ES2331044B1 - Nuevos materiales altamente adahesivos y cohesivos para la construccion. - Google Patents
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Abstract
Nuevos materiales altamente adhesivos y
cohesivos para la construcción.
La presente invención hace referencia a nuevos
materiales altamente adhesivos y cohesivos para la construcción que
comprenden en su formulación los siguientes compuestos:
a. materiales para la preparación de adhesivos
cementosos, adhesivos no cementosos, morteros y hormigones
modificados con polímeros, morteros y hormigones poliméricos, o
paneles aislantes termoacústicos.
b. lodos residuales derivados de los efluentes
de la fabricación de pinturas acrílicas o RSP
donde dichos lodos actúan como agentes
adhesivos, sustituyendo total o parcialmente o adicionándose a los
polímeros redispersables, emulsiones poliméricas o adhesivos
comerciales presentes en los adhesivas cementosos, no cementosos,
morteros y hormigones modificados con polímeros y paneles aislantes
termoacústicos.
Description
Nuevos materiales altamente adhesivos y
cohesivos para la construcción.
La presente invención hace referencia a la
sustitución parcial o total del agente adhesivo en la fabricación
de materiales adhesivos empleados habitualmente en construcción
tales como: adhesivos cementosos, adhesivos no cementosos,
hormigones y morteros modificados, hormigones y morteros
poliméricos, etc., mediante el aprovechamiento de los componentes
acrílicos que poseen los lodos residuales derivados de la
fabricación de pinturas.
La incorporación de los lodos de depuración
producidos en el tratamiento de aguas de procesado de pinturas
acrílicas a este tipa de materiales, hace que se incremente la
capacidad ligante del adhesivo en el que se incorporan dichos
residuos, aumentando sus propiedades adhesivas y cohesivas.
La incorporación de resinas acrílicas, como
material adhesivo, es habitual en la formulación de materiales de
construcción compuestos, tales como hormigones poliméricos,
adhesivos cementosos, adhesivos no cementosos, etc. Lo que no lo es,
es la utilización de residuos de las industrias de pinturas como
agente adhesivo en sustitución parcial o total de resinas
acrílicas.
Los residuos de pinturas plantean la
problemática del reciclado de los residuos contaminantes que
generan. El reciclado de pinturas con disolvente, es mucho más
complejo que el de pinturas al agua, y las posibilidades disponibles
son escasas y generalmente poco desarrolladas. En éste sentido han
surgido muchas iniciativas, fundamentalmente del sector del
automóvil, que han intentado darle un valor a dicho residuo para su
posterior utilización en otras industrias, o en la misma
reutilizándolo.
En la gran mayoría de los casos dicho
procesamiento ha pasado por destilar éste subproducto que
posteriormente serviría para recuperar por un lado el disolvente por
condensación (aprox 50% en la mayoría de los casos), y por otro la
fracción sólida deshidratándola hasta obtener un polvo seco que
podría servir como filler o relleno en materiales de construcción,
EP0313016, US5489333, US5573587. En otros casos se hace referencia
a su incineración, o eliminación directa: US6029370, EP1066888,
US4980030, US5954970. Las patentes GB2135328, y GB2054613 utilizan
los residuos sólidos para producir materiales termoconformados.
Otros se centran en reciclar parcialmente tras
un proceso bien sea de deshidratación, o de alcalinización y
coagulación, etc, tal como WO200156935; y otros procesos como
US6162504, lo emplean como aditivos o sellantes a partir de polvo
seco de los residuos de pinturas de la industria del automóvil.
Todos ellos con un coste considerable de tratamiento y un escaso
aprovechamiento del producto de él derivado.
En cuanto al problema de qué hacer con el
residuo sólido que se obtiene tras la separación, el Instituto
Tecnológico de Tokio y Toshiba Corporation, han estudiado un
sistema de recuperación, US05608136, mejorando el sistema de
destilación tradicional mediante el empleo de un horno de gas
pirolítico para transformar dichos residuos en Fuel. En la
actualidad, todavía se encuentra en fase de estudio.
La patente WO9718261 produce un compuesto
polimérico resultado de la mezcla de los lodos de pintura derivados
de éste tipo de industria y de polímeros de nueva fabricación,
antes los lodos deberán haberse sometido a un intenso tratamiento de
secado, seguido de una "decatalización" o paralización de la
reacción de polimerización hasta su uso, lo que encarece
sustancialmente su utilización. Así mismo la JP57085831 tiene
características muy similares.
La patente WO03031363 de DU PONT evita
correctamente el problema mencionado anteriormente referente al
secado de éstos residuos, y describe la utilización de los lodos de
pintura, (en éste caso derivados de la industria de ensamblaje y
pintado de automóviles), para materiales de construcción, pero
únicamente utiliza el residuo como agente hidratante, en
sustitución del agua en la producción de dichos materiales, y esta
sustitución no aporta ninguna mejora respecto a los productos
hidratados directamente con agua.
