ES2308180T3 - Agregado para composiciones cementos pulverizables. - Google Patents

Abstract

Una composición aceleradora líquida para hormigón pulverizado, que comprende sulfato de aluminio, hidróxido de aluminio amorfo, alcanolamina y un anhídrido de ácido dibásico orgánico.

Description

Agregado para composiciones cementosas pulverizables.

La invención se refiere a la aplicación de composiciones cementosas mediante pulverización y a composiciones aceleradoras para usar en la misma.

El uso en composiciones cementosas tales como hormigón que han de aplicarse mediante pulverización de aceleradores libres de álcali (AFAs) en lugar de los aluminatos tradicionales y otros materiales fuertemente alcalinos está ahora bien establecido. Los componentes principales de tales aceleradores son compuestos de aluminio, siendo los más comúnmente encontrados el sulfato de aluminio y el hidróxido de aluminio amorfo. Además de estos compuestos de aluminio, se ha usado en tales aceleradores una variedad de otros componentes, incluyendo estos alcanolaminas, otras sales de aluminio (tales como oxalatos y nitratos) y diversos ácidos orgánicos.

Un problema principal en la técnica es que la velocidad de hidratación del cemento de tales composiciones a menudo es lenta entre 1 y 8 horas después de la pulverización. En casos extremos, puede no existir hidratación durante este período. Esto significa que el desarrollo de la resistencia a la compresión, importante para la integridad de la superficie, está a veces completamente interrumpido durante períodos prolongados. Esto puede dar como resultado estados peligrosos, por ejemplo, cuando la composición se pulveriza sobre la cara de una roca que está rota o fracturada, la capa pulverizada no puede asegurar la integridad de la superficie.

Por lo tanto, la invención proporciona una composición aceleradora líquida para hormigón pulverizado, que comprende sulfato de aluminio, hidróxido de aluminio amorfo, alcanolamina y al menos uno de ácido maleico, ácido oxálico y un anhídrido de ácido dibásico.

La invención proporciona además un método para pulverizar hormigón sobre un sustrato, que comprende las etapas de formar una mezcla de hormigón y transportar esta a una tobera de pulverización para pulverizarla sobre el sustrato, inyectándose en la tobera una composición aceleradora líquida como la descrita anteriormente aquí.

El sulfato de aluminio es bien conocido como un componente de AFAs, y cualquier sulfato de aluminio conocido por ser útil en tal uso puede usarse en esta invención. Uno de los más comunes es el llamado sulfato de aluminio “al 17%”, Al_{2}(SO_{4})_{3}\cdot14,3H_{2}O, llamado así debido a que la proporción de óxido de aluminio Al_{2}O_{3} en el mismo es 17%. Este material es preferido en gran medida debido a su fácil disponibilidad y buenas propiedades, pero también pueden usarse otros sulfatos de aluminio. El hidróxido de aluminio para usar en la invención es hidróxido de aluminio amorfo, del tipo frecuentemente usado en AFAs.

Las alcanolaminas son conocidas como componentes de los AFAs. El material preferido para los propósitos de esta invención es la dietanolamina. Sin embargo, también pueden usarse otras alcanolaminas, tales como trietanolamina.

Los anhídridos ácidos dibásicos orgánicos son materias primas bien conocidas y fácilmente disponibles. El anhídrido dibásico orgánico mejor conocido (y el mejor para los propósitos de esta invención) es el anhídrido maleico, encontrado habitualmente en el campo de la polimerización. Sin embargo, también pueden usarse otros de tales anhídridos, tales como anhídrido succínico. Los anhídridos de ácidos dibásicos orgánicos proporcionan un tiempo de fraguado mejorado (alta resistencia inicial) del cemento correspondiente.

Es posible que la composición aceleradora contenga adicionalmente ácido maleico y/o ácido oxálico.

Los ácidos útiles para esta invención son ácido oxálico y ácido maleico. Se ha encontrado que la presencia de al menos uno de estos ácidos potencia la resistencia a la compresión del hormigón pulverizado, tanto inicial como final.

Aunque no es un componente esencial, un componente especialmente preferido es una sal magnésica soluble en agua. Puede usarse cualquiera de tales sales, pero las sales preferidas son carbonato magnésico o sulfato magnésico o mezclas de estas sales. Aunque el sulfato magnésico usado en esta invención puede ser cualquier sulfato magnésico, el sulfato magnésico preferido es el hidrato MgSO_{4}\cdot7H_{2}O, conocido como sales de Epsom. La calidad industrial del material es aceptable para los propósitos de esta invención; no es necesario usar la calidad medicinal.

