ES2288420B1 - Utilizacion de compuestos de magnesio de bajo contenido en la formulacion de morteros para la proteccion contra el fuego. - Google Patents
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Abstract
Composiciones de árido que comprenden compuestos de magnesio de bajo contenido que descomponen según procesos endotérmicos, que se utilizan para la obtención de morteros resistentes al fuego.
Description
Utilización de compuestos de magnesio de bajo
contenido en la formulación de morteros para la protección contra el
fuego.
La presente invención se refiere a compuestos de
magnesio de bajo contenido que se utilizan en la formulación de
morteros para la protección contra el fuego.
Se entiende que un elemento de construcción es
resistente al fuego cuando presenta una buena respuesta al mismo,
como por ejemplo un elemento no combustible, con una estabilidad
mecánica a temperaturas críticas, con una estanqueidad a las llamas
y a los gases inflamables y/o con un aislamiento térmico entre
compartimientos.
La utilización de materiales en la protección
pasiva de los elementos estructurales, disminuye el grado de
propagación del fuego y asegura la estabilidad de una instalación
durante un tiempo de seguridad que permita el control del
incendio.
Es conocido que tanto el hormigón como el acero,
como principales materiales estructurales en las construcciones
arquitectónicas, bajo la acción del fuego sufren modificaciones
importantes que disminuyen notablemente su resistencia mecánica.
Así, a partir de 300ºC se estima que el hormigón experimenta una
disminución del 10% de sus propiedades mecánicas, ente 300º y 600ºC
la resistencia a compresión disminuye un 50% y entre 600º y 950ºC
su resistencia es muy reducida. Por lo que se refiere al acero,
temperaturas por encima de los 400º - 500ºC, tienen como
consecuencia un descenso rápido de su resistencia a tracción.
Finalmente, para el hormigón armado, se establecen los 500ºC como
temperatura crítica, a partir de la cual desaparece el coeficiente
de seguridad y el elemento deja de ser estable.
De acuerdo con lo anteriormente expuesto, un
material de protección pasiva debe tener un buen comportamiento al
fuego, principalmente, en el intervalo de temperaturas comprendido
entre los 300º y los 900ºC, donde se inicia la pérdida de
resistencia mecánica y se establecen las temperaturas críticas de
los materiales estructurales ("Patología y terapéutica del
hormigón armado". M. Fernández Cánovas. Rugarte, S.L. pp
91-118. Madrid 1994).
El uso de materiales para la protección pasiva
contra el fuego es conocido en el estado de la técnica, por ejemplo
en la patente US2005/0229809A1 se describen compuestos para el
revestimiento de superficies, usadas en construcción, con
propiedades retardantes al fuego. Esta formulación contiene al
menos silicatos metálicos y puede incluir además fosfatos y óxidos
metálicos.
También es conocido el uso de residuos
procedentes de procesos industriales para la fabricación de
materiales que se utilizan en la protección pasiva contra el fuego,
como se describe en la patente ES2245895A1, en este caso se
describe la obtención de materiales aislantes a partir de residuos
de procesos térmicos que utilicen biomasa.
De acuerdo con un primer aspecto de la presente
invención, se proporciona una composición de árido que comprende un
estéril de flotación de un mineral de magnesio.
Se entiende por estéril de flotación de un
mineral de magnesio a un subproducto de bajo contenido en magnesio
formado principalmente por magnesita y dolomita. Este se genera
durante el proceso de flotación de un mineral de magnesio, y más
particularmente de la magnesita natural, para el enriquecimiento de
la misma antes de ser alimentada en los hornos de calcinación.
