ES2307624T3 - Mezcla para composiciones a base de cemento. - Google Patents
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Abstract
Una mezcla para composiciones a base de cemento que comprenden un polímero de látex, un tensoactivo, y un material hidrófobo que es un éster orgánico de un ácido carboxílico alifático, en donde el polímero está presente en la mezcla desde un 0,5% hasta un 20% con base en el peso total de la mezcla, el éster orgánico de un ácido carboxílico alifático está presente en la mezcla desde un 20% hasta un 50% con base en el peso total de la mezcla, y el tensoactivo está presente en la mezcla desde un 3% hasta un 15% con base en el peso total de la mezcla, dicha mezcla contando con propiedades de repeler el agua para la composición a base de cemento, en donde el polímero de látex se selecciona del grupo que consiste de copolímeros de butadieno estireno, látex de poliacrilato, látex de polimetacrilato, látex de estireno carboxilado, copolímero de isopreno - estireno, y mezclas de los mismos.
Description
Mezcla para composiciones a base de cemento.
La presente invención está dirigida a una mezcla
de composiciones a base de cemento. Más particularmente, la
presente invención está dirigida a una mezcla que imparte
propiedades repelentes del agua a composiciones a base de
cemento.
"Mezcla a base de cemento" se refiere a
pastas, morteros, y composiciones de concreto que comprenden un
aglomerante hidráulico de cemento que tiene consistencias en el
rango desde duro hasta extremadamente seco como se define en ACI
211.3R, Tabla 2.3.1. Las pastas se definen como mezclas compuestas
de un aglomerante hidráulico de cemento, ya sea solo o en
combinación con pozzolanos tales como ceniza suelta, microsílice,
escoria de alto horno, y agua. Los morteros se definen como pastas
que incluyen adicionalmente agregado fino. Los concretos incluyen
adicionalmente agregado grueso. Estas composiciones pueden incluir
adicionalmente, otras mezclas tales como un conjunto de
retardantes, un conjunto de aceleradores, agentes antiespumantes,
agentes para ingreso de aire o para salida de aire, inhibidores de
corrosión, agentes reductores de humedad, pigmentos, y cualquier
otra mezcla que no afecte en forma adversa los resultados
beneficiosos obtenidos por las mezclas de la presente
invención.
Las mezclas de moldes a base de cemento son
utilizadas para formar muchos artículos, por ejemplo, tubos de
concreto, tejas, unidades de mamposteria, unidades empedradoras,
tablón extruido, y cualquier otro artículo preformado a base de
cemento, en un molde o a partir de una matriz de extrusión. Cada
una de estas aplicaciones tiene características básicas deseadas que
son criticas en términos de la producción de unidades terminadas de
calidad.
En aplicaciones en bloque de mamposteria, la
velocidad de la producción, suficiente resistencia inicial, y la
habilidad para resistir el hendimiento, el pandeado o la deformación
cuando se remueve el molde son criticas ya que la remoción ocurre
inmediatamente después del vaciado. Lo mismo es cierto para tubería
de concreto o tejas con la propiedad deseada adicional de una
apariencia superficial mejorada con menos imperfecciones en la
superficie y un menor desgaste del rodillo y/o del molde del equipo
que produce las piezas extruidas.
Se desea reducir el tiempo de duración de los
ciclos para la fabricación de cada artículo. La disminución en el
tiempo de duración de los ciclos reduce el costo de fabricación para
cada artículo e incrementa el número de artículos que pueden ser
producidos en un periodo de tiempo dado. El tiempo de duración de
los ciclos se define como el tiempo para completar un ciclo completo
desde el inicio de la alimentación hasta el final, o el siguiente
comienzo de la alimentación. El inicio de la alimentación es cuando
se alimenta la mezcla del molde desde una tolva de recolección al
proceso. También es deseable mejorar la compactación y la
consolidación de la mezcla del molde a base de cemento sin alterar
la consistencia de la mezcla.
