ES2335023T3 - Material compuesto permeable a fluidos y procedimiento correspondiente. - Google Patents
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Abstract
Composición curable para producir un material compuesto permeable a fluidos que comprende: - un material en partículas; y - un agente de aglomeración que incluye: - desde 25 a 50 por ciento en peso de un polímero acrílico a base de metacrilato; - fibra, presente en una cantidad de hasta 25% en peso; - desde 10 a 35% en peso de un homopolímero de un isocianato y el agente polimerizante de isocianato correspondiente para formar un polímero reticulado con dicho polímero acrílico; y - desde 20 a 50% en peso de un disolvente de bajo peso molecular seleccionado de entre ésteres C1 a C6, disolventes de hidrocarburos, o cetonas C1 a C6.
Description
Material compuesto permeable a fluidos y
procedimiento correspondiente.
La presente invención se refiere a un material
compuesto permeable a fluidos, de peso ligero, adecuado para su
utilización como material de pavimentación, ladrillo, losa, enrejado
colector de aguas pluviales y elementos similares, sin limitación
alguna. En particular, la presente invención se refiere a una
composición curable para obtener un material compuesto permeable a
fluidos, que presenta excelentes propiedades características de
resistencia a la rotura y resistencia a la flexión. El material
permeable a los fluidos, descrito en esta invención, permite la
circulación libre del fluido a través de la estructura sin
perjudicar la integridad estructural del material compuesto, el
material permeable a fluidos y filtra los contaminantes en
partículas procedentes del fluido, a medida que pasa a través de la
estructura. La invención se refiere asimismo al procedimiento de
fabricación del material compuesto permeable a fluidos.
Actualmente, las superficies de carreteras, vías
de acceso, senderos y patios están revestidos con una amplia gama
de materiales modelados en forma de losas de pavimentación o
elementos similares. En condiciones normales, dichos materiales de
pavimentación y losas se fabrican a partir de composiciones tales
como materiales cementosos, que incluyen arenas mezcladas, óxidos
naturales resistentes a la radiación UV y de forma opcional, piedras
naturales y cemento seco, para aglutinar juntos los materiales
compuestos. Alternativamente, las composiciones podrían consistir
en arcillas mezcladas con algunos, o la totalidad, de los materiales
citados anteriormente y cocidas a altas temperaturas para crear las
losas o materiales de pavimentación. Sin embargo, estos materiales
tradicionales presentan varios inconvenientes.
Un importante inconveniente de dichos materiales
de hormigón y de arcilla cocida es la impermeabilidad a fluidos, en
particular al agua. Las zonas cubiertas por losas de pavimentación,
u otros elementos similares, suelen estar dispuestas de modo que el
agua superficial sea recogida en un punto de drenaje y dirigida para
fluir a los lugares de descarga de aguas pluviales y cursos de agua
para vertederos, transportando con ella toda clase de polutantes y
contaminantes, recogidos desde la superficie impermeable. Al
efectuarse la descarga, los polutantes contaminan dichos cursos de
agua de vertedero, convirtiéndolas en inadecuados como recurso
hídrico urbano y no permitiendo el sostenimiento de la vida marina
normal.
Además, los pavimentos impermeables, con
sistemas colectores de aguas pluviales, impiden que estas últimas
retornen a los acuíferos subterráneos, que son los puntos de
recogida natural para las aguas pluviales, lo que da lugar a una
reducción en los niveles hídricos de los acuíferos subterráneos y
aumenta la salinidad del agua subterránea. Esto hace a los
acuíferos subterráneos inadecuados como recurso hídrico urbano.
Asimismo, cuando se produce un drenaje de agua
insuficiente, por ejemplo, desde el agua de lluvia o el agua de
limpieza, el agua se recoge o encharca sobre la superficie. Dicho
encharcamiento suele dar lugar a situaciones peligrosas, incluyendo
el denominado derrape acuático de los vehículos sobre asfalto y
carreteras, así como diversas lesiones corporales que se producen
por accidentes sobre superficie deslizantes, por ejemplo, entradas
de edificios, aparcamientos de vehículos y lugares similares.
