ES2235476T3 - Polisacarido eterificado y hormigon que comprende el indicado polisacarido. - Google Patents
Polisacarido eterificado y hormigon que comprende el indicado polisacarido.Info
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Abstract
Un hormigón que comprende cemento, agregados gruesos y un almidón eterificado que tiene un grado máximo de sustitución (GSmax) de al menos 1, 5. La invención proporciona un procedimiento para verter o colocar in situ hormigón usando un hormigón que comprende un aditivo parecido a un polisurfactante. Dicho aditivo, que preferentemente se ha obtenido a partir de un biopolímero, tal como un polisacárido, proporciona al hormigón propiedades deseables haciendo que se pueda verter o colocar in situ con mucha facilidad. Dicho aditivo, por ejemplo, combina las propiedades deseables de un superplastificante (flujo aumentado) con las de un agente de viscosidad normal (resistencia a la segregación y resistencia a la exudación). El hormigón, según lo previsto en la invención, muestra sólo poca segregación o ninguna segregación y/o exudación, y un flujo mejorado. Por lo tanto, la invención proporciona un procedimiento de colocación in situ o vertido de hormigón que facilita mucho tanto la prefabricaciónde elementos o unidades de hormigón como de estructuras de hormigón que se vierten in situ.
Description
Polisacárido eterificado y hormigón que comprende
el indicado polisacárido.
La invención se refiere a un hormigón según la
reivindicación 1 y a aditivos para el mismo.
El hormigón, en su forma más básica, es una pasta
húmeda que se hace mezclando agua, cemento y sólidos, tales como
arena, ceniza (volante), escoria, grava, piedra triturada u otras
partículas de diverso tamaño. La pasta húmeda también se denomina
cemento de hormigón, mortero de hormigón o pasta de hormigón. Es la
interacción química de agua y cemento (tierra, piedra caliza
mezclada y calentada, yeso, arcilla o pizarra) la que une todos
estos componentes y finalmente transforma el hormigón en la
sustancia dura y resistente (también denominada hormigón) que tanto
se usa en construcción.
Cuando el cemento se mezcla con agua, se producen
cambios químicos complejos y cristalizaciones y rápidamente se
obtiene un sólido duro. Cuando en la mezcla se incluye arena,
grava, roca triturada u otros sólidos, el producto es hormigón.
Cuando en la mezcla sólo se incluyen sólidos finos, el hormigón
también se denomina un mortero o lechada, cuyo uso específico es
para, por ejemplo, colocación de ladrillos, nivelado, enyesado o
para rellenar grietas o espacios bajo presión. No obstante, la
mayoría de los usos del hormigón incluyen sólidos gruesos. Cuando
los sólidos se entremezclan con, por ejemplo, una pasta de
cemento-arena se mantienen unidos en una estructura
compacta con lo que la resistencia de la pasta endurecida a los
esfuerzos de compresión y de tracción depende en gran parte de los
componentes que se usaron en la pasta en primer lugar.
El hormigón se usa mucho más que los otros
materiales de construcción combinados, que incluyen, hierro, madera,
acero, arcilla estructural, vidrio y material plástico. Los
productos hechos de hormigón incluyen piedra arquitectónica, bloques
de hormigón, adoquines, bloques de hormigón de gas (ytong),
estructuras ligeras aireadas, tubería de hormigón, conductos
subterráneos, dinteles, elementos para construcción de suelos, muros
y techos, canalones, pilotes, pilares y muchos otros elementos o
unidades prefabricados de hormigón. No obstante, la mayoría del
hormigón se usa en la zona de edificación, donde se usa para vertido
de cimientos, losas, suelos, techos, pilares, arcos, superficies de
carreteras y otras estructuras nuevas, y para reparar o reforzar
estructuras existentes.
El vertido de hormigón, ya sea durante la
prefabricación de los elementos de hormigón o en la zona de
edificación, por lo general, necesita un espacio predeterminado, tal
como un molde, moldura o encofrado. Un molde o espacio de este tipo
puede tener muchas formas, y necesariamente cada rincón o esquina de
un molde de este tipo, ya sea un simple terreno abierto recubierto
de puntales o un molde complicado para un arco de hormigón, tiene
que estar relleno de hormigón. El relleno completo y satisfactorio a
menudo es complicado debido a la presencia de refuerzos en el molde
que sirven para dar resistencia extra al producto final o
estructura. Refuerzos muy conocidos son la fibra de vidrio o el
acero que se encuentran en el hormigón reforzado, armado o
pretensado. Con frecuencia, en la zona de edificación, primero se
colocan matrices complejas de acero antes de verter el hormigón
in situ. Está de más decir que la presencia de refuerzos de
este tipo complica además una distribución igual y rápida del
hormigón vertido, especialmente sabiendo que el proceso de
endurecimiento ya se ha iniciado.
Dos características, consistencia y docilidad,
son importantes a la hora de evaluar la calidad del hormigón en
relación con la fase de vertido. La consistencia se puede definir
como la movilidad o la capacidad relativa del hormigón mezclado para
fluir. La docilidad es esa propiedad que determina el esfuerzo
necesario para manipular una cantidad mezclada de hormigón con una
mínima pérdida de homogeneidad, o que determina la facilidad y
homogeneidad con que la misma se puede mezclar, colocar in
situ, compactar y terminar.
