ES2244592T3 - Cuerpos cementosos no eflorescentes. - Google Patents
Cuerpos cementosos no eflorescentes.Info
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Abstract
Un aglomerante hidráulico para formar un cuerpo cementoso no eflorescente, que comprende una fuente de sílice activa, incluyendo el resto: (i) una fuente de aluminato de calcio; (ii) una fuente de silicato de calcio; y (iii) una fuente de sulfato, caracterizado porque el aglomerante comprende de 10% a 49% en peso de la fuente de sílice activa (basado en la mezcla seca cementosa total), y el resto incluye, basado en el peso total de (i), (ii) e (iii): (i) de 40% a 90% en peso de la fuente de aluminato de calcio seleccionada de cemento de aluminato de calcio o clínker, y cemento de sulfoaluminato de calcio o clínker, teniendo dicha fuente de aluminato de calcio por lo menos 25% de alúmina o una relación de C/A de menos de 3; (ii) de 5% a 55% en peso de cemento Portland o clínker como fuente de silicato de calcio; y (iii) de 3% a 50% en peso de la fuente de sulfato, por lo menos el 25% de la cual es SO3.
Description
Cuerpos cementosos no eflorescentes.
La presente invención se refiere a cuerpos
cementosos no-eflorescentes, y en particular a un
aglomerante hidráulico y pasta de la que se pueden fabricar tales
cuerpos, y a un método para fabricar tales cuerpos.
La eflorescencia, que es la presencia de
carbonato de calcio u otras sales relativamente insolubles en forma
de polvo sobre la superficie de hormigón o de productos de
construcción, es un problema familiar en la industria del hormigón.
Las sales se producen sin querer y, aunque generalmente no conducen
a ningún fallo significativo, afectan a la calidad estética del
producto.
Se encuentra lo más a menudo que la eflorescencia
es calcita (carbonato de calcio) producida por una reacción entre
hidróxido de calcio libre en el producto y dióxido de carbono
atmosférico. El hidróxido de calcio libre se produce por las
reacciones de hidratación normales del cemento Portland, y tiende a
migrar a la superficie de los productos donde puede ocurrir la
reacción con el dióxido de carbono atmosférico. El momento de la
aparición de la eflorescencia varía y puede ocurrir inmediatamente
después de la formación del producto o después de que el producto
ha sido instalado. Como ejemplo, un producto en el que puede
ocurrir eflorescencia es una teja de hormigón. El relativamente
minoritario blanqueado de los productos cementosos por otros
mecanismos no está incluido en el término "eflorescencia", tal
como se usa este término aquí.
Dependiendo de las circunstancias, la
eflorescencia puede ser más o menos difícil de retirar. Algunos
tratamientos, tales como el uso de un lavado con ácido, son solo
temporales y el problema reaparece a menudo después de un periodo
de tiempo.
La eflorescencia se puede reducir, pero no
eliminar, por la incorporación en el producto de cargas finas que
actúan para bloquear los poros en el producto, siendo ejemplos,
sílice pirógena, metacaolín, carga de piedra caliza o polímeros. Un
método caro para prevenir la eflorescencia es revestir el producto
con un polímero impermeable, pero asegurar la impermeabilidad de un
revestimiento de polímero delgado puede ser difícil.
Otro método para reducir, pero no eliminar
totalmente, la eflorescencia en el producto es incluir en su
composición un material rico en sílice activa. El hidróxido de
calcio reacciona preferentemente con la sílice reactiva en exceso,
previniendo por ello su reacción con dióxido de carbono
atmosférico.
La notación usada aquí es la comúnmente usada por
los químicos de cementos, en la que: C = CaO; S = SiO_{2}; A =
Al_{2}O_{3}; \hat{s} = SO_{3}; y H = H_{2}O.
Somos conscientes de la patente británica GB
2099808B (Chichibu Cement K K) que describe un cemento hidráulico
que supuestamente no está sujeto a eflorescencia. El cemento
comprende cantidades relativas especificadas de un compuesto de
sulfoaluminato de calcio o aluminato de calcio, un compuesto de
silicato de calcio, sulfato de calcio, escoria de alto horno
granulada y cantidades minoritarias de un ácido oxicarboxílico. La
patente afirma que para asegurar que no se genera eflorescencia, es
muy importante que todo el hidróxido de calcio presente en el
sistema se consuma por reacción con el sulfoaluminato de calcio
(C_{4}A_{3}\hat{s}) y el yeso (C\hat{s}H_{2}) para formar
etringita, (C_{3}A.3C\hat{s}.32H), según la fórmula:
C_{4}A_{3}
\hat{s} + 8C \hat{s} + 6CH + 90H \rightarrow C_{3}A \text{.} 3C
\hat{s} \text{.}
32H
Se dice que el ácido oxicarboxílico reduce la
generación de hidróxido de calcio en el producto, de modo que esta
reacción puede proseguir hasta la finalización.
