ES2328952T3 - Composicion de hormigon. - Google Patents

Abstract

Mezcla de hormigón preparado que contiene cemento con un contenido alto en Brownmillerita así como Albita y Gismondina, y un aditivo para hormigón para lograr una fluidificación persistente durante mucho tiempo de mezclas de hormigón, que contiene (a) por lo menos ácido glucónico y/o una sal alcalino-metálica y/o alcalinotérreo-metálica del ácido glucónico (gluconato) soluble en agua o dispersable (b) por lo menos ácido policarboxílico, elegido de ácidos poliacrílicos, ácidos polimetacrílicos, derivados de poli ácidos maleicos, ácido algínico o ácido pectínico y/o una sal alcalino metálica y/o alcalinotérreometálica del ácido policarboxílico soluble en agua o dispersable (c) por lo menos una sal alcalino-metálica y/o alcalinotérreo-metálica de un éter policarboxílico soluble en agua o dispersable (d) agua.

Description

Composición de hormigón.

El objeto del presente invento es una mezcla de hormigón preparado que contiene cemento con un contenido alto (por encima del promedio) en Brownmillerita así como Albita y Gismondina y un aditivo para hormigón para lograr una fluidificación persistente durante mucho tiempo de mezclas de hormigón.

Hormigones modernos de elevada durabilidad (ejemplo negativo: los puentes de autopistas alemanas que se hicieron en los años 60) se caracterizan por una alta densidad de la masa; ésta prohibe y/o retrasa la penetración de sustancias nocivas, que a su vez atacan el hormigón y/o los aceros de la armadura a largo plazo, sobre todo agua, dióxido de carbono, sales. Por eso es necesario utilizar lo menos posible agua de amasado durante la fabricación del hormigón, dado que agua sobrante forma poros capilares al evaporarse posteriormente, reduciendo a su vez la densidad de la masa del hormigón. La norma europea para hormigón EN 206-1 define valores máximos para la llamada relación agua-cemento para determinadas clases de exposición (= campos de entornos específicos donde se colocará el hormigón). La relación agua-cemento define la relación entre el peso del agua de amasado y peso de cemento utilizado, por ejemplo por metro cúbico de hormigón.

En caso de amasar hormigón con muy poca agua (pero siempre suficiente para garantizar la completa hidratación del cemento), la calidad del hormigón será muy buena, pero ya no se puede trabajar de manera satisfactoria (y mucho menos bombear), porque la masa de hormigón resulta muy dura. Un hormigón bien bombeable (esto son unos 70% de los casos) debe tener la consistencia "blanda". La consistencia de un hormigón se determina a los aproximadamente 5 minutos después de su amasado por varios métodos; un método ampliamente reconocido y aplicado es el "cono de Abrams". Este método consiste en rellenar un cono metálico normalizado con el hormigón fresco, a continuación se levanta el cono metálico mientras el cono restante de hormigón se colapsa y se mide en centímetros la pérdida de altura del cono restante de hormigón. La arriba mencionada consistencia "blanda" se da cuando el cono de hormigón ha perdido unos 6-9 centímetros.

Para poder unir estas dos exigencias opuestas, se han desarrollado (ya en los años 1950) los llamados plastificantes y/o superfluidificantes. La diferencia entre ambos es sencillamente que los superfluidificantes son mucho más eficaces que los plastificantes. Con superfluidificantes se pueden elaborar por ejemplo hormigones que son tan fluidos que se auto-nivelan (como mortero autonivelante); esto corresponde a un cono de 24-28 cms.

Otro aspecto es cuánto tiempo aguanta fluidificando el aditivo superfluidificante en el hormigón. Mientras los "viejos" plastificantes aguantaban sólamente máx. 30-40 minutos, los modernos superfluidificantes de alto rendimiento muestran su efecto hasta 2 horas. Este punto es muy importante para fabricantes de hormigón preparado de transporte, dado que los camiones hormigonera normalmente tardan una hora o más entre la hora de amasado y la finalización del proceso de descarga en el lugar de destino. Por eso, los viejos, sencillos plastificantes se solían dosificar por el chófer del camión hormigonera desde un pequeño depósito en la cuba amasadora, a la llegada a la obra. Superfluidificantes modernos se pueden dosificar directamente en la planta de hormigón durante el proceso de amasado, por lo que se puede suprimir el punto débil "chófer" y la exactitud de la dosificación aumenta bastante.

