ES2202833T3 - Materiales de construccion. - Google Patents
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Abstract
La invención se refiere a un procedimiento de formación de un producto con base de cemento que consiste en mezclar un material con base de cemento con un material silicio y un material de baja masa volumínica aparente con agua para formar una lechada de cemento, en formar un artículo perfilado crudo a partir de la lechada de cemento y a curar en autoclave el artículo. El material de baja masa volumínica aparente es un hidrato de silicato de calcio que se obtiene, preferentemente, por reacción de un reactivo calizo con un reactivo silicio en presencia de agua a una temperatura elevada, presentando un 90% al menos en peso del material silicio una granulometría inferior a 100 micras. El material comprende eventualmente entre un 0 y un 25% de material fibroso y entre un 0 y un 40% de otros aditivos. El material con base de cemento obtenido es apropiado para aplicaciones internas y externas.
Description
Materiales de construcción.
Esta invención se refiere a productos de
construcción de baja densidad y a métodos para su producción.
Se usan ampliamente productos de silicato cálcico
conformados en aplicaciones industriales y domésticas como
materiales de aislamiento térmico y refractarios, como se muestra
en la Patente Australiana Nº 552.930. Estos productos se forman
comúnmente combinando una fuente de hidróxido cálcico con un
material silíceo a temperatura y presión elevadas. Puede formarse
una variedad de formas cristalinas de silicato cálcico dependiendo
de la temperatura, la presión, la extensión del tiempo de reacción
y la concentración de agua usadas. La suspensión resultante de
cristales de silicato cálcico hidratado puede colarse en moldes y
secarse, usualmente por aplicación de calor, para formar los
productos conformados terminados deseados antes de moldearse si se
desea. Pueden añadirse después a la suspensión fibras de refuerzo
tales como fibras de vidrio y de poliéster.
Sin embargo, tales productos de silicato cálcico
puro no tienen suficiente resistencia, rigidez y durabilidad para
diversas aplicaciones de construcción. Se han propuesto diversos
mecanismos para producir productos de silicato cálcico con
resistencia suficiente para aplicaciones de construcción. Son muy
conocidos en aplicaciones de protección contra incendios tableros de
silicato cálcico de baja densidad que usan contenidos de fibra del
3% en peso o menos. El método de fabricación del silicato cálcico
en estos productos y los otros ingredientes que necesitan
estabilidad a alta temperatura (>1.000ºC) hacen a tales productos
antieconómicos para su uso como productos de consumo. Por ejemplo,
la Patente de los EE.UU. Nº 5.547.505 describe un método de
producción para cementos de débil calor de fraguado con buena
resistencia a la compresión y calores de hidratación. El
procedimiento es sin embargo muy complejo. Implica mezclar
materiales calcáreos, materiales silíceos y materiales aluminosos,
fundir la mezcla, apagar la masa fundida y moler la materia apagada
para incluir en la composición de cemento.
La Patente Australiana Nº 606.344 intenta superar
las dificultades asociadas con productos de silicato cálcico
añadiendo materiales fibrosos, tales como pasta de madera, y un
coagulante polímero adecuado, formando láminas delgadas del
material resultante y estratificando las láminas para formar un
tablero para construcción. Se han usado otras técnicas de
producción diversas o aditivos tales como fibras, aglomerantes
polímeros, etc. para aumentar la resistencia y durabilidad del
producto de silicato cálcico. La Solicitud de Patente Alemana DE
3711549 incluye, por ejemplo, un aglomerante polímero y un agente de
formación de ettringita de expansión para la suspensión de silicato
cálcico para dar un producto similar a la madera.
Se han usado para construcción desde 1895
productos de cemento reforzado con fibras, tales como láminas de
construcción resistentes al agua. En la historia reciente, las
fibras de refuerzo usadas en tales productos han incluido no sólo
fibras de amianto, sino también fibras de celulosa (documento AU
515151), fibras de metal, fibras de vidrio y otras fibras
naturales. Típicamente, la densidad de tales láminas de
construcción es de 1,2-1,7 g/cm^{3}, siendo
conseguible típicamente la variación de densidad por compresión y
deshidratación de las suspensiones de cemento con fibras usadas en
la fabricación y variando la cantidad de fibra usada.
Las densidades de las láminas de construcción
descritas antes significan que los productos son más pesados que los
productos de igual dimensión basados en madera, y en consecuencia
son más difíciles de cortar, maquinar y clavar que la madera y los
productos basados en madera. A este respecto, la densidad de láminas
de madera natural varía típicamente de 0,7 a 0,9 g/cm^{3} para
maderas duras secas y de 0,38 a 0,6 g/cm^{3} para maderas de
coníferas secas. La densidad en seco de aglomerados de madera
comprimidos reconstituidos varía típicamente de 0,95 a 1,1
g/cm^{3}.
Sería deseable fabricar láminas de construcción
que tengan una densidad similar a la de la madera, permitiendo así
productos más ligeros, más clavables, más fáciles de cortar y más
fáciles de maquinar, reteniendo al tiempo propiedades de
durabilidad, resistencia al fuego, a prueba de putrefacción y
resistentes al agua del producto de cemento reforzado con
fibras.
Un objeto de la presente invención es mejorar
sustancialmente al menos algunas de las desventajas mencionadas
antes de la técnica anterior o proporcionar al menos una
alternativa comercial a ella.
Según un primer aspecto, la presente invención
proporciona un método para formar un producto cementoso que
comprende añadir a agua un material cementoso, un material silíceo
y un material de baja densidad aparente para formar una suspensión,
formar un artículo conformado crudo a partir de la suspensión y
curar el artículo en un autoclave, caracterizado porque el material
de baja densidad aparente es una mezcla de silicato cálcico hidrato
y reaccionante silíceo no reaccionado.
\newpage
El solicitante propone usar silicato cálcico
hidrato como modificador de densidad porque, a diferencia de
materiales usados comúnmente tales como vermiculita, perlita o
perlas de espuma EPS, no flota y resiste la trituración.
El material de baja densidad aparente se prepara
de partículas que son sustancialmente silicato cálcico hidrato,
típicamente en forma de una estructura entrelazada de
3-D que contiene perlas y es resistente a la
trituración en el tratamiento subsiguiente.
Preferiblemente, el material de baja densidad
aparente tiene una densidad aparente entre 0,06 y 0,3
g/cm^{3}.
En otra realización preferida, se proporciona el
material de baja densidad aparente haciendo reaccionar un
reaccionante silíceo con un reaccionante calcáreo en presencia de
agua bajo presión y temperatura elevada, en la que al menos el 90%
en peso del material silíceo tiene un tamaño de partículas inferior
a 100 micrómetros (100 \mum).
Según el procedimiento de la invención para
formar un producto cementoso, los artículos conformados crudos
pueden formarse a partir de la suspensión soportada por agua por
cualquiera de un cierto número de procedimientos convencionales
tales como el procedimiento de láminas Hatschek, el procedimiento
de tuberías Mazza, el procedimiento de láminas Magnani, moldeo por
inyección, extrusión, apretado a mano, moldeo, colada, filtrado con
filtro prensa, flujo en máquina, formación con rodillos, etc., con
o sin compresión post-formación. Después de formar,
el artículo crudo se precura preferiblemente durante un corto
tiempo, preferiblemente hasta 80 horas, y se cura después
sometiéndolo a autoclave, preferiblemente en un recipiente
presurizado con vapor de agua entre 120 y 200ºC, durante 3 a 30
horas, más preferiblemente durante menos de 24 horas. La extensión
de tiempo y la temperatura escogidos para curar depende de la
formulación, del procedimiento de fabricación y de la forma del
artículo.