Hemos encontrado, sin embargo, que aunque el
ácido oxicarboxílico y la formación de etringita pueden actuar para
eliminar la precipitación de CH y por lo tanto para reducir la
eflorescencia, las propiedades físicas del producto obtenido de
este cemento no son suficientes para muchas aplicaciones. En
particular, hemos encontrado que composiciones preparadas según tal
formulación sufrían inestabilidad dimensional, es decir, expansión
en condiciones húmedas y muy alta porosidad. Se encontró que estas
propiedades, en comparación con los morteros ordinarios, tenían un
efecto adverso en otras propiedades tales como resistencia,
permeabilidad, resistencia a ácidos y una velocidad de lixiviación
relativamente alta cuando se exponen al agua. Además, hemos
encontrado que una estructura tan abierta dio como resultado un
riesgo de carbonatación que reduciría adicionalmente la
duración.
Es un objetivo de la presente invención producir
un cuerpo cementoso en el que se reduce o elimina la eflorescencia
manteniendo las propiedades físicas del producto en niveles
satisfactorios.
Es un objetivo adicional de esta invención
proporcionar un aglomerante hidráulico para formar tal cuerpo
cementoso no eflorescente.
Es otro objetivo adicional más de la presente
invención proporcionar una pasta acuosa para formar tal cuerpo
cementoso no eflorescente.
Es aún un objetivo adicional de esta invención
proporcionar un método para formar tal cuerpo cementoso no
eflorescente.
Hemos descubierto sorprendentemente que se pueden
conseguir estos objetivos y otros beneficios útiles, en los que los
ingredientes están presentes en tales proporciones relativas que,
en la hidratación, se forman también no meramente etringita sino
también el monosulfato del mineral y alúmina hidratada.
De este modo, según un primer aspecto de la
invención, se proporciona un aglomerante hidráulico para formar un
cuerpo cementoso no eflorescente, que comprende por lo menos los
siguientes ingredientes, a saber, una fuente de silicato de calcio,
una fuente de un aluminato de calcio, una fuente de sulfato y una
fuente de sílice activa. El aglomerante según la invención está
caracterizado porque el aglomerante comprende de 10% a 49% en peso
de la fuente de sílice activa (basado en la mezcla seca cementosa
total), y el resto incluye, basado en el peso total de (i), (ii) e
(iii):
(i) de 40% a 90% en peso de la fuente de
aluminato de calcio seleccionada de cemento de aluminato de calcio
o clínker y cemento de sulfoaluminato de calcio o clínker, teniendo
dicha fuente de aluminato de calcio por lo menos 25% de alúmina o
una relación de C/A de menos de 3;
(ii) de 5% a 55% en peso de cemento Portland o
clínker como la fuente de silicato de calcio; y
(iii) de 3% a 50% en peso de la fuente de
sulfato, por lo menos 25% de la cual es SO_{3}.
Los ingredientes están preferentemente presentes
en tales proporciones relativas que, en la hidratación, se forman
tanto monosulfato (C_{3}A.C\hat{s}.12H) como alúmina hidratada
(AH_{3}).
Hemos encontrado que no solo se consigue el
deseado efecto de la eflorescencia reducida, la estabilidad
dimensional es muy buena con una muy baja velocidad de lixiviación
y muy buena resistencia a ácidos. También se consiguen tanto muy
buen desarrollo de resistencia como buena retención de la
resistencia al envejecer.
Aunque se pueden generar hidratos del silicato de
calcio in situ por el uso de fuentes separadas de óxido de
calcio y sílice activa como ingredientes, se prefiere usar un
material que ya comprenda silicato de calcio hidratable.
Similarmente, aunque se puede generar el aluminato de calcio in
situ por el uso de fuentes separadas de óxido de calcio y
alúmina como ingredientes, se prefiere usar un material que ya
comprenda un aluminato de calcio.
La fuente de silicato de calcio puede ser cemento
Portland. El cemento Portland comprende varias especies además de
silicato de calcio, que incluyen especies de aluminato de calcio y
sulfato de calcio. Sin embargo, para asegurar que, en la
hidratación, se formen tanto monosulfato como alúmina hidratada, se
deben añadir fuentes adicionales de aluminato y sulfato de
calcio.
La fuente de aluminato de calcio o aluminato de
calcio adicional puede ser un cemento de aluminato de calcio o
clínker o un cemento de sulfoaluminato de calcio o clínker. Los
ejemplos incluyen Secar 51, Ciment Fondu o clínker CSA, en los que
el contenido de alúmina es por lo menos 25%.
La fuente de sulfato o sulfato adicional puede
estar constituida por una fuente de sulfato de calcio, por ejemplo,
seleccionada de Anhidrita, yeso y hemihidratos (yeso de París) un
sulfato de calcio sintético o alternativamente un sulfato de
aluminio o un sulfato de amonio.