Conocidamente hay una gran variedad de tipos de cemento, dado que se puede fabricar cemento de muchas materias primas distintas. El cemento prístino se fabricó desde mitades del siglo XIX de una piedra caliza determinada, procedente de las proximidades de la península inglesa llamada Portland. El nombre para este cemento "puro" se ha conservado hasta el día de hoy: cemento Portland, aúnque piedras químicamente muy parecidas se extraen también en otras partes del mundo y se calcinan para obtener clinker de cemento. Como el clinker Portland sale relativamente caro, la industria cementera suele añadir otros componentes o componer el cemento directamente desde otras materias primas, tal como escorias de hornos altos, otras cales, cenizas volantes o la tierra volcánica ya conocida por los Romanos, procedente de la zona de Pozzuoli. Estas últimas cenizas puzolánicas salen con mucha frecuencia muy baratas, porque están presentes en muchos sitios del mundo, no solamente en las Islas Canarias, sino también en la zona "Eifel" de Alemania, en el Caribe y partes de Sudamérica.

Es evidente que la composición química de estos distintos cementos es completamente diferente, y que por eso un aditivo determinado funciona perfectamente en combinación con un tipo concreto de cemento y con otro sólamente muy limitado. Por eso están ofreciendo todos los fabricantes de aditivos (se trata del concepto colectivo para todos los tipos de aditivos, incluyendo a los superfluidificantes, pero también retardadores, accelerantes, introductores de aire etcétera) una multitud de superfluidificantes.

Es interesante y se entiende que los aditivos en el mercado están concebidos para los tipos de cementos más corrientes. El hormigonero al que suministra su proveedor de cementos un cemento muy especial (aunque recogido perfectamente en la norma de cementos) tiene entonces el problema que posiblemente no encuentre un superfluidificante que "pega" con su cemento.

Para poder fluidificar correctamente cementos con un alto contenido en puzolana o por ejemplo otra fuente de hierro (por ejemplo CEM II/A-P, CEM II/B-P resp. CEM IV o cementos elaborados de o con escorias de altos hornos) con las características especiales "elevado contenido en Brownmillerita y/o Albita y/o Gismondina respectivamente otros feldespatos", hay necesidad de plastificantes o superfluidificantes que impiden o por lo menos obstaculizan/retrasan los efectos negativos en la trabajabilidad del hormigón fresco, provocados por las sustancias anteriormente citadas. Los efectos negativos para la trabajabilidad son: la formación rápida de cristales grandes, que a su vez influyen de forma negativa a la reología (fluidificación insuficiente) y la demanda de agua del hormigón, la corta trabajabilidad del hormigón y la insuficiente resistencia a la compresión a los 28 días bajo condiciones de una determinada dosificación de cemento (comparado con otros tipos de cemento y la misma dosificación del hormigón).

En realidad se trata del problema de cómo se puede complejar por ejemplo el alto contenido de hierro con la consecuencia que el hierro se mantenga en suspensión y no entre temprano (preferiblemente entonces 90-120 minutos) en disolución.

Los superfluidificantes conocidos no están optimizados para su uso con los precitados cementos de lugares de origen específicos, por ejemplo las Islas Canarias, y por eso no impiden la formación rápida de cristales grandes con los efectos secundarios negativos como descrito.

EP0605318A1 describe una composición apta para mejorar las propiedades reológicas de productos a base de cemento y sobre todo aumentar el tiempo de trabajabilidad de hormigones preparados, caracterizado por contener en forma de una mezcla ternaria una sustancia superplastificante o reductora de agua con efecto dispersante, una sustancia estabilizante capaz de formar un quelato con los iones cálcicos del producto a base de cemento y un dispersante a base de polímeros policarboxílicos.

US2003/0127026A1 describe una composición semejante a cemento con alta resistencia temprana, comprendiendo un cemento hidráulico y una mezcla, donde la mezcla contiene un dispersante policarboxílico, un acelerante y un retardador.