El solicitante ha encontrado también que es
posible proporcionar un material de baja densidad aparente que está
sustancialmente compuesto de silicato cálcico hidrato para su uso
en un producto de construcción sin ser necesario asegurar la
conversión total de los reaccionantes a silicato cálcico hidrato. En
una realización preferida, esta reacción se termina antes de la
conversión completa de los reaccionantes a silicato cálcico
anhidro. Preferiblemente, la reacción se termina en menos de 4
horas. Más preferiblemente, la reacción se efectúa durante un
período de hasta 2 horas de tal modo que al menos el 80% del
material reaccionante calcáreo se convierte en silicato cálcico
hidrato (determinado preferiblemente por DTA (análisis térmico
diferencial)/TGA (análisis termogravimétrico)).
El solicitante ha encontrado que el producto
resultante de la reacción entre el material reaccionante silíceo y
el material reaccionante calcáreo a temperatura y presión elevadas,
incluso con muy cortos tiempos de reacción, por ejemplo, menos de ½
hora con un aparato apropiado, es adecuado para su uso en productos
de construcción tales como láminas reforzadas con fibras. Tales
tiempos de reacción cortos proporcionan claramente ventajas en
términos de coste y velocidad de producción.
El producto resultante de esta reacción no sólo
sirve como modificador de densidad eficaz para producir productos
cementosos dando como resultado densidades de 1,2 g/cm^{3} a 0,5
g/cm^{3} y, si se combina con aireación de la suspensión, la
densidad puede ser incluso más baja, sino que proporciona otras
ventajas que incluyen alta resistencia y baja permeabilidad al agua
superficial.
Otra ventaja de producir tales productos
cementosos de baja densidad según la invención es que pueden
fabricarse láminas más gruesas o productos de tabiquería más
gruesos, incluso los que contienen fibras, sin ser excesivamente
pesados para manejar. Además, tales láminas gruesas, por ejemplo de
10 mm-35 mm de espesor, son capaces de clavarse o
maquinarse (lo que no es siempre posible con láminas de cemento de
densidad normal o con fibras comprimidas). Los productos cementosos
de baja densidad de la invención también son adecuados para fijar
con pistolas para clavos motorizadas porque la densidad más baja
del tablero permite absorber en el tablero el impacto y la cabeza
del clavo, a diferencia de los tableros de cemento con fibras de
densidad normal o comprimidos que pueden fracturarse por el impacto
de la cabeza del clavo. La baja densidad de los productos
cementosos de la invención permite también por ejemplo marcar y
partir láminas de, digamos, 12 mm de espesor x 1.200 mm de ancho.
Las láminas de cemento con fibras de densidad normal serían
demasiado fuertes y densas para marcar y partir en tales
dimensiones.
Incluso con densidades por debajo de 0,5
g/cm^{3}, los productos cementosos resultantes de la presente
invención tienen una resistencia y rigidez sorprendentemente
buenas. Los solicitantes han advertido también que los productos
cementosos de baja densidad resultantes de la presente invención
tienen menor permeabilidad superficial al agua en comparación con
productos cementosos convencionales.
El material reaccionante silíceo puede obtenerse
en el tamaño de partículas correcto o alternativamente molerse por
cualquier método apropiado, incluyendo molinos de bolas o rodillos
de alto impacto, un molino de bolas agitado vertical o un molino de
atrición. Tales molinos obtienen altas proporciones de reducción del
tamaño de partículas mediante fractura por impacto de las
partículas. El material reaccionante silíceo tiene preferiblemente
un tamaño de partículas del 90% p inferior a aproximadamente 100
micrómetros (100 \mum), más preferiblemente menor que 70
micrómetros y aún más preferiblemente inferior a 50 micrómetros (50
\mum) de diámetro (medido en un analizador de tamaños de
partículas de difracción laser tal como un analizador de tamaños de
partículas de tipo difracción Malvern Mastersizer).
\newpage
Los materiales reaccionantes silíceos adecuados
son cristalinos, más preferiblemente tales como cuarzo, arena
cuarcita, roca cuarcita o sílice cristalina. También pueden usarse,
pero son menos deseables, materiales reaccionantes silíceos
amorfos. Los materiales silíceos amorfos típicos incluyen tierra de
diatomeas, sílice de pirólisis, ceniza de descascarado de arroz,
cenizas volantes, escoria de alto horno, escoria granulada, escoria
de acero, escoria cristalina o enfriada al aire, sílice geotérmica
y mezclas de ellas. El material síliceo en las etapas (a) y (c)
puede ser el mismo o diferente.
Puede ajustarse si se desea el tamaño de
partículas de sílice para alterar las velocidades de reacción para
formar el producto silicato cálcico hidrato sustancialmente. Pueden
alterarse otros parámetros o aditivos del procedimiento para ajustar
las diversas propiedades del producto de construcción resultante,
incluyendo la densidad, la rigidez, etc.
Los materiales calcáreos adecuados incluyen cal,
particularmente cal viva que contenga preferiblemente más del 90% de
CaO. La cal viva puede hidratarse apagándola en agua,
preferiblemente a una temperatura de 40 a 70ºC, en una proporción de
1 a 7 litros de agua por kilogramo de cal.
El agua en la reacción está presente típicamente
en una cantidad de hasta 30 veces el peso total de los materiales
reaccionantes silíceo y calcáreo.
Convenientemente, el material silíceo y el
material calcáreo se hacen reaccionar a una temperatura entre 120ºC
y 250ºC, más preferiblemente a una temperatura entre 160ºC y
180ºC.
Preferiblemente, los materiales silíceo y
calcáreo se hacen reaccionar en un recipiente a presión agitado. Las
presiones adecuadas usadas están típicamente entre 200 y 4.000 kPa,
más preferiblemente entre 600 y 1.000 kPa.
Típicamente, el material calcáreo y el material
silíceo se hacen reaccionar en una relación en moles de
CaO:SiO_{2} de 0,1 hasta 1,2. Más preferiblemente, se hacen
reaccionar en una relación de 0,3-0,8.
La presente invención proporciona además una
formulación para preparar un producto cementoso que comprende:
un material cementoso,
un material silíceo y
un material de baja densidad aparente que es una
mezcla de silicato cálcico hidrato y reaccionante silíceo no
reaccionado.
En esta memoria descriptiva, salvo indicación en
contrario, donde se hace referencia a % p, todos los valores son con
respecto a la formulación en base peso de ingredientes secos, antes
de añadir agua y tratar.
El material silíceo está presente preferiblemente
en la formulación seca en una cantidad del 10 al 80% p, más
preferiblemente del 30 al 70% p, aún más preferiblemente del 40 al
65% p. Preferiblemente, el material silíceo es arena molida
(también conocida como sílice) o cuarzo fino, y tiene un tamaño
medio de partículas de 1 a 500 micrómetros, más preferiblemente de
20 a 70 micrómetros.
El material cementoso está presente
preferiblemente en la formulación seca en una cantidad del 10 al 80%
p, más preferiblemente del 20 al 70% p, aún más preferiblemente del
30 al 40% p. Un material cementoso adecuado es cemento y/o cal y/o
un material que contiene cal, e incluye cemento Portland, cal
hidratada, cal o mezclas de ellos. Preferiblemente, el material
cementoso tiene un índice de finura de 200 a 450 m^{2}/kg y más
preferiblemente de 300 a 400 m^{2}/kg.
Se apreciará que el material silíceo y el
material cementoso pueden originarse de materiales de procedencias
separadas, por ejemplo, sílice y cemento Portland, o pueden
originarse de un material de procedencia única, por ejemplo, un
cemento mezclado que es un cemento que incluye cemento Portland
ordinario y/o cemento blanquecino con una o una combinación de
piedra caliza, escoria granulada y sílice de pirólisis condensada.
La proporción de estas adiciones es superior al 5% en masa.
