ES2280992T3 - Composicion de un acelerador para acelerar el fraguado y/o el endurecimiento de una composicion de cemento. - Google Patents
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Abstract
Una composición de un acelerador para acelerar el fraguado y/o el endurecimiento de una composición de cemento, que comprende al menos un a-aminoácido.
Description
Composición de un acelerador para acelerar el
fraguado y/o el endurecimiento de una composición de cemento.
Esta invención se relaciona con una composición
de un acelerador para acelerar el fraguado y/o el endurecimiento de
una composición de cemento, un método para aplicar la composición de
cemento que comprende una composición aceleradora y una capa
endurecida de cemento.
Especialmente cuando se esparce sobre un
sustrato, una composición de cemento, tal como concreto, debe
fraguar muy rápidamente. Para un uso así, se han utilizado potentes
aceleradores incluido el aluminato de sodio e hidróxido de metal
alcalino. Sin embargo, ya que estos aceleradores son altamente
alcalinos, ofrecen unas condiciones muy desagradables para trabajo
y manejo. Por lo tanto, se han propuesto aceleradores con bajo
contenido de álcali o completamente libres de álcali, que contienen
compuestos de aluminio. Además, se han añadido una variedad de
otros compuestos en tales aceleradores, por ejemplo ácidos.
Aparte de las condiciones de trabajo, un
acelerador para una composición de cemento debería exhibir también
una estabilidad aceptable, ya que a menudo se los utiliza en
condiciones más extremas como las encontradas en túneles y se los
almacena por largos períodos de tiempo bajo temperaturas ambiente
altas. Tales condiciones pueden conducir a la gelificación de un
acelerador o en la precipitación del material disuelto o dispersado
en él. Por lo tanto, es crucial para un acelerador práctico no
solamente mejorar el fraguado y el endurecimiento de la composición
de cemento, sino también exhibir una razonable estabilidad durante
el almacenamiento.
El objeto de la invención es la de proveer una
composición aceleradora mejorada para las composiciones de
cemento.
Sorprendentemente se ha encontrado que los
aminoácidos \alpha mejoran la estabilidad durante el
almacenamiento, especialmente a elevadas temperaturas (\geq30ºC),
de los aceleradores para fraguado y/o endurecimiento para
aglomerantes hidráulicos, esto es, materiales de cemento, y/o el
desempeño de los mismos. La invención provee por lo tanto una
composición de un acelerador para acelerar el fraguado y/o el
endurecimiento de una composición de cemento, que comprende al
menos un \alpha- aminoácido.
En una composición de un acelerador de acuerdo
con al invención, el \alpha-aminoácido puede estar
presente en una dosis aproximadamente de 0,1-50%,
preferiblemente aproximadamente 0,2-15%, más
preferiblemente aproximadamente 0,5-10% por peso de
la composición del acelerador. La inclusión de un
\alpha-aminoácido dentro de estos rangos en una
composición de un acelerador para un material de cemento asegura una
mayor estabilidad durante el almacenamiento de la composición del
acelerador y/o un mejor fraguado y/o endurecimiento del material de
cemento en el cual se añade.
El \alpha-aminoácido se
selecciona preferiblemente entre alanina, cistina, cisteína,
aspartato, glutamato, fenilalanina, glicina, histidina, isoleucina,
lisina, leucina, metionina, asparaginas, ácido asparagínico,
prolina, glutamina, ácido glutámico, arginina, serina, treonina,
valina, triptófano y tirosina y/o un aminoácido artificial,
preferiblemente seleccionado entre las configuraciones D o LD de los
compuestos anteriormente mencionados, más preferiblemente D
alanina, LD alanina y \beta-alanina. Además, se
pueden utilizar aminoácidos básicos y ácidos en la forma de sus
sales, por ejemplo, el glutamato anteriormente mencionado. Estos
compuestos están fácilmente disponibles y, además, promueven la
duración durante el almacenamiento del acelerador y/o las
propiedades de fraguado y/o de endurecimiento de la composición de
cemento a la cual se le ha añadido el acelerador.
Además, la composición del acelerador como se la
definió anteriormente puede ser un acelerador libre de álcali,
preferiblemente conteniendo al menos un compuesto de aluminio, por
ejemplo una sal de aluminio y/o hidróxido de aluminio. Por lo
tanto, la composición del acelerador de acuerdo con la invención no
solamente tiene una mayor estabilidad durante el almacenamiento,
y/o no solamente mejora el fraguado y/o el endurecimiento de la
mezcla de cemento que contiene la composición del acelerador, sino
que también resulta en condiciones de trabajo aceptables durante el
procesamiento de la composición del cemento.