La fuente de sílice activa es preferentemente
escoria de alto horno granulada molida, o menos preferentemente un
ingrediente puzolánico, tal como metacaolín, cenizas volantes,
sílice pirógena y finos de perlita. En un aglomerante hidráulico
típico, se ha encontrado que es apropiado un nivel de escoria de
alto horno de alrededor de 15% a alrededor de 35%, basado en el
peso de la mezcla seca total, siendo más apropiados niveles más
altos para productos en masa, mientras que son preferidos los
niveles más bajos para revestimientos sobre tejas.
En uso, el aglomerante hidráulico según la
invención se mezcla con agua, o una composición acuosa que contiene
ingredientes adicionales, por lo que comienza el proceso de
hidratación. Cuando se usa agua suficiente, se forma una pasta, que
es una forma física apropiada para muchas aplicaciones, incluyendo
la aplicación de revestimientos no eflorescentes para cuerpos de
hormigón tales como tejas.
Esta invención proporciona también una pasta
acuosa para formar un cuerpo cementoso no eflorescente, como se
define en la reivindicación 10, formado por lo menos de los
siguientes ingredientes, a saber, una fuente de silicato de calcio,
una fuente de aluminato de calcio, una fuente de sulfato de calcio y
una fuente de sílice activa, siendo usados los ingredientes en
tales proporciones relativas que se forman tanto monosulfato como
alúmina hidratada en la pasta endurecida.
La pasta se forma preferentemente por la adición
de agua a un aglomerante seco premezclado.
La pasta preferentemente tiene un contenido de
agua tal que la relación de agua a aglomerante es entre 0,2 y 1,0,
lo más preferentemente entre 0,28 y 0,68.
Los ingredientes del aglomerante hidráulico o la
pasta están preferentemente presentes en tales proporciones
relativas que, en la hidratación, se forman adicionalmente
estratlingita (C_{2}ASH_{8}) (conocida de otro modo como
gelenita hidrato) e hidrosilicatos de calcio. Los ingredientes
usualmente estarán presentes en tales proporciones relativas que,
en la hidratación, no se forma sustancialmente Portlandita
(CH).
Aunque no desando estar vinculados a la teoría,
creemos que durante la primera etapa de hidratación se consume el
sulfato de calcio, junto con aluminato de calcio para formar la
etringita.
Hemos encontrado que la etringita
subsecuentemente reacciona con los iones calcio y alúmina
disponibles en disolución, por ejemplo, de la hidratación de
aluminatos de calcio, para formar monosulfato:
2CA +C_{3}A
\text{.} 3C \hat{s} \text{.} 32H + 4C + 4H \rightarrow 3 C_{3}A
\text{.} C \hat{s} \text{.}
12H
La hidratación del aluminato de calcio restante
prosigue finalmente hasta la formación de estratlingita con la
sílice activa y sílice desprendida por la hidratación del cemento
Portland. Esta formación de estratlingita es precedida por la
formación de hidratos de aluminato de calcio metaestables tales como
C_{2}AH_{8} y CAH_{10} en mezclas con muy bajas cantidades de
sulfato de calcio.
CA + S^{*} +
C^{t} \rightarrow
C_{2}ASH_{8}
* de la fuente de sílice activa o
cemento
Portland
^{t} de la fuente de cal de
cemento
Portland.
En ciertas circunstancias los aluminatos de
calcio pueden reaccionar para formar la fase estable
C_{3}AH_{6} directamente sin la reacción subsecuente para
formar estratlingita. Por ejemplo, este puede ser el caso si hay
alta temperatura ambiente durante la hidratación.
Para asegurar que se forman en la pasta
etringita, monosulfato, alúmina hidratada y estratlingita, los
niveles relativos de cemento Portland (cuando este se usa como una
fuente de silicato de calcio), aluminato de calcio adicional,
sulfato adicional, y sílice activa se deben escoger cuidadosamente.
Hemos encontrado que se pueden obtener resultados con éxito cuando
el aglomerante se forma de:
de 5%, lo más preferentemente por lo menos 20%,
hasta 55%, lo más preferentemente no más de 40%, de cemento
Portland o clínker como una fuente de silicato de calcio;
de 40%, lo más preferentemente por lo menos 50%,
hasta 90%, lo más preferentemente no más de 75%, de una fuente de
aluminato de calcio adicional seleccionado de cemento de aluminato
de calcio o clínker y de cemento de sulfoaluminato de calcio o
clínker, teniendo la fuente de aluminato de calcio por lo menos 25%
de alúmina o una relación de C/A de menos de 3; y
de 3%, lo más preferentemente por lo menos 5%,
hasta 50% de una fuente de sulfato adicional, tal como sulfato de
calcio, siendo por lo menos 25% del cual SO_{3}.
Estando estos porcentajes basados en el peso
total del aluminato de calcio, sulfato y cemento Portland.
El nivel de sílice activa (basado en la mezcla
seca cementosa total), dependiendo de su fuente, es de 10%, lo más
preferentemente por lo menos alrededor de 15%, a no más de 49%, lo
más preferentemente no más de 35%, basado en el peso de la mezcla
seca cementosa total.
