ES2232488T3 - Hilo de refuerzo para hormigon y mortero de cemento. - Google Patents
Hilo de refuerzo para hormigon y mortero de cemento.Info
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Abstract
Hilo de refuerzo, especialmente para morteros de cemento u hormigones, reforzados o no de fibras, caracterizado porque está constituido por un hilado de fibras de polietileno de alto peso molecular y de fibras de alcohol polivinílico alta tenacidad.
Description
Hilo de refuerzo para hormigón y mortero de
cemento.
La presente invención se refiere a hilos de
refuerzo para hormigón y mortero de cemento. Tales hilos están
especialmente utilizados para el refuerzo de placas, onduladas o
no, utilizadas para cubrir construcciones destinadas a la
agricultura, a la industria y también a las viviendas
domésticas.
Hace mucho tiempo que se utiliza como refuerzo en
los cementos de mortero y de hormigón unas fibras de amianto muy
especialmente la Chrysotile, también llamado amianto blanco. Este
silicato de magnesio hidratado tiene muy buenas propiedades
mecánicas aliadas a una buena compatibilidad química en los medios
alcalinos que son los compuestos a base de cemento.
La cantidad ponderal de fibras incorporada
durante el amasamiento es importante y puede alcanzar, en el
producto terminado, más de 30% del peso total. La masa volúmica de
las fibras de amiento es importante (superior a 2,5 kg/dm^{3}) y
permite mezclar fácilmente estas fibras con las matrices a base de
cemento. La masa volúmica de estas últimas es del mismo orden de
magnitud que la de las fibras de amiento. El amianto presenta
además la ventaja de ser de un precio bajo gracias a su abundancia
natural.
Las placas constituidas de una mezcla de mortero
de cemento o de hormigón y fibras de amianto presentan una buena
rigidez así como una buena resistencia a los choques.
Sin embargo, es conocido ahora que la utilización
de fibras de amianto puede ocasionar diferentes enfermedades
profesionales a los operarios que tienen que manipularlo en
diferentes formas. Por esto, las administraciones sanitarias de
numerosos países han decidido prohibir su utilización en los
diferentes sectores donde se utilizaba. Se planteo entonces el
problema de su sustitución en el campo del refuerzo de los morteros
de cemento y de los hormigones.
Se han realizado ensayos para sustituir las
fibras naturales de amianto por unas fibras químicas. Varios tipos
de fibras, cortadas entre 10 y 50 mm para establecer el contratipo
de lo que se hacía con amianto, se han utilizado. Se puede
especialmente citar las fibras de acrílico homopolímero, las fibras
de alcohol polivinílico y las fibras de polipropileno. Las dos
familias de fibras realmente adaptadas a los refuerzos aleatorios
en forma cortada son las fibras de alcohol polivinílico (PVA) y la
fibra de acrílico que reúnen a la vez un buen comportamiento en
medio alcalino y un buen módulo.
Sin embargo, un problema de puesta en práctica
subsiste durante la incorporación de las fibras cortadas en las
matrices a base de cemento. Las masa volúmicas de las fibras
acrílicas y PVA son de 1,18 kg/dm^{3}y 1,30 kg/dm^{3}
respectivamente. La incorporación de un fuerte porcentaje de fibras
con unas masas volúmicas aproximadamente iguales a la mitad de las
de la fibra de amianto plantea grandes problemas de puesta en
práctica. Para resolver las dificultades encontradas, los
porcentajes de fibras se han reducido de manera importante,
ocasionando por esto una bajada de las características de los
productos obtenidos en particular las placas onduladas destinadas
al recubrimiento de edificios.
Soluciones se han puesto en práctica para paliar
estas dificultades. Así es conocido ya reforzar las placas
obtenidas con una mezcla de fibras sintéticas y de mortero de
cemento o de hormigón. Estos refuerzos son por ejemplo cintas
extrusionadas de polipropileno, unos hilados de fibras obtenidas del
reino vegetal (sisal, ramio, lino, etc.) o también fibras
sintéticas puras o mezcladas. Estos hilos están insertados durante
la fabricación de las placas, estando la matriz todavía
pastosa.