La resistencia inicial se refiere a la
estabilidad del artículo en retener su forma una vez que el
artículo es removido del molde o extrusor. La resistencia inicial
depende de la consistencia de la mezcla del molde a base de
cemento, de la cantidad de finos en la mezcla del molde a base de
cemento, y de la capacidad de moldeo de la mezcla del molde a base
de cemento.
Actualmente, la proporción de agua con respecto
a la de cemento (A/C) utilizada en las mezcla del molde es
aproximadamente desde 0,25 hasta aproximadamente 0,60. Es deseable
minimizar la cantidad de agua necesaria en una mezcla del molde a
base de cemento para lograr consolidación y no el pandeo o
deformación en un artículo producido a partir de la mezcla del molde
a base de cemento.
Otra propiedad de las mezclas de moldes a base
de cemento para ciertas industrias de moldes es el golpe. El golpe
se define como el efecto de la superficie sobre un artículo moldeado
cuando se remueve el molde. El golpe se mide evaluando visualmente
la superficie del artículo terminado. El golpe está en el rango
desde sin golpe hasta golpe pasado. Se desea lograr una cantidad
seleccionada de golpe para un artículo terminado.
Una limitación adicional en el presente arte es
la resistencia a la compresión de los artículos producidos a partir
de mezclas a base de cemento. La resistencia temprana a la
compresión se define como la resistencia a la compresión lograda en
el término de 24 horas con o sin curado al vapor. La resistencia a
la compresión se determina por medio del ensayo ASTM
C-1176-2.
Otra limitación es la permeación de agua a
través del artículo terminado a base de cemento. Cuando se humedece
un artículo a base de cemento, tal como por medio de contacto
directo o por causa de la lluvia, el agua puede penetrar el
artículo. Esto ocurre debido a que los artículos a base de cemento
son porosos. El agua puede hacer que el artículo parezca
desagradable a la vista, y pueden desarrollarse entonces bacterias
y hongos sobre el artículo húmedo. Típicamente, se tiene que aplicar
un material repelente del agua al artículo terminado a base de
cemento para protegerlo de la penetración del agua. Esto requiere
de etapas y costos adicionales.
Lo que se requiere en el arte es una mezcla que
pueda ser añadida directamente a una mezcla a base de cemento para
suministrarle propiedades de repeler el agua y para incrementar la
resistencia a la compresión de un artículo formado a base de
cemento. Lo que también se requiere en el arte es una reducción en
la duración de los ciclos para la formación de un artículo moldeado
a base de cemento.
US-A-5 763 508
describe una dispersión en polvo para uso en un mortero o concreto,
en donde la dispersión en polvo contiene polímeros de éster
vinílico, un coloide protector, un éster de ácido carboxílico
saturado y un agente contra el endurecimiento. EP-A-
0 461 738 describe una mezcla para composiciones a base de cemento
que comprenden un material hidrófobo y un polímero sintético.
CHEMICAL ABSTRACTS, Vol. 109, No. 16, 17 de octubre de 1988,
Columbus, Ohio, EUA; resumen No.: 134059 d, Y. CHIBA: página 312,
XP 000158436 se relaciona con la preparación de emulsiones acuosas
para proteger del agua composiciones a base de cemento que
comprenden un 1 éster de alquilo de ácidos carboxílicos alifáticos
C_{12}-C_{20} con agentes emulsificantes.
La presente invención provee una mezcla para
composiciones a base de cemento que comprenden un polímero de
látex, un tensoactivo, y un material hidrófobo que es un éster
orgánico de un ácido carboxílico alifático, en donde el polímero
está presente en la mezcla desde un 0,5% hasta un 20% con base en
el peso total de la mezcla, el éster orgánico de un ácido
carboxílico alifático está presente en la mezcla desde un 20% hasta
un 50% con base en el peso total de la mezcla, y el tensoactivo
está presente en la mezcla desde un 3% hasta un 15% con base en el
peso total de la mezcla, dicha mezcla contando con propiedades de
repeler el agua para la composición a base de cemento, en donde el
polímero de látex se selecciona del grupo que consiste de
copolímeros de butadieno estireno, látex de poliacrilato, látex de
polimetacrilato, látex de estireno carboxilado, copolímero de
isopreno - estireno, y mezclas de los mismos.