De manera similar, el material reaccionante
silíceo y el material reaccionante calcáreo pueden proporcionarse de
procedencias separadas, por ejemplo, sílice y piedra caliza, o de
un material de procedencia única, por ejemplo, un depósito de
piedra caliza silíceo.
El silicato cálcico hidrato de baja densidad
aparente de la invención se añade preferiblemente en una cantidad de
hasta el 80% p, más preferiblemente hasta el 50% de la formulación
seca.
El producto cementoso puede incluir un material
fibroso capaz de producir un producto reforzado con fibras. Los
materiales fibrosos adecuados pueden incluir amianto, sin embargo,
es más preferible usar fibras sin amianto incluyendo celulosa tales
como fibras de celulosa de madera de coníferas y de madera dura,
fibras de celulosa no leñosas, lana mineral, fibras de acero, fibras
de polímeros sintéticos tales como poliamidas, poliésteres,
polipropileno, polimetilpenteno, poliacrilonitrilo, poliacrilamida,
viscosa, nylon, PVC, PVA, rayón, y vidrio, cerámica o carbono.
Cuando se usan fibras de celulosa, se refinan preferiblemente hasta
un grado de refinado de entre 20 y 800 Canadian Standard Freeness
(CSF), más preferiblemente de 200 a 500 CSF. Se prefieren fibras
refinadas termomecánicamente o químicamente. Son adecuadas las
fibras de celulosa producidas por el procedimiento Kraft. Las fibras
de celulosa pueden ser blanqueadas, sin blanquear, parcialmente
blanqueadas o mezclas de ellas. Los materiales fibrosos pueden estar
presentes en una concentración del 0 al 25% p, preferiblemente del 2
al 16% p, más preferiblemente del 5 al 14% p, en base al peso de la
formulación seca.
La densidad del material de producto cementoso
resultante del presente procedimiento inventivo depende de un cierto
número de factores que incluyen la cantidad de material sulfato
cálcico hidrato sustancialmente de baja densidad y del material
fibroso o pasta añadidos a la mezcla. En las siguientes Tablas 1, 2
y 3 se muestran densidades saturado, de equilibrio y secado al
horno del producto cementoso resultante del presente procedimiento
inventivo con cantidades variables de material CSH y pasta.
| Densidad con | Densidad con | Densidad con | |
| 8,25% de pasta | 11,25% de pasta | 14,25% de pasta | |
| CSH % | |||
| 0 | 1,700 | 1,650 | 1,590 |
| 10 | 1,600 | 1,570 | 1,530 |
| 20 | 1,520 | 1,500 | 1,470 |
| 30 | 1,440 | 1,440 | 1,420 |
| 40 | 1,420 | 1,380 | 1,360 |
| 50 | 1,340 | 1,320 | 1,320 |
| Densidad con | Densidad con | Densidad con | |
| 8,25% de pasta | 11,25% de pasta | 14,25% de pasta | |
| CSH % | |||
| 0 | 1,334 | 1,188 | 1,178 |
| 10 | 1,132 | 1,035 | 1,021 |
| 20 | 1,036 | 0,815 | 0,897 |
| 30 | 0,969 | 0,779 | 0,800 |
| 40 | 0,920 | 0,682 | 0,748 |
| 50 | 0,641 | 0,596 | 0,608 |
| Densidad con | Densidad con | Densidad con | |
| 8,25% de pasta | 11,25% de pasta | 14,25% de pasta | |
| CSH % | |||
| 0 | 1,127 | 1,161 | 1,115 |
| 10 | 1,045 | 1,011 | 0,966 |
| 20 | 0,912 | 0,880 | 0,864 |
| 30 | 0,794 | 0,771 | 0,767 |
| 40 | 0,702 | 0,684 | 0,669 |
| 50 | 0,617 | 0,587 | 0,591 |
El producto cementoso puede contener también del
0 al 40% p de otros aditivos tales como cargas, por ejemplo, óxidos,
hidróxidos y arcillas minerales, óxidos e hidróxidos de metales,
pirorretardantes, por ejemplo, magnesita o dolomita, espesadores,
sílice de pirólisis o sílice amorfa, colorantes, pigmentos, agentes
de estanqueidad al agua, agentes reductores de agua, modificadores
de la velocidad de fraguado, endurecedores, auxiliares de
filtración, plastificantes, dispersantes, agentes de espumación o
agentes floculantes, agentes a prueba de agua, modificadores de
densidad u otros auxiliares de elaboración. Aditivos específicos
pueden incluir polvo de aluminio, caolín, mica, metacaolín, sílice
de pirólisis y carbonato cálcico.
En una realización preferida, los productos
cementosos de baja densidad se forman por el procedimiento Hatschek.
No obstante, para su uso con la composición cementosa de baja
densidad de la invención, pueden requerirse o desearse ciertas
modificaciones al procedimiento Hatschek.
En primer lugar, con la composición cementosa de
baja densidad puede tener lugar la desestratificación de la lámina
cruda cuando la almohadilla de vacío toma contacto con la lámina
para comprobar y levantarla del transportador hasta un montón. Se
cree que esto tiene lugar debido a que el peso de la lámina es
demasiado pesado para ser soportado por el enlace interlaminar
húmedo del material debido al espesor de la lámina y al alto
contenido de humedad (aproximadamente doble el contenido de humedad
de la lámina cruda del de cemento reforzado con fibras normal).
Además, aunque el contenido de humedad de la lámina cruda es más
alto del habitual, es posible que la lámina cruda esté de hecho
demasiado seca, conduciendo a un enlace húmedo débil entre
estratificados.
Esta desestratificación de la lámina cruda puede
evitarse o reducirse al menos por inclusión de un aditivo, por
ejemplo, 0,6% de bentonita, para aumentar el enlace entre los
estratificados.
El solicitante ha desarrollado también varias
modificaciones al procedimiento Hatschek para mejorar las
propiedades de la lámina cruda. Además de las técnicas
convencionales de:
- a)
- aumentar el tiempo de pre-curado
- b)
- añadir una carga a la parte superior de algunos montones después de formar y mantener tal carga hasta después de someter a autoclave, y/o
- c)
- modificar el ciclo de autoclave (velocidades de presurización y despresurización)
los solicitantes han encontrado que añadir pasta
blanqueada en lugar de pasta sin blanquear a la formulación mejora
las propiedades de la lámina cruda para el tratamiento
subsiguiente.
Además, el solicitante ha encontrado que anchuras
más estrechas de láminas (alrededor de 300 mm o menos), incluso con
un espesor de 18 mm, son más fáciles de elaborar que una lámina
completa.
Sorprendentemente, la modificación del
procedimiento antedicha aumenta también en gran medida la
resistencia a la tracción final del enlace interlaminar
perpendicular a la cara de la lámina. Esto se muestra en el gráfico
que se acompaña. La curva muestra el ILB (enlace interlaminar)
conseguido con una lámina producida usando cemento con fibras de
formulación estándar con pasta sin blanquear, densidad modificada
por adición de CSH. La región sombreada del gráfico demuestra el
ILB típico conseguido con las modificaciones del procedimiento
antedichas. Las modificaciones antedichas lograron más que doblar
el ILB con densidades de alrededor de 0,8-0,9
g/cm^{3}.
En ciertos casos también puede ser deseable
tratar tableros sometidos a autoclave preparados según la invención
con un tratamiento con silano, siloxano u otra silicona. Aunque la
permeabilidad al agua superficial de los productos de construcción
producidos por el procedimiento de la invención es baja comparada
con tableros convencionales, puede ser necesario tal tratamiento
porque los tableros de cemento de baja densidad tienen un gran
número de poros por todas partes. El tratamiento con silano,
siloxano u otra silicona hace a estos poros hidrófobos, reduciendo
por ello la absorción de agua y disminuyendo adicionalmente la
permeabilidad al agua superficial.