Este modo de refuerzo no alcanza sin embargo las
obligaciones impuestas por la normalización en materia de
seguridad. En efecto, las reglas en vigor en los diferentes países
imponen un mínimo de resistencia a los choques para las placas, las
cuales son en función del tipo de recubrimiento del edificio. Tres
niveles de resistencia a los choques se utilizan actualmente: 600
Joule, 900 Joule y 1200 Joule. Las comisiones de normalización
retienen más y más a menudo los valores de 900 o 1200 Joule.
El documento GB A 2 175 892 se refiere a una
composición a base de cemento conteniendo especialmente fibras
cortadas de alcohol polivinílico y de polietileno.
El documento US A 5 814 146 se refiere a un
cemento cuya resistencia está mejorada por incorporación de fibras
resistentes a los agentes básicos.
Ciertos productos a base de cintas extrusionadas
a base de polipropileno llegan a alcanzar 900 incluso 1200 Joule.
Una dificultad aparece sin embargo con estas cintas ya que se
forman unas iniciaciones de delaminado en los ángulos de la cintas
y bajo el efecto de las diferencias climáticas (calor, frío,
humedad, sobrecarga debida a la nieve, hielo, etc.) van
progresivamente a perder la integridad de las características del
material.
La presente invención tiene entonces como
objetivo proporcionar un refuerzo utilizable en un hormigón o un
mortero de cemento y permitiendo mejorar sensiblemente la
resistencia a los choques de una placa realizada a partir de una
matriz a base de cemento.
La invención propone un hilo de refuerzo,
especialmente para morteros de cemento u hormigones, reforzados o
no de fibras, caracterizado porque está constituido por un hilado
de fibras polietileno de alto peso molcular y de fibras de alcohol
polivinílico alta tenacidad. A tal efecto propone un hilo de
refuerzo, especialmente para morteros de cemento u hormigones,
reforzados o no de fibras, caracterizado porque está realizado a
partir de fibras de polietileno de alto peso molcular y de fibras
de alcohol polivinílico alta tenacidad.
El hilo de refuerzo es un hilado de fibras, es
decir un hilo compuesto de fibras discontinuas mantenidas juntas,
generalmente por torsión, eventualmente por otros procedimientos
tales como encoladura, revestimiento textil de hilo continuo,
etc.
La combinación de estas dos fibras permite
obtener unos hilos de refuerzo que procuran a la estructura que
refuerzan una buena resistencia a los choques. Estos hilos combinan
las características de buena adherencia a la matriz a base de
cemento dada por las fibras de alcohol polivinílico a la buena
resistencia mecánica de las fibras de polietileno.
Cuando tales hilos están insertados en una
estructura de hormigón o de mortero de cemento, no se producen los
fenómenos de delaminado que se pueden observar con una cinta de
polipropileno.
El polietileno utilizado es por ejemplo un
polietileno de alto peso molcular, comprendido entre
500 000 g/mol y 700 000 g/mol, mientras que las fibras de alcohol polivinílico son por ejemplo fibras fuertemente reticuladas.
500 000 g/mol y 700 000 g/mol, mientras que las fibras de alcohol polivinílico son por ejemplo fibras fuertemente reticuladas.
Para permitir un mejor refuerzo, las fibras de
polietileno y las fibras de alcohol polivinílico se obtienen por
craqueo lento y progresivo de multifilamentos.
Para obtener una buena resistencia al choque, la
proporción de fibras de polietileno está comprendida entre 30 y 65%
en valor ponderal, estando el complemento traído por la fibra de
alcohol polivinílico.
Para permitir una mejor inserción de un hilo de
refuerzo según la invención en una matriz a base de cemento, este
hilo comprende ventajosamente 0,5 a 7% de un ensimaje a base de
polietileno oxidado.
