comportamiento no se obtiene simplemente añadiendo carbonato de
aluminio a hidróxido de aluminio puro. Aunque pueden usarse
cantidades muy pequeñas de hidróxido de aluminio (es posible menos
de 0,1%), se observa una mejora significativa en 5% o más. El
intervalo preferido de proporciones en peso es de
8-25%, preferiblemente de
15-25%.
Aunque el sulfato de aluminio, el hidróxido de
aluminio y el agua pueden, cuando se utilizan juntos en el
procedimiento de la invención, dar aceleradores con buenas
propiedades, las propiedades pueden mejorarse considerablemente
mediante el uso de uno o más de tres componentes opcionales, pero
preferidos.
El primero de estos es una amina. Esta debe ser
soluble en agua, por lo demás no hay restricción en la elección de
la amina. Aminas preferidas son alcanolaminas, tales como
diglicolamina, dietanolamina y trietanolamina, prefiriéndose
particularmente la dietanolamina. Puede usarse hasta 10% en peso de
amina, preferiblemente de 4-7%.
El segundo componente adicional preferido es un
estabilizante, que puede añadirse al final del procedimiento. Este
es un material que evita que la solución de hidróxido de
aluminio/sulfato de aluminio precipite o forme un gel. Sin
estabilizante, la solución funcionará bien como un acelerador, pero
a menudo carecerá de estabilidad y por lo tanto duración de
almacenaje, necesitándose su uso muy poco después de la
fabricación, algo habitualmente no práctico. Es posible y admisible
usar más de un estabilizante.
Los estabilizantes para usar en esta invención
son ácidos hidroxicarboxílicos, ácidos fosfóricos y sales no
alcalinas de ácidos fosfóricos. El ácido hidroxicarboxílico puede
seleccionarse de cualquier ácido conocido en la técnica. El ácido
preferido es ácido cítrico, pero también pueden usarse muchos otros
ácidos, tales como ácido láctico y ácido ascórbico.
Por "ácido fosfórico" se entiende uno de los
ácidos ácido ortofosfórico (H_{3}PO_{4}), ácido metafosfórico
((HPO_{3})_{x}) y ácido pirofosfórico
(H_{4}P_{2}O_{7}). Por "sales no alcalinas" se entiende
sales que no incluyen los metales alcalinos sodio y potasio. Así,
por ejemplo, pueden usarse sales de fosfato de litio, calcio y
magnesio.
El tercer componente adicional preferido, un
agente antiespumante, puede ser cualquiera de tales materiales
conocidos en la técnica. La mayoría de estos son materiales
comerciales patentados cuya composición precisa nunca se revela,
pero cualquiera de tales materiales conocido en la técnica es
adecuado. Ejemplos típicos incluyen tipos silicónicos tales como
AGITAN (marca comercial) y tipos de poliéter de ácido graso tales
como LUMITEN (marca comercial) EL.
El agente antiespumante puede usarse en un grado
de hasta 5% (sólidos en peso de la composición total),
preferiblemente de 0,5%-3%. El uso de agente antiespumante hace más
fácil el uso de menos hidróxidos de aluminio recientes. Se cree, sin
restringir el alcance de la invención de ningún modo, que su
presencia ayuda a la retirada de dióxido de carbono que se acumula
sobre la superficie del hidróxido de aluminio a lo largo del
tiempo. Sorprendentemente, con tal de que el antiespumante no
contenga silicona y que no esté presente hasta la extensión de más
de 3%, da una mejora apreciable en el tiempo de fraguado sobre la
de una composición idéntica sin agente antiespumante o con tipos
silicónicos.
El procedimiento de la invención se lleva a cabo
fácilmente con un equipo estándar y el experto no tendrá
dificultades en hacerlo. Se apreciará que para alcanzar soluciones
en las diversas fases, puede ser necesario algún calentamiento,
típicamente hasta aproximadamente 50-60ºC.
En el procedimiento, la solución transparente
puede producirse mediante cualquier método convencional. Es posible
añadir el sulfato de aluminio y el hidróxido de aluminio
secuencialmente en cualquier orden al agua. También es posible
añadirlos juntos al agua o disolverlos o dispersarlos
individualmente en dos cantidades diferentes de agua y a
continuación combinar estas cantidades.
Preferiblemente, el sulfato de aluminio y el
hidróxido de aluminio se añaden secuencialmente a agua.
Preferiblemente, el sulfato de aluminio se disuelve en primer lugar
en agua; el sulfato de aluminio se disolverá con calentamiento. A
esta solución se añade a continuación hidróxido de aluminio. Se
obtiene una solución transparente.
Es posible, aunque menos preferible, añadir en
primer lugar el hidróxido de aluminio al agua. El hidróxido de
aluminio no se disuelve fácilmente en agua, pero da una suspensión
fina. A esta suspensión se añade el sulfato de aluminio. Se obtiene
una solución transparente.
La naturaleza precisa del producto del
procedimiento no se conoce. Ciertamente, no es una mera mezcla de
los componentes originales (el hecho de que la solución sea una
solución transparente ligeramente turbia y no una suspensión opaca
típica del hidróxido de aluminio es una evidencia de esto), y, sin
restringir la invención de ningún modo se cree que es de naturaleza
oligómera o polímera.