El solicitante ha encontrado que el presente
procedimiento inventivo proporciona productos de construcción con
una permeabildad al agua superficial de alrededor de 0,6 ml/h
(media de 48 horas) hasta tan poco como 0,4 ml/h, mientras que los
tableros convencionales tienen una permeabilidad superficial de
alrededor de 0,8-1,9 ml/h. La permeabilidad al agua
superficial se midió exponiendo una superficie circular de 50 mm de
diámetro de una muestra cuadrada de 250 x 250 a una columna de agua
de 1,22 m a 23 \pm 2ºC durante 48 horas y midiendo la caída del
nivel de agua durante las 48 h. El resultado se indica como ml de
caída por hora.
La expresión "que comprende" se usa por toda
la memoria descriptiva en sentido inclusivo, es decir, en el sentido
de "incluir pero sin estar limitado a" o "que contiene pero
no está limitado a". La expresión no se pretende en un sentido
inclusivo, es decir, "consistente sólo en" o "compuesto sólo
de".
Se describirá ahora la presente invención con
referencia a los siguientes ejemplos, que deben considerarse en
todos los aspectos ilustrativos y no restrictivos:
Como explicación, se usan las siguientes
expresiones a lo largo de los ejemplos.
Cemento Portland ordinario - aglomerante
hidráulico consistente en silicatos cálcicos, aluminatos cálcicos y
aluminoferritas cálcicas fabricado a partir de cemento Portland,
clinker y yeso. El aglomerante puede contener pequeñas cantidades,
usualmente menos del 5% en masa, de piedra caliza, cenizas volantes,
escoria granulada o combinaciones de los tres materiales. Pueden
estar contenidos también aditivos que alteren el tiempo de
fraguado, la demanda de agua, la contracción por secado y otras
propiedades.
Cemento Portland blanquecino - aglomerante
hidráulico consistente en silicatos cálcicos, aluminatos cálcicos y
aluminoferritas cálcicas fabricado a partir de cemento Portland,
clinker y yeso. Se minimizan las fases ferrita por debajo del 4%
para producir el color blanquecino. Esto produce un aumento de las
fases silicato y aluminato. Como con el cemento Portland ordinario,
puede contener pequeñas cantidades de otros materiales y aditivos
para alterar sus propiedades.
Cemento mezclado - aglomerante hidráulico
consistente en cemento Portland ordinario y/o cemento blanquecino y
uno entre una combinación de los siguientes materiales, piedra
caliza, escoria granulada y sílice de pirólisis condensada. La
proporción de estas adiciones por encima del 5% en masa. Pueden
estar contenidos también aditivos que alteran el tiempo de fraguado,
la demanda de agua, la contracción por secado y otras
propiedades.
Cenizas volantes - el material fino
recogido en filtros mecánicos, electrostáticos, o filtros de mangas
de calderas que queman combustibles pulverizados tales como carbón.
Dependiendo de los tipos de minerales, las cenizas volantes pueden
ser puzolánicas, con un grado determinado por la cantidad y tipos de
silicatos cálcicos presentes. También se conoce a las cenizas
volantes como cenizas de combustible pulverizado.
Escoria - el material que contiene
silicatos, aluminatos y aluminosilicatos de calcio, magnesio y
otros separado de la fundición de metales tales como hierro, acero,
cobre, etc. mientras están en estado fundido.
Escoria de alto horno para hierro - un
subproducto separado de hierro fundido durante la fabricación de
hierro en un alto horno para hierro. El material consiste en
silicatos, aluminatos y aluminosilicatos de calcio y magnesio, así
como otros minerales en menores cantidades.
Escoria de acero - un subproducto separado
de acero fundido durante la fabricación de acero y sus aleaciones.
El material consiste en silicatos, aluminatos y aluminosilicatos de
calcio y magnesio, así como otros minerales en menores
cantidades.
Escoria granulada - un material vítreo
obtenido apagando escoria fundida en aire, agua o una mezcla de
ambos. Este procedimiento, conocido como granulación, produce
principalmente materiales amorfos que poseen propiedades hidráulicas
latentes.
Escoria cristalina o enfriada al aire -
cuando se dejan enfriar lentamente escorias fundidas, resultan
minerales cristalinos y la escoria no presenta ninguna propiedad
hidráulica significativa.
Se apreciará de lo anterior, por tanto, que el
material cementoso y el material silíceo de la formulación de la
invención pueden proporcionarse por un material de procedencia
única, por ejemplo, un cemento Portland mezclado. También puede
preverse que el reaccionante calcáreo y el reaccionante silíceo
pueden proporcionarse por un material de procedencia única, por
ejemplo, un depósito de piedra caliza silícea.
Se pesa agua de cal de proceso en el depósito
discontinuo en una relación de 6,0 l de agua por kg de cal (CaO) en
el lote. Debe señalarse que el presente procedimiento inventivo es
de uso adecuado con agua fresca urbana o con agua de proceso. El
agua se descarga en el depósito de mezclado y se calienta después
con vapor de agua a 65ºC. El vapor de agua añade agua extra. Un
lote de 1.300 kg de materias primas requiere 628 kg de cal que se
apaga en 3.767 litros de agua de cal y 672 kg de peso seco de arena
cuarzosa molida en una suspensión del 40% de sólidos que se añade a
la cal apagada en un depósito agitado. La preparación de la arena
de sílice se describe seguidamente.
La arena cuarzosa se muele en un molino de bolas
agitado vertical hasta un tamaño de partículas tal que el 90% del
volumen de sílice tiene menos de 11,60 micrómetros (11,60 \mum) de
diámetro, medido mediante un analizador de tamaños de partículas de
difracción laser Malvern "Mastersizer".
La suspensión se mezcla durante 15 minutos y se
bombea después al recipiente a presión agitado. Se añade agua para
modificar la viscosidad de la suspensión. Se calienta la suspensión
con vapor de agua hasta una presión de aproximadamente 700 \pm 50
kPa. Se mantiene la reacción en esta presión por adición de vapor de
agua al recipiente. El material se mantiene a presión durante 3
horas por inyección intermitente adicional de vapor de agua.
Después de 3 horas a presión total, se reduce la presión hasta
aproximadamente 270 kPa en 30 minutos. El material se descarga
después en un depósito a través de un ciclón para permitir la
liberación de vapor de agua de la suspensión. Se diluye después la
suspensión con agua de cal hasta el 10-12% p de
sólidos secos de silicato cálcico hidrato producto. Se bombea
después la suspensión a un depósito de almacenamiento agitado.
Las propiedades del silicato cálcico hidrato
sintetizado por el método descrito antes se listan a
continuación.
| Propiedad | Valor |
| % A.I.R. | 3,9% |
| % no reaccionado | 7,5% |
| Densidad aparente en seco apisonado (kg/m^{3}) | 217 \pm 10 kg/m^{3} |
| Tiempo de filtración (segundos) | 107 \pm 15 segundos |
| DTA - temperatura de pico de conversión de wollastonita | 839ºC |
% AIR es una medida de la sílice cuarzosa no
reaccionada en el silicato cálcico hidrato producto. El método
implica moler 2 gramos de muestra y hacer con ella una pasta con
agua, diluyendo después con agua hasta 200 ml, y añadiendo después
25 ml de reactivo analítico ácido clorhídrico del 32% p/p, densidad
1,16 g/ml (1:1). La mezcla se calienta a 90-95ºC
durante 15 minutos y se filtra a través de un papel de filtro
Whatman Nº 40. El residuo se lava con agua hirviendo y
Na_{2}CO_{3} a ebullición (50 g/l). El residuo y el papel de
filtro se incineran después a 900-1.000ºC, se
enfrían en un desecador y se pesa el residuo. La masa de residuo
expresada como porcentaje de la masa de muestra inicial es el %
AIR.