El contenido total de alúmina es preferentemente
por lo menos 15% en peso del contenido total del aglomerante.
En la hidratación, el tiempo de endurecimiento
del aglomerante hidráulico según la invención, por el método EN196
VICAT, es por debajo de dos horas. Se ha encontrado que este se
puede modificar por el uso de mezclas.
\newpage
Las fases presentes en el producto de la
invención, a saber, etringita, mono-sulfato,
alúmina hidratada (en la forma de gel de alúmina o Gibsita) y
estratlingita (si está presente) se pueden detectar por difracción
de rayos X, análisis térmico diferencial e imágenes de electrones
secundarios con un microscopio electrónico de barrido.
Se ha encontrado que aunque la etringita es una
fase tempranamente formada dentro del intervalo especificado por
esta invención, sufre reacción, por disolución, conduciendo los
óxidos de calcio y aluminio adicionales (de los aluminatos de calcio
restantes sin reaccionar) a la formación del monosulfato. La
relación relativa de los dos en el producto final depende de donde
reside la composición dentro del intervalo especificado por esta
patente. En algunas composiciones la etringita puede ser consumida
sustancialmente en 28 días, pero queda evidencia de su presencia,
por ejemplo, cristales dentro de los poros. Sin embargo, en este
sistema se puede mostrar que la presencia de monosulfato sigue a
una temprana formación de etringita, independientemente de cuanta
etringita puede quedar después de un periodo de hidratación, tal
como 7 días o 28 días.
La presencia de cantidades detectables de alúmina
hidratada confirma que no hay sustancialmente CH residual presente
en la pasta endurecida dado que estas fases no son estables
conjuntamente. Esto confirma que este aglomerante no será
eflorescente, en el contexto de la carbonatación de la cal
hidratada.
Se ha encontrado que las pastas endurecidas
fabricadas según esta patente están libres de la expansión
perjudicial que hemos encontrado en condiciones húmedas con las
formulaciones descritas en la patente británica GB 2099808B
(Chichibu Cement K K).
Según nuestros hallazgos, la completa hidratación
de los componentes activos no ocurre usualmente. Al final del
periodo de endurecimiento inicial la humedad disponible
originalmente se ha usado para la formación de hidratos y alguna
ciertamente se ha perdido del sistema por evaporación en la
superficie dejando porosidad. En tales casos algo de las materias
primas permanece sin reaccionar. Esto es normal en la química de
cementos y la subsecuente hidratación de estos componentes en la
humedad no conduce generalmente a la expansión. Esto es porque se
forman nuevos hidratos solo en los espacios disponibles, tales como
los poros y una vez que no hay espacio adicional dentro de la
microestructura, cesa la precipitación de estos hidratos.
Es bien conocido que una excepción a esto puede
ser la formación de etringita en la matriz sólida en las últimas
etapas, que en ciertas condiciones pueden conducir a una
considerable expansión que conduce a la destrucción efectiva de la
microestructura previamente formada.
Hemos investigado esto con pastas en las que el
sulfato de calcio residual y una fuente de iones calcio (por
ejemplo, cemento Portland) permanecen después de la reacción
completa de los aluminatos de calcio y otras en las que la pasta ha
formado una densa matriz de etringita y alúmina hidratada. Hemos
encontrado que en la presencia de una fuente de humedad los
componentes reaccionan para formar etringita en las últimas etapas.
Se pueden escribir varias reacciones posibles, de las cuales la
siguiente es un ejemplo representativo.
AH_{x} +
3C^{*} + 3C \hat{s} + (32-x)H \rightarrow
C_{3}A \text{.} 3C \hat{s} \text{.}
32H
* de cemento Portland que reacciona
por
disolución.
Creemos que es la postrera formación de etringita
lo que provoca la expansión observada para las composiciones
descritas por la patente británica GB 2099808B (Chichibu Cement K
K).
Las composiciones cubiertas por la presente
invención no dejan sulfato de calcio residual sin reacciona dado que
es totalmente consumido en las reacciones de la etapa previa que
conducen a la formación de etringita y subsecuentemente
monosulfato.
La invención se ilustra adicionalmente en la
Figura 1 adjunta, que es un diagrama ternario ilustrativo para el
sistema de sulfato de calcio (Cs)/cemento de aluminato de calcio
(CAC)/cemento Portland (PC).
Además de los papeles identificados para la
fuente de sílice activa, por ejemplo, escoria granulada molida,
hemos encontrado que este componente reduce la actividad del calcio
en el sistema y con ella el riesgo de expansión debido a la
formación postrera de etringita debida a la reacción con sulfato de
calcio sin combinar.
Además de no ser susceptibles de eflorescencia se
encontró sorprendentemente que los materiales según la invención
mostraron una resistencia a la lixiviación y a la erosión por
ácidos débiles (pH>4) enormemente mejorada. Encontramos que este
rendimiento mejorado podría ser atribuido a la presencia de alúmina
hidratada que no se disuelve con ácido a este pH y que bloquea los
poros de la microestructura que protege los materiales del
ataque.