Otros hacen referencia de manera específica a la
recuperación de los lodos residuales derivados del pintado en la
industria del automóvil, siguiendo el proceso ya conocido de
reducir la humedad por medios mecánicos, para luego proceder a un
secado bien sea por agentes químicos o fisicoquímicos, tal como
CA2074576, donde el polvo seco obtenido o la masilla deshidratada
pueden ser empleados en materiales sellantes como relleno. Otros lo
someten a un tratamiento para recuperar por un lado el solvente, y
por otro el pigmento que será recirculado de manera parcial por su
de menor calidad.
Ninguna referencia indica el aprovechamiento,
sin costosos procesos de tratamiento o secado, de la capacidad
adhesiva de los componentes acrílicas que poseen los lodos
residuales derivados de la Fabricación de Pinturas, para la
fabricación de materiales como los descritos en esta patente.
La utilización de polímeros procedentes de los
lodos producidos tras el tratamiento de los residuos de fabricación
de pinturas acrílicas, permite obtener materiales de construcción
con propiedades altamente adhesivas y/o cohesivas, reduciendo
significativamente los elevados costes que supone la utilización de
polímeros nuevos.
El empleo de dichos lodos de depuración
favorecerá la trabajabilidad de la pasta cementosa en la que son
adicionados debido al efecto plastificante de las cadenas
poliméricas que contienen dichos materiales combinado con otro
efecto dispersante que ejercen las sustancias surfactantes
presentes en el lodo.
Según lo anteriormente expuesto un aspecto
esencial de la presente invención se refiere a nuevos materiales
altamente adhesivos y cohesivos para la construcción que comprenden
en su formulación los siguientes compuestos:
- a.
- Materiales para la preparación de adhesivos cementosos, adhesivos no cementosos, morteros y hormigones modificados con polímeros, morteros y hormigones poliméricos, o paneles aislantes termoacústicos.
- b.
- Lodos residuales derivados de los efluentes de la fabricación de pinturas acrílicas, y al que está en base seca llamaremos RSP.
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En los cuales, dichos lodos residuales
derivados. de los efluentes de la fabricación de pinturas acrílicas
o RSP, actúan como agentes adhesivos, sustituyendo total o
parcialmente a los polímeros redispersables, emulsiones poliméricas
o adhesivos comerciales presentes en los adhesivos cementosos, no
cementosos, morteros y hormigones modificados con polímeros y
paneles aislantes termoacústicos.
La invención propuesta utiliza residuos
procedentes de la Fabricación de pinturas, no de pinturas usadas en
un proceso de pintado de vehículos u otros bienes de consumo, por
lo que el residuo no, ha sufrido una elevada contaminación por el
proceso de pintado de objetos; por otra parte la utilización como
lodo, con un mínimo proceso de decantación y estabilización,
proporciona una materia prima adecuada para la fabricación de los
productos objeto de esta invención.
Por otra parte es necesario señalar que los
lodos están en estado sólido húmedo o están en suspensión en
agua.
Un aspecto importante a tener en cuenta es el
porcentaje de agua que posean los lodos a la hora de ajustar la
dosificación agua/conglomerantes, (30 a 40%). Este porcentaje
varía notablemente en función del sistema de tratamiento de los
residuos instalado en la fábrica, el punto del proceso de
tratamiento en el que se recojan los lodos e incluso de las
condiciones ambientales. En el caso de que los lodos sean
recuperados con posterioridad a su prensado puede requerirse para
determinados usos un proceso de disgregación mecánica y posterior
dilución; en caso de recuperarse de procesos anteriores, puede
requerirse para algunos usos la eliminación de agua con procesos
como por ejemplo la decantación, el filtrado, la centrifugación, ó
cualquier otro método de separación física o fisicoquímica conocido
en el estado de la técnica.
En cuanto a las ventajas derivadas de los usos
específicos que se enumeran en los párrafos anteriores, cabe
destacar el ahorro económico que supone la sustitución de la
materia prima más costosa por un residuo. Además, el empleo del lodo
en las aplicaciones anteriores no supone coste económico adicional
derivado del procesado del
residuo.
residuo.
Por otra parte, el agente adhesivo comercial,
emulsión polimérica y/o el polímero redispersable se selecciona del
grupo formado por acetato de polivinilo, vinil carboxilato,
acrílico, estireno butadieno, látex, etileno vinil acetato o
polivinilo.
En este mismo sentido cabe destacar que los
lodos o RSP sustituyen al agente adhesivo comercial, emulsión
polimérica o el polímero redispersable:
- de un 15 a un 100%, preferentemente de un 50 a
un 85% y más preferentemente de un 60 a un 85%, en adhesivos
cementosos.
- de un 1 a un 100%, preferentemente de un 30 a
un 60%, en morteros y hormigones modificados.
- de un 1 a un 100%, preferentemente de un 30 a
un 60%, en morteros y hormigones poliméricos.
- de un 5 a un 100%, preferentemente de un 60 a
un 100% en adhesivos no cementosos, aplicado en paneles
acústicos.
Por otro lado, los lodos o RSP cuando son
agregados por adición, mejoran las propiedades del material de
construcción proporcionando mejoras cohesivas y acústicas en los
materiales resultantes obtenidos.