Por lo tanto, el vertido de hormigón casi siempre
está acompañado de procedimientos y esfuerzos que intentan, por un
lado, compactar el hormigón lo suficiente como para lograr la
resistencia necesaria y, por otro lado, distribuir el hormigón tan
rápido y tan uniformemente como sea posible a través del molde o
encofrado. En general esto se logra durante y después del vertido
mediante un proceso, laborioso y que exige mucho tiempo y energía,
de expandido, compactado y nivelado, con frecuencia con la ayuda de
máquinas vibratorias que agitan y mueven la pasta hasta que el molde
del encofrado se haya rellenado de manera uniforme.
Resulta contraproducente diluir más la pasta
simplemente con agua. En primer lugar, la proporción de agua/cemento
(a/c) del hormigón se establece dentro de ciertos límites. El
cemento necesita, aproximadamente, ¼ de su peso de agua para estar
completamente hidratado. Si hay agua en exceso que no entra en
combinación química con el cemento, se forman burbujas de agua, o
puede, posteriormente, secarse dejando burbujas de aire.
Cuando el hormigón está demasiado seco, las
reacciones químicas necesarias que hacen que el hormigón endurezca
no pueden continuar o sólo continúan lentamente, lo que tiene como
consecuencia un endurecimiento irregular y defectuoso. Además, una
pasta seca apenas es manejable, cuando se quiere verter hormigón en
moldes, molduras o estructuras recubiertas, con frecuencia incluso
no se compacta lo suficiente. Por otro lado, cuando una pasta se
hace muy fluida o autonivelante añadiendo agua extra resulta
demasiado húmeda, los sólidos y especialmente las partículas más
gruesas que hay en la pasa se segregarán de la pasta y se
distribuirán de manera irregular por la sustancia finalmente dura,
poniendo en peligro la resistencia y durabilidad de la estructura o
unidad. La segregación incluso empeora cuando un molde o encofrado
contiene refuerzos, los sólidos y los agregados de los mismos
quedarán atrapados detrás de las barras (de acero) de refuerzo o
matriz mientras que la pasta cementosa fina se extiende aún más. La
calidad del trabajo incluso empeora porque en una pasta demasiado
fina el agua también tiende a segregarse de la pasta, un fenómeno
conocido como exudación. Dicho agua acaba en la superficie durante
el proceso de endurecimiento, dejando, de ese modo, una marca en la
superficie de tal manera que con frecuencia es necesario aplicar una
segunda superficie (acabado) (es decir, usando una pasta más
gruesa).
Además, las máquinas vibradoras, o la agitación
de los moldes durante la producción de elementos prefabricados
contribuyen a este proceso de segregación, especialmente cuando la
pasta es demasiado fina.
El peligro de segregación de los constituyentes
depende principalmente de la humedad de la mezcla y de la
distribución por tamaños de los sólidos. En general es necesario
reducir el tamaño de las partículas sólidas (aumentar el contenido
de finos) y aumentar la cohesión para evitar la segregación cuando
la pasta está húmeda, cuando las condiciones de manipulación
potencian la segregación, como cuando vibra durante el transporte,
se suelta en un molde desde una altura o se descarga por las mangas,
cuando el molde o encofrado contiene piezas demasiado pequeñas y
esquinas afiladas, y cuando se bombea.
Existen varios aditivos para influir en la
consistencia y docilidad del hormigón. Muy conocida es la adición de
polisacáridos modificados o naturales, tales como almidones de
cereales (maíz, arroz) o tubérculos y raíces (patata, tapioca) o
celulosa de diversas fuentes como agentes espesantes. Estos aditivos
viscosos de polisacáridos se usan, principalmente, para espesar un
mortero u hormigón como un aglomerante de agua, proporcionando
resistencia al hundimiento y rigidez a un mortero, con frecuencia
usado para enyesar o para tapar juntas donde se necesita un mayor
espesor y resistencia al hundimiento. Además, los aditivos de este
tipo, debido a sus propiedades de enlace del agua pueden ayudar a
reducir la exudación de una superficie de hormigón recién vertida.
Con frecuencia se mencionan otros polisacáridos disponibles en el
mercado, sin embargo se usan poco en hormigón debido al precio
prohibitivo de dichos productos. Para dar una idea, mientras que los
almidones no modificados, tales como tapioca, maíz o almidón de
patata varían en precio desde 0,50 a 0,75 f/kg y el precio de la
celulosa es de 1,50 f/kg, otros productos (no modificados) son mucho
más caros. El precio de la goma de granos de guar y de algarrobilla
es de 3 f/kg, el precio de los alginatos es de 7 a 17 f/kg y el
precio de las gomas bacterianas, tales como goma Gellan o goma
Xantana es de 20 f/kg. Últimamente se ha mencionado específicamente
la goma Gellan como un agente de viscosidad que mejora las
propiedades de docilidad de un hormigón llamado autocompactante
(Hormigón NV), no obstante, este aditivo, además de su precio
elevado, tiene el inconveniente adicional de que sólo funciona bajo
condiciones estrictamente definidas de distribución por tamaños de
las partículas, con lo que es necesario aumentar mucho el porcentaje
de sólidos finos en una mezcla de hormigón, limitando de ese modo el
volumen de sólidos gruesos y agregados gruesos. Además, la goma
Gellan por sí misma es muy viscosa, incluso una solución al 1%
apenas se puede mezclar con hormigón debido a que es muy espesa.
Por lo tanto, preferentemente, necesita añadirse como materia seca,
que dificulta una distribución uniforme a través de la mezcla de
hormigón.