Además, los materiales de pavimentación de
arcilla cocida y a base del hormigón tradicional, presentan roturas
por fragilidad debido a la naturaleza de los materiales de las
composiciones y suelen romperse bruscamente bajo más altas cargas de
peso, que se pueden producir con el tránsito de vehículos.
La presente invención, cuando se utiliza en el
entorno urbano, en lugar de materiales compuestos impermeables
similares, filtra los contaminantes de la escorrentía de aguas
pluviales, reduciendo, de este modo, la contaminación de los cursos
de agua de vertederos; asimismo, permite que el agua pluvial retorne
a los acuíferos subterráneos tradicionales, fluyendo a través del
pavimento, con lo que se reduce el agotamiento y la salinidad de
importantes recursos hídricos urbanos.
En consecuencia, un objetivo de la invención
consiste en proporcionar un material compuesto sustentador de carga,
flexible y de alta dureza, que permite la permeación libre del agua
a su través y de este modo, resuelve o alivia uno o más de los
problemas de la técnica anterior o proporciona una alternativa
comercial de utilidad.
Según un primer aspecto de la presente
invención, se da a conocer una composición curable para obtener un
material compuesto permeable a los fluidos que está constituido
por:
- un material en partículas y
- un agente de aglomeración que incluye:
- \bullet
- del 25 al 50 por ciento en peso de un polímero acrílico basado en el metacrilato;
- \bullet
- fibra, presente en una cantidad de hasta un 25% en peso;
- \bullet
- del 10 al 35% en peso de un homopolímero de un isocianato, y el correspondiente agente polimerizante de isocianato, para formar un polímero degradado con dicho polímero acrílico y
- \bullet
- del 20 al 50% en peso de un disolvente de bajo peso molecular, seleccionado entre esteres C1 a C6, disolventes de hidrocarburos o cetonas C1 a C6.
\vskip1.000000\baselineskip
El material en partículas puede ser
seleccionado, de forma independiente, entre diversos agregados
cerámicos o de piedras. En una forma de realización preferida, el
material en partículas es basalto.
Los polímeros acrílicos adecuados, basados en
metacrilatos, pueden seleccionarse a partir del metacrilato de
etilo, copolímeros de metacrilato y copolímeros del ácido metil
metacrílico, butil metacrílico y metil metacrilato. En otra forma
de realización preferida, se utiliza un copolímero de
metil-metacrilato y está presente entre el 20% y
el 50% del agente de aglomeración. Más preferentemente, el
copolímero de metacrilato está presente entre un 25% y un 40% e
incluso más preferentemente, es el 30% del agente de
aglomeración.
Las fibras encuentran uso en la presente
composición. Las fibras adecuadas se pueden seleccionar entre fibras
tales como fibra de vidrio, fibra de aramida o fibra de carbono o a
partir de fibras naturales que incluyen, sin limitación, seda,
yute, cáñamo y sisal. En una forma de realización preferida, las
fibras son fibras de vidrio. Las longitudes de fibra de vidrio más
adecuadas son las de longitudes comprendidas entre 0,05 mm a 6 mm.
Más preferentemente, las longitudes de fibra de vidrio son de 3 mm.
En una forma de realización adecuada, las fibras están presentes en
una proporción del 0 al 25% del agente de aglomeración. En una forma
más adecuada, la inclusión de fibra de vidrio está presente en
aproximadamente un 9% del agente de aglomeración. El experto en la
materia apreciará que si se seleccionan fibras distintas a las de
vidrio, la densidad requerida de fibra, en el interior de la
composición, puede alcanzarse con cantidades que varían respecto al
peso de fibra de vidrio y a las longitudes de fibra de vidrio
antes descritas. Por ejemplo, cuando se compara con la fibra de
aramida, la fibra de vidrio presenta un más elevado peso específico
que la fibra de aramida, por lo que la densidad requerida de fibra,
en el interior del material aglomerante curado, se obtendrá con un
mayor peso de fibra de vidrio que con la fibra de aramida.