Un hilo de refuerzo según la invención cuya
graduación se sitúa entre 0,8/2 Nm y 2,4/2 Nm permite buenos
resultados en materia de resistencia al choque.
Para poder detectar por vía electromagnética un
hilo de refuerzo tal como descrito arriba, este hilo comprende por
ejemplo igualmente un monofilamento de acero aleado o no.
La invención se refiere igualmente a una placa de
hormigón o mortero de cemento, caracterizada porque está reforzada
por al menos un hilo de refuerzo tal como descrito arriba.
De todos modos, la invención se entenderá mejor
mediante la descripción a continuación, haciendo referencia al
dibujo esquemático anexo, que representa a título de ejemplo no
limitativo una placa reforzada de hilos según la invención y una
curva ilustrando los resultados obtenidos con hilos según la
invención.
Figura 1: es una vista en perspectiva de una
placa ondulada utilizando unos hilos de refuerzo según la
invención, y
Figura 2: es un diagrama ilustrando la
resistencia a los choques de la placa representada a la figura 1 en
función de la composición de los hilos de refuerzo utilizados.
La figura 1 representa una placa ondulada 2
realizada a base de hormigón reforzado con fibras, por ejemplo
fibras acrílicas. Esta placa 2 presenta unos huecos y unas olas que
se extienden longitudinalmente. En el fondo de cada hueco y arriba
de cada hola, se extiende longitudinalmente un hilo 4 de refuerzo
que está alojado el corazón de la placa 2.
La placa 2 está por ejemplo fabricada por
extrusión. Una primera capa de hormigón reforzado con fibras
primero se extrusiona, después se pone sobre un soporte ondulado,
luego los hilos de refuerzo 4 están dispuestos sobre la capa de
hormigón extrusionada todavía no secada antes de estar cogidos en
sándwich por una segunda capa de hormigón extrusionado colocada
sobre la primera. El conjunto pasa entonces en una estufa para
secar el hormigón y obtener el producto final.
La invención reside en los hilos de refuerzo
utilizados. Estos están realizados a base de fibras de polietileno
de alto peso molcular y de fibras de alcohol polivinílico alta
tenacidad. Un tercer tipo de fibras podría utilizarse, como por
ejemplo unas fibras acrílicas, pero los ejemplos a continuación se
refieren sólo a hilos bicomponentes.
El polietileno utilizado presenta por ejemplo un
peso molcular de 600 000 g/mol. Presenta una muy alta tenacidad de
370 cN/tex, o sea 3500MPa. Su módulo es de aproximadamente 70 GPa y
su alargamiento es inferior a 5%. Este material no presenta
adherencia frente a matrices a base de cemento y es químicamente
perfectamente inerte, cualquiera que sea el medio, y en particular
en un medio básico, como es el caso en los morteros de cemento y
los hormigones.
El alcohol polivinílico utilizado es un alcohol
reticulado y de alta tenacidad. Presenta una muy alta adherencia
frente a matrices a base de cemento y, como el polietileno descrito
arriba, es químicamente perfectamente inerte en todos los medios y
en particular en los medios básicos. Su tenacidad es de 80 cN/tex,
lo que corresponde a 1100 MPa, su módulo es de 16 GPa y su
alargamiento queda inferior a 7%.
Un hilado se realiza a partir de fibras
realizadas en estos dos materiales. Las proporciones entre estos
dos tipos de fibras pueden variar. Las fibras utilizadas para
realizar este hilado son por ejemplo obtenidas por un craqueo lento
y progresivo de multifilamentos. Un hilado es un hilo compuesto de
fibras discontinuas mantenidas juntas, generalmente por torsión,
pero eventualmente también por otros procedimientos tales como
encoladura, revestimiento textil de hilo continuo, etc.