La pasta puede comprender adicionalmente
ingredientes seleccionados de los siguientes, estando estos
ingredientes incluidos en el aglomerante seco o en la composición
acuosa añadida para preparar la pasta o mezcla trabajable.
Se pueden añadir pigmentos según la aplicación
deseada del cuerpo. Por ejemplo, cuando el cuerpo es un
revestimiento sobre una teja, es apropiado un nivel de pigmento
hasta del 5%, basado en los contenidos totales de sólidos.
Para mejorar el rendimiento con ácidos y de
congelacion-descongelación del cuerpo se puede
añadir arena fina. La duración se puede mejorar optimizando el tipo
y cantidad de la arena. Demasiada arena puede conducir a una
superficie rugosa. La reología de la pasta es también modificada
por la presencia de la arena. Se pueden usar otros modificadores de
la reología.
Para mejorar el rendimiento frente a la
congelación, se pueden incorporar otros aditivos y cargas como se
indica por la bibliografía comercial para tales materiales.
Se pueden añadir plastificantes a la pasta para
permitir que el nivel de agua se redujera reteniendo la reología
satisfactoria.
Sin embargo, algunos plastificantes pueden
conducir a pobres características de superficie. Su uso no es por lo
tanto esencial. Además, los plastificantes actúan como retardantes,
es decir, dan como resultado un incremento del tiempo de
endurecimiento.
Los aglomerantes hidráulicos según la invención
se pueden usar para la formación de una variedad de cuerpos, que
pueden constituir parte de un producto, especialmente constituir
una superficie expuesta de un producto, o un producto en masa.
Generalmente, los cuerpos se forman añadiendo agua o una composición
acuosa al aglomerante seco, en suficiente cantidad para formar una
mezcla trabajable o en mayores cantidades para formar una pasta,
añadiendo opcionalmente ingredientes adicionales, y a continuación
dejando endurecer la composición.
La invención proporciona adicionalmente un cuerpo
cementoso no eflorescente, formado por lo menos de los siguientes
ingredientes, a saber, una fuente de silicato de calcio, una fuente
de aluminato de calcio, una fuente de sulfato y una fuente de sílice
activa, siendo usados los ingredientes en tales proporciones
relativas que están presentes en el cuerpo etringita, monosulfato y
alúmina hidratada.
Los cuerpos según la invención exhiben baja
eflorescencia. La eflorescencia de un cuerpo se puede determinar
eficientemente usando un ensayo de "espuma". En este ensayo,
la muestra se coloca boca abajo sobre una espuma o esponja saturada
con agua durante 1 semana. El experimento se lleva a cabo a
10ºC.
La eflorescencia se verifica cualitativamente,
por observación, y se mide semicuantitativamente usando un
colorímetro para ver cambios en el valor de claridad. Si el color
se vuelve más claro, es decir, más blanco, esto indica precipitación
en la superficie, es decir, eflorescencia.
Los ingredientes opcionales que se pueden añadir
al aglomerante incluyen agregados tales como una arena gruesa, o
grava, en la que se va a formar un producto de hormigón. La
relación de agregado a cemento es preferentemente hasta 6, lo más
preferentemente hasta 2.
Las propiedades físicas de cuerpos según la
invención después de la hidratación completa son preferentemente
como sigue: una dureza de la superficie de más de 2H,
preferentemente más de 9H (usando un método de rayado con lápiz);
una densidad por lo menos de 1,8 kgm^{-3}; una expansión de
volumen en la exposición a agua de menos del 5%, preferentemente
menos de 1%; y una porosidad de menos de 30%, lo más
preferentemente menos de
20%.
20%.
La invención proporciona aún más adicionalmente
un método de formar un cuerpo cementoso no eflorescente, según la
reivindicación 20, que comprende curar una composición acuosa
formada por lo menos de los siguientes ingredientes, a saber, una
fuente de silicato de calcio, una fuente de aluminato de calcio, una
fuente de sulfato y una fuente de sílice activa, siendo usados los
ingredientes en tales proporciones relativas que están presentes en
la pasta etringita, monosulfato y alúmina hidratada.
Cuando el cuerpo está constituido por un
revestimiento sobre artículos de hormigón, tales como tejas,
placas, revestimientos y paredes, el método puede comprender
revestir una superficie exterior de un artículo de hormigón
recientemente fabricado con la pasta y curar el artículo y el
revestimiento conjuntamente a una humedad relativa de 75%HR a
100%HR a una temperatura de 0ºC a 50ºC durante un periodo de 1 a 24
horas. La pasta se puede aplicar a la teja por extrusión, con el
uso de una cuchilla de revestimiento o por un procedimiento de
brocha, especialmente si el radio de flujo de la pasta es por
encima de 80 mm.