El objeto del presente invento es en una primera variante de realización una mezcla de hormigón preparado que contiene cemento con un contenido alto (por encima del promedio) en Brownmillerita así como Albita y Gismondina y un aditivo para hormigón para lograr una fluidificación persistente durante mucho tiempo de mezclas de hormigón, conteniendo (a) por lo menos ácido glucónico y/o una sal alcalinometálica y/o alcalinotérreo-metálica del ácido glucónico (gluconato) soluble en agua o dispersable, (b) por lo menos ácido policarboxílico, elegido de ácidos poliacrílicos, ácidos polimetacrílicos, derivados de poli ácidos maleicos, ácido algínico o ácido pectínico y/o una sal alcalino-metálica y/o alcalinotérreo-metálica del ácido policarboxílico soluble en agua o dispersable, (c) por lo menos una sal alcalino-metálica y/o alcalinotérreometálica de un éter policarboxílico soluble en agua o dispersable y (d) agua.

Con la ayuda del aditivo conforme a la invención es posible fabricar hormigones con la consistencia deseada, particularmente transportarlos y trabajarlos, los que en caso contrario fraguan demasiado rápido y/o necesitan una dosificación elevada de agua y/o no llegan a la resistencia final planificada. Los aditivos conforme a la invención desarrollan su efecto no solamente con un cemento determinado, sino con un gran número de distintos tipos de cemento.

En las Islas Canarias pasa por ejemplo lo siguiente: ambos fabricantes de hormigón (un duopolio auténtico) ofrecen un cemento conforme a la norma bajo la denominación "CEM II/A-P 42,5 R", pero este cemento tiene unas propiedades específicas que no tiene por ejemplo el mismo tipo de cemento fabricado en Alemania. Se trata concretamente de un porcentaje por encima del promedio en Brownmillerita [Ca-Alferrita ó Ca_{2}(Al,Fe)_{2}O_{5}] - en el campo de la tecnología del hormigón llamado C4AF - tanto como Albita [NaAl-silicato ó NaAlSi_{3}O_{8}] tanto como Gismondina [Ca-Al-silicato-hidrato ó CaAl_{2}Si_{2}O_{8} x 4H_{2}O]. Albita y Gismondina son feldespatos.

Estos precitados componentes del cemento reaccionan (después de la dosificación del agua de amasado) muy rápidamente, formando cristales de tamaño grande y causan por eso que el hormigón (mejor dicho: la lechada de cemento en el hormigón) fragüe muy rápidamente y a la vez necesita mucha agua de amasado; hablamos en cuanto al fraguado inicial de espacios de tiempo de 3 a 10 minutos, de todas formas demasiado cortos para poder transportar y trabajar el hormigón con la consistencia deseada respectivamente planificada.

El contenido usual del C4AF en cementos anda alrededor de los 1-3% y en los cementos canarios anda alrededor de 5-10%; el mismo problema puede ocurrir con cementos de escorias de altos hornos. En las islas Canarias, este alto contenido en hierro está siendo importado en el cemento por la utilización de cenizas volcánicas.

Además, se supone que los precitados cristales grandes y de forma tabular obstaculizan posteriormente (aproximadamente después de 90 minutos, contados a partir del momento de amasado del hormigón) el desarrollo y/o entrelazamiento de los cristales aciculares que forman la "verdadera" estructura cristalina del hormigón (nombre corto internacionalmente consabido: C2S, C3S); exactamente estos dos tipos de cristales empiezan a desarrollarse no antes de aproximadamente 90 minutos después del amasado del hormigón; por eso, no se debe colocar el hormigón más tarde de los 90 minutos, a no ser que se haya añadido un retardante de fraguado. La consecuencia de todo esto es un hormigón que resiste menos a la compresión de lo que pudiera.

Y es exactamente la suma de lo anteriormente dicho lo que pasa en las Islas Canarias: el hormigón necesita mucha agua de amasado, aún así el tiempo en el que es trabajable es demasiado corto y no alcanza la resistencia planificada correspondiente a la dosificación de cemento - y esto con el uso de plastificantes o superfluidificantes tradicionales, incluidos los de la llamada última generación (PCE éter de policarboxilato).