El homopolímero del isocianato y el
correspondiente agente polimerizante del isocianato se pueden
seleccionar entre: homopolímero de diisocianato de hexametileno
(homo HDI); diisocianato de hexametileno (HDI), homopolímero de
diisocianato de metileno-difenileno; diisocianato de
metileno-difenileno, homopolímero de diisocianato
de tolueno; diisocianato de tolueno, homopolímero de diisocianato de
metileno-difenileno polimérico; diisocianato de
metileno-difenileno polimérico, homopolímero de
diisocianato de naftaleno; diisocianato de naftaleno, homopolímero
de metil-isocianato e isocianato de metilo.
Preferentemente, el homopolímero del isocianato y el correspondiente
isocianato es HDI homo: HDI y está presente entre el 10% y el 50%
en peso. Preferentemente, el homopolímero del isocianato y el
correspondiente agente polimerizante del isocianato está presente
entre el 20% y el 40% y más preferentemente, en aproximadamente un
25% del agente de aglomeración.
Preferentemente, el agente polimerizante es HDI
y está presente en un porcentaje aproximado del 0,02 al 0,005% del
agente de aglomeración.
El disolvente viscoso de bajo peso molecular se
puede seleccionar a partir de esteres C1-C6,
incluyendo acetato de terc-butilo, acetato de
n-butilo, disolventes de hidrocarburos que incluyen
benceno, tolueno, benceno de dimetilo y sus formas isoméricas,
benceno de etilo, ciclohexano, cumeno, naftaleno, antraceno,
bifenilo, cicloterpenos, terfenilo o cetonas C1-C6.
Preferentemente, el disolvente viscoso es acetato de butilo y está
presente entre el 0 y el 60% y preferentemente, entre el 20% y el
50%. Más preferentemente, el acetato de butilo está presente en un
37% del agente de aglomeración. Variables tales como temperatura y
humedad afectan a la viscosidad de la mezcla y la cantidad del
disolvente de bajo peso molecular se ajusta según el entorno
predominante.
En una forma de realización adecuada, la
viscosidad del agente de aglomeración debe ajustarse de modo que la
mezcla aglomerante sea suficientemente viscosa para poder adherirse
a la superficie del material en partículas, cuando este último haya
sido revestido con el material aglomerante.
El disolvente de bajo peso molecular está
también presente para facilitar la creación de un área de huecos
máxima en el interior del material compuesto curado. Cuando el
compuesto es curado, el disolvente viscoso se vaporiza
instantáneamente, con lo que se reduce el volumen del material
aglomerante en el interior del material compuesto curado y se
maximiza el área de huecos en el interior del compuesto.
\newpage
Según un segundo aspecto de la invención, se da
a conocer un procedimiento de fabricación de un material compuesto
permeable a fluidos que presenta las etapas que consisten en:
1. compresión de la composición curable según el
primer aspecto de la invención y
2. curado de dicha composición a una temperatura
de aproximadamente 10ºC por encima de la temperatura de transición
del vidrio del polímero degradado que está presente en la mezcla de
aglomerantes y la consiguiente reducción de su temperatura.
Preferentemente, el procedimiento comprende la
etapa de prerrevestimiento de material en partículas con un agente
de aglomeración de viscosidad ajustada.
Más preferentemente, el procedimiento comprende,
además, la etapa de revestimiento de material en partículas
prerrevestido curado con el agente de aglomeración.
Según un tercer aspecto de la presente
invención, se da a conocer un artículo de fabricación cuando se
obtiene por el procedimiento del segundo aspecto de la
invención.