La presente invención también provee una
composición a base de cemento que contiene cemento y la mezcla.
El material hidrófobo es un éster orgánico de un
ácido carboxílico alifático. Preferiblemente, el éster orgánico de
un ácido carboxílico alifático está representado por la fórmula
general R_{1}-R_{2}, en donde R_{1} es un
éster de ácido carboxílico alifático
C_{12}-C_{18}, y R_{2} es un alquilo C_{1}
hasta C_{10} lineal o ramificado. Los ésteres de ácido
carboxílico alifático preferidos incluyen, pero no se limitan a,
estearato, oleato, aceites de ocurrencia natural, laurato,
palmitato, éster mirístico, y éster linoléico. Los materiales
hidrófobos preferidos incluyen, pero no se limitan a, ésteres de
estearato de alquilo, ésteres de oleato de alquilo, y mezclas de
los mismos. Preferiblemente, el éster orgánico de un estearato tiene
la fórmula general C_{17}H_{35}COOR_{3} y el éster orgánico
de un oleato tiene la fórmula general
CH_{3}(CH_{2})_{7}=(CH_{2})_{7}COOR_{4},
en donde R_{3} y R_{4} son cada uno independientemente un
alquilo C_{1} a C_{10} lineal o ramificado. Un estearato
preferido es el estearato de butilo, y un oleato preferido es el
oleato de butilo. Los aceites de ocurrencia natural preferidos
incluyen aceite de ricino y aceite de coco.
El polímero de la presente invención es un
polímero de látex. Los polímeros relevantes de látex incluyen
copolímeros de butadieno estireno, látex de poliacrilato, látex de
polimetacrilato, látex de estireno carboxilado, copolímero de
isopreno - estireno. Un polímero preferido de látex es látex del
copolímero butadieno estireno carboxilado. Generalmente, el polímero
tiene un peso molecular promedio desde 500 hasta 50.000,
preferiblemente, desde 1.000 hasta 2.000. Un polímero preferido de
látex es vendido bajo el nombre comercial TYLAC CPS814 de Reichold
Chemicals, Inc.
El tensoactivo puede ser cualquier tensoactivo
que puede emulsionar el material hidrófobo. Los ejemplos adecuados
de los tensoactivos incluyen, pero no se limitan a, tensoactivos
iónicos, no iónicos y anfóteros. Preferiblemente, el tensoactivo es
al menos uno de un fenol etoxilado de alquilo. Preferiblemente, el
fenol etoxilado de alquilo tiene la estructura general
en donde R = alquilo C_{1} hasta
C_{20}, y R' = -(CH_{2}CH_{2}-O)_{n},
n = 1 hasta 100. Un fenol etoxilado de alquilo preferido es
nonilfenol etoxilado, en donde n =
8.
El polímero está presente en la mezcla desde
0,5% hasta 20% con base en el peso total de la mezcla, el material
hidrófobo está presente en la mezcla desde un 20% hasta un 50% con
base en el peso total de la mezcla, y el tensoactivo está presente
en la mezcla aproximadamente desde un 3% hasta aproximadamente un
15% con base en el peso total de la mezcla.
Generalmente, cuando se añade la mezcla a una
mezcla a base de cemento, la mezcla se añade en una cantidad desde
2 hasta 40 onzas fluidas por quintal de cemento (oz/quintal) (130,4
- 2.607,9 ml/100 Kg). Preferiblemente, la mezcla se añade en una
cantidad desde 4 hasta 20 oz/quintal (260,8 - 1.303,9 ml/100
Kg).
Si el polímero, tensoactivo, y material
hidrófobo son añadidos separadamente a la mezcla a base de cemento,
el polímero se añade en una cantidad desde 0,00001 Kg hasta 0,01 Kg
por Kg de cemento, el tensoactivo se añade en una cantidad desde
0,000001 Kg por libra de cemento, y el material hidrófobo se añade
en una cantidad desde 0,01 Kg hasta 0,4 Kg por libra de cemento.