1º Ejemplo de
realización
El hilado realizado está compuesto de 30% en peso
de fibras de polietileno de alta tenacidad (PE HT) y de 70% en peso
de fibras de alcohol polivinílico de alta tenacidad (PVA HT).
El hilado obtenido utilizando estas proporciones
presenta los resultados siguientes:
Graduación: Nm 1,5/2 (666 tex x 2)
Resistencia a la rotura: 100 daN
Alargamiento a la rotura: 7%
Nm es la abreviación utilizada por "Número
métrico"
Tales hilos, dispuestos como indicado en
referencia a la figura 1, permiten a una placa ondulada resistir a
un choque poniendo en juego una energía de 600 Joule. Este valor
está reflejado en el diagrama de la figura 2. En este diagrama, la
proporción en fibra de polietileno ha sido indicada sobre el eje de
las abscisas, sabiendo que el complemento a 100% está aportado por
unas fibras de alcohol polivinílico, y la energía de un choque
absorbible por una placa reforzada con hilos según la invención ha
sido indicada en ordenada.
2º Ejemplo de
realización
El hilado realizado está compuesto de 40% en peso
de fibras de polietileno de alta tenacidad (PE HT) y de 60% en peso
de fibras de alcohol polivinílico de alta tenacidad (PVA HT).
El hilado obtenido utilizando estas proporciones
presenta los resultados siguientes:
graduación: Nm 1,5/2 (666 tex x 2)
resistencia a la rotura: 120 daN
alargamiento a la rotura: 7%
Tales hilos dispuestos como indicado en
referencia a la figura 1, permiten a una placa ondulada resistir a
un choque poniendo en juego una energía de 900 Joule. Este valor se
ha indicado en el diagrama de la figura 2.
3º Ejemplo de
realización
El hilado realizado está compuesto de 50% en peso
de fibras de polietileno de alta tenacidad (PE HT) y de 50% en peso
de fibras de alcohol polivinílico de alta tenacidad (PVA HT).
El hilado obtenido utilizando estas proporciones
presenta los resultados siguientes:
graduación: Nm 1,5/2 (666 tex x 2)
resistencia a la rotura: 140 daN)
alargamiento a la rotura: 7%
Tales hilos, dispuestos como indicado en
referencia a la figura 1, permiten a una placa ondulada resistir a
un choque poniendo en juego una energía de 1200 Joule. Este valor
se ha indicado en el diagrama de la figura 2.
4º Ejemplo de
realización
El hilado realizado está compuesto de 60% en peso
de fibras de polietileno alta tenacidad (PE HT) y de 40% en peso de
fibras de alcohol polivinílico de alta tenacidad (PVA HT).
El hilado obtenido utilizando estas proporciones
presenta los resultados siguientes:
graduación: Nm 1,5/2 (666 tex x 2)
resistencia a la rotura: 160 daN
alargamiento a la rotura: 7%
Tales hilos dispuestos como indicado en
referencia a la figura 1, permiten a una placa ondulada resistir a
un choque poniendo en juego una energía de 1300 Joule. Este valor
se ha indicado en el diagrama de la figura 2.
5º Ejemplo de
realización
El hilado está compuesto de 65% en peso de fibras
de polietileno de alta tenacidad (PE HT) y de 35% en peso de fibras
de alcohol polivinílico de alta tenacidad (PVA HT).
El hilado obtenido utilizando estas proporciones
presenta los resultados siguientes:
graduación: Nm 1,5/2 (666 tex x 2)
resistencia a la rotura: 165 daN
alargamiento a la rotura: 7%
Tales hilos, dispuestos como indicado en
referencia a la figura 1, permiten a una placa ondulada resistir a
un choque poniendo en juego una energía de 1300 Joule. Este valor
se ha indicado en el diagrama de la figura 2.