Opcionalmente, una o más de otras sales, tales
como sulfatos, y/o uno o más ácidos pueden ser incluidos en la
composición del acelerador de la invención. Los sulfatos preferidos
son sulfato de aluminio y/o sulfato de magnesio. Los ácidos
inorgánicos adecuados se seleccionan entre ácido fluorhídrico, ácido
fosfórico, ácido fosforoso, y/o ácido pirofosfórico. Los ácidos
orgánicos, tales como el ácido fórmico, el ácido cítrico, el ácido
láctico, y/o el ácido ascórbico también pueden estar presentes.
Además, se pueden incluir opcionalmente una o más aminas, por
ejemplo, alcanolaminas.
La invención está dirigida también a una
composición de un acelerador para acelerar el fraguado y el
endurecimiento de una composición de cemento que contiene un
\alpha-aminoácido y sales de aluminio.
Las sales de aluminio adecuadas para la
invención comprenden preferiblemente sulfato de aluminio e hidróxido
de aluminio. El sulfato de aluminio para ser utilizado en esta
invención se puede seleccionar a partir de cualquiera de tales
materiales conocidos en el arte. Los materiales preferidos son lo
sulfatos de aluminio hidratado que se encuentran disponibles en
muchos grados comerciales. Además, se puede utilizar cualquier
aluminio hidratado comercialmente disponible, tal como el hidróxido
de aluminio amorfo. Aunque todos estos hidróxidos de aluminio darán
resultados satisfactorios, también es cierto que entra más reciente
sea la fecha de su fabricación, mejor es el resultado. Los
hidróxidos de aluminio que contienen una pequeña porción de
carbonato de aluminio (hasta el 5% en peso) son más fáciles de
disolver y por lo tanto son los materiales preferidos.
Las proporciones en porcentaje en peso de los
componentes, que se combinan para formar la composición del
acelerador de acuerdo con la invención son por ejemplo
el resto para completar el 100% en
peso es
agua.
La composición del acelerador puede contener
también aminas, preferiblemente dialcanolamina.
En uso, especialmente cuando se inyecta a una
composición fluida de cemento que está siendo conducida a una
boquilla pulverizadora, la dosis de la composición del acelerador
está típicamente entre 3-12% en peso con base en el
peso del compuesto de cemento incluido en la composición de
cemento.
Por lo tanto, la invención abarca un método para
aplicar una composición de cemento a un sustrato, preferiblemente
por medio de pulverización a través de una boquilla para
pulverización, que comprende las etapas de mezclar un lote de una
composición fluida de cemento y añadir una composición de acelerador
como se definió anteriormente, preferiblemente inyectándola a la
composición de cemento en la boquilla para pulverización. Por medio
de este procedimiento se acelera en forma confiable el fraguado y/o
el endurecimiento de la composición de cemento, mientras que,
especialmente en el caso de la aplicación de la composición de
cemento por medio de pulverización, se evita el endurecimiento a
destiempo.
Además, de acuerdo con la invención, se provee
una capa endurecida de cemento, aplicada a un sustrato utilizando
un acelerador como se definió anteriormente, preferiblemente por
medio de la pulverización a través de una boquilla de
pulverización.
La invención está dirigida al uso de una
composición de acelerador como se definió anteriormente para
preparar una composición de cemento, y, además, para el uso de la
composición del acelerador como se definió anteriormente en un
método para la aplicación de una composición de cemento. De este
modo, se asegura un fraguado más rápido y/o una resistencia
temprana y/o final superior de la composición de cemento, y/o una
estabilidad mejorada del acelerador. Además, el fraguado de la
composición de cemento, tal como un concreto, puede en algunos casos
de la composición del acelerador, ser más lenta comparada con el
estado del arte, lo que es benéfico para la resistencia de la capa
de cemento endurecido resultante, ya que el endurecimiento de la
capa de cemento permite desarrollar una estructura más estable.
A continuación se ilustra la invención con
referencia a los siguientes ejemplos no limitantes en los cuales
todas las partes y los porcentajes se expresan en peso.