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En otras palabras: los hasta ahora conocidos o usuales superfluidificantes no pueden fluidificar debidamente los cementos utilizados en las Islas Canarias (y posiblemente en otros lugares). Esto se debe obviamente a que los fabricantes de aditivos no conocen las precitadas ideosincracias del cemento canario y los efectos resultantes.

El superfluidificante conforme a la invención está optimizado exactamente para esta aplicación. Contiene ingredientes que complejan compuestos de hierro en el cemento.

Además se compone de por lo menos tres, preferentemente cuatro sustancias químicas básicas, mientras superfluidificantes hasta ahora habitualmente contienen como mucho hasta 2 sustancias básicas.

Se trata de una familia de productos de aditivos para hormigón, en cuanto a los aditivos conforme a la invención, dado que distintos cementos (incluso por ejemplo el bastante exactamente definido tipo CEM II/A-P) tienen distintas propiedades químicas de fabricante a fabricante y de país a país. Teóricamente debería fabricarse para cada cemento en cada país un superfuidificante optimizado para él, donde las sustancias químicas básicas (como sigue) siempre serán las mismas, pero no la dosificación relativa.

Si bien se pudiera utilizar el ácido glucónico sólo en el sentido de la presente invención, se prefiere especialmente en el sentido de la presente invención la utilización de mezclas de ácido glucónico y gluconato de sodio. Equivalentes soluciones acuosas se consiguen en el comercio. Se ha comprobado como es especialmente preferida una mezcla de ácido glucónico con gluconato de sodio donde la relación en peso entre el ácido glucónico y el gluconato alcalino-metálico se encuentra en el margen de 2 a 1 hasta 1 a 2 partes por peso.

La denominación ácido carboxílico se utiliza habitualmente como designación sumaria para ácidos carboxílicos alifáticos y aromáticos de bajo peso molecular con, por regla general, más de 2 grupos carboxilo en la molécula. Además se utiliza la denominación ácido policarboxílico como designación para polímeros orgánicos con una multitud de grupos carboxi en las individuales macromoléculas, que se fabrican a su vez por el proceso de homopolimerización o copolimerización de monobásicos o multibásicos ácidos carboxílicos no saturados. Importantes representantes de estos ácidos policarboxílicos, también llamados polielectrolitos o poliácidos, son entre otros los ácidos poliacrílicos, ácidos polimetacrílicos, derivados de poli ácidos maleicos como polímeros sintéticos y ácido algínico y ácido pectínico como polímeros naturales.

Ácidos poliacrílicos son conocidamente solubles en agua, sobre todo en forma de sus sales. Se comercializan como ácidos o sales (sales de sodio, amonio). Productos técnicos tienen habitualmente masas molares comprendido entre 2.000 y 300.000 g/mol.

Ácidos poliacrílicos, que no son solubles en agua pero sí se hinchan fuertemente y por eso resultan dispersable, pueden ser sintetizados por copolimerización enlazante de ácidos acrílicos con monómeros bi y polifuncionales, por ejemplo con polialil glicosas respectivamente por enlazamiento parcial con iones polivalentes, por ejemplo iones de aluminio. Ácidos poliacrílicos pertenecen como poliácidos a los ácidos policarboxílicos. Los ácidos poliacrílicos son usualmente productos higroscópicos sólidos con temperatura de transición vítrea de 105 hasta 130ºC y se descomponen por encima de 200 hasta 250ºC, separando agua. Ácidos poliacrílicos se comercializan como cuerpo sólido, disoluciones acuosas o emulsiones. En el sentido de la presente invención abarcan los ácidos también sus sales alcalino-metálicas y/o alcalinotérreometálicas, solubles o dispersables en agua.

Además son componente del aditivo conforme a la invención los éteres policarboxílicos, donde la proporción en peso entre los ácidos policarboxílicos, ácidos poliacrílicos y los éteres policarboxílicos se ajusta preferentemente en el margen 3 a 1 hasta 1 a 1.