En una realización preferida, esa composición
puede comprender además un producto de hidratación de un compuesto
de magnesio. Este producto de hidratación se corresponde con un
subproducto constituido principalmente por hidróxido de magnesio
-Mg(OH)_{2}-. En una realización aún más preferida,
el contenido de hidróxido de magnesio es de entre un 20% y un 70%
en peso. Este producto es resultante de la atemperación con agua y
almacenamiento a la intemperie de los polvos de ciclones recogidos
en el sistema de depuración de los gases de combustión de un
mineral de magnesio, en particular, pero sin limitarse, de la
magnesita natural. Durante la atemperación con agua, el óxido de
magnesio se hidrata dando lugar al hidróxido de magnesio, mientras
que en el periodo de almacenamiento en la intemperie, el hidróxido
cálcico formado en la atemperación reacciona con el CO_{2}
atmosférico, dando lugar al carbonato cálcico.
Esta composición del árido descrita con
anterioridad se caracteriza por su resistencia al fuego, debido a
que el hidróxido de magnesio -Mg(OH)_{2}-,
independientemente de su contenido en el material de partida
utilizado como árido, descompone térmicamente entorno a los 350ºC,
dando lugar a vapor de agua y óxido de magnesio -MgO-; la magnesita
-MgCO_{3}-, descompone térmicamente en anhídrido carbónico
-CO_{2}- y óxido de magnesio alrededor de 500ºC; y la dolomita
-CaMg(CO_{3})_{2}-, en atmósfera de aire,
descompone térmicamente, dando anhídrido carbónico, óxido de calcio
-CaO- y óxido de magnesio, a temperaturas próximas a los 700ºC. Por
tanto, un árido conteniendo una mezcla de los tres compuestos,
independientemente de las proporciones en las que se encuentren los
mismos, descompondría, mediante procesos endotérmicos, en un
intervalo de temperaturas comprendido entre los 350º y los
700ºC.
Los compuestos de la patente de invención, se
corresponden con hidróxidos de magnesio y carbonatos de magnesio de
bajo contenido, o una mezcla de estos, que descomponen mediante
procesos endotérmicos, dando lugar a vapor de agua y anhídrido
carbónico que mitigan y retardan el efecto del fuego, y óxido de
magnesio que actúa como un aislante térmico.
El resto de compuestos contenidos en los áridos
de bajo contenido en magnesio, independientemente del porcentaje de
los mismos, deben tener también un buen comportamiento al fuego:
incombustibles e inertes, o cuya descomposición endotérmica no dé
lugar a gases tóxicos.
Por otro lado, se entiende que un elemento de
construcción es resistente al fuego cuando presenta una buena
repuesta al mismo, no combustible, una estabilidad mecánica a
temperaturas críticas, una estanqueidad a las llamas y a los gases
inflamables y un aislamiento térmico entre compartimientos. La
utilización de materiales en la protección pasiva de los elementos
estructurales, disminuye el grado de propagación del fuego y
asegura la estabilidad de una instalación durante un tiempo de
seguridad que permita el control del incendio.
En este sentido, y en función de la naturaleza
de los áridos utilizados en la formulación de los morteros, se
pueden obtener propiedades especiales en los mismos, como es el
caso de la presente patente de invención, una protección contra el
fuego.
De acuerdo con lo anteriormente descrito, un
segundo aspecto de la presente invención se refiere a la obtención
de morteros con capacidad de resistencia al fuego, formulados con
compuestos de magnesio de bajo contenido, descritos anteriormente,
que podrían sustituir total o parcialmente a los áridos
convencionales.
La invención se refiere igualmente a la
formulación de morteros destinados a la protección pasiva contra el
fuego, para revocos exteriores y enlucidos interiores, aplicados o
proyectados sobre estructuras, o para la fabricación de paneles
rígidos o semi-rígidos u otros elementos conformados
que le confieren al material propiedades para la protección contra
el fuego. Estos pueden emplearse para revestir estructuras
metálicas o cualquier otro elemento al que se tenga que dotar de
resistencia al fuego, o fabricar paneles u otros elementos
conformados que permitan aislar la propagación ocasional de un
incendio.
Estos morteros pueden incluir un material
aglomerante en su composición, por ejemplo, pero sin limitarse, el
cemento. En una realización preferida, la relación
árido-cemento es de 4:1, típica de los morteros de
revoco y enlucido, e independientemente de la composición que el
árido tenga en los compuesto de magnesio de bajo contenido.