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En éste sentido cabe destacar que los lodos o
RSP se añaden al agente adhesivo comercial, emulsión polimérica o
el polímero redispersable:
- de un 10 a un 50%, preferentemente de un 20 a
un 25%, en paneles aislantes termoacústicos.
- la incorporación de microcargas de un 1 a un
10%, preferentemente de un 3 a un 5% con respecto a los áridos, sin
el secado previo de los lodos como microcargas en hormigón, mejora
sus propiedades mecánicas.
En adhesivos cementosos (también conocidos como
morteros cola o cemento cola), aplicación 1, tras la sustitución
parcial del polímero original por los lodos de depuración
producidos en el tratamiento de aguas de procesado de pinturas
acrílicas, se obtienen propiedades mejoradas para la adherencia
inicial a las que ofrecen adhesivos cementosos comerciales tipo C2,
según Normativa Europea UNE EN 12004:2001, para la colocación de
baldosas cerámicas, pétreas o similares. Además, la incorporación
del lodo proporciona tiempos abiertos similares a los que se
obtienen en adhesivos cementosos y no supone un cambio en la
coloración de dichos adhesivos, dadas las proporciones en las que
se dosifica. La durabilidad de los adhesivos cementosos frente a
ciclos hielo-deshielo, es también muy adecuada
frente a la que se obtiene con los adhesivos cementosos
comerciales.
La adición del lodo a los denominados adhesivos
poliméricos (adhesivos no cementosos), aplicación 3, por ejemplo
usados para la fijación en construcción de baldosas cerámicas,
pétreas o similares, o para la fabricación de paneles aislantes
termo-acústicos con fibras naturales o artificiales
(este último uso es el descrito en la aplicación 3), aumenta la
rigidez del material endurecido e incrementa la unión cohesiva del
material y como consecuencia las prestaciones dé adherencia se ven
mejoradas.
A partir de la sustitución del 50% del látex
empleado en la formulación de morteros y hormigones modificados, en
el ejemplo de aplicación 2, por lodos de depuración producidos en
el tratamiento de aguas de procesado de pinturas acrílicas se han
obtenido resultados similares a los que presentan los morteros
modificados comerciales para las propiedades en estado
endurecido.
El empleo dedos lodos de depuración como filler
de materiales diversos derivados del cemento, dado su reducido
tamaño de partícula puede traducirse en un incremento de la
trabajabilidad y de su compacidad en estado endurecido, viéndose
incrementadas las prestaciones mecánicas y de durabilidad de los
materiales en los que se incorporan. El procedimiento de
utilización del residuo descrito en esta patente, incorporado en
húmedo al agua de amasado sin un proceso de secado, permite por una
parte no incrementar el coste del producto obtenido, y por otra
mantener el polímero sin curar, lo que permite que una vez curado
aporte su capacidad de sellado de poros y su incremento de
resistencia, obteniendo un material mixto
cementoso-polimérico.
Todas las características y ventajas expuestas,
así como otras propias de la invención, podrán comprenderse mejor
con los ejemplos, mostrados a continuación.
Los lodos empleados en los ejemplos expuestos
proceden del proceso de tratamiento de aguas residuales de una
fábrica de pinturas acrílicas, siendo recogidos tras el proceso
final de prensado, donde se obtiene una torta de lodos de pintura
con consistencia sólida. Los lodos estaban compuestos
mayoritariamente, como es habitual en. este tipo de pintura, por
compuestos acrílicos y por CaO, SO_{3}, TiO_{2} (la composición
química se detalla en la tabla 1). El residuo de lodos posee una
elevada pérdida al fuego (L.O.I) en torno al 46,61% debida a la
alta proporción de resinas acrílicas.
Con el fin de ajustar las dosificaciones de
agua/conglomerantes se ha realizado un seguimiento de la humedad de
las muestras durante un periodo de un año, obteniéndose la relación
humedad/mes en torno al 30-40% (véase figura 5).
Siendo del orden del 30% durante los meses de verano y alcanzando
valores del 40% durante los meses más fríos.
El proceso de acondicionamiento de los lodos, en
éstos ejemplos ha sido el de disgregar mecánicamente la torta
recibida, y posterior disolución en agua hasta obtener una lechada
homogénea con la concentración deseada según el producto a
obtener.
A continuación se muestran una serie de ejemplos
que en todo momento tendrán sentido ilustrativo y no
limitativo.
La figura 1a muestra la capacidad humectante de
los morteros adhesivos desarrollados según la aplicación 1.
La figura 1b muestra la adherencia inicial de
los adhesivos cementosos en función de la proporción de RSP que
sustituye el adhesivo comercial.
La figura 1c muestra la adherencia inicial de
los adhesivos cementosos en función a la proporción de RSP que
sustituye al adhesivo comercial en su formulación.
La figura 1d muestra la adherencia inicial de
los adhesivos cementosos formulados, vs los adhesivos cementosos
comerciales.
La figura 1e muestra la adherencia tras
inmersión en agua de los adhesivos vs adhesivos cementosos
comerciales.