Componentes útiles opcionales adicionales son ácidos inorgánicos que contienen fósforo y oxígeno, especialmente ácido fosforoso (H_{3}PO_{3}) o ácido fosfórico (H_{3}PO_{4}). También es posible usar mezclas de diferentes ácidos inorgánicos que contienen fósforo y oxígeno (por ejemplo una mezcla de ácido fosfórico y ácido fosforoso).

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Las proporciones de los diversos componentes se ajustan a los siguientes intervalos de proporciones, siendo todos estos partes en peso:

1

La composición aceleradora se usa en una solución acuosa. Se disuelve para formar una solución de aproximadamente 45-65% en peso de sólidos y se dosifica en el hormigón en la tobera a una velocidad suficiente para dar de 0,5 a 12% de acelerador (ingredientes activos en peso basándose en el cemento).

Las composiciones aceleradoras de la presente invención confieren un número de ventajas.

En primer lugar, dan una hidratación temprana, esencial para conseguir un mejor soporte de la roca. Permiten un mejor patrón de pulverización. Esto se debe a que una composición cementosa pulverizada que contiene este acelerador sigue siendo relativamente fluida en comparación con la dosificada con un acelerador conocido (donde puede estar ya parcialmente seca cuando golpea el sustrato), pero se endurece más rápidamente. Esto tiene importantes implicaciones prácticas; significa que la tendencia a atrapar aire o agua bajo la composición que se endurece se minimiza o incluso se elimina totalmente, lo que significa a su vez que la integridad de la capa pulverizada resultante es mejor. Así, pulverizar sobre superficies húmedas no es un problema, como puede ser cuando se usan otros aceleradores. Además, significa que la composición pulverizada pasa más fácilmente alrededor de barras de refuerzo y mallas, conduciendo de nuevo a una mejor integridad.

Una ventaja adicional es la capacidad para adaptar el acelerador a cualquier tipo de cemento dado. Debido a que se fabrican a partir de diferentes materiales locales en diferentes localidades, los cementos de todo el mundo difieren notablemente en propiedades y comportamiento con los agregados. Por ejemplo, un acelerador que funciona bien con un cemento europeo puede no funcionar muy bien con un cemento estadounidense, japonés o australiano. Esta invención permite que el acelerador se adapte a cualquier cemento dado variando la naturaleza y las proporciones de los ácidos y los anhídridos de ácido. El experto puede realizar los experimentos a escala de laboratorio necesarios para determinar qué funciona mejor en cualesquiera circunstancias dadas.

Finalmente, los aceleradores de la invención permiten el logro consecuente de un nivel de comportamiento hasta ahora raramente alcanzado. Un patrón reconocido para el hormigón pulverizado es el contenido en the Guidelines for Sprayed Concrete of the Oesterreichisher Betonverein (Austrian Concrete Society, en lo sucesivo en la presente memoria "OeBV"). Los importantes requisitos de OeBV para la resistencia de hormigón pulverizado fresco (no más antiguo de 24 horas) se encuentran en la p.24 de la edición de marzo de 1999. Definen el comportamiento por medio de varias gráficas de resistencia a la compresión (ordenadas) frente al tiempo (abscisas), denominándose las curvas J_{1}, J_{2} y J_{3}, en orden de distancia desde el eje X, y así en orden de comportamiento y conveniencia creciente. Hasta ahora, ha sido difícil alcanzar el nivel J_{3} cuando se usa un AFA. Es una característica de los aceleradores de esta invención que pueda alcanzarse este nivel de comportamiento elevado. Por lo tanto, la invención proporciona una capa de composición cementosa que se endurece sobre un sustrato, cuyo endurecimiento se ha acelerado mediante una composición aceleradora como la definida anteriormente en la presente memoria y cuyo desarrollo de la resistencia a la compresión frente al tiempo se ajusta al menos a la parte superior de la curva J_{2} y la curva J_{3} de las directrices OeBV.

La invención se describe adicionalmente ahora con referencia a los siguientes ejemplos no limitativos, en los que todas las partes se expresan en peso.

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Ejemplos 1-3

El siguiente AFA se prepara mezclando los componentes listados posteriormente en la presente memoria

2

Estos se añaden en una concentración de 7% en peso de sustancias activas basándose en el cemento a mezclas de mortero de prueba elaboradas a partir de cemento (450 partes), arena de Sieve Line DIN 196-1 (1350 partes) y 0,6% (sustancias activas basándose en el cemento) de un superplastificante de policarboxilato comercial (GLENIUM^{TM} 51 de MBT), con una relación de agua/cemento de 0,4.

Especímenes de prueba de los morteros se elaboran de acuerdo con el Patrón Europeo EN 480-1, y se prueban con respecto a la resistencia a la compresión de acuerdo con EN 12390-3. Se usa un número de diferentes combinaciones de cementos y AFAs, como sigue

Espécimen de Prueba A - OPC británico (UK OPC : CEM I 42.5) + Ejemplo Nº 1a.