El % no reaccionado se calcula como el % AIR
dividido por el % de sílice de las materias primas secas del lote
(SiO_{2} y CaO).
El silicato cálcico hidrato producto se secó en
un horno a 105ºC. La torta seca se fragmentó usando un mortero y
mano de mortero y se hizo pasar a través de tamices de 250 \mum
para separar terrones. El material conglomerado que no pasó a través
de los tamices se fragmentó a mano y se tamizó de nuevo. Se
pusieron 100 \pm 1 cm^{3} de la muestra tamizada en un cilindro
medidor pesado previamente. Se sacudió este cilindro en una mesa
vibratoria durante 10 a 15 minutos con agitación periódica con un
pedazo de alambre. Una vez cesó la reducción de volumen, se
apuntaron el volumen y la masa. La masa de la muestra dividida por
el volumen de la muestra, expresado en kg/m3, se registró como la
densidad aparente apisonado.
El tiempo de filtración es una medida del tiempo
requerido para que una muestra de 1,00 l de suspensión drene el agua
a través de un embudo Buchner de 12,5 cm de diámetro y un papel de
filtro Whatman calidad 541, a una temperatura de la suspensión de
25 \pm 5ºC bajo un vacío de - 60 kPa. La suspensión está entre el
10% p y el 12% p de sólidos secos. El tiempo de partida es cuando
la suspensión cubre primero el papel de filtro y el tiempo de
finalización es cuando el vacío cae hasta -30 kPa, según la torta
del filtro se encoge o agrieta.
El Análisis Térmico Diferencial (DTA) es un
método usado para caracterizar silicatos cálcicos hidratos. El
método de ensayo implica calentar aproximadamente 30 mg de muestra
bajo nitrógeno gaseoso a una velocidad de 20º por minuto desde la
ambiente hasta 1.000ºC. Se mide en función de la temperatura la
diferencia de temperatura entre un receptáculo de muestra de
referencia vacío y la muestra. La fase tobermorita de silicato
cálcico hidrato se caracteriza por una conversión exotérmica a fase
wollastonita a temperaturas entre 824 y 840ºC. Las temperaturas de
conversión a wollastonita por encima de 840º y hasta 900ºC son más
típicas de una reacción que no ha transcurrido a la fase
tobermorita.
El silicato cálcico hidrato de baja densidad
aparente fabricado por el método del Ejemplo 1 se combinó después
en una matriz de cemento con fibras formada, por un procedimiento en
máquina Hatschek, en una lámina plana de 10 mm y se sometió a
autoclave a 175ºC (presión de vapor de agua saturado 900 kPa)
durante 8 horas. La formulación y las propiedades del material se
describen a continuación.
| Formulación | Formulación 1 | Formulación 2 |
| Pasta blanqueada refinada hasta 200 a | 11,0% | 11,0% |
| 250 ml de refinado CSF | ||
| Cemento blanquecino (\sim400 m^{2}/kg) | 39,2% | 41,0% |
| Sílice (350-380 m^{2}/kg) | 39,2% | 27,4% |
| Silicato cálcico hidrato de baja densidad | 10,0% | 20,0% |
| aparente(Ejemplo 1) | ||
| Bentonita | 0,6% | 0,6% |
Propiedades del material en lámina
plana
| Propiedad | Formulación 1 | Formulación 2 |
| 3. Ensayo de flexion puntual | ||
| Densidad - OD (g/cm^{3}) | 0,87 | 0,79 |
| Densidad - sat (g/cm^{3}) | 1,45 | 1,39 |
| MOR ave - OD (Mpa) | 14,57 | 11,63 |
| MOR ave - sat (Mpa) | 9,26 | 7,54 |
| MOE - OD (Gpa) | 3,55 | 2,62 |
| MOE- sat (Gpa) | 2,21 | 1,52 |
| Rigidez - OD (kJ/m^{3}) | 3,95 | 4,3 |
\newpage
(Continuación)
| Propiedad | Formulación 1 | Formulación 2 |
| Rigidez - sat (kJ/m^{3}) | 16,83 | 14,05 |
| Ensayo de traccion de enlace interlaminar | ||
| ILB - (Mpa) | 1,51 | 1,48 |
| MOR ave = Módulo de rotura medio de roturas de ensayo en direcciones | ||
| perpendiculares | ||
| MOE = Módulo de elasticidad | ||
| OD = Ensayado en condición seca en horno (24 h a 105ºC) | ||
| sat = Ensayado en condición saturada (24 h de sumersión) | ||
| ILB = carga de rotura por tracción de la muestra (enlace interlaminar ensayado | ||
| perpendicular a la cara de la lámina (tamaño de muestra 44 mm x 44 mm)). |
El ejemplo siguiente demuestra la técnica de
convertir cal y sílice de cuarzo molida en CSH de principalmente
fase tobermorita dentro del corto tiempo de reacción de sólo 2
horas con no más del 10% no reaccionado.
Se molió arena de sílice de tamaño medio de
partículas entre 0,3 y 0,5 mm en un molino de bolas agitado
vertical. Se molió sílice hasta un tamaño de partículas de
D[90] = 8,84 \mum. El valor D[90] representa el
diámetro del tamaño de partículas del que es menor el 90% del peso
de sílice, medido por un analizador de tamaños de partículas
"Mastersizer".
La cal y la sílice molida se mezclaron después en
una suspensión acuosa y se hicieron reaccionar en un recipiente a
presión agitado. La relación en moles de cal a sílice fue 1:1 y se
añadió agua para dar una concentración de sólidos secos de 4% \pm
1%. La reacción se calentó desde ambiente hasta 170 \pm 5ºC y una
presión de vapor de agua de 750 \pm 50 kPa en 40 minutos en el
recipiente a presión agitado y se mantuvo en estas condiciones
durante 2,0 horas.
La extensión de la reacción se midió por el
ensayo de residuo insoluble en ácido.
Las propiedades del silicato cálcico hidrato
sintetizado por el método descrito antes se listan a
continuación.
| Propiedad | CSH fabricado a partir de sílice molida 60 minutos |
| Tamaño de partículas de sílice D[90] | 8,84 \mum |
| % A.I.R. | 2,1% |
| % no reaccionado | 4,1% |
| Densidad aparente en seco apisonado (kg/m^{3} ) | 84 \pm 4 kg/m^{3} * |
| DTA - temperatura de pico de conversión a | 840ºC |
| wollastonita |
* La densidad aparente en seco
apisonado del silicato cálcico hidrato resultante del Ejemplo 3 es
mucho más baja que en el Ejemplo 1 por varias razones, que
incluyen:
(i) El Ejemplo 1 fue una producción a escala
natural en grandes reactores de 9 m^{3} mientras que el Ejemplo
3 es un experimento a pequeña escala de laboratorio usando
recipientes reactores de sólo aproximadamente 3-4
litros,
(ii) el tamaño de partículas de sílice en el Ejemplo
3 es mucho más fino que el tamaño de partículas de sílice en el
Ejemplo 1, y
(iii) la concentración porcentual de sólidos en
el Ejemplo 3 es mucho más baja que en el Ejemplo 1.