Otros aditivos muy conocidos son los
superplastificantes, tales como melamina, naftaleno, polímeros
acrílicos o vinílicos y lignosulfonato. Al contrario que los
polisacáridos, estos productos no aumentan la viscosidad o
consistencia del hormigón, sino que modifican sus características de
flujo, haciéndolo, de ese modo, más fluido y más apropiado para
vertido en encofrados complicados, que pueden contener material de
refuerzo. No obstante, un superplastificante no necesariamente
mantiene un hormigón más fluido y dócil según pasa el tiempo, el
añadir un superplastificante también reduce la cohesión entre la
pasta de cemento y los sólidos o agregados gruesos, lo que tiene
como resultado una segregación del agregado y períodos de tiempo de
docilidad más cortos. Además, por lo general, un superplastificante
producirá un aumento en la exudación.
Como se puede observar de lo anterior, los dos
tipos de aditivos comentados en la presente memoria descriptiva
tienen características bastante contradictorias. Los aditivos
polisacáridos, en general, aumentan la viscosidad y las propiedades
de enlace del agua de la mezcla, contrarrestando, de ese modo, la
segregación y la exudación, pero dificultando el flujo de la mezcla,
mientras que un superplastificante, en general, mejora el flujo de
un hormigón, pero tiene efectos negativos en la exudación y la
segregación.
En la práctica, el mejor hormigón para colocar
in situ y hacer acabados es el que muestra una mayor
consistencia y docilidad. Por lo tanto, en general, se usa una
pasta bastante gruesa, en la que las partículas más gruesas no se
segregan con tanta facilidad y de la que no exuda o sólo exuda poca
agua, y por lo tanto, usa mucha mano de obra y máquinas ruidosas
para generar una superficie plana o un molde relleno de manera
uniforme y homogénea. Otro procedimiento muy usado es primero verter
una capa usando hormigón que se ha hecho más fluido usando agua
adicional, donde posteriormente la superficie se termina en un
segundo ciclo aplicando una así llamada capa (grava fina con
cemento) final de cuarzo y esparciendo y raspando la segunda capa
hasta que se obtiene una superficie llana y suavemente pulida,
necesitando de ese modo un segundo ciclo de mano de obra.
En vista de los caros requisitos de mano de obra
y maquinaria que actualmente son comunes en los procedimientos de
producción de elementos y estructuras de hormigón, existe la
necesidad de un procedimiento que reduzca el volumen de trabajo y la
necesidad de máquinas vibratorias durante y después del vertido de
hormigón. Por lo tanto, existe una necesidad de proporcionar un
hormigón que tenga una mejor docilidad. Existe, por ejemplo, una
necesidad de un hormigón con mejores características de compactado,
con el que los moldes, molduras o encofrados se puedan rellenar sin
tener que depender tanto de la vibración mecánica. Con frecuencia,
la estructura de refuerzo y/o un encofrado obstaculiza a la máquina
vibradora, limitando, de ese modo, la posibilidad de producir
estructuras reforzadas. Además, existe una necesidad de proporcionar
un hormigón que tenga propiedades autonivelantes. Un hormigón de
este tipo se debe poder colocar in situ con relativa
facilidad, pero no se debe segregar o se debe segregar poco durante
la colocación in situ y no debe exudar.
La invención proporciona un procedimiento para
verter o colocar in situ hormigón usando un hormigón que
comprende un aditivo parecido a un polisurfactante. Dicho aditivo,
que preferentemente se ha obtenido a partir de un biopolímero, tal
como un polisacárido, proporciona al hormigón propiedades deseables
haciendo que se pueda verter o colocar in situ con mucha
facilidad. Dicho aditivo, por ejemplo, combina las propiedades
deseables de un superplastificante (flujo aumentado) con las de un
agente de viscosidad normal (resistencia a la segregación y
resistencia a la exudación).
El hormigón, según lo previsto en la invención,
muestra sólo poca segregación o ninguna segregación y/o exudación, y
un flujo mejorado. Por lo tanto, la invención proporciona un
procedimiento de colocación in situ o vertido de hormigón que
facilita mucho tanto la prefabricación de elementos o unidades de
hormigón como de estructuras de hormigón que se vierten in
situ.
Ahora es posible verter un hormigón, según lo
previsto en la invención, que tiene propiedades de autonivelado,
autocompactado y autoconsolidación hasta tal punto que el volumen de
trabajo o la vibración necesarios para nivelar, compactar o
consolidar el hormigón es mucho menor que el que sería necesario
para el hormigón normal.
Dicho aditivo polisacárido, según lo previsto en
la invención, se obtiene por eterificación a partir de biopolímeros
de origen diverso y de longitud molecular variable, tal como a
partir de celulosa, inulina, guar, dextrano, pullulan, tamarindo o
algarrobilla. En una forma de realización preferente, dicho aditivo
se obtiene a partir del almidón de plantas, tales como almidones de
cereales (maíz, arroz, trigo, etc.) o almidones de tubérculos y
raíces (mandioca, regaliz, boniato, etc.) ya sea de variedades
naturales de dichas plantas o de plantas modificadas
genéticamente.
En la parte experimental, la invención se
ejemplifica con almidón de patata, no obstante, la invención también
proporciona otros aditivos polisacáridos con una naturaleza parecida
a un polisurfactante.
Dicho aditivo obtiene su naturaleza parecida a
un polisurfactante principalmente a partir de la eterificación a
grados de sustitución (GS) que son superiores a los que, por lo
genera, se prevén en la técnica. Especialmente la solubilidad en
etanol al 90-100% (es decir una proporción de
etanol/agua de 19:1) de un aditivo, según lo previsto en la
invención, se caracteriza por su naturaleza parecida a un
polisurfactante, que, cuando se añade a una mezcla de hormigón o
pasta, proporciona a dicho hormigón las características
deseadas.
