ES2244683T3 - Mortero de cemento, estructura y metodo para reforzar componentes de edificacion. - Google Patents

Mortero de cemento, estructura y metodo para reforzar componentes de edificacion.

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Abstract

Mortero de cemento para formar estructuras que incorporan una red de fibras sintéticas para reforzar componentes de edificación, que comprende una mezcla de componentes en forma de polvo que comprende entre 5% y 95% de cemento, entre 10% y 70% de cargas minerales inertes finas de un tamaño de partícula inferior a 700 micras, caracterizado porque también comprende aditivos químicos que comprenden, en sí, entre 0, 1% y 25% de resinas copolímeras insaturadas, entre 0, 05% y 2, 5% de aditivos fluidificantes y entre 0, 005% y 1% de aditivos tixotrópicos que pertenecen a la clase de celulosas, siendo todos los porcentajes indicados en peso en relación al peso total del mortero de cemento.

Description

Mortero de cemento, estructura y método para reforzar componentes de edificación.
La presente invención se refiere a un mortero de cemento en forma de polvo sólido, a una estructura y a un procedimiento para reforzar componentes de edificación preexistentes.
El término "componentes de edificación" significa todos aquellos componentes de edificación construidos de obra de albañilería, cemento sin armar o cemento armado, considerados individualmente o combinados. En el transcurso del tiempo, muchos de estos componentes sufren una degradación debida a la agresión ambiental (natural o por efecto de la actividad del hombre), o causada por una deficiente manufactura de tales componentes o una selección inadecuada de materiales; finalmente, pero no exhaustivamente, también acontecimientos sísmicos pueden causar degradación.
La invención en consideración se refiere al procedimiento, a los materiales y a las estructuras para reparar o reforzar componentes de edificación preexistentes y adaptarlos para satisfacer los requerimientos legales.
Actualmente existen numerosos sistemas para reforzar componentes de edificación, pero estos sistemas presentan todos los defectos y problemas que se exponen brevemente en lo que sigue.
Uno de los métodos tradicionales para reforzar componentes de edificación que han experimentado daños debidos a un acontecimiento sísmico, o que requieren una mejora mecánica estática (típicamente las estructuras de albañilería diseñadas hace siglos y utilizadas ahora para otros fines), consiste en aplicar una red de acero electrosoldada para envolver la estructura. La finalidad de esta intervención es aumentar la ductilidad de los elementos estructurales (pavimento, columnas, vigas, paredes maestras, arcos y bóvedas).
Los inconvenientes del uso de esta técnica son, esencialmente, dos, a saber:
(a)
la dificultad de instalar una red electrosoldada a causa de su peso y su limitada manejabilidad: a este respecto, para colocar correctamente la red, se requieren varios operarios y, a veces, un equipo especial;
(b)
la red metálica se corroe, por lo que, a largo plazo, en medios agresivos, el refuerzo metálico se puede deteriorar debido a la formación de herrumbre.
Recientemente se ha introducido un nuevo sistema para reforzar basado en el uso de bandas de un tejido de carbono (u otra fibra) denominado polímero reforzador de fibras (F.R.P.). Estas bandas se aplican usando una resina termoplástica (usualmente epoxídica) que asegura una buena adherencia entre el hormigón (o la obra de albañilería) y las bandas de material sintético (carbono, aramida u otras fibras). Estos sistemas presentan también algunos inconvenientes, a saber:
(a)
se usan resinas epoxídicas con una temperatura operativa de como máximo 80ºC. Consecuentemente, en caso de incendio, el F.R.P. se degrada rápidamente a medida que la resina que mantiene las bandas de material sintéticos unidas a la estructura de hormigón o la obra de albañilería pierde sus propiedades químicas, físicas y mecánicas, lo que da por resultado la separación de las fibras en perjuicio del trabajo de restauración;
(b)
otro inconveniente es la naturaleza perniciosa de estas resinas tanto para el operario como para el medio ambiente: a este respecto, se usan como catalizadores para aminas secundarias y terciarias productos que normalmente son tóxicos/perniciosos, siendo algunos de ellos incluso potencialmente cancerígenos;
(c)
otro inconveniente de estos sistemas de consolidación se refiere a su aplicación en estructuras de albañilería. La aplicación de una resina epoxídica que, por definición, es una resina de poros cerrados, significa que la obra de albañilería no puede experimentar una transferencia termo-higrométrica con el exterior: esto significa que la humedad presente en la obra de albañilería no puede escapar y emigrar hacia el exterior;
(d)
finalmente, pero no exhaustivamente, los costes de estos trabajos de refuerzo son muy altos debido al alto coste de las resinas epoxídicas y las bandas de fibras sintéticas.
La técnica anterior está representada también por la solicitud de patente DE-A-19525508, que describe el aumento de resistencia mecánica de un componente de acero-hormigón armado o ladrillo mediante: la aplicación, primeramente, de una matriz mineral en forma de un mortero de cemento sobre al menos una superficie de un componente; segundo, la compresión de un refuerzo de una red textil sobre la matriz mineral de manera que el mortero penetre en las redes de refuerzo, y, seguidamente, la aplicación de otra capa de mortero de cemento de la misma matriz mineral usada en la primera etapa.