Cuando el cuerpo es un producto en masa, la
mezcla acuosa, que incluye ingredientes opcionales tales como
agregados según se requiera, se añade a un molde y se deja
endurecer en condiciones sustancialmente normales, evitando
preferentemente las temperaturas por debajo de 0ºC y una humedad
relativa por debajo de 50ºHR. El endurecimiento puede tardar de 30
minutos a 3 horas, mientras que las propiedades físicas finales
puede que no se alcancen hasta por lo menos 7 días más tarde.
La invención se describirá ahora adicionalmente
con referencia a los siguientes ejemplos no limitantes. Las
formulaciones descritas en los siguientes ejemplos se identifican
sobre la Figura 1 adjunta.
Como ejemplo de una formulación según la presente
invención, se mezclaron los siguientes ingredientes conjuntamente
para formar una composición de aglomerante hidráulico y se
moldearon formando bloques pequeños:
| Secar 51 | 45,6% |
| Anhidrita | 9,0% |
| Cemento Portland | 20,4% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 25,0% |
Se prepararon pastas mezclando el aglomerante
anterior con agua con una relación de 0,7% partes de agua a 1 parte
de aglomerante. Las pastas tenían una densidad de 1,8 y una
porosidad de 49%.
(que corresponde a alrededor de 25% en una
formulación de mortero con una relación de agregado a cemento de
1). Esta muestra no mostró eflorescencia en el ensayo de espuma y
su expansión de volumen cuando se colocó en agua era
sustancialmente cero. Además, el humedecimiento y secado, en
contraste con el Ejemplo Comparativo 5 a continuación, no parecía
causar ningún detrimento para la muestra.
La difracción de rayos X y la microscopía
electrónica de barrido del cuerpo confirmaron la presencia de
etringita, monosulfato, alúmina hidratada y estratlingita.
Como otro ejemplo de una formulación según la
presente invención, se mezclaron los siguientes ingredientes
conjuntamente para formar una composición de aglomerante hidráulico
y se moldearon formando pequeños bloques:
| Secar 51 | 60,0% |
| Anhidrita | 7,0% |
| Cemento Portland | 8,0% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 25,0% |
Se prepararon pastas mezclando el aglomerante
anterior con agua con una relación de 0,32 partes de agua a 1 parte
de aglomerante. Esta muestra no mostró eflorescencia en un ensayo
de espuma y su expansión de volumen cuando se colocó en agua era
sustancialmente cero.
Además, el humedecimiento y secado, en contraste
con el Ejemplo Comparativo 5 a continuación, no parecían causar
ningún perjuicio a la muestra.
La difracción de rayos X y la microscopía
electrónica de barrido del cuerpo confirmaron la presencia de
etringita en las primeras etapas, monosulfato, alúmina hidratada y
estratlingita. Se encontró que no estaba presente el hidróxido de
calcio.
Como ejemplo de una formulación justo dentro del
límite de la presente invención, se mezclaron los siguientes
ingredientes conjuntamente para formar una composición de
aglomerante hidráulico y se moldearon formando pequeños
bloques:
| Secar 51 | 34,0% |
| Anhidrita | 37,0% |
| Cemento Portland | 4,0% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 25,0% |
Se prepararon pastas mezclando el aglomerante
anterior con agua con una relación de 0,45 partes de agua a 1 parte
de aglomerante. Esta muestra no mostró eflorescencia en el ensayo
de espuma y no mostró signos visibles de expansión cuando se colocó
en agua. El humedecimiento y secado adicional no parecía causar
ningún perjuicio a la muestra.
La difracción de rayos X y la microscopía
electrónica de barrido del cuerpo confirmaron la presencia de
etringita, algo de monosulfato, y un poco de alúmina hidratada. Se
encontró que no estaba presente el hidróxido de calcio.
\newpage
Como ejemplo del desarrollo de resistencia de
morteros preparados con aglomerante de la formulación según la
presente invención, se mezclaron los siguientes ingredientes
conjuntamente para formar una composición de aglomerante
hidráulico:
| Secar 51 | 45,6% |
| Anhidrita | 13,0% |
| Cemento Portland | 20,4% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 21,0% |
Se prepararon morteros mezclando la composición
de aglomerante anterior con arena y agua según los procedimientos
EN196 (relación de arena:aglomerante de 3 y relación de
agua/aglomerante de 0,5). Se mezclaron conjuntamente para formar
una composición de mortero y se ensayó según los requerimientos de
EN196: No solo se encontró que este mortero era no expansivo, el
desarrollo de resistencia fue muy rápido en las primeras etapas con
una resistencia de compresión a las 6 horas de 15,5 MPa y el
desarrollo adicional de resistencia era también muy bueno,
alcanzando 49 MPa a los 28 días.