La figura 1f muestra la adherencia tras ciclos
hielo-deshielo de adhesivos cementosos formulados
vs adhesivos cementosos comerciales.
La figura 2a muestra la evaluación de la
consistencia de los morteros según la proporción de RSP
sustituido al látex en su formulación.
La figura 2b muestra la resistencia a la flexión
de los morteros modificados tras veintiocho días de curado.
La figura 2b muestra la resistencia a la
compresión de los morteros modificados tras veintiocho días de
curado.
La figura 3a muestra la conductividad térmica
del material con adhesivo convencional que incorpora la adición del
25% RSP. Espesor de la muestra es de 28 mm.
La figura 3b muestra la conductividad térmica
del material con adhesivo convencional sin la adición de RSP.
Espesor de la muestra es de 27 mm.
La figura 3c muestra los coeficientes de
absorción acústica de los paneles empleando adhesivo + RSR respecto
a paneles patrón; donde J1, J2, y J3 son diferentes repeticiones
con una adición del 25% de RSP respecto a la dosificación del
adhesivo en base agua empleado, y el P1, P2, y P3, son las
diferentes repeticiones de las muestra patrón.
La figura 4a muestra la resistencia mecánica del
hormigón donde el RSP es añadido como filler en una proporción del
5%.
La figura 4b muestra la profundidad de
penetración según la adición de RSP.
La figura 4c muestra la porosidad abierta de las
muestras referente al % RSP añadida a la dosificación del
hormigón.
La figura 5 muestra la variación de la humedad
de las tortas de lodo con respecto al mes de recuperación.
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El propósito de este ejemplo es demostrar la
posibilidad del aprovechamiento de los lodos producidos tras el
tratamiento de aguas residuales de fabricación de pinturas
acrílicas, utilizando el RSP en la formulación de adhesivos
cementosos para baldosas cerámicas. La efectividad del uso de dicho
residuo ha sido testada en base a las propiedades físicas de los
diferentes adhesivos cementosos que se han formulado, empleando el
residuo RSP como sustituyente parcial o total del acetato de
polivinilo (PAV), usualmente empleado en la formulación de
adhesivos cementosos. Además, el nuevo adhesivo cementosos obtenido
ha sido comparado con adhesivos cementosos comerciales y el estudio
demuestra que los adhesivos cementosos que incorporaron RSP
ofrecieron propiedades mejoradas de adherencia respecto a
algunos adhesivos cementosos comerciales.
La idea de emplear polímeros en materiales
basados en cementos data de principios de 1920. Hoy en día, los
polímeros modificados se emplean ampliamente en materiales
cementantes, los adhesivos cementosos utilizan en su formulación
polímeros del tipo éter de celulosa (CE) y polímeros del tipo látex
o/y acetato de polivinilo (PAV) que le confieren flexibilidad y
resistencia a tracción en el adhesivo endurecido. El ejemplo que se
detalla a continuación muestra la influencia de la sustitución
parcial del acetato de polivinílico (PAV) por residuo sólido del
procesado de pinturas acrílicas (RSP), en las propiedades de
adherencia, resistencia a tracción y resistencia a ciclos
hielo-deshielo que desarrollan los adhesivos
cementosos que contienen dicho residuo.
Todas las muestras de ensayo se prepararon de
acuerdo a la norma EN 1348, la formulación de las mismas se detalla
en la tabla 2, se empleó cemento Pórtland de tipo (CEM
I-52.5R), RSP, la composición química del cemento y
del RSP se detalla en la tabla 1.
Los adhesivos estudiados basados en la
sustitución de polímero PAV por RSP, en diferentes proporciones,
se muestran en la tabla 2.
Después de mezclar, el adhesivo cementoso
(mortero cola) fresco se aplicó sobre una superficie plana de
hormigón en dos etapas; Inicialmente se aplicó, una primera capa de
contacto con el espesor similar al tamaño del árido empleado como
filler en la formulación, y a continuación en la siguiente etapa se
aplicó una capa de adhesivo sobre la capa anterior y se cepilló con
ayuda de llana de apertura (6x6x6 mm). Transcurrido el tiempo
abierto, se colocaron piezas de cerámica de (5x5x0.5 cm), colocando
sobre cada una de ellas un peso de 2 Kg, durante 30 seg.
Posteriormente, las muestras se guardaron durante 28 días a 23ºC y
50% de humedad relativa, hasta la fecha de ensayo.
Las propiedades adhesivas de los adhesivos
cementosos formulados se midieron en base a la capacidad
humectante, adherencia inicial y resistencia a tracción después de
la aplicación de ciclos hielo-deshielo, de acuerdo a
los ensayos normalizados de la norma EN 1348.