El procedimiento descrito en la patente alemana es muy interesante, pero no puede usarse en la práctica porque requiere el uso de una matriz que se forma por mezcla de cementos, cargas y una dispersión en agua de estirol/acrilato como componente aglutinante preferido.
La presencia de la dispersión acuosa de estirol/acrilato en la mezcla matriz imparte un carácter físico de fluidez intensificada a tal mezcla (que, por tanto, no tiene el comportamiento de fraguado que tienen las mezclas obtenidas con sólo polvos sólidos corrientes o cementos sólidos) y, consecuentemente, se presentan dos inconvenientes, uno de ellos, el que, cuando sobre una superficie vertical de una estructura de una edificación se aplica la capa de mortero de cemento que comprende el componente aglutinante, la capa tiende a caer hacia abajo; y el otro, que la presencia de la dispersión de estirol/acrilato seguramente degradará la capa matriz seca de cemento, lo que causará fisuras y/o desmoronamientos en ella.
Ciertamente, es bien conocido que la resistencia mecánica de un mortero de cemento está influida fuertemente por la relación agua/cemento: cuanto más alta es esta relación, más baja será la resistencia mecánica del mortero de cemento y más alta será la formación de grietas y/o el desmoronamiento como consecuencia de cambios del volumen.
El objetivo principal de la presente invención es proporcionar una estructura de refuerzo estructural de edificaciones preexistentes (componentes de cualquier forma construidos de hormigón no armado, hormigón armado u obra de albañilería) que se pueda realizar simple y rápidamente, permita que tenga lugar una transferencia termo-higrométrica normal entre el exterior y el interior de estos componentes, tenga la misma resistencia al fuego que el hormigón armado y use una red resistente de un tipo que no pueda experimentar fenómenos de degradación en ningún tipo de medio químico/agresivo: esta red es también menos costosa que las bandas de fibras sintéticas usadas en la técnica anterior.
Otro objetivo de esta invención es proporcionar un mortero de cemento que esté en forma de polvo y no contenga agua en absoluto (obviamente, se deberá añadir agua a la mezcla de cemento justo antes de usar el mortero), en tanto que contenga aditivos fluidificantes y tixotrópicos que permitan añadir una cantidad de agua menor al mortero en el momento de usarlo (aumentando así la resistencia mecánica de la capa de cemento fraguado), lograr que la distribución de la capa de mortero de cemento sea más fácil, evitar que la capa de cemento se deslice hacia abajo cuando se aplica en una pared vertical, y prevenir o reducir fuertemente la formación de grietas y/o desmoronamientos en la capa de cemento fraguado.
Este y otros objetivos se alcanzan mediante un mortero de cemento para formar estructuras que incorporan redes de fibras sintéticas para reforzar componentes de edificación, que comprende una mezcla de componentes en forma de polvo que comprende entre 5% y 95% de cemento, entre 10% y 70% de cargas minerales finas inertes que tienen un tamaño de partícula inferior a 700 micras, caracterizado porque también comprende aditivos químicos que, en sí, comprenden entre 0,1% y 25% de resinas copolímeras insaturadas, entre 0,05% y 2,5% de aditivos fluidificantes y entre 0,005% y 1% de aditivos tixotrópicos que pertenecen a la clase de celulosas, porcentajes que son en peso y se refieren al peso total de mortero de cemento.
Los cementos que se pueden usar son cemento Portland, cemento Portland compuesto, cemento de horno alto, cemento de puzolana, cemento compuesto y los correspondientes subtipos; se prefieren los cementos de puzolana o compuestos. Sus proporciones varían entre 5% y 95% en peso, siendo preferidas las composiciones entre 20% y 70% en peso.
Las cargas minerales tienen un tamaño máximo de partícula de 700 micras; pueden ser de naturaleza cuarcífera, silícea, calcárea, arenosa o granítica, o ser subproductos de otros procesos tales como harina de sílice o cenizas volantes. Preferiblemente se usan mezclas de las mencionadas cargas.
La proporción de la mezcla varía entre 10% y 70% en peso.
Los aditivos químicos usados en la formulación del mortero se pueden clasificar de acuerdo con la naturaleza química y/o el comportamiento. Algunos de ellos son esenciales para hacer el aglutinante del mortero de cemento, mientras que otros son preferidos, aunque no esenciales.
Los aditivos cuya presencia en el mortero es esencial son los siguientes:
1. Resinas de polímeros en forma de polvo que pertenecen a la clase de copolímeros insaturados, tales como copolímeros de estireno/butadieno, acetato de vinilo/ etileno, estireno/divinilbenceno, estireno/acrílicos, etc. Las proporciones a usar varían entre 0,1% y 25% en peso, prefiriéndose valores entre 1% y 17% en peso.
2. Aditivos superfluidificantes y fluidificantes que preferiblemente pertenecen a la clase de polímeros basados en sulfonatos de lignina, betanaftaleno o melamina-formaldehído (LS, NFS o MS) policondensados, o basados en cadenas de poliacrilato modificado. La proporción varía entre 0,05% y 2,5% en peso.
3. Aditivos tixotrópicos que pertenecen a la clase de celulosas, tales como metilcelulosa, metilhidroxietil-celulosa, metilhidroxipropilcelulosa, hidroxietilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, carboximetilcelulosa, carboximetil-hidroxietilcelulosa. Se prefieren la metilcelulosa y sus derivados.