Diferentes aceleradores de acuerdo con la
invención y diferentes aceleradores de referencia son añadidos cada
uno a una mezcla de mortero A o B que tienen la siguiente
constitución de acuerdo al Estándar Europeo
196-1:
Ejemplos 1 y
2
Se prepararon dos aceleradores de acuerdo con la
invención y un acelerador de referencia con las siguientes
composiciones:
Con el propósito de evaluar la estabilidad
durante el almacenamiento del Ejemplo 1 y de la referencia 1, se
observó la presencia de precipitación después de varios meses de
almacenamiento a 30 y 40ºC. Estos resultados son los
siguientes:
Como es claro a partir de la tabla anterior, la
composición del acelerador de acuerdo con la invención que contiene
glicina muestra una significativa precipitación después de 3,5 meses
a una temperatura elevada de 30 y de 40ºC. En contraste con esto,
fue visible una significativa precipitación del acelerador de
referencia ya después de los 3 meses a 30ºC y después de 2 meses a
40ºC de temperatura de almacenamiento. Por lo tanto, el acelerador
que contiene glicina tiene claramente una mejor estabilidad durante
el almacenamiento comparado con el acelerador de referencia,
demostrando que el acelerador de la invención tiene una estabilidad
superior durante el almacenamiento, particularmente a elevadas
temperaturas.
Para evaluar el desempeño de la composición del
acelerador de acuerdo con la invención, se prepararon 3 mezclas de
mortero de acuerdo con EN 196-1, cada una
conteniendo mortero A y uno de los aceleradores anteriores en una
cantidad de 6% por peso de cemento. Los tiempos de fraguado de los
morteros resultantes se midieron por medio del procedimiento del
ensayo de Vicat de EN 196-3. Además, se realizaron
los ensayos de resistencia a la compresión de acuerdo con EN
196-1. Los resultados se muestran en la siguiente
tabla:
Ambas mezclas de mortero que contenían al
acelerador de acuerdo con la invención muestran una mayor
resistencia comparadas con el mortero de la Referencia 1. Por lo
tanto, la mezcla de un aminoácido dentro de un acelerador que
contiene compuestos de aluminio y un ácido promueve el
endurecimiento de la composición de cemento. Además, el acelerador
del Ejemplo 2 resulta en un comportamiento del fraguado similar al
de la referencia, mientras que el mortero del Ejemplo 1 revela un
fraguada más lento. Sin embargo, el fraguado más lento del Ejemplo
1 resulta en una resistencia superior después de 6 horas, 1 día y 7
días.
\newpage
Ejemplo
3
La estabilidad durante el almacenamiento y el
desarrollo de resistencia de un acelerador que contiene ácido
asparagínico de acuerdo con la invención se compararon con un
acelerador de referencia que contiene ácido fosfórico. Las
composiciones del acelerador del Ejemplo 3 y de la Referencia 3
fueron las siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
La estabilidad durante el almacenamiento de los
aceleradores se midió de acuerdo con el procedimiento de los
Ejemplos 1 y 2. Los resultados son los siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Como se aprecia fácilmente a partir de la tabla
anterior, el acelerador de acuerdo a la invención muestra una mayor
estabilidad durante el almacenamiento comparado con el acelerador de
la Referencia 3.
El desarrollo de resistencia de las mezclas que
consisten del mortero A anterior y de los aceleradores del Ejemplo
3 y de la Referencia 3, respectivamente, se evaluó de acuerdo con el
procedimiento de los Ejemplos 1 y 2. Las propiedades mecánicas del
mortero A que contiene a los aceleradores del Ejemplo 3 o de la
Referencia 3 en una cantidad del 6% por peso de cemento fueron las
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados del fraguado y del desarrollo de
resistencia del Ejemplo 3 son similares a los resultados de la
Referencia 3. Por lo tanto, la sustitución del ácido fosforoso por
el ácido asparagínico parece tener únicamente una pequeña
influencia sobre las propiedades mecánicas del mortero A.
\newpage
Ejemplo
4
Se prepararon un acelerador de acuerdo con la
invención y un acelerador de referencia y cada uno se mezcló con el
mortero B, siendo la cantidad de cada acelerador del 6% por peso de
cemento. Las composiciones de los aceleradores se muestran en la
siguiente tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
El fraguado y el desarrollo de resistencia de
las mezclas de mortero resultantes se evaluaron utilizando el
procedimiento de los Ejemplos 1 y 2. Los resultados son los
siguientes:
\vskip1.000000\baselineskip
Los resultados del Ejemplo 4, así como los del
Ejemplo 1, muestran que la adición de un aminoácido dentro de una
composición del acelerador proporciona morteros que tienen un
fraguado más lento y una mayor resistencia final en comparación con
el mortero de referencia.