Preferentemente, dicho artículo de fabricación
se selecciona de entre una losa de pavimentación, losa convencional,
ladrillo, revestimiento de suelo o pared, muro de contención y
cubierta de foso de entrada (enrejado). En una forma de realización,
el artículo de fabricación es una losa de pavimentación o elemento
similar. En una forma de realización alternativa, el artículo de
fabricación es un revestimiento de foso de admisión para filtrar la
captación de aguas pluviales antes de la descarga a cursos de agua
de vertedero.
Con el fin de que la presente invención se ponga
más claramente de manifiesto y pueda ponerse en práctica, las formas
de realización preferidas de la invención y la técnica anterior se
describirán únicamente a título de ejemplo haciendo referencia a los
dibujos adjuntos, en los que:
La figura 1 es un dibujo representativo, en una
vista hacia abajo, del material compuesto permeable a fluidos, que
ilustra al material en partículas aglutinado por el material
aglomerante fibroso con cápsula polimérica y los huecos que se
crearon entre el material en partículas.
La figura 2 es una vista en perspectiva de un
revestimiento de foso de admisión de aguas pluviales, construido en
el suelo, según una forma de realización preferida de la
invención.
Los porcentajes se expresan en un porcentaje en
peso, tal como lo son todos los porcentajes indicados en esta
memoria descriptiva, a no ser que se especifique expresamente de
otro modo.
\vskip1.000000\baselineskip
Parte
1
Copolímero metacrílico, con un funcional de
hidroxilo de aproximadamente 150 KOH/g (33,75%), se añade a un
acetato de n-butilo (33,75%). Esta mezcla se añade a
continuación a los constituyentes mezclados de la Parte 2.
\vskip1.000000\baselineskip
Parte
2
En una vasija separada, se combina los
compuestos siguientes: acetato de n-butilo (9%),
homopolímero de diisocianato de 1,6-hexametileno
(HDI Homo) (aproximadamente 13,5%) y diisocianato de hexametileno
(0,005%).
\vskip1.000000\baselineskip
Parte
3
La fibra de vidrio (10%), con un tamaño de fibra
de 3 mm, se añade a la mezcla de la Parte 1 y Parte 2.
En esta composición de agentes de aglomeración,
se pueden realizar sustituciones de varios compuestos químicos. Por
ejemplo, polímeros acrílicos, basados en metacrilatos, se utilizan
como polioles reticulados degradados. Dichos polímeros acrílicos
son adecuados puesto que son de alta dureza y densamente ramificado,
proporcionando así un material duradero y muy robusto, que no se
puede obtener con los poliuretanos tradicionales. Además, a
diferencia de los policarbonatos y poliesteres, estos polímeros
presentan las propiedades de estabilidad a la radiación UV
requeridas. Polímeros acrílicos adecuados, basados en metacrilatos,
pueden seleccionarse a partir de copolímeros ramificados de
metacrilatos, acrilato de etilo y metacrilato así como copolímero de
ácido metil-metacrílico,
butil-metacrílico y
metil-metacrilato.
\global\parskip0.900000\baselineskip
Además, el experto en la materia apreciará que
aunque la forma de realización preferida describe un copolímero de
metacrilato con un valor funcional de hidroxilo de 150 KOH/g, el
valor de hidroxilo se puede adaptar al diisocianato reactivo, de tal
modo que cuanto mayor sea el valor de hidroxilo, tanto mayor será la
cantidad de isocianatos que se necesiten en la reacción. En
consecuencia, se puede utilizar un copolímero de metacrilato que
tenga valores de hidroxilo que varían desde 15 a 250 KOH/g.
En el contexto de la presente invención se ha
descubierto que al utilizar dichos copolímeros reforzados con las
fibras, el agente de aglomeración resultante es excepcionalmente
tenaz, presentando muy alta resistencia a la tracción y excelentes
propiedades de resistencia a los choques.
La mezcla de la Parte 1 y la mezcla de la Parte
2 se combinan en una vasija y las mezclas combinadas se mezclan a
fondo. Una vez realizada la mezcla a fondo se añade la fibra.