Las proporciones a usar varían de 0,005% a 1% en peso; experimentos prácticos indican que los mejores resultados se obtienen con proporciones entre 0,15% y 0,65% en peso.
Los aditivos cuya presencia es preferible pero no esencial, son:
1. Agentes de aireación catiónicos, no iónicos o anfóteros tales como sales de amonio cuaternario, sales mixtas del ácido laurilsulfónico, boratos de fluorofenilo, nonilfenilo con varios grados de etoxilación, etc. Se prefieren los derivados del ácido laurilsulfónico: las proporciones varían entre 0,01% y 1,5% en peso.
2. Aditivos para contrarrestar la contracción tanto en estado plástico como en el endurecido, que consisten en mezclas de sulfoaluminatos y óxidos. Las proporciones a usar son de entre 0,1% y 10% en peso, prefiriéndose proporciones entre 0,3% y 5% en
peso.
Todos los porcentajes especificados son en peso en relación al peso total del mortero de cemento del que forman parte los varios aditivos.
La invención se refiere también a un procedimiento para reforzar componentes de edificación, procedimiento que comprende preparar una capa del mortero de cemento definido antes, mortero que se mezcla con agua y luego se aplica sobre la superficie del componente de edificación a reforzar, e incorporar una o más redes hechas de una o más fibras sintéticas, que consisten en fibras adecuadas para las redes, tales como fibras de carbono, aramida, de vidrio, de poliéster, polietileno u otras, o mezclas de ellas, en cuyo caso, las proporciones de la mezcla varían entre 10%-90% y 90-10% en peso, prefiriéndose las mezclas consistentes en 50%-50% en peso.
En cuanto al perfil geométrico, el sistema de red mencionado tiene una malla cuadrada cuyas dimensiones son de 10 a 35 mm, prefiriéndose los valores de 11 mm, 26 mm y 35 mm, cuya finalidad es mejorar o adaptar la estructura a la que se aplica.
La distribución ponderal porcentual de la fibra sintética en ambas direcciones de urdimbre y trama varía entre 20-80 y 80-20; experimentos prácticos revelan que las proporciones 24-76, 55-45 y 78-22 proporcionan los mejores resultados en cuanto al refuerzo estructural.
Para clarificar el procedimiento para formar el mortero y la estructura reforzadora de los componentes de edificación, se describirán seguidamente algunas realizaciones, a modo de ejemplo y sin carácter limitativo.
Ejemplo 1
Preparación del mortero de cemento
Se mezclan íntimamente 22,8% de cemento de puzolana, 8,35% de una resina copolímera, 0,03% de metilhidroxietilcelulosa, 37,27% de cuarzo de grano fino con un tamaño máximo de partícula de 500 micras, y 31,55% de ceniza volante, porcentajes que son en peso en relación al peso total del mortero.
Ejemplo 2
Preparación del mortero de cemento
De manera similar a la del Ejemplo 1, se mezclan íntimamente cemento compuesto (53,25%), resina copolímera (1,95%), metilcelulosa (0,20%), cuarzo de grano fino con un tamaño máximo de partícula de 350 micras (20,80%), mármol en polvo con un tamaño máximo de partícula de 41 micras (13,50%), harina de sílice (6,50%), ACR (0,05%), lalurilsulfato éter (0,80%) y un aditivo anticontracción (2,95%).
Ejemplo 3
Preparación del mortero de cemento
Se mezclan íntimamente cemento de horno alto (64,00%), resina copolímera (16,75%), metilcelulosa (0,60%), cuarzo con un tamaño máximo de partícula de 500 micras (20,80%), mármol con un tamaño máximo de partícula de 51 micras (13,50%), ceniza volante (4,75%) y NFS.
El mortero de cemento descrito en los Ejemplos 1 a 3 consiste en una mezcla íntima de componentes en forma de polvo.
Ejemplo 4
Formación de estructuras de refuerzo para componentes de edificación
Los componentes de edificación a reforzar pueden ser de cualquier clase, esto es, construidos de obra de albañilería, hormigón no armado, hormigón armado o cualquier combinación de estos materiales.
La superficie del componente a reforzar (por ejemplo, los extradoses de obra de albañilería, la superficie de una columna reforzada o un pilar de hormigón no armado, la pared de obra de albañilería) se limpia cuidadosamente eliminando el material incoherente y, posiblemente, aplicando mortero para que la superficie quede uniforme. Luego se debe mojar la superficie y se aplica sobre ella una capa suficientemente gruesa (por ejemplo, de un espesor de aproximadamente 5 mm) del mortero de cemento de la presente invención, después de lo cual se extienden sobre ella una o más capas de red de material sintético (si se usa más de una capa de la red, las mallas de una red se superponen correspondiendo a las de la red adyacente más próxima, interponiendo una capa de mortero de cemento entre ellas), se presiona la red contra la capa de mortero hasta que quede embebida en el mortero y, finalmente, se iguala la superficie exterior aplicando una capa muy fina (de aproximadamente 1 mm) de mortero de cemento.
En el dibujo que se acompaña, la figura representa una porción de obra de albañilería 1, sobre cuya superficie a reforzar se aplica una primera capa 2 de mortero de cemento en la que se embebe una red 3 de fibra sintética, sobre la cual luego se aplica una segunda capa 4 delgada del mortero de cemento de la invención.
Los ensayos efectuados han demostrado que las estructuras descritas son muy efectivas para reforzar los componentes de edificación a las que se aplican, permiten que haya una transferencia termo-higrométrica normal entre el interior y el exterior de la obra de albañilería, tienen la misma resistencia al fuego que las estructuras de cemento armado y obra de albañilería y no experimentan fenómenos de degradación en cualquier tipo de ambiente químico agresivo.