El cemento en la composición a base de cemento
puede ser cualquier cemento conocido. Los tipos adecuados de
cemento incluyen, pero no se limitan a, cemento de aluminato de
calcio, alúmina hidratable, óxido de aluminio hidratable, silice
coloidal, óxido de silicio, cemento Portland, magnesia, cementos
que contienen pozzolano, y mezclas de los mismos. Preferiblemente,
el cemento es cemento Portland Tipo I.
La composición a base de cemento puede contener
también cualquier otro aditivo conocido para cemento que no afecte
las propiedades deseadas de la presente invención. Los tipos de
aditivos incluyen, pero no se limitan a, un conjunto de
aceleradores, un conjunto de retardadores, agentes de ingreso de
aire, agentes de salida de aire, agentes espumantes, agentes
eliminadores de espuma, inhibidores de corrosión, agentes
reductores de contracción, pozzolanos, agentes dispersantes,
pigmentos, agregado grueso, y agregado fino. Otros aditivos que
pueden ser utilizados en composiciones a base de cemento se pueden
encontrar en la patente estadounidense No. 5.728.209 a nombre de
Bury y colaboradores. Los agregados finos son materiales que pasan a
través de un tamiz No. 4 (ASTM C125 y ASTM C33), tal como arena de
sílice. Los agregados gruesos son materiales que son retenidos en
un tamiz No. 4 (ASTM C125 y ASTM C33), tal como sílice, cuarzo,
mármol molido en redondo, esferas de vidrio, granito, piedra
caliza, calcita, feldespato, arenas aluviales, o cualquier otro
agregado durable, y mezclas de los mismos.
La mezcla de la presente invención imparte
propiedades repelentes del agua y evita la permeación del agua en
el concreto vertido y en los artículos formados a partir de las
composiciones a base de cemento. Estos artículos pueden incluir
concreto de molde húmedo, concreto de molde seco, y productos
manufacturados con concreto. Sin estar limitado por la teoría, se
teoriza que el material hidrófobo proporciona las propiedades
repelentes del agua. Por medio de la combinación dentro de la
mezcla a base de cemento, el material hidrófobo es distribuido en
forma sustancialmente uniforme en la matriz a base de cemento, así
como sobre la superficie, en donde previene el humedecimiento del
artículo a base de cemento, y reduce la eflorescencia. Esto evita
que el agua entre o se libere de la estructura a base de cemento,
que puede ser porosa. Este es particularmente el caso para productos
manufacturados de concreto, tales como bloques, empedradores, y
unidades de muros de contención.
El material polimérico proporciona resistencia
adicional para prevenir la permeación de agua, particularmente
cuando el agua está siendo dirigida contra la superficie del
artículo a base de cemento, tal como durante una tormenta. El
material polimérico cierra los poros interconectados dentro del
artículo a base de cemento para prevenir que el agua penetre a
través del artículo a base de cemento. Preferiblemente, el tamaño
de partícula del polímero va desde 0,3 hasta 10 µM para permitir el
bloqueo de los poros en el artículo a base de cemento.
La mezcla puede funcionar también como
lubricante y como plastificante. En una operación de moldeo, esto
puede reducir la fricción entre la matriz a base de cemento y puede
incrementar la eficiencia de un proceso de nuevo moldeo. También,
la mezcla puede incrementar la operabilidad del concreto.
Los artículos a base de cemento que contienen la
mezcla de la presente invención pueden pasar también una prueba de
vacío (ASTM C1244). Una cara del artículo a base de cemento es
sometida a una presión sostenida de 381 mm de Hg durante tres
minutos. El artículo a base de cemento es capaz de mantener la
presión con una pérdida de vacío no superior a 12,7 mm.
Los artículos a base de cemento formulados con
la mezcla de la presente invención son capaces de pasar también la
prueba de congelación - descongelación de acuerdo a ASTM 1262 con
una pérdida de peso no superior al 1% después de 200 ciclos de
congelación y descongelación. Los artículos a base de cemento
pueden reunir también los requerimientos de la ASTM C1372 para
unidades de muros de contención segmentados.