La capacidad Humectante se evaluó teniendo en
cuenta la Norma UNE-EN 1347, el adhesivo cementoso
se aplicó en una superficie plana de hormigón de acuerdo a la norma
UNE EN 1323 en dos etapas; Inicialmente, se aplicó una primera capa
de contacto con el espesor similar al tamaño del árido empleado
como filler en la formulación y a continuación, en la siguiente
etapa, se aplicó una capa de adhesivo sobre la capa anterior y se
cepilló con ayuda de llana de apertura (6x6x6 mm). Entonces se
colocaron piezas de vidrio de (10x10xO.6 cm) aplicando sobre cada
una de ellas un peso de 2 Kg durante 0, 2, 5, 7 y 10 min. Después
de cada uno de los tiempos ensayados se pesó el adhesivo cementoso
adherido al vidrio, los resultados se muestran en la figura
1(a).
Tal como cabe esperar las muestras que emplearon
PAV 100%, es decir, sin RSP muestran mejor comportamiento adhesivo
a todos los tiempos estudiados, sin embargo, las dosificaciones con
sustitución de hasta el 50% presentan muy buen comportamiento y en
general todas las muestras presentan buena capacidad humectante
durante los primeros 5 minutos, tiempo abierto común en adhesivos
cementosos.
La superficie de rotura se estudió de forma
macroscópica siendo todas las roturas clasificadas en todos los
casos como rotura adhesiva (producida entre el adhesivo cementoso
y. la baldosa). La adherencia inicial según la norma
UNE-EN 1348, se muestra en la figura
1(b).
En general, se observa una relación directa en
la resistencia a la tracción, entre las muestras que contienen PVA
y la proporción de RSP empleada. Los resultados que presentaron
mejores propiedades de adhesión fueron las muestras que incorporaron
el 50%, 67% y el 83% de RSP, que son las que menor contenido de PVA
contienen en su formulación. Además, las muestras que incorporaron
100% RSP, es decir, sin PVA ofrecen mejor comportamiento adhesivo
que las muestras en las que se empleó únicamente PVA (0% RSP).
La resistencia a tracción del adhesivo se ha
estudiado de acuerdo con la norma UNE EN 1348:1997. Ap.8.5., los
resultados se muestran en la figura 1(c).
Tal como se puede apreciar en dicha figura no se
observan diferencias importantes entre las muestras evaluadas, los
mejores resultados de adhesión los presentan las muestras que
incorporaron el 50%, 67% y el 83% de RSP y también la muestras que
no incorporó RSP, la única que empleaba únicamente PVA. La
superficie de rotura se estudió de forma macroscópica siendo todas
las roturas clasificadas en todos los casos como rotura
adhesiva.
De acuerdo con la norma UNE-EN
12004:2001, teniendo en cuenta las propiedades adhesivas, los
adhesivos cementosos se pueden clasificar en adhesivos
convencionales C1 (adherencia inicial \geq 0.5 MPa), se
clasifican como adhesivos mejorados los adhesivos de tipo C2
(adherencia inicial \geq 1 MPa). Para llevar a cabo la presente
comparación se seleccionaron 4 adhesivos cementosos de tipo (C1,
C1E, C2-T y C2), las características que los
diferencian se enumeran en la tabla 3.
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La adherencia inicial de los adhesivos
cementosos diseñados está en torno a
1.3-1.6N/mm^{2} dependiendo de la, proporción de
RSP empleada en su composición, de acuerdo a la normativa
UNE-EN 12004:2001, el adhesivo desarrollado se
clasificaría como adhesivo mejorado tipo C2 (adherencia \geq 1
MPa). Los resultados referidos a las propiedades de durabilidad son
similares a los que se obtuvieron con los adhesivos cementosos
comerciales tipo C2 testados. La adherencia tras inmersión en agua
incluso supera los resultados obtenidos para los adhesivos
cementosos
comerciales.
comerciales.
La idea de reutilizar los lodos de pintura
procedentes del tratamiento de efluentes de lavado, y otros
materiales residuales de composición química similar, considerados
típicamente como residuo sólido del procesado de pinturas acrílicas
(RSP) como sustituyente parcial del PVA en adhesivos cementosos, no
afecta a la flexibilidad y al la resistencia a tracción del
adhesivo endurecido: La sustitución parcial del alcohol de
polivinilo por RSP, ofrece resultados de adhesión mejorados, pero
también buena capacidad humectante comparada con adhesivos
cementosos comunes. Los RSP pueden ser incorporados en el cemento
sin secado previo (como lodos), ofreciendo incluso mejores
resultados que cuando se incorporan secos. En general las
proporciones que mejores resultados ofrecen para la combinación
(PAV:RSP) son las que incorporan entre el 67 y el 83% de RSP.
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Los morteros y hormigones modificados con
polímeros se caracterizan por ser morteros y hormigones de cemento,
a los que se les ha añadido, durante el proceso de mezclado un
polímero soluble en agua o una emulsión polimérica que, durante la
etapa del curado, endurece formando una matriz continua en su
interior.
Dadas las características del residuo sólido del
procesado de pinturas acrílicas, RSP en base seca, posee componente
acrílica, se estudia en este ejemplo la sustitución de la emulsión
polimérica empleada para la formulación de este tipo de morteros por
RSP.
Los morteros y hormigones modificados con látex
están caracterizados por una matriz monolítica, que resulta de la
unión de la fase polimérica y la fase de cemento, durante el
proceso de hidratación de éste. Para la evaluación de la eficiencia
del RSP como sustituto del látex se han realizado las siguientes
dosificaciones (tabla 4).