La eterificación (hidroxialquilación o
alquilación) de un polisacárido se puede realizar en condiciones
(semi) secas, en suspensión (agua o disolvente orgánico) o en una
solución acuosa (dispersión). El sistema de reacción se selecciona
dependiendo de la fuente del polisacárido y del tipo de reactivo.
Procedimientos generales para la eterificación (hidroxialquilación o
alquilación) de celulosa se describen en, por ejemplo, British
Polymer Journal 23 (1990) 315-326. Los éteres de
goma guar o de goma de algarrobilla se producen o bien en una
suspensión orgánica o por medio de una reacción (semi) seca. Se
prefiere una reacción en una solución acuosa cuando se usa almidón
como materia prima. Por lo tanto, preferentemente, se usa una
autoclave como equipo de reacción. Una mezcla de reacción resultante
se puede usar como tal o se puede secar.
La invención proporciona un procedimiento en el
que dicho aditivo es al menos parcialmente soluble en etanol al 95%.
El grado de sustitución para producir polisacáridos parecidos a un
polisurfactante que se puedan disolver en etanol al 95% en peso
depende de la naturaleza del polisacárido y de la hidrofobicidad del
reactivo. Cuando se usa un sustituyente más hidrófobo se puede
aplicar un GS inferior en comparación con un reactivo que sea menos
hidrófobo.
Por lo tanto, la invención proporciona una amplia
variedad de aditivos parecidos a un polisurfactante, por ejemplo,
para uso en hormigón. El modificar su naturaleza hidrófoba
(modificando cadenas laterales o la naturaleza de las cadenas de
polisacáridos) permite la modificación de la naturaleza hidrófoba.
La hidroxialquilación o alquilación de polisacáridos se obtiene con
reactivos que contienen un grupo halógeno, halohidrino, epóxido o
glicidol como sitio reactivo. La cadena alquílica del agente de
hidroxialquilación o alquilación puede variar de 1 a 20 átomos de
carbono, preferentemente, de 1 a 12 átomos de carbono, más
preferentemente, de 1 a 4 átomos de carbono, por ejemplo, se puede
usar cloruro de metilo, cloruro de etilo, óxido de etileno, óxido de
propileno, oxido de butileno, alil glicidil éter, propil glicidil
éter, sulfato de dimetilo o combinaciones de dichos reactivos.
Preferentemente, se usa óxido de propileno para producir
polisacáridos hidroxialquilatados.
En una forma de realización preferente de la
invención, se proporciona un procedimiento que usa un aditivo que
comprende un almidón hidroxipropilado que es al menos parcialmente
soluble en etanol al 95%. Para preparar un almidón hidroxipropilado
de este tipo que parcialmente se disuelva en etanol al 95% en peso,
es necesario un grado máximo de sustitución (GSmax) de al menos 1,5.
Esto significa que en este caso 1,0 mol de unidades de glucosa se
trata con 1,5 moles de óxido de propileno. Por consiguiente, el
grado de sustitución (GS), que es la proporción entre la cantidad de
grupos de alcoholes eterificados de la unidad de glucosa (en moles)
y la unidad de glucosa (en moles) es inferior a 1,5, debido a que el
rendimiento de la reacción es inferior al 100%. Además, la reacción
del almidón con óxido de propileno lleva a un sustituyente
(2-hidroxipropil) que por sí mismo también posee un
grupo hidroxilo. Al desprotonar, el grupo hidroxilo del sustituyente
2-hidroxipropil también puede reaccionar con óxido
de propileno. Esta última reacción no da un aumento en el GS. No
obstante, aumenta la sustitución molar (SM) que es la proporción
entre el óxido de propileno que ha reaccionado con el almidón (en
moles) y la cantidad de unidades de glucosa (en moles).
En una forma de realización más preferente de la
invención se proporciona un procedimiento que comprende usar un
aditivo de almidón hidroxipropilado parecido a un polisurfactante en
el que dicho GSmax es al menos 1,75, preferentemente, al menos 2. No
obstante, como se ha explicado anteriormente, en general, el
aumentar el GSmax aumenta la hidrofobicidad o la naturaleza parecida
a un polisurfactante, pero dicho aumento preferente también se puede
obtener usando cadenas laterales más hidrófobas o modificando la
naturaleza de las cadenas de polisacáridos.
La invención proporciona un procedimiento para
mezclar hormigón, por ejemplo, para obtener un hormigón
autocompactante y/o autonivelante, que comprende añadir al menos uno
de los aditivos polisacáridos parecidos a un polisurfactante
identificados anteriormente. En una forma de realización preferente,
la invención proporciona un procedimiento para preparar un hormigón
que comprende mezclar cemento, agua y sólidos, tales como, arena,
ceniza volante, piedra caliza en polvo y agregados gruesos, tales
como grava o roca triturada, un aditivo tal como un agente de
viscosidad o un (super)plastificante y al menos un aditivo,
caracterizado porque dicho aditivo comprende un aditivo parecido a
un polisurfactante.