Espécimen de Prueba B - OPC sueco resistente al sulfato (SE OPC : CEM I 42.5 SR) con bajo contenido de sulfato + Ejemplo 1a

Espécimen de Prueba C - OPC sueco como el anterior + Ejemplo comparativo 1b

Los resultados de la prueba son como sigue:

4

Una cifra de la resistencia a la compresión en 6 horas inferior a 1 MPA se considera inaceptable.

La prueba proporciona un ejemplo interesante de cómo la variación del tipo de cemento puede afectar al comportamiento de los AFAs. Los especímenes A y B utilizan ambos el AFA del Ejemplo 1a (anhídrido maleico) y tienen comportamientos muy diferentes, siendo el Espécimen de Prueba B aceptable y el Espécimen de Prueba A no.

Además, el Espécimen de Prueba C basado en ácido maleico da un resultado inaceptable con el OPC sueco, mientras que el Espécimen de Prueba B basado en anhídrido maleico da un resultado en 6 horas excelente. Esto muestra que hay una diferencia significativa si se usa el ácido o el anhídrido de ácido correspondiente.

Para poner esto sobre las curvas de OeVB mencionadas anteriormente en la presente memoria,

Espécimen de Prueba A

por debajo de J_{1} (inaceptable)

Espécimen de Prueba B

superior a J_{2}, aproximándose a J_{3} (buen resultado)

Espécimen de Prueba C

justo por encima de J_{1} (inaceptable)

Ejemplo Nº 2

5

Esta mezcla proporciona una "resistencia a la compresión en 8 horas" de 3,3 MPa y unas "resistencias a la compresión en un día" de 28,8 MPa cuando se aplican en mortero normal de Patrón Europeo EN-196 (cemento: opc australiano CEM I 42.5).

Ejemplo Nº 3

6

Esta mezcla proporciona una "resistencia a la compresión en 8 horas" de 0,3 MPa y unas "resistencias a la compresión en un día" de 21,3 MPa cuando se aplican en mortero normal de Patrón Europeo EN-196 (cemento: opc australiano CEM I 42.5).

Se considera que la "resistencia a la compresión en 8 horas" es más importante que la "resistencia a la compresión en un día".

La composición de acuerdo con el Ejemplo 2 proporciona resultados positivos (especialmente el valor en 8 horas de la resistencia a la compresión) en relación con cemento "opc australiano CEM I 42.5", pero la composición de acuerdo con el Ejemplo 3 no funciona muy bien con el mismo cemento.

Con alguna experimentación de laboratorio menor, el experto puede encontrar fácilmente un acelerador que se ajuste a cualquier tipo de cemento dado y produzca resultados deseables. Esto es esencial, ya que los cementos generalmente se producen localmente y pueden ser completamente diferentes entre sí.

Claims (10)

1. Una composición aceleradora líquida para hormigón pulverizado, que comprende sulfato de aluminio, hidróxido de aluminio amorfo, alcanolamina y un anhídrido de ácido dibásico orgánico.

2. Una composición aceleradora líquida de acuerdo con la reivindicación 1, en donde la composición comprende adicionalmente ácido maleico y/o ácido oxálico.

3. Una composición aceleradora líquida de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, en donde la composición comprende adicionalmente una sal magnésica soluble en agua.

4. Una composición aceleradora líquida de acuerdo con la reivindicación 3, en la que la sal magnésica es carbonato magnésico o sulfato magnésico.

5. Una composición aceleradora líquida de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde la composición contiene adicionalmente un ácido inorgánico que contiene fósforo y oxígeno.

6. Una composición aceleradora líquida de acuerdo con la reivindicación 5, en la que el ácido inorgánico que contiene fósforo y oxígeno es ácido fosfórico o ácido fosforoso.

7. Una composición aceleradora líquida de acuerdo con la reivindicación 1, que contiene los materiales y las proporciones en peso siguientes:

7

8. Un acelerador líquido de acuerdo con la reivindicación 7, en el que la sal magnésica soluble en agua es carbonato magnésico o sulfato magnésico.

9. Un acelerador líquido de acuerdo con la reivindicación 7 u 8, en el que el ácido inorgánico que contiene fósforo y oxígeno es ácido fosfórico o ácido fosforoso.

10. Un método para pulverizar hormigón sobre un sustrato, que comprende las etapas de formar una mezcla de hormigón y transportar esta hasta una tobera de pulverización para pulverizar sobre el sustrato, inyectándose en la tobera una composición aceleradora líquida de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1-9.