La densidad conseguible por adición de silicato
cálcico hidrato de baja densidad aparente a producto cementoso y
una matriz de cemento con fibras se describe en este ejemplo.
| Materias primas | Formulación 1 | Formulación 2 |
| % | % | |
| Pasta sin blanquear de celulosa de Pinus Radiatus (refinada | 11,25 | 0 |
| hasta 400 a 450 ml de refinado CSF) | ||
| Cemento Portland tipo A (320 a 350 m^{2}/kg) | 14,82 | 30 |
| Arena de cuarzo molida (340 a 360 m^{2}/kg) | 22,24 | 30 |
| Silicato cálcico hidrato (como se ha descrito en Ej. 1) | 50,00 | 39 |
| Polvo de aluminio | 0 | 1 |
| Hidróxido de metal | 1,69 | 0 |
La Formulación 1 se fabricó mezclando y prensando
una suspensión de agua a sólidos 3:1 entre dos mallas para
deshidratar la suspensión y formar un material en lámina
monolítico. La lámina se sometió después a autoclave con vapor de
agua a 175ºC durante 8 horas.
La Formulación 2 se fabricó mezclando los
ingredientes en una relación en masa de agua a sólidos de 3:1 y se
sometió después a autoclave igual que la Formulación 1. El polvo de
aluminio al 1% se añadió para suministrar aireación a la suspensión
mediante la reacción para producir hidrógeno y rebajar
adicionalmente la densidad y se sometió después a autoclave.
Los productos de cemento reforzados con fibras
resultantes tenían las siguientes propiedades
| Propiedades | Formulación 1 | Formulación 2 |
| (secado en horno a 105ºC durante 24 h) | ||
| Densidad en seco (g/cm^{3}) | 0,587 \pm 0,019 | 0,24 \pm 0,02 |
| MOR ave (Mpa) | 4,82 \pm 0,39 | |
| MOE (Gpa) | 0,94 \pm 0,19 | |
| Rigidez (kJ/m^{3}) | 2,69 \pm 0,42 | |
| Espesor (mm) | 15,06 \pm 0,45 |
Una propiedad indeseable del cemento con fibras
es la subida capilar de agua a través del material cuando los lados
inferiores están sumergidos en o saturados con agua. Se conoce
también comúnmente al fenómeno como succión. La naturaleza
hidrófila de los poros cementosos induce la acción capilar del
agua.
Se ha hecho la hipótesis de que si pudieran
modificarse las propiedades superficiales de los poros para producir
una superficie de poros hidrófoba, podría reducirse o detenerse la
subida capilar de agua. Se seleccionó un producto químico silano
por su capacidad para reaccionar con los grupos hidroxilo en las
superficies de poros y por la naturaleza hidrófoba del extremo de la
molécula.
Se seleccionó un silano suministrado por Wacker
Chemicals (GF 31) para ensayar la hipótesis. Se usó
metacriloxipropiltrimetiloxisilano para tratar un tablero cementoso
de baja densidad preparado según la presente invención para reducir
la velocidad a la que se succiona el agua a través del tablero. Se
escogió este silano porque también se une bien con productos
acrílicos, que son el aglomerante más común en revestimientos de
pintura actuales para productos de cemento reforzado con
fibras.
El silano se preparó hidrolizando 20 g de silano
en 2 l de solución de ácido acético al 2% p durante 15 minutos. Se
empaparon en la solución durante 30 minutos dos muestras de tablero
de baja densidad pre-secadas (250 mm x 250 mm x 10
mm), se retiraron y se secaron a 105ºC durante 12 horas. Se ensayó
en las muestras la succión y la permeabilidad al agua y se
compararon los resultados con una muestra de tablero sin
tratar.
El ensayo de succión implicaba la inmersión
constante de los 25 mm de fondo de la muestra en agua de grifo
limpia, y la medición de la altura a la que el agua era elevada en
el centro de la muestra a lo largo del tiempo.
Se midió la permeabilidad al agua superficial
exponiendo una superficie circular de 50 mm de diámetro de una
muestra cuadrada de 250 x 250 a una columna de 1,22 m de agua a 23
\pm 2ºC durante 48 horas y midiendo la caída del nivel de agua
durante las 48 h. El resultado se expresa en ml de caída por
hora.
Los resultados del ensayo de succión se indican
en la siguiente tabla.
Resultados de
succión
| Tiempo de inmersión | Altura de succión (mm) | Altura de succión (mm) |
| Tablero sin tratar | Tablero tratado con silano | |
| 35 minutos | 9 | 0 |
| 75 minutos | 9 | 0 |
| 2,5 horas | 10 | 0 |
| 5 horas | 12 | 0 |
| 7 horas | 15 | 0 |
| 3 días | 40 | 1 |
| 5 días | 45 | 2 |
| 7 días | 51 | 3 |
Resultados de permeabilidad al agua
superficial
| Muestra | Permeabilidad (ml/h) |
| Sin tratar | 0,59 |
| Tratada con silano | 0,21 |
Los resultados muestran que el tratamiento con
silano moderó drásticamente o incluso impidió la succión, y que se
redujo sustancialmente la permeabilidad al agua superficial del
tablero.
Ejemplo 6
(comparación)
El CSH de baja densidad aparente de una calidad
denominada "Microcel E" suministrada por Celite Corporation se
combinó en formulaciones de cemento con fibras y se formó en un
producto conformado crudo mediante un procedimiento de moldeo por
inyección. El producto crudo moldeado se precuró después durante 8 a
12 horas y se sometió luego a autoclave como en el Ejemplo 2. Las
propiedades del "Microcel E", la formulación y el material
sometido a autoclave se muestran en la siguiente tabla:
Propiedades de "Microcel
E"
| Densidad aparente apisonado (kg/m^{3}) | 170 |
| Tiempo de filtración (segundos) | Aproximadamente 110 |
| Formulacion | Formulación 1 | Formulación 2 |
| Materias primas | (% p) | (% p) |
| Fibra de Pinus Radiata Kraft sin blanquear refinada | 11 | 0 |
| hasta 400-450 CSF | ||
| Fibra de Pinus Radiata Kraft blanqueada refinada | 0 | 11 |
| hasta 400-450 CSF | ||
| Cemento Portland ordinario de contracción limitada | 41 | 32 |
| (335m^{2}/kg) | ||
| Sílice (360 m^{2}/kg) | 28 | 22 |
| Silicato cálcico hidrato de baja densidad aparente | 20 | 35 |
| (Microcel E) |
Las formulaciones anteriores se mezclaron con
agua de proceso para conseguir mezclas en suspensión de un
porcentaje en peso de sólidos aproximadamente igual al 12% al 17%
antes de las operaciones de inyección en moldes y deshidratación por
presión.
Se cortó material de una sección plana del
producto moldeado y sometido a autoclave. El espesor de la muestra
de ensayo fue aproximadamente 8 mm.