Se observa aquí que aumentando la proporción de
fibras de polietileno la resistencia al choque de la placa no varia
mucho. En efecto, si el hilado fuera realizado a 100% con unas
fibras polietileno que no tienen ninguna adherencia en la matrices
a base de cemento, al momento del choque, los hilados se
delaminarían muy fácilmente y sólo absorberían muy poca energía. El
mecanismo puesto fuera de juego en el momento de choque provoca el
descalce de los hilos en la matriz a base de cemento. La absorción
de energía resulta de la adherencia parcial dada por las fibras de
alcohol polivinílico pero que permite a los hilos deslizarse en la
matriz a base de cemento absorbiendo energía. Esto es conocido por
el especialista con el nombre de fenómeno de pull out.
En variante de realización, se puede imaginar
asociar al hilo de refuerzo 4 un monofilamento de acero, aleado o
no. Este filamento de acero permite controlar por vía
electromagnética la presencia del hilo de refuerzo. Este control
asegura la presencia de los hilos de refuerzo y garantiza así una
resistencia a la placa realizada.
Para mejorar el proceso de inserción de los hilos
de refuerzo 4 en una matriz de mortero de cemento o de hormigón, es
posible añadir un ensimaje a base de polietileno oxidado durante la
realización del hilado. Una proporción de aproximadamente 0,5% a 7%
puede considerarse.
Evidentemente, la invención no se limita a los
ejemplos de realización descritos arriba a título de ejemplos no
limitativos; abarca al contrario todas las variantes en el marco de
las reivindicaciones a continuación.
Así todos los valores numéricos se han dado para
ilustrar la invención y son para algunos de ellos el resultado de
ensayos que se han realizado en laboratorio.
Las fibras descritas son fibras que permiten
obtener buenos resultados y que corresponden al modo de realización
preferido al momento del depósito de esta solicitud de patente.
Otras fibras de polietileno alta densidad y de alcohol polivinílico
alta tenacidad pueden evidentemente igualmente convenir.
Los hilos de refuerzos según la invención pueden
utilizarse para reforzar placas onduladas o no de hormigón y
mortero de cemento cargados o no de fibras.
Pueden igualmente utilizarse para cualquier otra
aplicación de refuerzo de una estructura. Su disposición en esta
estructura no es obligatoriamente una disposición en que los hilos
son paralelos unos a otros. Los hilos pueden disponerse en varias
capas, tejidos o no, etc.
Claims (9)
1. Hilo de refuerzo, especialmente para morteros
de cemento u hormigones, reforzados o no de fibras,
caracterizado porque está constituido por un hilado de
fibras de polietileno de alto peso molecular y de fibras de alcohol
polivinílico alta tenacidad.
2. Hilo de refuerzo según la reivindicación 1,
caracterizado porque el polietileno utilizado es un
polietileno de alto peso molecular comprendido entre 500 000 g/mol
y 700 000 g/mol.
3. Hilo de refuerzo según una de las
reivindicaciones 1 y 2, caracterizado porque las fibras de
alcohol polivinílico son fibras fuertemente reticuladas.
4. Hilo de refuerzo según una de las
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque las fibras de
polietileno y las fibras de alcohol polivinílico se obtienen por
craqueo lento y progresivo de multifilamentos.
5. Hilo de refuerzo según una de las
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la proporción
de fibras de polietileno está comprendida entre 30 y 65% en valor
ponderal, estando el complemento traído por la fibra de alcohol
polivinílico.
6. Hilo de refuerzo según una de las
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque comprende 0,5 a
7% de un ensimaje a base de polietileno oxidado.
7. Hilo de refuerzo según una de las
reivindicaciones 1 a 6 caracterizado porque la graduación
del hilo se sitúa entre 0,8/2 Nm y 2,4/2 Nm.
8. Hilo de refuerzo según una de las
reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque comprende
igualmente un monofilamento de acero aleado o no.
9. Placa de hormigón o mortero de cemento,
caracterizada porque está reforzada por al menos un hilo de
refuerzo según una de las reivindicaciones 1 a 8.
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