Además contienen los aditivos conforme a la invención en su caso por lo menos una sal alcalinometálica y/o alcalinotérreo-metálica del ácido ligninosulfónico, incluyendo a su ácido libre. Ácido lignosulfónico es conocidamente el producto de reacción de lignina nativa con ácido sulfuroso, que se produce durante la disgregación de sulfito de madera en la extracción de celulosa. En dependencia de las bases utilizadas en el proceso de disgregación, resultan sales de sodio, amonio, calcio o magnesio del ácido lignosulfónico, solubles en agua. La masa molar indicada del ácido lignosulfónico varía entre 10.000 y 200.000. El número de los grupos del ácido sulfónico asciende a aproximadamente 2 por 5 hasta 2 por 8 unidades fenil propano. Ácido lignosulfónico y sus sales, los lignosulfonatos, forman parte de la lixiviación de sulfito, donde quedan aislados como polvo marrón.

Especialmente preferido en el sentido de la presente invención son aditivos que contienen de 17,5 hasta 35, especialmente de 20 hasta 30% en peso de ácido glucónico/gluconato, de 5 a 30, especialmente de 5 a 10% en peso de ácido policarboxílico/sal del ácido policarboxílico, de 5 a 30% en peso, especialmente de a 20% en peso de éter policarboxílico/sal de éter policarboxílico y en su caso de 0 a 30, especialmente de 10 a 20% en peso de ácido lignosulfónico/sal del ácido lignosulfónico, completado hasta 100% en peso con agua. En otras proporciones no se garantiza la eficacia del aditivo, además se pueden producir efectos de descomposición del aditivo.

Debido al carácter ácido de los tres o cuatro componentes nombrados de los aditivos conforme a la invención, los valores pH se encuentran en la zona ácida. Para su uso en el hormigón muy alcalino, es necesario como regla general, ajustar los aditivos a un valor de pH poco ácido, preferiblemente en la zona de 3,5 hasta 6,5. Esto se puede hacer, por ejemplo, con sosa potásica diluida o con sosa cáustica.

Se observó que mezclas de hormigón preparadas con los citados aditivos quedan fluidificadas muy fuerte y perdurablemente (mínimo 90 minutos a partir del amasado del hormigón). Según la dosificación del aditivo se logran conos de Abrams entre aproximadamente 9 hasta 24. Estos efectos se logran cuando los aditivos conforme a la invención se utilizan con una dosificación de 0,2 hasta 1,2% por peso, especialmente de 0,6 hasta 0,8% en peso, relativo al peso de cemento en el hormigón. Una dosificación demasiado escasa no lleva al efecto deseado del superfluidificante, como es habitual con todos los aditivos. Una dosificación muy elevada puede tener como consecuencia, que el hormigón necesita mucho más tiempo de lo normal para fraguar, por ejemplo 22 horas ó más, sobre todo cuando hay bajas temperaturas exteriores. Este retardo inicial sin embargo no tiene ningún o muy poco efecto negativo en el posterior comportamiento de endurecimiento del hormigón. Se comprobó en numerosos ensayos, que la resistencia a compresión de las probetas fue un poco más baja a los 3 días como máximo - aplicando una sobredosificación de 1,5% por peso del aditivo y al mismo tiempo bajas temperaturas exteriores alrededor de 8ºC. Las resistencias a compresión de las probetas a los 7, 14 y sobre todo 28 días se hallaron otra vez en el margen normal planificado.

Ejemplos de ejecución

Ejemplo 1

Se mezclan 23 partes en peso de una disolución acuosa de gluconato de sodio, de 45% en peso, con el nombre comercial EMF 1240 del fabricante Jungbunzlauer, Basel, Suiza, 23 partes en peso de una disolución acuosa de ácido glucónico, de 50% en peso, 10 partes en peso de poliacrilato con el nombre comercial Clercal® SL 17, 35 partes en peso de un éter policarboxílico en solución acuosa con el nombre comercial Remicrete® SP 10 y 5,5 partes en peso de agua. Se añadió el aditivo con un valor pH de 8,5 hasta 9 (ajustado mediante KOH por parcial sustitución del agua) a un cemento del tipo CEM II/A-P 42,5 R del fabricante CEMEX y Cement Investment.