\vskip1.000000\baselineskip
Una diversidad de materiales en partículas o de
agregados se puede utilizar en el material compuesto permeable al
fluido, incluyendo varios tipos de roca y productos cerámicos. Los
tipos de roca adecuados incluyen rocas graníticas ígneas ácidas y
se pueden seleccionar entre granito, adamelita, granodiorita,
granofiro, riolita y riodacita.
Además, son materiales adecuados los tipos de
roca ígnea intermedios y pueden seleccionarse entre diorita,
pórfido y traquita. Los tipos de rocas ígneas básicos se pueden
seleccionar entre rocas basálticas, incluyendo basalto, dolerita y
limburgita. Además, son adecuados de los tipos de rocas metamórficas
y se pueden seleccionar entre hornfels (caliza magnesiana),
cuarzita, esquisto, filita, gneiss y greenstone. Además, son
adecuados los tipos de roca sedimentaria tales como grava de río,
que se pueden utilizar para estas aplicaciones. Todavía más adecuado
como material en partículas es el basalto.
Aunque el material en partículas puede ser de
forma regular o irregular, el material es preferentemente alargado,
de modo que proporcione una zona superficial aumentada para que el
agente de aglomeración pueda recubrir y hacerse mayor el área
superficial de contacto entre el material en partículas. Además de
los materiales mencionados anteriormente, que se utilizan
adecuadamente como el material en partículas, otros materiales en
partículas adecuados puede seleccionarse de entre tiestos o trozos
de cerámica y/o losa rota incluyendo, de manera no limitativa,
sílice y carburos de titanio, silicatos de aluminio y óxidos y
vidrio. Los materiales sólidos fabricados, tales como compuestos
cementosos curados, o arcilla cocida, se pueden utilizar también en
esta invención. El tamaño del material en partículas está
comprendido entre 1 mm y 50 mm y se puede adaptar a la finalidad
prevista para el material compuesto. Por ejemplo, el material en
partículas de agregados finos, de 1 mm a 5 mm, es adecuado para su
utilización cuando se forma, por ejemplo, en sustratos no
deslizantes y pavimento no deslizante para zonas, donde las
personas andan con los pies descalzos. La granulometría media de
los materiales de agregados, comprendida entre 10 y 20 mm, es la más
adecuada para su uso en aplicaciones de filtración de aguas
pluviales y aplicaciones industriales, tales como empanelados de
reducción de sonidos, asfaltos, superficies de carreteras y
puentes, así como aceras y entradas de edificios, en donde se
necesitan superficies no deslizantes; por ejemplo, hospitales y
escuelas y edificios similares. Los materiales más gruesos de 20 mm
tienen una aplicación valiosa en muros de contención de drenaje
automático y en algunas aplicaciones de filtración de aguas
pluviales y aguas residuales.
El grado de permeabilidad del material compuesto
viene determinado por el tamaño y la forma del material en
partículas. Los medios redondeados, con un tamaño medio de 14 mm,
presentan una mayor permeabilidad que un agregado de tamaño medio
de 5 mm a 10 mm de forma alargada. En condiciones normales, el
material en partículas, de 10 mm a 15 mm de forma irregular,
presenta una permeabilidad de 30 litros por segundo y por metro
cuadrado de material compuesto, con un espesor de 50 mm.
El experto en la materia apreciará que el
tamaño, la forma y la resistencia a la compresión del material en
partículas determinará las propiedades de resistencia mecánica,
porosidad, filtración y absorción acústica del material compuesto
permeable a fluidos.
\vskip1.000000\baselineskip
Un material compuesto permeable a fluidos se
obtiene por el procedimiento siguiente que utiliza el agente de
aglomeración y los materiales en partículas de los ejemplos 1 y 2,
respectivamente.