Por tanto, se podría llegar a sustituir total o
parcialmente el árido convencional para morteros, por dos
subproductos de bajo contenido de magnesio, que descomponen en
procesos endotérmicos, generando óxido de magnesio, vapor de agua y
anhídrido carbónico. En este caso, a parte del calor absorbido
durante estos procesos de descomposición, tanto el vapor de agua
como el anhídrido carbónico son productos que mitigan y retardan el
efecto del fuego. A parte, el óxido de magnesio obtenido en la
reacción de descomposición, actúa como un aislante térmico, siendo
éste un producto comúnmente empleado como material refractario por
su baja conductividad térmica.
La utilización de compuesto de bajo contenido de
magnesio, en lugar de utilizar los de elevada pureza, permite
abaratar los costes de los materiales utilizados como áridos en la
formulación de los morteros resistentes al fuego, siendo estos
económicamente competitivos con los morteros que habitualmente se
utilizan para revocos exteriores y enlucidos interiores.
A lo largo de las reivindicaciones y de la
descripción de la presente invención, la palabra "comprende" y
las variaciones de la misma, no pretenden excluir otros componentes
o pasos. Los ejemplos y las figuras se proporcionan a modo de
ilustración y no tienen el propósito de limitar la presente
invención.
Figura 1.- muestra el análisis termogravimétrico
del producto de hidratación de un compuesto de magnesio de bajo
contenido (H).
Figura 2.- muestra el difractograma de la
muestra del producto de hidratación de un compuesto de magnesio de
bajo contenido (H) calcinada hasta 800ºC.
Figura 3.- muestra el termograma obtenido para
la muestra de estéril de flotación de un mineral de magnesio
(EF).
Figura 4.- muestra el perfil de la curva del
análisis DSC de la muestra correspondiente al hidróxido de magnesio
de bajo contenido (H).
Figura 5.- muestra probetas cilíndricas con un
diámetro de 41 mm y una altura de 50 mm para su posterior ensayo al
fuego (Norma UNE-EN ISO 1182).
Figura 6.- representa el comportamiento al fuego
(Norma UNE-EN ISO 1182) del mortero formulado con
los productos de magnesio de bajo contenido, comparándolo con aquel
obtenido en el mortero formulado con áridos convencionales.
Figura 7.- representa el comportamiento al fuego
(Norma UNE-EN ISO 1182) del mortero formulado con
estéril de flotación (EF), comparándolo con aquel obtenido en el
mortero formulado con el árido convencional M1.
En la presente patente de invención, como
ejemplo de utilización de dos productos de bajo contenido en
magnesio como áridos para la formulación de los morteros
resistentes al fuego, se han empleado dos subproductos generados
durante la beneficiación y calcinación de la magnesita natural: un
hidróxido de magnesio de bajo contenido y un estéril de flotación,
designados como (H) y (EF) respectivamente.
El intervalo de composición química de ambos
productos de magnesio de bajo contenido, tomados como ejemplo en la
presente patente de invención, es el que se describe a continuación
en la Tabla 1.
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Como puede observarse en el análisis
termogravimétrico (TGA) del hidróxido de magnesio de bajo contenido
(H), Figura 1, aparecen tres saltos significativos,
correspondientes a las tres reacciones de descomposición térmica
que tienen lugar:
La pérdida de peso total del producto,
consecuencia de la descomposición térmica del mismo, es de
aproximadamente un 34%. Es este caso, el producto final de
descomposición de la muestra es el óxido de magnesio y, en menor
cuantía, el óxido cálcico, como puede observarse en el
difractograma de la muestra de (H) calcinada hasta 800ºC (Figura
2).
En la Figura 3 se muestra el termograma obtenido
para la muestra de estéril de flotación (EF).
Se observan dos saltos en el rango de
temperaturas 500-780ºC, correspondientes a las
etapas de descomposición de la magnesita y la dolomita
respectivamente:
En este caso, la pérdida de peso total del
producto (EF), consecuencia de la descomposición térmica del mismo,
es de aproximadamente un 45%. Nuevamente, al igual que la muestra
(H), el producto de la descomposición se corresponde con un óxido
de magnesio y un óxido cálcico.