Dicho procedimiento se puede aplicar antes,
durante o después de que una mezcla de hormigón se haya transportado
a un lugar de uso. La mezcla de dicho aditivo parecido a un
polisurfactante se puede hacer con un aditivo proporcionado en forma
seca, pero preferentemente se puede conseguir añadiendo dicho
aditivo en una solución, preferentemente, en una solución al
10-30% de agua. La cantidad de aditivo usada es
relativamente pequeña y asciende a menos de 1kg de aditivo parecido
a un polisurfactante (expresado como materia seca) usado por varios
cientos de kg de cemento usados en una mezcla. En una forma de
realización preferente de la invención, dicho aditivo se usa en
cantidades inferiores a 100 gramos, o incluso inferiores a 50 gramos
por 100 kg de cemento usado en una mezcla. Por otro lado, el aditivo
parecido a un polisurfactante se puede añadir por volumen final de
la mezcla de hormigón, en la parte experimental de la descripción se
dan ejemplos que usan 0,260 y 0,180 kg/m^{3} (expresado en materia
seca).
Dicho aditivo parecido a un polisurfactante se
puede, adicionalmente, mezclar con otros aditivos, tales como un
super (plastificante) o un agente de viscosidad, no obstante, cuando
sea conveniente, éste también se puede excluir o añadir por
separado, como se ha comentado anteriormente.
Una mezcla de hormigón, según lo previsto en la
invención, se puede usar para verter hormigón en un espacio
predeterminado o encofrado o para el vertido de hormigón de losas de
superficie no definida. Ejemplos son, es decir, para nueva
construcción o reparación de estructuras de construcción, tales como
carreteras, puentes, viviendas, cimientos, losas, suelos, tejados,
túneles, alcantarillas, pilares, arcos, superficies de carretera y
otras estructuras nuevas, y para reparar o reforzar estructuras
existentes. Asimismo, una mezcla de hormigón, según lo previsto en
la invención, se puede usar para verter o producir elementos o
unidades prefabricados de hormigón, que incluyen piedra
arquitectónica, bloques de hormigón, adoquines, bloques aireados de
gas, estructuras ligeras aireadas, tubería de hormigón, conductos
subterráneos, dinteles, elementos para construcción de suelos, muros
y techos, canalones, pilotes, pilares y muchos otros elementos o
unidades prefabricados de hormigón.
La invención también proporciona hormigón para
uso en un procedimiento para colocar hormigón in situ, según
lo previsto en la invención, ya sea en forma fresca o endurecida.
Dicho hormigón se caracteriza por sus propiedades de autonivelado,
autocompactado o autocondensación y se puede encontrar en elementos
prefabricados de hormigón obtenidos usando un procedimiento, según
lo previsto en la invención, o en estructuras de hormigón obtenidas
usando un procedimiento, según lo previsto en la invención. Se evita
la segregación del hormigón autonivelante impidiendo la separación
en mortero y en agregados gruesos provocada por el asentamiento de
los agregados gruesos. El tratamiento no afecta a la resistencia a
la compresión, a la permeabilidad al agua o a la retracción de un
hormigón, según lo previsto en la invención.
La invención también proporciona un aditivo
polisacárido parecido a un polisurfactante para uso en un
procedimiento, según lo previsto en la invención. Un aditivo de
este tipo se caracteriza, por ejemplo, por su (al menos
parcialmente) naturaleza hidrófoba, como se demuestra, por ejemplo,
con su solubilidad en etanol al 95%. En una forma de realización
preferente de la invención dicho aditivo comprende un almidón
hidroxipropilado que tiene un GSmax de al menos 1,5,
preferentemente, 1,75, más preferentemente, al menos 2.
Además la invención proporciona un procedimiento
para producir un aditivo parecido a un polisurfactante que comprende
la eterificación de un polisacárido hasta un grado de sustitución
que permite disolver dicho aditivo en etanol al 95% en peso. En una
forma de realización preferente de la invención se proporciona un
procedimiento en el que dicha eterificación comprende la
hidroxipropilación de un polisacárido, tal como un almidón,
preferentemente, almidón de patata, en el que dicho grado de
sustitución (GSmax) es al menos 1,5, preferentemente al menos 1,75,
más preferentemente, al menos 2.
La invención se explica en más detalle en la
parte experimental de esta descripción, sin que la invención se
limite a la misma, y con relación a los dibujos adjuntos.
Se usó cemento portland normal, tipo CEM I
52^{5} PM de conformidad con la norma europea. Su densidad era 3,1
y su área superficial específica Blaine era 360 m^{2}/kg.
Su composición potencial Bogue era:
C3S = 61,6%
C2S = 21,5%
C3A = 7,6%
C4AF = 8,4%
Se usaron dos tipos de materiales finos:
- -
- Ceniza volante de gravedad específica 2,40 y área superficial específica Blaine 260 m^{2}/kg.
- -
- Piedra caliza en polvo de gravedad específica 2,7 y área superficial específica Blaine 385 m^{2}/kg.
El tipo de superplastificante usado en estos
experimentos es un sulfonato de melamina, pero se puede reemplazar
por cualquier otro tipo.
Se usó arena de río y grava. La distribución por
tamaños de sus partículas se presenta en las figuras 9 y 10.
Como materia prima para la eterificación
(hidroxialquilación o alquilación de distintos polisacáridos se
puede usar, por ejemplo, almidón, celulosa, inulina, guar, dextrano,
pullulan o goma de algarrobilla. Preferentemente se usa almidón como
materia prima.
La eterificación (hidroxialquilación o
alquilación) de un polisacárido se puede realizar en condiciones
(semi) secas, en suspensión (agua o disolvente orgánico) o en una
solución acuosa (dispersión). El sistema de reacción se selecciona
dependiendo de la fuente del polisacárido y del tipo de reactivo.