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A continuación se evalúan las propiedades de los
morteros modificados desarrollados.
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El uso de emulsiones poliméricas en morteros y
hormigones convencionales modifica en gran medida las
características de éstos en estado fresco, principalmente
favoreciendo la trabajabilidad de la pasta debido a un efecto
plastificante de las cadenas poliméricas combinado con otro efecto
dispersante que ejercen las sustancias surfactantes presentes en el
látex.
En consecuencia, se produce una importante
disminución de la cantidad de agua requerida, que posibilita la
obtención posterior de un hormigón mucho más compacto y con una
considerable disminución del contenido de poros.
Tal como se puede apreciar en la figura
2(a), la fluidez de los morteros aumenta con el incremento
del agua y también con el de polímero, por ello la muestra látex
control es la que presenta una consistencia o fluidez más elevada.
En la mezcla Látex/lodo se aprecia Una reducción de la fluidez, que
sé ve reducida conforme disminuye el porcentaje de agua en la
formulación del mortero.
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Los factores que influyen en las propiedades de
resistencia de los hormigones y morteros modificados con polímeros
son: la naturaleza de los materiales utilizados (látex, cementos,
áridos); las proporciones de mezcla (proporción
polímero-cemento, proporción
agua-cemento, proporción
polímero-hueco, contenido de aire, etc.) y los
métodos de curado y de ensayo.
Los morteros modificados con látex, presentan en
el estado endurecido, un ligero incremento de la resistencia a la
flexión, en comparación con los morteros convencionales, mortero
patrón, y dicha resistencia es mayor que la que presentaron los
morteros en los que se ha empleado el lodo. Sin embargo, en lo que
respecta a la resistencia a compresión, se observan peores
resultados, en especial cuando la proporción del polímero es,
elevada (mortero látex control), debido al exceso de aire incluido
por este.
Finalmente, se puede concluir que los morteros
modificados con látex (mortero látex control), presentan un ligero
incremento de la resistencia a tracción, mientras que un detrimento
de la resistencia a compresión respecto del mortero patrón, sin
látex, ni RSP. Sin embargo, la sustitución de la mitad de la
proporción de látex en morteros modificados por RSP, ha ofrecido
resultados similares para el estado endurecido a los obtenidos para
el mortero látex control, aunque el comportamiento en fresco del
mortero ofrece una menor fluidez.
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Los lodos contienen en su composición un
porcentaje relevante de resinas acrílicas, con el empleo de los RSP
como aditivo en la formulación de adhesivos se pretende incrementar
la capacidad ligante del adhesivo, por tanto, se espera obtener una
mejor unión (cohesión) entre el material a adherir, mejorando entre
otras; la compacidad del material y con ello propiedades
acústicas, mejorando la trabajabilidad y disminuyendo el tiempo de
curado.
\newpage
Para el presente estudio se ha evaluado la
adición de un 25% de RSP (húmedo) sobre la dosificación de un
adhesivo en base agua usado, en este caso, para la fabricación de
paneles aislantes termo-acústicos con fibras
naturales. Para conocer la efectividad del adhesivo desarrollado,
se han evaluado las siguientes propiedades en el material en el
que se ha aplicado;
\ding{226} Conductividad térmica.
\ding{226} Densidad.
\ding{226} Propiedades acústicas.
Se han realizado ensayos de aislamiento térmico
(conductividad térmica) según Norma
UNE-202-902. La caracterización del
poder de aislamiento térmico de un material se ha realizado a
partir de la determinación del coeficiente de conductividad
térmica.
Entre dos superficies isotérmicas a temperatura
constante, una más alta que la otra, se establece un flujo de calor
en régimen estacionario, a partir de un tiempo determinado. Este
ensayo supone la estimación del flujo térmico de calor, a partir de
la fuerza electromotriz, que atraviesa una muestra del material bajo
análisis. A partir del flujo de calor (W/m^{2}) y de las
temperaturas de las placas fría y caliente, se realiza el cálculo
del coeficiente de conductividad térmica. La diferencia de
temperatura o gradiente térmico ha de ser de al menos 15ºK.
Los materiales considerados como aislantes
térmicos suelen presentar valores de conductividad térmica entre
0.028 y 0.070 W/mK, aunque el valor dependerá mucho de la densidad
aparente del material y del espesor del mismo.
Se toman valores de conductividad térmica una
vez que se ha llegado al régimen estacionario. Las medidas
realizadas muestran que valores claramente comparables entre ambas
muestras. Esto es normal, ya que estamos comparando muestras con
composición, espesor y densidad similares figura 3(a) y
figura 3(b). Este estudio permite analizar la influencia del
RSP como aditivo en adhesivos convencionales frente a la
conductividad térmica. A la vista de resultados, los materiales
aglomerados con adhesivo con RSP, presentan una conductividad
sensiblemente inferior y una densidad aparente mayor.