Ejemplo comparativo
5
Como ejemplo de una formulación según el
documento GB 2099808, se mezclaron los siguientes ingredientes
conjuntamente para formar una composición de aglomerante
hidráulico:
| Secar 51 | 18,0% |
| Anhidrita | 39,0% |
| Cemento Portland | 18,0% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 24,0% |
| Citrato de sodio | 1,0% |
Se prepararon pastas mezclando la composición de
aglomerante anterior con agua en una relación de 0,7 partes de agua
a 1 parte de aglomerante. Se encontró que las pastas eran de muy
baja densidad y bastante delicuescentes al tacto. Al humedecer,
tuvo lugar una rápida expansión que condujo a la desintegración de
la muestra. Esto mejoró formando la composición en forma de
mortero, pero las propiedades siguieron siendo insatisfactorias. La
difracción de rayos X y la microscopía electrónica de barrido del
cuerpo confirmaron la presencia de etringita pero no fueron
detectadas alúmina hidratada y estratlingita.
Ejemplo comparativo
6
Como ejemplo adicional de una formulación según
el documento GB 2099808, se mezclaron los siguientes ingredientes
conjuntamente para formar una composición de aglomerante
hidráulico:
| Secar 51 | 20,0% |
| Anhidrita | 14,2% |
| Cemento Portland | 20,0% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 44,8% |
| Citrato de sodio | 1,0% |
Se prepararon morteros mezclando la anterior
composición de aglomerante con arena y agua según los
procedimientos EN196 (relación de arena:aglomerante de 3 y relación
de agua/aglomerante de 0,5). Aunque se encontró que este mortero no
era expansivo, el desarrollo de resistencia era lento comparado con
el cemento Portland, alcanzando sólo 26 MPa a los 28 días. Esto
sería insuficiente para muchas aplicaciones de hormigonado, dado
que también exhibía alta porosidad. Este ejemplo se puede comparar
útilmente con el Ejemplo 4.
Ejemplo comparativo
7
Como ejemplo de una formulación que se encuentra
que es propensa a la eflorescencia y expansión, se mezclaron los
siguientes ingredientes conjuntamente para formar una composición
de aglomerante hidráulico:
| Secar 51 | 6,7% |
| Anhidrita | 50,7% |
| Cemento Portland | 42,6% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 25,0% |
Se prepararon pastas mezclando la anterior
composición de aglomerante con agua en una relación de 0,45 partes
de agua a 1 parte de aglomerante. Se encontró que las pastas eran
de densidad relativamente baja y delicuescentes al tacto. Al
humedecer, tuvo lugar una rápida y extremada expansión que condujo a
un incremento de volumen de un tercio acompañado de la
desintegración efectiva de la muestra ya que se convirtió en una
pasta. La difracción de rayos X y la microscopía electrónica de
barrido del cuerpo confirmaron la presencia de etringita pero
también mostraron que se habían formado cantidades significativas
de hidróxido de calcio junto con yeso. No se encontró que estuvieran
presentes alúmina hidratada y estratlingita.
Refiriéndonos a la Figura 1, el triángulo de
línea gruesa 10 muestra las condiciones de frontera de la presente
invención. Los tres puntos negros 12, 14, 16 muestran las
posiciones para etringita, monosulfato y etringita + AH_{3},
respectivamente. La línea discontinua 18 muestra la frontera de la
formación secundaria de la expansión de etringita, dando como
resultado mayor expansión a medida que uno se mueve en la dirección
de la flecha 20. La línea delgada 22 muestra la frontera de la
formación de eflorescencia de Portlandita, dando mayor
eflorescencia a medida que uno se mueve en la dirección de la
flecha 24. Los números en los heptágonos vacíos se refieren a las
localizaciones aproximadas de los presentes Ejemplos. El contenido
de GGBS no se muestra en la Figura 1.
Ejemplo comparativo
8
Como ejemplo de una formulación según el
documento GB 2099808, se mezclaron los siguientes ingredientes
conjuntamente para formar una composición de aglomerante
hidráulico:
| Secar 51 | 15,6% |
| Anhidrita | 34,2% |
| Cemento Portland | 25,2% |
| Escoria de alto horno granulada molida | 25,0% |
Se prepararon pastas mezclando la anterior
composición de aglomerante con agua en una relación de 0,7 partes
de agua a 1 parte de aglomerante. Se encontró que las pastas eran
de muy baja densidad y bastante delicuescentes al tacto. Al
humedecer, tuvo lugar una rápida expansión que condujo a la
desintegración de la muestra. Esto mejoró formando la composición
en forma de mortero, pero las propiedades siguieron siendo
insatisfactorias. La difracción de rayos X y la microscopía
electrónica de barrido del cuerpo confirmaron la presencia de
etringita y algo de yeso pero no fueron detectadas alúmina
hidratada, hidróxido de calcio y estratlingita.