El acelerador así preparado da excelentes
resultados cuando se usa como un acelerador para hormigón de
inyección. El hormigón de inyección tratado con el mismo se endurece
rápidamente y tiene buena resistencia final. El acelerador tiene
una duración de almacenaje larga, es resistente a cambios de
temperatura y es completamente no alcalino, conduciendo así a
mejores ambientes de trabajo.
La invención se ilustra adicionalmente mediante
los siguientes ejemplos no limitativos.
Ejemplos
1-3
Preparaciones de aceleradores de acuerdo con la
invención.
Las proporciones en peso usadas son como
sigue:
Ejemplo 1 | Ejemplo 2 | Ejemplo 3 | |
sulfato de aluminio 17% | 46% | 48% | 40% |
hidróxido de aluminio amorfo | 18% | 18% | 18% |
agua | 30% | 28% | 28% |
dietanolamina (solución al 90%) | 6% | 6% | 4% |
La dietanolamina se disuelve en el agua y el
sulfato de aluminio se disuelve a continuación en esta solución.
Esto se alcanza calentando la solución hasta 50-60ºC
y añadiendo con agitación, continuándose la agitación hasta que se
obtiene una solución transparente. A esta solución agitada
calentada se añade gradualmente el hidróxido de aluminio y la
agitación se continúa hasta que se obtiene una solución
transparente.
Se prepara un acelerador mediante el método y
usando los materiales de los Ejemplos 1-3, excepto
que el contenido de agua se disminuye hasta 28,7% y se añade 1,3% de
monohidrato de ácido cítrico. Esto se añade después de la adición
del hidróxido de aluminio, enfriándose la solución hasta
temperatura ambiente antes de la adición. El resultado es una
solución transparente.
El mortero usado para la prueba tiene la
siguiente formulación:
cemento Portland Normo 4 | 450 partes |
arena estándar SIA 215-I | 1350'' |
cemento basado en ácidos fosfórico | |
estabilizante de la hidratación^{1} | 0,3% en peso de cemento |
superplastificante de policarboxilato^{2} | 0,6% en peso de cemento |
1. estabilizante DELVO (marca comercial
registrada) de MBT
2. GLENIUM (marca comercial registrada) 41 de
MBT
Se añade agua suficiente para dar una relación de
agua/cemento (w/c) de 0,47.
Se añade cada uno de los aceleradores de los
Ejemplos 1, 2 y 4 a muestras del mortero, en un grado de 7% en peso
de cemento, y los tiempos de fraguado inicial y final se miden
mediante el procedimiento de prueba de Vicat de EN
196-3. Además, también se probó un acelerador libre
de álcali disponible comercialmente MEYCO (marca comercial) SA 160.
Los resultados son como sigue:
Ejemplo 1 | Ejemplo 2 | Ejemplo 4 | Acelerador comercial | |
Inicial (min) | 4 | 1 | 3,5 | 3 |
Final (min) | 8 | 5,5 | 8,5 | 6 |
Claims (10)
1. Un método para preparar un acelerador para
hormigón proyectado, que consiste esencialmente en las etapas
de
- (i)
- disolver sulfato de aluminio e hidróxido de aluminio en agua, que contiene opcionalmente al menos una amina disuelta en la misma, para dar una solución transparente; y
- (ii)
- añadir opcionalmente al menos uno de al menos un estabilizante y al menos un agente antiespumante;
siendo tales las proporciones de ingredientes
presentes que el producto final contiene de 3%-12% en peso de
sulfato de aluminio (medido como Al_{2}O_{3}), hasta 30% en peso
de hidróxido de aluminio amorfo, hasta 15% en peso de amina, hasta
3% en peso de agente antiespumante y hasta 0,06 moles/kg de
estabilizante, seleccionándose el estabilizante de ácidos
hidroxicarboxílicos, ácidos fosfóricos y sales no alcalinas de
ácidos fosfóricos.
2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que al menos una amina soluble en agua está presente
adicionalmente en el agua.
3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 o
la reivindicación 2, en el que se añade al menos uno de al menos un
estabilizante y al menos un agente antiespumante.
4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3,
en el que se añade al menos un estabilizante.
5. Un método de acuerdo con la reivindicación 3,
en el que se añade al menos un agente antiespumante.
6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5,
en el que el agente antiespumante no contiene silicona y está
presente en una extensión máxima de 3%.
7. Un método de acuerdo con una cualquiera de las
reivindicaciones 1-6, en el que el estabilizante es
al menos un ácido hidroxicarboxílico.
8. Un método de acuerdo con la reivindicación 1,
en el que la solución transparente se prepara mediante las etapas
de
- (i)
- disolver sulfato de aluminio en agua, que contiene opcionalmente al menos una amina disuelta en la misma; y
- (iii)
- disolver hidróxido de aluminio amorfo en la solución de (i) hasta que se obtiene una solución transparente.
9. Un método de acuerdo con la reivindicación 8,
en el que se añade a la solución transparente al menos uno de (a)
al menos un agente antiespumante y (b) al menos un estabilizante
seleccionado de ácidos hidroxicarboxílicos, ácidos fosfóricos y
sales no alcalinas de ácidos fosfóricos, preferiblemente de ácidos
hidroxicarboxílicos.
10. Un acelerador para usar con hormigón
proyectado, preparado mediante un procedimiento de acuerdo con una
cualquiera de las reivindicaciones 1-9.
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