Según se observa en la tabla 5, con la adición
del RSP, se ha determinado un incremento de un 12% en el valor de
la conductividad térmica para un incremento de la densidad del
panel de un 18%. Por tanto, disminuye sensiblemente la
conductividad del panel, respecto del patrón y mejora el aislamiento
térmico del mismo.
Las propiedades acústicas, se han analizado
mediante tubo de Impedancia para la determinación de la absorción
acústica. Se pretende comprobar si el comportamiento como
absorbente acústica de los paneles fabricados con adición de RSP en
el adhesivo, es adecuado para aplicación de dichos lodos como
material de absorción acústica para construcción, y obtener una
comparativa de estos paneles, con las desarrollados empleando
adhesivo convencional.
En la figura 3(c), se presenta el
coeficiente de absorción obtenido para cada tuno de los paneles
desarrollados empleando adhesivo en base agua y adhesivo en base
agua con incorporación de RSP, a distintas frecuencias. Los valores
obtenidos para los paneles en los que se adicionó RSP se han
representado en tonalidad azul, mientras que los paneles patrón se
representan en rojo.
De los resultados obtenidos, se observa que en
general, los materiales en los que se emplea aditivo con el 25% de
RSP presentan unos valores de absorción más altos que los
materiales sin RSP, donde se llegaban a obtener en buena parte del
espectro de frecuencia con valores por encima de 0.7.
Se ha observado que el global de los materiales
ensayados, presentaban un nivel de rigidez mayor que el de las
probetas patrón. Teniendo en cuenta que en el rango de frecuencia
del ensayo, la disipación de la energía acústica se realiza
preferentemente a través de pérdidas por desplazamiento
superficial, el hecho de presentar una mayor rigidez, produce una
disminución de la elasticidad del movimiento superficial, esto
podría explicar el porqué del bajo valor de absorción obtenido.
Por tanto, la adición de RSP mejoró las
propiedades térmicas del material en el que se añadió e incrementó
la rigidez del material y este hecho podría explicar el valor de
absorción acústica observado en dichos paneles, respecto de los
valores de los paneles patrón.
Con la incorporación de microcargas o cargas
impalpables, se incrementa el empaquetamiento de los poros del
hormigón, así mismo la posterior polimerización del residuo
proporciona un incremento de prestaciones como material mixto
cementoso-polimérico. En el ejemplo que se detalla a
continuación, se ha estudiado la adición de los RSP como filler
para la fabricación de hormigón. En el ejemplo que se detalla a
continuación, se ha estudiado la adición de los RSP como filler para
la fabricación de hormigón. El residuo RSP, una vez disuelto, posee
una extremada finura, el tamaño de partícula es de aproximadamente
30 \mum aproximadamente, se han evaluado las posibilidades de su
empleo como filler en hormigones. El problema que presentaban, era
su difícil disolución y mezclado con los demás materiales para la
fabricación de los hormigones, para evitar dicho problema se
realizó un premezclado de una fracción del agua a emplear y los
lodos antes de proceder a la fabricación del hormigón, de esta
forma se transformó la masa húmeda y compacta original en una
lechada; cuyo contenido de sólidos y de agua se tuvo en cuenta para
corregir las distintas formulaciones del hormigón.
Para la realización de la presente
reivindicación, se han realizado probetas cilíndricas de hormigón
(15x30 cm) con las dosificaciones que se especifican en la tabla 6.
En todas ellas se ha ido incrementando la proporción de residuo
sólido respecto del peso de árido total empleado en la
dosificación.
Las probetas fueron fabricadas mediante un
sistema de compactación por pinchado manual, posteriormente
siguieron un proceso de conservación en cámara climática a HR del
100% y temperatura de 20ºC. Se han realizado ensayos a 7 y 28 días
de curado para evaluar las propiedades de los hormigones
fabricados. Se ensayó la resistencia a compresión obteniendo
valores similares en cuanto a las prestaciones mecánicas (figura
4(a)).
Se ha determinado la profundidad de penetración
de agua bajo presión, según UNE
83-309-90. El ensayo se ha realizado
a edades de curado superiores a 28 días de inmersión, tal como
especifica la norma. Durante las 24 horas previas a la realización
del ensayo, se procede a un secado en estufa a 50ºC + 5ºC.
Posteriormente se deja enfriar la probeta hasta que alcanza la
temperatura de 20ºC + 2ºC y se determina su densidad aparente,
calculando su volumen por métodos geométricos. Se aplica a cada
probeta una presión de 100 KPa durante 48 h, seguida por presiones
de 300 KPa y 700 KPa durante 24 horas cada una. Estas presiones se
mantienen, durante su tiempo de aplicación, con una incertidumbre
de +10% del valor especificado.
Después de la aplicación de la presión de 700
kPa durante el periodo especificado, se saca la probeta del
dispositivo de ensayo, se limpia el exceso de agua de la cara
sometida a la presión, y se rompe la probeta en dos mitades,
perpendicularmente a dicha cara. Se marca el perfil definido por el
frente de penetración, se mide la profundidad máxima de penetración
y se calcula la profundidad media (según fotografía de figura
4(b)).