También, estos artículos a base de cemento
tienen una resistencia mayor a la compresión (como la medida por
ASTM C90 o ASTM C140), debido a la retención de más agua en el
sistema, que es utilizada para más hidratación. Se ha determinado
que el incremento es hasta del 30% o más. También, en la
fabricación de artículos moldeados se puede reducir la duración del
ciclo de producción hasta en un 10% o más.
Las ventajas de la presente invención incluyen
baja permeabilidad, baja contracción para una mejor adhesión y un
menor cuarteamiento, y un mejor impacto ambiental.
La invención anteriormente descrita se puede
demostrar por medio de, pero sin limitarse a, los siguientes
ejemplos.
Se prepararon las muestras como bloques de peso
medio de 2 núcleos, de 8'' x 8'' x 16'' (20,32 x 20,32 x 40,64 cm).
Se elaboraron los bloques a partir de una mezcla típica que contiene
cemento, agregado, una mezcla, y una cantidad suficiente de agua
para moldear un bloque. La mezcla para cada conjunto de ensayos que
fue añadida a la mezcla del bloque se indica más abajo. La cantidad
de mezcla añadida se basó en la adición de la mezcla a razón de
tantos ml/100 Kg. Se analizaron los bloques de acuerdo con ASTM
C140 por la resistencia a la compresión; los resultados apara cada
análisis se indican en las tablas más adelante, y de acuerdo con
ASTM C90 para la resistencia a la compresión de unidades de
mampostería de concreto para soporte de carga. El conjunto A fue
una preparación que contenía una mezcla competitiva repelente de
agua, 100S, de Sika, Zúrich, Suiza. Los conjuntos B - D tenían una
mezcla que contenía 40% de estearato de butilo, 3% de látex de
butadieno estireno carboxilado, 8% de nonilfenol etoxilado, y 49% de
agua en peso.
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Se repitieron y formaron como bloques las
mezclas de los Conjuntos A - D como anteriormente. Se analizaron la
resistencia a la compresión y la absorción de acuerdo con la ASTM
C140. Los resultados se enlistan a continuación.
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Experimento
2
Se prepararon varias mezclas comparativas y se
las moldeó en bloques en diferentes instalaciones para la
fabricación de bloques. Las composiciones y el análisis de cada
mezcla se detallan más abajo en las Tablas 2 - 1 y 2 - 2. La mezcla
contenía 40% de estearato de butilo, 3% de látex de butadieno
estireno carboxilado, 8% de nonilfenol etoxilado, y 49% de agua en
peso. También, se añadió suficiente cantidad de agua con el
propósito de proveer una mezcla capaz de formar un molde.
Los resultados en la Tabla 2 - 1 muestran que la
mezcla de la invención incrementó la resistencia a la compresión y
redujo la duración del ciclo para la fabricación de los bloques
moldeados.
Los resultados en la Tabla 2 - 2 muestran que la
mezcla de la invención produjo la mejor apariencia plástica de los
bloques de moldeo, y disminuyó la duración del ciclo de fabricación
para los bloques de moldeo.
Se prepararon y analizaron las muestras de
acuerdo con la ASTM C140, ASTM 1262, y ASTM 1372. Se prepararon las
muestras a partir de una mezcla que contiene 200 Kg de cemento Tipo
10, 1290 Kg de arena para concreto, 860 Kg de piedra ojos de pájaro,
0,4 litros de una columna vertebral de carboxilato polimérico con
dispersante de cadenas laterales del grupo poliéter, vendido como
RHEOMIX® 730FC-S de Master Builders, Inc.,
Cleveland, Ohio, 0,6 litros de una mezcla que contiene 40% de
estearato de butilo, 3% de látex de butadieno estireno carboxilado,
8% de nonilfenol etoxilado, y 49% de agua en peso, y una cantidad
suficiente de agua para obtener una mezcla moldeable. Se moldeó la
mezcla en unidades de tamaño completo con las mediciones descritas
más abajo en la Tabla 3 - 1. De cada unidad se cortó un cupón de
2'' x 4'' x 8'' (5,08 cm x 10,16 cm x 20,32 cm) de la unidad para
el análisis de compresión, cuyos resultados están detallados en la
Tabla 3 - 2. También, se tomó una muestra adicional de la unidad
para el análisis de absorción de acuerdo con ASTM C140, cuyos
resultados están detallados en la
Tabla 3 - 3.