Claims (3)

1. Mortero de cemento para formar estructuras que incorporan una red de fibras sintéticas para reforzar componentes de edificación, que comprende una mezcla de componentes en forma de polvo que comprende entre 5% y 95% de cemento, entre 10% y 70% de cargas minerales inertes finas de un tamaño de partícula inferior a 700 micras, caracterizado porque también comprende aditivos químicos que comprenden, en sí, entre 0,1% y 25% de resinas copolímeras insaturadas, entre 0,05% y 2,5% de aditivos fluidificantes y entre 0,005% y 1% de aditivos tixotrópicos que pertenecen a la clase de celulosas, siendo todos los porcentajes indicados en peso en relación al peso total del
mortero de cemento.
2. Mortero de cemento según la reivindicación 1, caracterizado porque los mencionados aditivos fluidificantes se seleccionan entre el grupo consistente en polímeros basados en sulfonatos de lignina, betanaftaleno o melamina-formaldehído policondensados, y polímeros basados en cadenas de poliacrilato modificado.
3. Un procedimiento para reforzar componentes de edificación, caracterizado por aplicar sobre la superficie del componente una capa de una mezcla de agua y un mortero de cemento de acuerdo con las reivindicaciones 1 y 2, capa que incorpora al menos una red formada por al menos una fibra sintética.
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