| Formulación 1 | ||
| Propiedad | Secado en horno | Saturado de agua |
| (105ºC, 24 horas) | ||
| Densidad (g/cm^{3}) | 0.93 | 1,63 |
| M.O.R. a (Mpa) | 6,19 | 1,63 |
| M.O.E. a (Gpa) | 0,77 | 0,61 |
| Energía a la fractura (kJ/m^{3}) | 3,77 | 1,86 |
| M.O.R. a = carga unitaria de rotura a la flexión usando una rotura simple por muestra | ||
| M.O.E. a = módulo de elasticidad usando una rotura simple por muestra |
| Formulación 2 | |
| Densidad en seco = 0,82 g/cm^{3} | |
| Propiedad | Saturado de agua |
| M.O.R. a (Mpa) | 5,61 |
Se fabricó un silicato cálcico hidrato de baja
densidad aparente haciendo reaccionar 674 kg de sílice molida (90%
p< 28,7 \mum), 326 kg de cal y 5.400 l de agua durante 2 horas
a 175ºC en un recipiente a presión agitado. Este material se combinó
después con fibras en matrices cementosas para formar láminas
planas. Las láminas de cemento reforzado con fibras se produjeron
usando tres formulaciones. Las láminas se fabricaron mezclando los
materiales siguientes para formar una suspensión, comprimiendo
después la suspensión entre mallas de tamiz finas para formar un
material en lámina de 12 mm de espesor. Las láminas se sometieron a
autoclave a 173ºC (presión de vapor 860 kPa saturado) durante 5
horas. Las formulaciones y las propiedades del material se
describen seguidamente:
| Materia prima | Formulación 1 | Formulación 2 | Formulación 3 |
| Fibra de Pinus Radiata Kraft blanqueada refinada | 11,0 | 11,0 | 11,0 |
| hasta 400-450 CSF | |||
| Cemento Portland ordinario de contracción limitada | 41,4 | 0 | 0 |
| (335 m^{2}/kg) | |||
| Sílice (360 m^{2}/kg) | 27,6 | 0 | 27,6 |
| Silicato cálcico hidrato de baja densidad aparente | 20,0 | 20,0 | 20,0 |
| Cemento de constructor (que contiene 40% de escoria | 0 | 69,0 | 0 |
| de alto horno granulada molida) (400 m^{2}/kg) | |||
| Cemento marino (que contiene 60% de escoria de alto | 0 | 0 | 41,4 |
| horno granulada molida)(420 m^{2}/kg) |
| Propiedades de materiales en láminas planas | |||
| Propiedades | Formulación 1 | Formulación 2 | Formulación 3 |
| Ensayo de flexion de 3 puntos. Después de secar a 70ºC y 30% de humedad relativa | |||
| Densidad (g/cm^{3}) | 0,967 | 0,964 | 0,920 |
| M.O.R. ave (Mpa) | 12,9 | 10,0 | 11,6 |
| M.O.E. (Gpa) | 3,75 | 2,40 | 2,98 |
| Tensión final | 3760 | 5470 | 4820 |
| (\mum/m) | |||
| Energía a la fractura | 3,03 | 3,88 | 3,73 |
| (kJ/m^{3}) | |||
| M.O.R. ave = carga unitaria de rotura media de roturas de ensayo en direcciones perpendiculares | |||
| M.O.E. = módulo de elasticidad | |||
| Tensión final = tensión a la carga máxima |
Se combinó un silicato cálcico hidrato de baja
densidad aparente vendido con el nombre comercial "Silasorb"
por Celite Corporation en una matriz de cemento con fibras mediante
un procedimiento en máquina Hatschek. Se sometieron a autoclave
láminas de 11 mm de espesor a 175ºC (presión de vapor saturado 900
kPa) durante 8 horas. La formulación y las propiedades de los
materiales se muestran a continuación:
\newpage
| Propiedades de silasorb | |
| Densidad aparente apisonado (kg/m^{3}) | 260 |
| Tiempo de filtración (segundos) | 45-60 |
| Formulación | |
| Materia prima | Formulación (% p) |
| Fibra de Pinus Radiata Kraft blanqueada refinada hasta 400-450 CSF | 11 |
| Cemento Portland ordinario de contracción limitada (335 m^{2}/kg) | 41 |
| Sílice (360 m^{2}/kg) | 28 |
| Silicato cálcico hidrato de baja densidad aparente | 20 |
| Propiedades del material en lamina plana | |||
| Propiedad | Secado en horno | Equilibrio (25º y | Saturado de agua |
| (105ºC, 24 horas) | 50% H.R.) | ||
| Densidad (g/cm^{3}) | 0,87 | 0,90 | 1,46 |
| M.O.R. a (Mpa) | 12,54 | 12,7 | 6,73 |
| M.O.E. a (Gpa) | 3,28 | 2,91 | 1,39 |
| Energía a la fractura | 3,25 | 8,53 | 14,79 |
| (kj/m^{3}) | |||
| M.O.R. a = carga unitaria de rotura a la flexión usando una rotura simple por muestra | |||
| M.O.E. a = módulo de elasticidad usando una rotura simple por muestra |
El silicato cálcico hidrato de la presente
invención es adecuado para la producción de productos cementosos
para aplicaciones interiores y exteriores.
La presente invención proporciona un material de
construcción de cemento con fibras de baja densidad de intención
general que es de uso adecuado en un amplio intervalo de
aplicaciones. La presente invención proporciona la capacidad de
fabricar láminas de cemento con fibras gruesas mientras mantiene la
facilidad de clavado. Esta propiedad proporciona nuevas
oportunidades para el desarrollo de productos especializados tales
como sustitución de guarniciones de madera, forros de paredes,
impostas, techumbre, láminas de aleros y componentes de los mismos
en superficies exteriores de edificios. Además, el procedimiento de
la invención está particularmente bien adaptado al procedimiento
Hatschek porque el material CSH descrito, a diferencia de otros
modificadores de densidad comunes tales como vermiculita y perlita,
no flota y resiste la trituración. Estas características, junto con
la facilidad de deshidratación y otros aspectos descritos antes
permiten altas capacidades de producción en la máquina Hatschek.
Aunque se ha descrito la invención con referencia
a ejemplos seleccionados, se apreciará por los expertos en la
técnica que puede realizarse la invención en muchas otras
formas.
Claims (63)
1. Un método para formar un producto cementoso
que comprende añadir a agua un material cementoso, un material
silíceo y un material de baja densidad aparente para formar una
suspensión, formar un artículo conformado crudo a partir de la
suspensión y curar el artículo en un autoclave,
caracterizado porque el material de baja
densidad aparente es una mezcla de silicato cálcico hidrato y
reaccionante silíceo no reaccionado.
2. Un método según la reivindicación 1ª, en el
que el material de baja densidad aparente tiene una densidad
aparente entre 0,06 y 0,3 g/cm^{3}.
3. Un método según la reivindicación 1ª o la
reivindicación 2ª, en el que el material de baja densidad aparente
se proporciona
haciendo reaccionar un reaccionante silíceo con
un reaccionante calcáreo en presencia de agua bajo presión y
temperatura elevada, en el que al menos el 90% p del reaccionante
silíceo tiene un tamaño de partículas inferior a 100 micrómetros
(100 \mum).
4. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que los aditivos fibrosos y/u
otros se añaden a la suspensión antes de formar el artículo
conformado crudo.
5. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el artículo conformado
crudo se forma por el procedimiento Hatschek.
6. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el artículo conformado
crudo se forma por un procedimiento de filtro.
7. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el artículo conformado
crudo se forma mediante moldeo por inyección.
8. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el artículo conformado
crudo se forma mediante extrusión.
9. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-8ª, en el que la reacción se termina antes de
completarse la conversión de los reaccionantes a silicato cálcico
hidrato.
10. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª -9ª, en el que la reacción se realiza durante
menos de 4 horas.
11. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-10ª, en el que la reacción se realiza durante un
período de hasta 2 horas, convirtiéndose al menos el 80% del
material reaccionante calcáreo en silicato cálcico hidrato.
12. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-11ª, en el que antes o durante la reacción se
añade agua en una cantidad de hasta 30 veces el peso total de los
reaccionantes silíceo y calcáreo.
13. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-12ª, en el que la reacción se realiza a una
temperatura entre 120 y 250ºC.
14. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-13ª, en el que la reacción se realiza a una
temperatura entre 160 y 180ºC.
15. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-14ª, en el que la reacción se realiza a una
presión entre 200 y 4.000 kPa.
16. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-15ª, en el que la reacción se realiza a una
presión entre 600 y 1.000 kPa.
17. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-16ª, en el que el reaccionante calcáreo y el
reaccionante silíceo se hacen reaccionar en una relación en moles
de CaO:SiO_{2} entre 0,1 y 1,2.
18. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-17ª, en el que el reaccionante calcáreo y el
reaccionante silíceo se hacen reaccionar en una relación en moles
de CaO:SiO_{2} entre 0,3 y 0,8.
19. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-18ª, en el que el reaccionante silíceo tiene un
tamaño de partículas del 90% p menor de 70 micrómetros (70
\mum).
20. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-19ª, en el que el reaccionante silíceo tiene un
tamaño de partículas del 90% p menor de 50 micrómetros (50
\mum).
21. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el reaccionante silíceo y/o
el material silíceo es amorfo.
22. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el reaccionante silíceo y/o
el material silíceo es cristalino.
23. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-22ª, en el que el reaccionante calcáreo es
cal.
24. Un método según una cualquiera de las
reivindicacioes 3ª-23ª, en el que el reaccionante calcáreo es cal
viva.
25. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-24ª, en el que el reaccionante calcáreo contiene
más del 90% de CaO.
26. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el reaccionante silíceo y/o
el material silíceo se seleccionan del grupo constituido por
sílice, cuarzo, roca cuarcita, arena cuarcita, tierra de diatomeas,
sílice de pirólisis, ceniza de descascarado de arroz, cenizas
volantes, escoria de alto horno, escoria granulada, escoria de
acero, escoria cristalina o enfriada al aire, sílice geotérmica y
mezclas de ellas.
27. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-26ª, en el que el reaccionante silíceo y el
reaccionante calcáreo se originan de un material de procedencia
única.
28. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones 3ª-26ª, en el que el reaccionante silíceo y el
reaccionante calcáreo se originan de materiales de procedencias
separadas.
29. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material cementoso se
selecciona del grupo constituido por cemento, cal, material que
contiene cal, cemento Portland, cemento blanquecino, cemento
mezclado, cal hidratada o mezclas de ellos.
30. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material cementoso y el
material silíceo se originan de un material de procedencia
única.
31. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material cementoso y el
material silíceo se originan de materiales de procedencias
separadas.
32. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el producto cementoso se
trata con silano, siloxano y/o silicona para reducir sus
características de absorción de agua y permeabilidad al agua
superficial.
33. Un método según una cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el material de baja
densidad aparente se añade en cantidades suficientes de tal manera
que el producto cementoso resultante tenga una densidad entre 0,5 y
1,2 g/cm^{3}.
34. Una formulación para preparar un producto
cementoso que comprende:
un material cementoso,
un material silíceo y
un material de baja densidad aparente,
caracterizado porque el material de baja
densidad aparente es una mezcla de silicato cálcico hidrato y
reaccionante silíceo no reaccionado.
35. Una formulación según la reivindicacion 34ª,
en la que el material de baja densidad aparente tiene una densidad
aparente entre 0,06 y 0,3 g/cm^{3}.
36. Una formulación según la reivindicacion 34ª,
en la que el material de baja densidad aparente se produce haciendo
reaccionar un reaccionante silíceo con un reaccionante calcáreo en
presencia de agua bajo presión y temperatura elevada para formar el
material de baja densidad aparente, teniendo al menos el 90% p del
reaccionante silíceo un tamaño de partículas inferior a 100
micrómetros (100 \mum).
37. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-36ª, que incluye además agua.
38. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-37ª, en la que el material de baja densidad
aparente se añade en una cantidad de hasta el 80% en peso de
ingredientes secos.
39. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-38ª, en la que el material de baja densidad
aparente se añade en una cantidad de hasta el 50% en peso de
ingredientes secos.
40. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-39ª, en la que el material de baja densidad
aparente se añade en cantidades suficientes para que el producto
cementoso resultante tenga una densidad entre 0,5 y 1,2
g/cm^{3}.
41. Una formulación según alguna de las
reivindicaciones 34ª-40ª, en la que la cantidad de material silíceo
está entre el 10 y el 80% en peso de ingredientes secos.
42. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-41ª, en la que la cantidad de material silíceo
está entre el 40 y el 65% en peso de ingredientes secos.
43. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-42ª, en la que el reaccionante silíceo y/o el
material silíceo se seleccionan del grupo constituido por sílice,
cuarzo, roca cuarcita, arena cuarcita, tierra de diatomeas, sílice
de pirólisis, ceniza de descascarado de arroz, cenizas volantes,
escoria de alto horno, escoria granulada, escoria de acero, escoria
cristalina o enfriada al aire, sílice geotérmica y mezclas de
ellas.
44. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-43ª, en la que el reaccionante silíceo y/o el
material silíceo es amorfo.
45. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-43ª, en la que el reaccionante silíceo y/o el
material silíceo es cristalino.
46. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-45ª, en la que la cantidad de material
cementoso está entre el 10% y el 80% en peso de ingredientes
secos.
47. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-46ª, en la que la cantidad de material
cementoso está entre el 30% y el 40% en peso de ingredientes
secos.
48. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-47ª, en la que el material cementoso se
selecciona del grupo constituido por cemento, cal, material que
contiene cal, cemento Portland, cemento blanquecino, cemento
mezclado, cal hidratada o mezclas de ellos.
49. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-48ª, en la que el material silíceo y el
material cementoso se originan de un material de procedencia
única.
50. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-48ª, en la que el material silíceo y el
material cementoso se originan de materiales de procedencias
separadas.
51. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 36ª-50ª, en la que el reaccionante calcáreo es
cal.
52. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 36ª-51ª, en la que el reaccionante calcáreo es cal
viva.
53. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 36ª-52ª, en la que el reaccionante calcáreo
contiene más del 90% de CaO.
54. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 36ª-53ª, en la que el reaccionante silíceo y el
reaccionante calcáreo se originan de un material de procedencia
única.
55. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 36ª-53ª, en la que el reaccionante silíceo y el
reaccionante calcáreo se originan de materiales de procedencias
separadas.
56. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-55ª, que incluye además 0-25%
en peso de ingredientes secos de un material de fibra de
amianto.
57. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 34ª-55ª, que incluye además 0-25%
en peso de ingredientes secos de un material fibroso sin amianto
seleccionado del grupo constituido por fibras de celulosa de madera,
fibras de celulosa no leñosas, lana mineral, fibras de acero,
fibras de polímeros sintéticos tales como poliamidas, poliésteres,
polipropileno, polimetilpenteno, poliacrilonitrilo, poliacrilamida,
viscosa, nylon, PVC, PVA, rayón, y vidrio, cerámica o carbono y
mezclas de ellas.
58. Una formulación según la reivindicación 57ª,
en la que las fibras son fibras de celulosa que están blanqueadas,
no blanqueadas, parcialmente blanqueadas o mezclas de ellas.
\newpage
59. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 56ª-58ª, en la que la cantidad de material fibroso
está entre el 2 y el 15% en peso de ingredientes secos.
60. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 56ª-59ª, en la que la cantidad de material fibroso
está entre el 5 y el 14% en peso de ingredientes secos.
61. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 36ª-40ª, que incluye además 0-40%
en peso de ingredientes secos de otros aditivos seleccionados del
grupo constituido por cargas, pirorretardantes, espesadores,
colorantes, pigmentos, agentes de estanqueidad al agua, agentes
reductores de agua, agentes de retención de agua, modificadores de
la velocidad de fraguado, endurecedores, auxiliares de carga,
plastificantes, dispersantes, agentes de espumación, agentes
desespumantes, agentes floculantes, agentes impermeabilizantes,
modificadores de densidad y mezclas de ellos.
62. Una formulación según una cualquiera de las
reivindicaciones 36ª-41ª, que incluye además 0-40%
en peso de ingredientes secos de otros aditivos seleccionados del
grupo constituido por óxidos minerales, hidróxidos minerales y
arcillas, óxidos e hidróxidos de metales, magnesita, dolomita, polvo
de aluminio, trihidrato de alúmina, caolín, mica, metacaolín,
sílice de pirólisis, carbonato cálcico, wollastonita, metilcelulosa
y mezclas de ellos.
63. Un producto cementoso que comprende el
producto de reacción curado en autoclave de la formulación según una
cualquiera de las reivindicaciones 34ª-62ª.
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