Procedimientos generales para la eterificación (hidroxialquilación o
alquilación) de celulosa se describen en, por ejemplo, British
Polymer Journal 23 (1990) 315-326. Los éteres de
goma guar y de goma de algarrobilla se producen o bien en una
suspensión orgánica o por medio de una reacción (semi) seca. Se
prefiere la reacción en una solución acuosa cuando se usa almidón
como materia prima. Por lo tanto, preferentemente, se usa una
autoclave como equipo de reacción. La mezcla de reacción resultante
se puede usar como tal o se puede secar.
La hidroxialquilación o alquilación de los
polisacáridos se obtiene con reactivos que contienen un grupo
halógeno, halohidrino, epóxido o glicidol como sitio reactivo. La
cadena alquílica del agente de hidroxialquilación o alquilación
puede variar de 1 a 20 átomos de carbono, preferentemente, de 1 a 12
átomos de carbono, más preferentemente, de 1 a 4 átomos de carbono,
por ejemplo, se puede usar cloruro de metilo, cloruro de etilo,
óxido de etileno, óxido de propileno, óxido de butileno, alil
glicidil éter, propil glicidil éter, sulfato de dimetilo o
combinaciones de dichos reactivos. Preferentemente, se usa óxido de
propileno para producir polisacáridos hidroxialquilatados.
El grado de sustitución para producir
polisacáridos parecidos a un polisurfactante que se pueden disolver
en etanol al 95% en peso depende de la naturaleza e hidrofobicidad
del polisacárido y de la hidrofobicidad del reactivo. Cuando se usa
un sustituyente o polisacárido más hidrófobo se puede aplicar un GS
inferior en comparación con un reactivo que sea menos hidrófobo.
Para preparar un almidón hidroxipropilado que parcialmente se
disuelva en etanol al 95% en peso, es necesario un grado máximo de
sustitución (GSmax) de 1,5. Esto significa que 1,0 mol de unidades
de glucosa se trata con 1,5 moles de óxido de propileno. Por
consiguiente, el grado de sustitución (GS), que es la proporción
entre la cantidad de grupos de alcoholes eterificados de la unidad
de glucosa (en moles) y la unidad de glucosa (en moles) es inferior
a 1,5. Esto se debe a que el rendimiento de la reacción es inferior
al 100%. Además, la reacción del almidón con óxido de propileno
lleva a un sustituyente (2-hidroxipropil) que por sí
mismo también posee un grupo hidroxilo. Al desprotonar, el grupo
hidroxilo del sustituyente 2-hidroxipropil puede
reaccionar con óxido de propileno. Esta última reacción no da un
aumento en el GS. No obstante, aumenta la sustitución molar (SM)
que es la proporción entre el óxido de propileno que ha reaccionado
con el almidón (en moles) y la cantidad de unidades de glucosa (en
moles).
En la tabla 1, se muestra el GS. En el caso de
almidón hidroxipropilado un GSmax de 1,0 llevó a un GS de 0,7, un
GSmax de 1,5 llevó a un GS de 1,1 y un GSmax de 2,0 llevó a un GS de
1,4. Los polisacáridos parecidos a un polisurfactante con base de
almidón muestran, en un entrono acuoso, un aumento de la viscosidad
cuando aumenta el grado de sustitución. Los productos con un grado
molar de sustitución de 1,4 mol/mol (GSmax 2,0) o superior son
especialmente solubles en etanol/agua (95/5). Los productos con una
sustitución de 1,1 mol/mol (GSmax 1,5) son parcialmente solubles en
un disolvente de este tipo.
Se encuentran resultados óptimos relativos a la
reducción de la segregación en hormigón con un producto que tiene un
grado molar de sustitución de \sim1,2 a 1,6 mol/mol.
Se suspendieron 2350 g (humedad 20% en peso) de
almidón de patata en 2600 g de agua. La suspensión se vertió en un
recipiente de reacción "v.d. Ploeg" de 8 l equipado con un
agitador y una tapa con sistema de dosificación y un manómetro. Se
añadieron a la suspensión 565 g de óxido de propileno y se cerró con
la tapa el recipiente de reacción. El recipiente de reacción se
calentó a 50ºC. Posteriormente, se añadieron a la mezcla de
reacción 282,5 g de una solución de hidróxido de sodio al 25% en
peso en agua por medio de un sistema de dosificación en 10 minutos.
Mientras tanto, se elevó la temperatura del recipiente de reacción a
75ºC. La mezcla de reacción se agitó durante 15 minutos. El sistema
de dosificación se aclaró con agua y posteriormente se llenó con 800
g de óxido de propileno. Esta segunda parte de óxido de propileno se
añadió bajo agitación durante un período de 45 minutos. Durante la
adición, la presión del recipiente de reacción no superó los 2,5
bares. La mezcla de reacción se agitó durante otros 15 minutos y,
posteriormente, se extrajo la tapa. La mezcla de reacción se
neutralizó con la adición cuidadosa de 177 mL de ácido sulfúrico N
10. Tras la neutralización, se añadieron 630 g de caolín sps. La
mezcla se agitó durante otros 10 minutos y, posteriormente, se secó
en secadora.
Para las pruebas de aplicación las escamas del
producto se disolvieron en agua en la concentración deseada.
La fluidez del hormigón se calculó mediante la
medición de la expansión estática de un cono truncado como se
muestra en la figura 11. El hormigón se considera autocompactante
cuando el diámetro es superior a 500 mm y autonivelante cuando el
diámetro es superior a 550 mm.
El hormigón se vertió en una columna y se dejó
hasta que empezó a asentarse, a partir de entonces se tomaron
muestras de las secciones superior, media e inferior, como se
muestra en la figura 12. Los agregados gruesos de cada muestra se
lavaron a través de un tamiz de cinco milímetros y se pesaron.