En la tabla 7, se presentan los resultados
obtenidos para las dosificaciones de hormigón realizadas.
Según el artículo 37.3.2 de la EHE vigente, un
hormigón se considera lo suficientemente impermeable al agua si los
resultados del ensayo de penetración de agua cumplen
simultáneamente que:
- La profundidad máxima de penetración de agua
es menor o igual que 50 mm.
- La profundidad media de penetración de agua es
menor o igual que 30 mm.
Los resultados corroboran que la adición del 5%
de RSP respecto de la dosificación de los áridos impermeabiliza el
hormigón respecto de los resultados obtenidos en la dosificación
patrón.
Se ha calculado la porosidad abierta, por el
método de absorción de agua al vacío y pesada en balanza
hidrostática. La porosidad abierta se calcula por medio de la
relación en porcentaje entre el volumen de los poros y el volumen
aparente de la probeta. En la figura 4c, se presentan los
resultados para la porosidad abierta en las distintas
dosificaciones de hormigón.
Los resultados obtenidos para la porosidad
abierta corroboran los resultados observados para la resistencia a
compresión y para la permeabilidad en los distintos hormigones
fabricados. Es decir, la dosificación del 5% del RSP respecto al
total del árido es la que ofrece mejores resultados.
Claims (10)
1. Materiales altamente adhesivos y cohesivos
para la construcción que comprenden en su formulación los
siguientes compuestos:
- a.
- materiales para la preparación de adhesivos cementosos, adhesivos no cementosos, morteros y hormigones modificados con polímeros, morteros y hormigones poliméricos, o paneles aislantes termoacústicos; y
- b.
- lodos residuales derivados de los efluentes de la fabricación de pinturas acrílicas o RSP
caracterizados porque los
lodos residuales derivados de los efluentes de la fabricación de
pinturas acrílicas o RSP actúan como agentes adhesivos, sustituyendo
total o parcialmente o adicionándose a los polímeros
redispersables, emulsiones poliméricas o adhesivos comerciales
presentes en los adhesivos cementosos, no cementosos, morteros y
hormigones modificados con polímeros y paneles aislantes
termoacústicos.
2. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizados porque los lodos están en estado sólido
húmedo.
3. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizados porque los lodos están en suspensión en
agua.
4. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizado porque el agente adhesivo comercial/emulsión
polimérica y/o el polímero redispersable son del tipo acetato de
polivinilo, vinil carboxilato, acrílico, estireno butadieno, etileno
vinil acetato o polivinilo.
5. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizado porque los lodos sustituyen de un 15 a un
100%, preferentemente de un 50 a un 85%, y aún mas preferentemente
de un 60 a un 85% al agente adhesivo comercial, emulsión polimérica
o el polímero redispersable en adhesivos cementosos.
6. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizado porque los lodos sustituyen de un 1 a un
100%, preferentemente de un 30 a un 60%, al agente adhesivo
comercial, emulsión polimérica o el polímero redispersable en
morteros y hormigones modificados.
7. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizado porque los lodos sustituyen de un 1 a un 100%,
preferentemente de un 30 a un 60%, al agente adhesivo comercial,
emulsión polimérica o el polímero redispersable en morteros y
hormigones poliméricos.
8. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizado porque los lodos sustituyen de un 5 a un 100%,
preferentemente de un 60 a un 100%, al agente adhesivo comercial,
emulsión polimérica o el polímero redispersable en la fabricación de
paneles aislantes termoacústicos.
9. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizado porque los lodos se adicionan de un 10 a un
50%, preferentemente de un 20 a un 25%, al agente adhesivo
comercial, emulsión polimérica o el polímero redispersable en la
fabricación de paneles aislantes termoacústicos.
10. Materiales según la reivindicación 1,
caracterizado porque los lodos o RSP se adicionan sin secado
previo de un 1 a un 10%, preferentemente de un 3 a un 5%, con
respecto a los áridos, como microcargas en hormigón, mejorando sus
propiedades mecánicas.
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|---|---|---|---|
| ES200801364A ES2331044B1 (es) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Nuevos materiales altamente adahesivos y cohesivos para la construccion. |
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|---|---|---|---|
| ES200801364A ES2331044B1 (es) | 2008-05-12 | 2008-05-12 | Nuevos materiales altamente adahesivos y cohesivos para la construccion. |
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| ES2331044A1 ES2331044A1 (es) | 2009-12-18 |
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| SU1689340A1 (ru) * | 1989-02-27 | 1991-11-07 | Тульский Проектно-Конструкторский Технологический Институт Комбайностроения | Асфальтобетонна смесь |
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2008
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| BASE DE DATOS WPI EN EPOQUE, AN 2006-022822, JP 20055329302 (ISHIKIRIYAMA) 02.12.2005, resumen. * |
| BASE DE DATOS WPI EN EPOQUE, AN 2008-N85094, CN 101215439 (WUSS-I) 09.07.2008, resumen. * |
| BASE DE DATOS WPI EN EPOQUE, AN-1992-322480, SU 1689340 (TULA COMBINE) 07.11.1991, resumen. * |
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