Para corroborar que cada una de estas reacciones
de descomposición se corresponden con reacciones endotérmicas que
absorben calor del medio, condición indispensable para que estos
productos actúen como materiales resistentes al fuego, se ha
procedido a realizar, un análisis calorimétrico diferencial de
barrido (DSC), que permite registrar las variaciones de energía
producidas en una muestra al ser calentada o enfriada. En la Figura
4 se muestra el perfil de la curva del análisis DSC de la muestra
correspondiente al hidróxido de magnesio de bajo contenido (H).
Pueden observarse los tres picos endotérmicos correspondientes a
las etapas de descomposición endotérmica con liberación de agua y
CO_{2}.
El primer pico a 394ºC es el más intenso y se
corresponde a la descomposición del Mg(OH)_{2}.
Este fenómeno y el hecho que se produzca a temperaturas
relativamente bajas, hace muy interesante la utilización de este
producto que cubre el rango inferior de temperaturas descritas como
óptimas en la protección pasiva de los morteros resistentes al
fuego.
Por otro lado, en el DSC del estéril de
flotación (EF) aparecen bien diferenciados dos picos endotérmicos a
658ºC y a 780ºC, siendo su intensidad prácticamente idéntica. Desde
este punto de vista, la utilización de este producto es interesante
dado que cubre la parte superior del intervalo donde se dan las
temperaturas críticas de los materiales estructurales comúnmente
utilizados en las construcciones arquitectónicas. Por tanto, una
mezcla de ambos compuestos de magnesio de bajo contenido cubre un
amplio rango de temperaturas, 350º - 800ºC aproximadamente, en el
que consecutivamente tendría lugar un procesos endotérmicos de
descomposición, dando lugar a la formación de agua y/o anhídrido
carbónico.
Paralelamente, y con la finalidad de evaluar los
resultados obtenidos en los morteros formulados con productos de
magnesio de bajo contenido, se realizaron morteros formulados con
áridos comerciales, empleados comúnmente en la formulación de
morteros de revoco. El criterio de comparación seguido en los
ejemplos que se presentan en esta patente ha sido el tamaño de
partícula de los áridos empleados, de manera que se han buscado dos
áridos silícicos comerciales, M1 y M2, con la distribución de
tamaño de partícula similar a la que presentan los productos de
magnesio de bajo contenido.
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\vskip1.000000\baselineskip
Por otra parte, en todas las series
experimentales realizadas, independientemente del árido utilizado
en la formulación de los morteros, se ha empleado como soporte o
aglomerante inorgánico un Cemento Pórtland (52,5R), sin la adición
de aditivos.
Finalmente, y con el objeto de establecer en los
morteros formulados una relación sólido/agua idónea, la cantidad de
agua adicionada para el amasado se ha determinado a partir de la
consistencia (Norma UNE 83258:2005) de dos morteros proyectados
comerciales, C1 y C2, según especificaciones del propio
proveedor.
En función del tipo de ensayo realizado para la
determinación de los diferentes parámetros de estudio, mecánicos y
resistencia al fuego, se han enmoldado dos tipos de probetas: a)
cilíndricas con un diámetro de 41 mm y una altura de 50 mm para su
posterior ensayo al fuego (Norma UNE-EN ISO 1182),
Figura 5, y b) prismáticas de 40x40x160 mm para la determinación de
resistencias mecánicas a flexotracción y a compresión (Norma
UNE-EN196-1).
Los moldes que contienen las probetas a ensayar
se han conservado en la cámara húmeda durante 24 horas a una
temperatura de 20ºC\pm1ºC y una humedad relativa no menor del
90%.
Al cabo de 24 horas, las probetas fueron
desmoldeadas, y se mantuvieron en la cámara húmeda durante 28 días
antes de proceder al ensayo de las mismas.