Tabla 3 - 3.
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Los resultados en las Tablas 3 - 2 y 3 - 3
muestran que los artículos a base de cemento formulados utilizando
la mezcla de la presente invención exceden los requerimientos para
ASTM C1372. ASSTM C1372 requiere de una resistencia mínima neta a
la compresión de 3000 psi (20,684 MPa) y una absorción de no más de
13 lb/pie^{3}
(208,24 Kg/M^{3}).
(208,24 Kg/M^{3}).
Para el análisis de congelación - descongelación
de acuerdo con ASTM 1262, se prepararon cinco muestras como
anteriormente. Se cortaron muestras de la unidad de tamaño completo
de 1,25'' x 4'' x 8'' (3,175 cm x 10,16 cm x 20,32 cm). El peso de
cada muestra aparece enlistado más abajo en la Tabla 3 - 4, el peso
acumulado del residuo está enlistado más abajo en la Tabla 3 - 5, y
el porcentaje de pérdida de peso del espécimen está enlistado más
abajo en la tabla 3 - 6. Las muestras experimentaron 200 ciclos de
congelación descongelación en agua.
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Los resultados en la tabla 3 - 5 y 3 - 6
muestran que los artículos a base de cemento formados utilizando la
mezcla de la presente invención sobrepasan los requerimientos para
ASTM C1262.
Adicionalmente, se prepararon y analizaron las
muestras como anteriormente para efectuar el análisis de acuerdo
con ASTM C 1262, excepto que se utilizó agua con sal en lugar de
agua para el análisis de congelación descongelación. Este análisis
no se adapta a ningún requerimiento estandarizado de análisis, pero
se lo llevó a cabo para propósitos únicamente de información. Debido
al agua con sal, las muestras fueron analizadas únicamente durante
15 ciclos. El peso de cada muestra está enlistado más abajo en la
Tabla 3 - 8, y el porcentaje de la pérdida de peso del espécimen
está enlistado en la Tabla 3 - 9.
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parte del documento europeo de la patente. Aunque se ha tenido gran
cuidado en la recopilación, no se pueden excluir los errores o las
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17 de octubre de 1988, vol. 109 (16), 312 [0012].
Claims (5)
1. Una mezcla para composiciones a base de
cemento que comprenden un polímero de látex, un tensoactivo, y un
material hidrófobo que es un éster orgánico de un ácido carboxílico
alifático, en donde el polímero está presente en la mezcla desde un
0,5% hasta un 20% con base en el peso total de la mezcla, el éster
orgánico de un ácido carboxílico alifático está presente en la
mezcla desde un 20% hasta un 50% con base en el peso total de la
mezcla, y el tensoactivo está presente en la mezcla desde un 3%
hasta un 15% con base en el peso total de la mezcla, dicha mezcla
contando con propiedades de repeler el agua para la composición a
base de cemento, en donde el polímero de látex se selecciona del
grupo que consiste de copolímeros de butadieno estireno, látex de
poliacrilato, látex de polimetacrilato, látex de estireno
carboxilado, copolímero de isopreno - estireno, y mezclas de los
mismos.
2. La mezcla de la reivindicación 1, en donde el
éster orgánico de un ácido carboxílico alifático está representado
por la fórmula general R_{1}-R_{2}, en donde
R_{1} es un éster de ácido carboxílico alifático
C_{12}-C_{18}, y R_{2} es un alquilo C_{1}
hasta C_{10} lineal o ramificado.
3. La mezcla de la reivindicación 1, en donde el
material hidrófobo es seleccionado del grupo que consiste de
estearato de butilo, oleato de butilo, y mezclas de los mismos.
4. La mezcla de la reivindicación 1, en donde el
polímero tiene un peso molecular promedio desde 500 hasta
50.000.
5. Una composición a base de cemento que
comprende cemento y una mezcla de acuerdo con una de las
reivindicaciones 1 a 4.
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