Ejemplo
5
Un acelerador libre de álcali que contiene
sulfato de aluminio y dietanol amina fue comparado con una
composición de acelerador que contiene adicionalmente glicina. Las
composiciones de los dos aceleradores se muestran en la siguiente
tabla:
\vskip1.000000\baselineskip
\newpage
Para evaluar el desempeño de ambos aceleradores,
ellos fueron mezclados con el mortero B en una cantidad del 6% por
peso de cemento. Se analizó el desarrollo de resistencia como se
explicó anteriormente para los Ejemplos 1 y 2, mostrando los
siguientes resultados:
Como se aprecia fácilmente a partir de la tabla
anterior, la adición de glicina dentro de un acelerador libre de
álcali da como resultado un fraguado más rápido así como una
resistencia temprana (6 horas) y final (7 días) mejoradas.
Ejemplo
6
Para evaluar la estabilidad durante el
almacenamiento, se prepararon un acelerador de acuerdo con la
invención y un acelerador correspondiente de referencia que
representa al estado del arte y se observaron durante el
almacenamiento como se explicó anteriormente en los Ejemplos 1 y
2.
Está claramente demostrado por medio de la tabla
anterior que el acelerador que contiene glicina de acuerdo con la
invención tiene una estabilidad mejorada durante el almacenamiento
comparado con el acelerador que no contiene glicina.
Los resultados de la prueba anterior muestran
que los aceleradores de los Ejemplos 1 a 6 que contienen un
\alpha-aminoácido son superiores con respecto a
sus estabilidades durante el almacenamiento y/o el fraguado final
y/o la resistencia temprana y/o final del material de cemento al
cual se añaden. Especialmente en el Ejemplo 1, tanto la estabilidad
durante el almacenamiento del acelerador como la resistencia final
del material de cemento se mejoran en comparación con las
correspondientes referencias. Por medio de los Ejemplos 1 y 4 se
demuestra que un acelerador que contiene un
\alpha-aminoácido puede suministrar un fraguado
lento de un material de cemento al cual se añade, que puede ser
benéfico para la resistencia del material de cemento endurecido
resultante.
Por lo tanto, la composición del acelerador de
acuerdo con la invención muestra un desempeño superior suministrando
un mejor fraguado y/o propiedades mecánicas mejoradas a una
composición de cemento, y/o una estabilidad superior durante el
almacenamiento, especialmente a temperaturas elevadas.
Claims (10)
1. Una composición de un acelerador para
acelerar el fraguado y/o el endurecimiento de una composición de
cemento, que comprende al menos un
\alpha-aminoácido.
2. Una composición de un acelerador de acuerdo a
la reivindicación 1, en donde el \alpha-aminoácido
está presente en una dosis de 0,1-50% por peso de
la composición del acelerador.
3. Una composición de un acelerador de acuerdo a
la reivindicación 1 o la 2, en donde el
\alpha-aminoácido está presente en una dosis de
0,2-15% por peso de la composición del
acelerador.
4. Una composición de un acelerador de acuerdo
con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en donde el
\alpha-aminoácido es un aminoácido natural,
seleccionado entre alanina, cistina, cisteína, aspartato,
glutamato, fenilalanina, glicina, histidina, isoleucina, lisina,
leucina, metionina, asparaginas, ácido asparagínico, prolina,
glutamina, ácido glutámico, arginina, serina, treonina, valina,
triptófano y tirosina y/o un aminoácido artificial, seleccionado
entre las configuraciones D o LD de los aminoácidos naturales.
5. Una composición de un acelerador de acuerdo a
la reivindicación 4, en donde el aminoácido artificial seleccionado
entre las configuraciones D o LD de los aminoácidos naturales se
selecciona entre D alanina, LD alanina y la
\beta-alanina.
6. Una composición de un acelerador de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, en donde la
composición del acelerador es un acelerador libre de álcali que
contiene al menos una sal de aluminio.
7. Una composición de un acelerador de acuerdo
con una de las reivindicaciones precedentes, que comprende un
ácido, que es al menos uno entre ácido fórmico, ácido fluorhídrico,
ácido fosfórico, ácido fosforoso, y ácido pirofosfórico, y/o un
sulfato, que es al menos un sulfato de aluminio y sulfato de
magnesio.
8. Una composición de un acelerador de acuerdo a
la reivindicación 1, que contiene sulfato de aluminio y/o hidróxido
de aluminio.
9. Un método para aplicar una composición de
cemento a un sustrato, por medio de pulverización a través de una
boquilla para pulverización, que comprende las etapas de mezclar un
lote de una composición fluida de cemento y añadir una composición
de un acelerador de acuerdo a una de las reivindicaciones 1 a 8, por
medio de la inyección de la composición del acelerador a la
composición de cemento en la boquilla para pulverización.
10. Una capa endurecida de cemento aplicada a un
sustrato por medio de un método de acuerdo a la reivindicación
9.
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