Se vertieron cinco litros de hormigón en una
cubeta de 245 mm de largo, 245 mm de ancho y 100 mm de alto, y se
dejaron durante 90 minutos. Posteriormente, se midió la cantidad de
agua exudada que apareció en la superficie de la muestra. El
porcentaje de exudación (PE) se calculó usando la siguiente
ecuación:
PE =
(M_{w}/M_{wc}) \ x \
100
en la
que:
M_{w} = peso del agua exudada
M_{wc} = peso del agua contenida en el
hormigón
La resistencia a la compresión se midió usando
tres cilindros de 110 mm de diámetro y 220 mm de altura.
La velocidad de carga fue 5 kN/s.
La retracción de secado libre se midió en
muestras prismáticas (70x70x280mm). Los especimenes se desmoldaron
en 24 horas y se mantuvieron en la sala de pruebas a 20ºC \pm 2ºC
y 50% \pm 10% RH.
La permeabilidad al agua del hormigón se midió en
90 días en discos con un diámetro de 110 mm y una altura de 50 mm,
según la correlación de Dancy.
Una posible formulación para preparar un hormigón
autonivelante.
| 280 | kg | Cemento portland Cem I 42,^{5}R |
| 120 | kg | Ceniza volante |
| 1100 | kg | Arena 0/4 mm |
| 700 | kg | Grava (4/16 mm) |
| 170 | kg | Agua |
| 4–8 | kg | Superplastificante (con base de melamina) |
| 0,18–0,26 | kg | Aditivo parecido a un polisurfactante según proporciona la invención |
El contenido de cemento de este ejemplo se puede
aumentar al menos hasta 300 kg/m^{3}. Por lo tanto, la cantidad de
ceniza volante se reduce a 100 kg/m^{3} para mantener la cantidad
total de finos (cemento + ceniza volante) en 400 kg/m^{3}. El tipo
de cemento portland (cem I 42^{5}R) se puede cambiar por otro tipo
de cemento.
La ceniza volante se puede reemplazar por polvo
de piedra caliza.
Se prefiere usar arena con un contenido de
partículas finas (<250 \mum) de 15\pm3%.
La cantidad total de agregados finos y gruesos es
1800 kg/m^{3}. Dentro de esta cantidad el contenido de arena
puede variar entre 1100 y 900 kg/m^{3}, por ejemplo, cambiando una
parte con la grava.
Se prefiere usar un superplastificante de un tipo
melamina, de un tipo naftaleno, de un polímero acrílico, de un
polímero vinílico o de un lignosulfato.
Composiciones de hormigón también
verificadas.
Las fracciones en peso del cemento, de la piedra
caliza en polvo, de la ceniza volante y de los superplastificantes
se mantuvieron constantes, como se muestra en la tabla 2. La
cantidad total de partículas finas (cemento + ceniza volante o
piedra caliza) se limitó a 400 kg/m^{3}.
Se eligieron dos proporciones de arena por una de
grava: 1 y 1,57.
Por lo tanto, se introdujeron dos cantidades de
aditivo parecido a un polisurfactante: 0,260 y 0,180 kg/m^{3}
(expresado como materia seca)
Se adaptó la cantidad de agua de mezcla para
obtener el mismo flujo.
En la tabla 3 se muestra el flujo y el porcentaje
de exudación de diferentes mezclas. Después de tres horas no se
midió ninguna exudación.
La resistencia a la segregación se presenta en
las Figs. 1, 2, 3 y 4. La segregación del hormigón autonivelante se
refiere la separación en mortero y agregados gruesos provocada por
el asentamiento de los agregados gruesos. Para valorar la
resistencia a la segregación, el hormigón se colocó en una columna y
se dejó hasta que empezó a asentarse, después de lo cual las
muestras se tomaron de las secciones superior, media e inferior. Los
agregados gruesos de cada muestra se lavaron en un tamiz de cinco
milímetros y se pesaron. No hay segregación o hay poca segregación y
distribución uniforme de los agregados gruesos cuando el porcentaje
de agregados gruesos retenido en el tamiz, en cada sección, se
encuentra cerca de los valores dados en la tabla 4.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla 5 y en la figura 1 se muestra la
diferencia de segregación entre la formulación denominada referencia
de hormigón Nº 1 y la misma formulación pero sin la adición de un
aditivo parecido a un polisurfactante. La diferencia en la cantidad
de agregados gruesos entre la sección inferior y la sección superior
es una medida relativa al porcentaje de segregación. Como resulta
evidente de la tabla y de la figura, el hormigón sin un aditivo
parecido a un polisurfactante, según lo previsto en la invención,
muestra una segregación considerable, mientras que el hormigón con
un aditivo polisurfactante muestra poca o ninguna segregación. Las
diferencias entre las secciones inferior y superior son 9 y 2 puntos
porcentuales, respectivamente.