En este ejemplo, se formuló un mortero para la
protección contra el fuego empleando como material árido únicamente
una mezcla de los dos subproductos de magnesio de bajo contenido,
siendo las proporciones establecidas aquellas que se detallan a
continuación en la Tabla 3. Asimismo, en la formulación del mortero
se ha establecido una relación cemento Pórtland/árido de 1:4,
similar a la utilizada en los morteros proyectados comerciales, C1
y C2, según especificaciones del propio proveedor.
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Puede observarse que la proporción de agua
utilizada para preparar el mortero formulado con productos de
magnesio de bajo contenido es mayor que aquel formulado con los
áridos comerciales silícicos, así como también la densidad del
mortero fresco. Esto es debido principalmente a que el producto (H)
tiene una superficie específica mucho mayor (Tabla 2) que el resto
de áridos empleados, siendo este parámetro proporcional a la
porosidad del producto y capacidad de retención de agua.
En la Figura 6, se ha representado el
comportamiento al fuego (Norma UNE-EN ISO 1182) del
mortero formulado con productos de magnesio de bajo contenido,
comparándolo con aquel obtenido en el mortero formulado con áridos
convencionales. En el ensayo se ha monitorizado la temperatura del
horno, la temperatura de la superficie exterior de la probeta y la
temperatura del interior correspondiente al centro de la
probeta.
Como puede observarse, el mortero formulado con
productos de bajo contenido en magnesio presenta un mejor
comportamiento al fuego que el formulado con áridos
comerciales.
Asimismo, puede observarse también que el perfil
de temperatura del interior de la probeta del mortero formulado con
compuestos de bajo contenido en magnesio, dibuja perfectamente los
diferentes estadios correspondientes a las reacciones de
descomposición térmica del hidróxido de magnesio y carbonatos de
magnesio respectivamente.
En la Tabla 4 se describen los resultados
obtenidos en los ensayos mecánicos de flexotracción y compresión.
Junto con los resultados obtenidos con las probetas del mortero
formulado con compuestos de magnesio de bajo contenido, también se
describen aquellos formulados con arenas silícicas M1 y M2, así
como los de los dos morteros comerciales C1 y C2.
Como puede observarse, el mortero formulado con
productos de magnesio de bajo contenido presenta resistencias
mecánicas muy inferiores al formulado con la correspondiente arena
silícica. Sin embargo, la resistencia mecánica, tanto a compresión
como a flexotracción, es comparable con los morteros de revoco
comerciales.
En este ejemplo, se formuló un mortero para la
protección contra el fuego empleando como material árido únicamente
uno de los dos subproductos anteriormente descritos.
Concretamente, se sustituyo la totalidad del
árido convencional por el estéril de flotación (EF), siendo las
proporciones empleadas las que se detallan a continuación en la
Tabla 5.
Nuevamente se utilizó una relación cemento
Pórtland/árido de 1:4, siendo el agua de amasado aquella
determinada a partir de la consistencia (Norma UNE 83258:2005) de
los morteros proyectados comerciales, C1 y C2, según
especificaciones del propio proveedor.
Puede observarse que la proporción de agua
utilizada para preparar el mortero formulado con el producto de
magnesio de bajo contenido es idéntica a la empleada en la
formulación con el árido convencional. Sin embargo la densidad del
mortero fresco, en este caso, es superior.
Esto es debido principalmente a que el producto
(EF) tiene una superficie específica también similar a la de los
áridos silícicos (Tabla 2), mientras que su densidad es
superior.
En la Figura 7, se ha representado el
comportamiento al fuego (Norma UNE-EN ISO 1182) del
mortero formulado con estéril de flotación (EF), comparándolo con
aquel obtenido en el mortero formulado con el árido convencional
M1. En el ensayo se ha monitorizado la temperatura del horno, la
temperatura de la superficie exterior de la probeta y la
temperatura del interior correspondiente al centro de la
probeta.
Como puede observarse, el mortero formulado con
el producto de bajo contenido en magnesio presenta un mejor
comportamiento al fuego que el formulado con arenas
comerciales.