\global\parskip1.000000\baselineskip
El material en partículas seleccionado es objeto
de lavado para eliminar toda la materia extraña desde la superficie
del material en partículas. Esta etapa de lavado preferida implica
la inmersión del material en agua y efectuar vibraciones o
agitaciones del mismo para separar la materia extraña no deseada.
Después de eliminar toda la materia extraña desde la superficie del
material en partículas, se extrae el agua en exceso desde la
superficie del material en partículas mediante drenaje. A
continuación, el material en partículas se seca, en un secador
giratorio, hasta que presente un contenido en humedad inferior a
0,14%. El material en partículas seco se enfría por debajo de 30
grados
centígrados.
centígrados.
El material en partículas, seco y enfriado, se
recubre previamente colocando el material en un tambor giratorio,
con una cantidad medida de agente de aglomeración, que presenta la
viscosidad ajustada a aproximadamente 130 cps. Esto se consigue
mediante la adición de un disolvente de bajo peso molecular con
buenas propiedades de volatilidad, tal como esteres
C1-C6 p.e., acetato de terc-butilo y
acetato de n-butilo al material aglomerante. La
mezcla de material en partículas y del ligante de prerrevestimiento
se realiza hasta que la superficie del material en partículas esté
revestido de modo uniforme. Esta etapa de prerrevestimiento
establece una adherencia mecánica uniforme entre el material en
partículas y el material aglomerante. Puesto que el material en
partículas suele ser poroso y ya que el material aglomerante se
contrae notablemente durante el curado, estableciendo una
adherencia mecánica entre el material en partículas y el material
aglomerante, esta operación se debería conseguir como un
procedimiento preliminar. En una forma de realización preferida,
este prerrevestimiento también proporciona un sellado de la
superficie del material en partículas y garantiza que la humedad no
se reabsorba en dicho material en partículas. Después del
revestimiento previo, y hasta que este último se seque, el material
en partículas se agita periódicamente para impedir que las
partículas prerrevestidas se aglutinen entre sí. Una cantidad
aproximada de agente de aglomeración de viscosidad 150 cps para
material en partículas, con respecto al procedimiento de
prerrevestimiento, es una relación de 200 ml a 11 kg de material en
partículas, cuando el tamaño de la partícula es de 10 mm a 15
mm.
Cuando está suficientemente seco, el material
compuesto se deja apartado, durante un mínimo de 48 horas, para
permitir el curado del material aglomerante de
prerrevestimiento.
A continuación, el material compuesto se vuelve
a mezclar con el agente de aglomeración cuya viscosidad no fue
ajustada añadiendo más disolventes de bajo peso molecular y
utilizando el agente de aglomeración aproximado para la relación de
440 ml de agente de aglomeración a 11 kg del material en partículas,
cuando el tamaño de la partícula es de 10 mm a 15 mm.
Aunque esta forma de realización describe una
relación de agente de aglomeración a material en partículas de 10 a
15 mm de tamaño como de aproximadamente 440 ml: 11 kg, un experto en
la materia apreciará que esta relación variará de acuerdo con el
área superficial del material en partículas que se está utilizando.
Por ejemplo, la relación de agente de aglomeración con respecto al
material en partículas (del tamaño de 2 mm) es de aproximadamente
480 ml: 11 kg.
El material compuesto no curado se transfiere a
un espacio contenido, tal como un molde o una zona definida por
formas, y es objeto de vibración hasta que se distribuya
uniformemente a través del espacio contenido. El procedimiento de
vibración estimula también el flujo del material aglomerante
alrededor del material en partículas, a través de la masa
preformada. La inclusión de fibra densa permite al ligante fluir con
facilidad alrededor del material en partículas, pero recogiéndose
en las uniones entre el material en partículas. En una forma de
realización preferida, esto permite la incorporación de fibra en los
puntos de contacto entre el material en partículas y
posteriormente, la formación de la mayor área posible de unión, en
los puntos de contacto, entre el material en partículas.