En la tabla 6 y en la figura 2 se muestra la
diferencia de segregación entre la formulación denominada referencia
de hormigón Nº 2 y la misma formulación, pero sin la adición de un
aditivo parecido a un polisurfactante. La diferencia en la cantidad
de agregados gruesos entre la sección inferior y la sección superior
es una medida relativa al porcentaje de segregación. Como resulta
evidente de la tabla y de la figura, el hormigón sin un aditivo
parecido a un polisurfactante, según lo previsto en la invención,
muestra una segregación considerable, mientras que el hormigón con
un aditivo polisurfactante muestra poca o ninguna segregación. Las
diferencias entre las secciones inferior y superior son 8 y 2 puntos
porcentuales, respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla 7 y en la figura 3 se muestra la
diferencia de segregación entre la formulación denominada referencia
de hormigón Nº 3 y la misma formulación, pero sin la adición de un
aditivo parecido a un polisurfactante. La diferencia en la cantidad
de agregados gruesos entre la sección inferior y la sección superior
es una medida relativa al porcentaje de segregación. Como resulta
evidente de la tabla y la figura, el hormigón sin un aditivo
parecido a un polisurfactante, según lo previsto en la invención,
muestra una segregación considerable, mientras que el hormigón con
un aditivo polisurfactante muestra poca o ninguna segregación. Las
diferencias entre las secciones inferior y superior son 8 y 4 puntos
porcentuales, respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla 8 y en la figura 4 se muestra la
diferencia de segregación entre la formulación denominada referencia
de hormigón Nº 4 y la misma formulación, pero sin la adición de un
aditivo parecido a un polisurfactante. La diferencia en la cantidad
de agregados gruesos entre la sección inferior y la sección superior
es una medida relativa al porcentaje de segregación. Como resulta
evidente de la tabla y de la figura, el hormigón sin un aditivo
parecido a un polisurfactante, según lo previsto en la invención,
muestra una segregación considerable, mientras que el hormigón con
un aditivo polisurfactante muestra poca o ninguna segregación. Las
diferencias entre las secciones inferior y superior son 5 y 3 puntos
porcentuales, respectivamente.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla 9 se muestran las resistencias a la
compresión en momentos diferentes de hidratación. El nivel más alto
de resistencia obtenido con las mezclas 1 y 2 en 28 días se puede
explicar por la actividad puzolánica de la ceniza volante. La
resistencia más baja de la mezcla 4 se debe a una mayor cantidad de
agua de mezcla.
\vskip1.000000\baselineskip
La tabla 10 y las figs. 5, 6, 7 y 8 muestran la
retracción de secado libre de las cuatro mezclas, hasta 90 días de
hidratación. Se midió en muestras prismáticas (70x70x280 mm) de
conformidad con la norma francesa NFP15. 433.
\vskip1.000000\baselineskip
En la tabla 11 se presenta la permeabilidad al
agua de cuatro hormigones.
La permeabilidad al agua del hormigón se limita a
2 x 10^{-12} m/s y permite esperar una buena durabilidad.
Figura 1. Es un gráfico que muestra la
resistencia a la segregación del hormigón de un primer ejemplo de la
invención.
Figura 2. Es un gráfico que muestra la
resistencia a la segregación del hormigón de un segundo ejemplo de
la invención.
Figura 3. Es un gráfico que muestra la
resistencia a la segregación del hormigón de un tercer ejemplo de la
invención.
Figura 4. Es un gráfico que muestra la
resistencia a la segregación del hormigón de un cuarto ejemplo de la
invención.
Figura 5. Es un gráfico que muestra la retracción
del hormigón de un primer ejemplo de la invención.
Figura 6. Es un gráfico que muestra la retracción
del hormigón de un segundo ejemplo de la invención.
Figura 7. Es un gráfico que muestra la retracción
del hormigón de un tercer ejemplo de la invención.
Figura 8. Es un gráfico que muestra la retracción
del hormigón de un cuarto ejemplo de la invención.
Distribución por tamaños de las partículas de
arena usadas en diversos ejemplos.
Distribución por tamaños de las partículas de
grava usadas en diversos ejemplos.
Dimensiones del cono truncado usado para
determinar el flujo.
Dimensiones de la columna usada para determinar
la segregación.
Claims (16)
1. Un hormigón que comprende cemento, agregados
gruesos y un almidón eterificado que tiene un grado máximo de
sustitución (GSmax) de al menos 1,5.
2. Un hormigón según la reivindicación 1, que
comprende cemento y un almidón eterificado que tiene un grado molar
de sustitución de al menos 1,2.
3. Un hormigón según las reivindicaciones 1 ó 2,
en el que dicho almidón eterificado es al menos parcialmente soluble
en etanol al 95%.
4. Un hormigón según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que el GSmax es al menos 1,75,
preferentemente, al menos 2.
5. Un hormigón según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho almidón eterificado es
un almidón hidroxipropilado.
6. Un hormigón según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho almidón eterificado se
obtiene a partir de un almidón de tubérculo, un almidón de cereal o
un almidón de raíz.
7. Un hormigón según la reivindicación 5, en el
que dicho almidón eterificado se obtiene a partir de almidón de
patata.
8. Un hormigón según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende un
superplastificante.
9. Un hormigón según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, en el que dicho hormigón se puede
verter.
10. Un hormigón según cualquiera de las
reivindicaciones precedentes, que comprende grava y/o roca
triturada.
11. Un elemento prefabricado de hormigón que
comprende un hormigón según cualquiera de las reivindicaciones
precedentes.
12. Una estructura de hormigón que comprende un
hormigón según cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
13. Un procedimiento para colocar hormigón in
situ, en el que se usa un hormigón según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 10.
14. Un procedimiento para preparar un hormigón
según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, que comprende
mezclar cemento, agua, sólidos y al menos un aditivo, que comprende
un almidón eterificado que tiene un grado máximo de sustitución
(GSmax) de al menos 1,5.
15. Un procedimiento para hacer una estructura de
construcción o un elemento de hormigón vertiendo un hormigón
preparado, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, en un
espacio predeterminado.
16. Uso de un almidón eterificado, que tiene un
GSmax de al menos 1,5, en un hormigón para mejorar la fluidez, la
resistencia a la segregación y/o la resistencia a la exudación.
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