Claims (21)
1. Un aglomerante hidráulico para formar un
cuerpo cementoso no eflorescente, que comprende una fuente de
sílice activa, incluyendo el resto:
(i) una fuente de aluminato de calcio;
(ii) una fuente de silicato de calcio; y
(iii) una fuente de sulfato,
caracterizado porque el aglomerante
comprende de 10% a 49% en peso de la fuente de sílice activa
(basado en la mezcla seca cementosa total), y el resto incluye,
basado en el peso total de (i), (ii) e (iii):
- (i)
- de 40% a 90% en peso de la fuente de aluminato de calcio seleccionada de cemento de aluminato de calcio o clínker, y cemento de sulfoaluminato de calcio o clínker, teniendo dicha fuente de aluminato de calcio por lo menos 25% de alúmina o una relación de C/A de menos de 3;
- (ii)
- de 5% a 55% en peso de cemento Portland o clínker como fuente de silicato de calcio; y
- (iii)
- de 3% a 50% en peso de la fuente de sulfato, por lo menos el 25% de la cual es SO_{3}.
2. Un aglomerante hidráulico según la
reivindicación 1, estando presentes dichos ingredientes en tales
proporciones relativas que, en la hidratación, se forma tanto
monosulfato (C_{3}A.C\hat{s}.12H) como alúmina hidratada
(AH_{3}).
3. Un aglomerante hidráulico según la
reivindicación 1, estando presentes dichos ingredientes en tales
proporciones relativas que, en la hidratación se forma etringita
(C_{3}A.3C\hat{s}.32H) como un intermedio en la formación de
dicho monosulfato (C_{3}A.C\hat{s}.12H).
4. Un aglomerante hidráulico según la
reivindicación 1, estando presentes dichos ingredientes en tales
proporciones relativas que, en la hidratación, se forma
adicionalmente estratlingita (C_{2}ASH_{8}) e hidrosilicatos de
calcio.
5. Un aglomerante hidráulico según la
reivindicación 1, estando presentes dichos ingredientes en tales
proporciones relativas que, en la hidratación, no se forma
sustancialmente Portlandita (CH).
6. Un aglomerante hidráulico según la
reivindicación 1, en el que dicha fuente de sulfato de calcio es
anhidrita, yeso o hemihidrato.
7. Un aglomerante hidráulico según la
reivindicación 1, en el que dicha fuente de sílice activa es
escoria de alto horno granulada molida o un ingrediente
puzolánico.
8. Un aglomerante hidráulico según la
reivindicación 7, en el que dicho ingrediente puzolánico se
selecciona de metacaolin, cenizas volantes, sílice pirógena y finos
de perlita.
9. Un aglomerante hidráulico según cualquier
reivindicación precedente, en el que el contenido total de alúmina
es por lo menos el 15% en peso del contenido total del
aglomerante.
10. Una pasta acuosa para formar un compuesto
cementoso no eflorescente, formada por la adición de agua a un
aglomerante premezclado según las reivindicaciones 1 a 9, estando
presentes dichos ingredientes en tales proporciones relativas que,
en la hidratación, se forma tanto monosulfato
(C_{3}A.C\hat{s}.12H) como alúmina hidratada (AH_{3}).
11. Una pasta según la reivindicación 10, que
tiene una relación de agua a aglomerante de entre 0,2 y 1,0.
12. Una pasta según la reivindicación 11, en la
que la relación de agua a aglomerante está entre 0,28 y 0,68.
13. Una pasta según la reivindicación 10, 11 o
12, que comprende adicionalmente agregado, con una relación de
agregado a cemento de hasta 6.
14. Una pasta según la reivindicación 13, en la
que la relación de agregado a cemento es de hasta 2.
15. Una pasta según la reivindicación 10, que
comprende adicionalmente ingredientes adicionales seleccionados de
pigmentos, mejoradores del rendimiento en la
congelación-descongelación y con ácidos, mejoradores
del rendimiento en las heladas, modificadores de la reología,
plastificantes opcionalmente junto con aceleradores, aditivos
anti-segregación, desespumantes, agentes de mejora
de la superficie, agentes hidrófobos, y agentes de resistencia a
ácidos, y sus mezclas.
16. Un cuerpo cementoso no eflorescente, formado
al curar una pasta según las reivindicaciones 10 a 15.
17. Un cuerpo según la reivindicación 16, que
tiene una densidad después de la hidratación completa por lo menos
de 1,8 kg.m^{-3}.
18. Un cuerpo según la reivindicación 16 o 17, en
el que, después de la hidratación completa, la expansión de volumen
al exponerlo al agua es menor del 5%.
19. Un cuerpo según una cualquiera de las
reivindicaciones 16 a 18, que tiene una porosidad después de la
hidratación completa de menos del 30%.
20. Un método para formar un cuerpo cementoso no
eflorescente según las reivindicaciones 16 a 19, en el que dicho
cuerpo está constituido por un revestimiento sobre un artículo de
hormigón, comprendiendo el método revestir una superficie exterior
de un artículo de hormigón fresco o endurecido con dicha pasta y
curar el artículo y el revestimiento conjuntamente con una relación
de humedad de 75% HR a 100% HR a una temperatura de 0ºC a 50ºC
durante un periodo de tiempo de 30 minutos a 24 horas.
21. Un método según la reivindicación 20, en el
que dicho artículo de hormigón se selecciona de tejas, placas,
revestimientos y paredes.
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