Asimismo, puede observarse también que el perfil
de temperatura del interior de la probeta del mortero formulado con
el estéril de flotación (EF), dibuja perfectamente los diferentes
estadios correspondientes a las reacciones de descomposición
térmica de los carbonatos de magnesio y dolomita
respectivamente.
En la Tabla 6 se describen los resultados
obtenidos en los ensayos mecánicos de flexotracción y compresión.
Junto con los resultados obtenidos con las probetas del mortero
formulado con compuestos de magnesio de bajo contenido, también se
describen aquellos formulados con la arena silícica M1, así como
los de los dos morteros comerciales C1 y C2.
Como puede observarse, el mortero formulado con
productos de magnesio de bajo contenido presenta resistencias
mecánicas del mismo orden que el correspondiente formulado con
arena silícica, y muy superiores a los morteros de revoco
comerciales.
Claims (15)
1. Composición de árido que comprende un estéril
de flotación (EF) de un mineral de magnesio.
2. Composición según la reivindicación 1 que
comprende además el producto de hidratación de un mineral de
magnesio (H).
3. Composición según la reivindicación 1 donde
el estéril de flotación (EF) comprende magnesita y dolomita.
4. Composición según la reivindicación 2 donde
el producto de hidratación (H) comprende hidróxido de magnesio.
5. Composición según la reivindicación 4 donde
el hidróxido de magnesio está en una proporción de entre 20% y 70%
en peso con respecto al total del producto de hidratación.
6. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 5 donde el mineral de magnesio es
magnesita.
7. Composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por su resistencia al
fuego.
8. Composición de mortero que comprende una
composición de árido según cualquiera de las reivindicaciones 1 a
7.
9. Composición según la reivindicación 8 que
comprende además un material aglomerante.
10. Composición según la reivindicación 9 donde
el material aglomerante es cemento.
11. Composición según la reivindicación 10 donde
la relación del árido, formado por estéril de flotación (EF) y/o
compuesto hidratado de magnesio (H), con respecto a la de cemento
es de 4:1.
12. Uso de la composición de árido según
cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7 para la formulación de
morteros.
13. Uso de la composición de mortero según
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 para la protección contra
el fuego de elementos estructurales.
14. Uso de la composición de mortero según
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 para su aplicación o
proyección en revocos exteriores o enlucidos interiores.
15. Uso de la composición de mortero según
cualquiera de las reivindicaciones 8 a 11 para su uso en la
fabricación de paneles rígidos o semi-rígidos u
otros elementos conformados con propiedades de resistencia al
fuego.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ES200601648A ES2288420B1 (es) | 2006-06-19 | 2006-06-19 | Utilizacion de compuestos de magnesio de bajo contenido en la formulacion de morteros para la proteccion contra el fuego. |
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| ES200601648A ES2288420B1 (es) | 2006-06-19 | 2006-06-19 | Utilizacion de compuestos de magnesio de bajo contenido en la formulacion de morteros para la proteccion contra el fuego. |
Publications (2)
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|---|---|
| ES2288420A1 ES2288420A1 (es) | 2008-01-01 |
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| ES200601648A Active ES2288420B1 (es) | 2006-06-19 | 2006-06-19 | Utilizacion de compuestos de magnesio de bajo contenido en la formulacion de morteros para la proteccion contra el fuego. |
Country Status (1)
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Family Cites Families (4)
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| US4059455A (en) * | 1976-06-17 | 1977-11-22 | Republic Steel Corporation | Production of fast-setting bonded aggregate structures |
| US4873207A (en) * | 1986-10-30 | 1989-10-10 | Keller Jr Fred | Ceramic aggregate for roadway composition and method of producing same |
| CA2563774A1 (en) * | 2004-04-27 | 2005-11-10 | Hercules Incorporated | Cement-based systems using water retention agents prepared from raw cotton linters |
-
2006
- 2006-06-19 ES ES200601648A patent/ES2288420B1/es active Active
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| EC2A | Search report published |
Date of ref document: 20080101 Kind code of ref document: A1 |
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Ref document number: 2288420B1 Country of ref document: ES |