La mezcla arriba mencionada se ajustó mediante sosa potásica diluida al 50% por peso al citado valor pH. Resultó una densidad de 1,20 g/cm^{3}.

En la siguiente tabla están anotados los datos de distintos ensayos: en las primeras tres columnas se halla:

la cantidad de cemento

la relación entre agua y cemento, quiere decir el valor agua-cemento (a/c) y

la cantidad del aditivo utilizado.

El cono de Abrams representa la consistencia del hormigón. En las tres últimas columnas está anotada la resistencia a compresión de una probeta estándar después de 3, 7 y 28 días.

1

El arriba mencionado aditivo muestra los mejores resultados en hormigones con poca dosificación de cemento (280 hasta 300 kgs/m^{3} de hormigón).

Ejemplo 2

25 partes en peso de la disolución de gluconato de sodio según ejemplo 1

30 partes en peso de la disolución de ácido glucónico según ejemplo 1

25 partes en peso del éter policarboxílico según ejemplo

10 partes en peso del poliacrilato según ejemplo 1 y

10 partes en peso de agua se mezclaron análogo al ejemplo 1 y se añadieron en una relación de 0,8% en peso, relativo al peso de cemento, a un cemento según ejemplo 1 para la fabricación de un hormigón con más alto contenido en cemento (350 hasta 400 kg/m^{3} de hormigón)

También aquí se pudo comprobar fundamentalmente el resultado del ejemplo 1.

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Claims (7)

1. Mezcla de hormigón preparado que contiene cemento con un contenido alto en Brownmillerita así como Albita y Gismondina, y un aditivo para hormigón para lograr una fluidificación persistente durante mucho tiempo de mezclas de hormigón, que contiene

(a)

por lo menos ácido glucónico y/o una sal alcalino-metálica y/o alcalinotérreo-metálica del ácido glucónico (gluconato) soluble en agua o dispersable

(b)

por lo menos ácido policarboxílico, elegido de ácidos poliacrílicos, ácidos polimetacrílicos, derivados de poli ácidos maleicos, ácido algínico o ácido pectínico y/o una sal alcalino metálica y/o alcalinotérreo-metálica del ácido policarboxílico soluble en agua o dispersable

(c)

por lo menos una sal alcalino-metálica y/o alcalinotérreo-metálica de un éter policarboxílico soluble en agua o dispersable

(d)

agua.

2. Mezcla de hormigón preparado según reivindicación 1., caracterizado en que el aditivo de hormigón contiene una mezcla de ácido glucónico y gluconato alcalino-metálico.

3. Mezcla de hormigón preparado según reivindicación 1., caracterizado en que la relación en peso entre el gluconato alcalino-metálico y el ácido glucónico está ajustado en el margen entre 2 a 1 hasta 1 a 2 partes por peso.

4. Mezcla de hormigón preparado según reivindicación 1. hasta 3., caracterizado en que el aditivo para hormigón además contiene por lo menos una sal alcalino-metálica y/o alcalinotérreo-metálica del ácido ligninosulfónico, incluyendo a su ácido libre.

5. Mezcla de hormigón preparado según reivindicación 1. hasta 4, caracterizado en que el aditivo para hormigón contiene

(a)

de 17,5 hasta 35, especialmente de 20 hasta 30% relación en peso de ácido glucónico/gluconato,

(b)

de 5 hasta 30, especialmente de 5 hasta 10% relación en peso de ácido policarboxílico/sal del ácido policarboxílico,

(c)

de 5 hasta 30, especialmente de 5 hasta 20% en peso de éter policarboxílico, sal de éter policarboxílico, en su caso de 0 hasta 30, especialmente de 10 hasta 20% en peso del ácido lignosulfónico/sal del ácido lignosulfónico y agua hasta 100% en peso.

6. Mezcla de hormigón preparado según reivindicación 1. hasta 5., caracterizado en que el aditivo para hormigón tiene un valor pH entre 3,5 y 6,5.

7. Mezcla de hormigón preparado según reivindicación 1., que contiene el aditivo para hormigón en una dosificación de entre 0,2 hasta 1,2, especialmente 0,6 hasta 0,8% en peso, relativo al peso de cemento.