Cuando está destinado a pavimentos y losetas, el
material compuesto se comprime a continuación en dos etapas. La
etapa primaria es la aplicación de una presión uniforme, hacia
abajo, sobre los bordes de la masa hasta que se consiga la mayor
área superficial de contacto entre el material en el borde del
espacio contenido, sin aplastar el material en partículas ni
desplazar el agente de aglomeración desde su situación entre el
material en partículas.
Una etapa secundaria de compresión se realiza
aplicando una presión uniforme sobre el área de superficie total de
la masa del material. Se suministra compresión hasta que se consiga
el contacto máximo entre la masa total del material compuesto, de
nuevo sin aplastar el material en partículas ni desplazar el agente
de aglomeración desde sus puntos de contacto entre materiales.
Se apreciará que el procedimiento de fabricación
para materiales de pavimentación y losetas necesita dos etapas de
compresión puesto que el producto final presenta seis lados no
soportados y se manipula, a veces, en condiciones bruscas antes de
colocarse en su posición para uso.
Sin embargo, cuando el material compuesto se
vierte in situ para carreteras, caminos, muros de contención
y elementos similares, en los que por lo menos una de las caras está
soportada, por ejemplo, la inferior, y el producto no se reubica
desde el punto de fabricación, se realiza una etapa única
(solamente) de compresión sobre el área total de la superficie
superior.
Esta operación se suele realizar como una fase
de vibración/compresión simultánea mediante una placa vibrante plana
arrastrada a través de la superficie, mientras se ejerce alguna
presión hacia abajo.
Cuando se destina a materiales de pavimentación
y losas, el material compuesto se "cura" elevando lentamente
la temperatura en un horno a aproximadamente 80ºC, durante varios
minutos, preferentemente entre 10 y 30 minutos. El intervalo de
temperatura está por encima de la temperatura de transición del
vidrio de 70ºC del polímero degradado descrito en este ejemplo. Un
experto en la materia apreciará que la temperatura de curado es
específica para el polímero degradado real que ha sido formado y el
efecto sobre la temperatura de transición del vidrio de las
inclusiones fibrosas y de disolventes en el polímero. La temperatura
se hace descender a continuación a aproximadamente 10ºC más baja
que la temperatura de transición del vidrio, por ejemplo, 70ºC antes
de su retirada desde el horno. Una vez retirada desde el horno, el
material compuesto se enfría en condiciones secas por debajo de una
temperatura aproximada de 30ºC. El enfriamiento se puede conseguir
soplando aire a través de la superficie de la masa mediante un
ventilador. A diferencia de los materiales de arcilla cocida y
hormigón convencionales, el material compuesto permeable a fluidos
de la presente invención no se contrae durante el curado y mantiene
las dimensiones y peso que se desean.
Cuando el material compuesto se vierte in
situ, el material se cura por calor desde una fuente suspendida
por encima del material vertido, elevando la temperatura del
material por encima de la temperatura de transición del vidrio.
Aunque sin desear limitarse a una teoría
particular, en el contexto de la presente invención se entiende que
la resistencia mecánica imprevistamente alta del material compuesto
permeable a fluidos curados, una vez formado, se atribuye a estos
procesos.
1. La adherencia mecánica creada entre el
material en partículas y el agente de aglomeración durante el
procedimiento de prerrevestimiento.
2. El refuerzo del material aglomerante por la
inclusión fibrosa densa en la mezcla de aglomerantes.
3. El establecimiento de la mayor área
superficial de contacto posible entre el material en partículas,
durante las fases de compresión.
4. El establecimiento de la mayor acumulación
posible de ligante curado en las áreas de unión entre el material en
partículas mediante las fases de vibración y de compresión.
Un experto en la materia apreciará que la
anterior composición puede modificarse para admitir diversas
condiciones de tratamiento, tales como temperatura y humedad que
pueden influir sobre las solubilidades dentro de las mezclas.
En una forma de realización preferida, el
material compuesto permeable a fluidos es sustancialmente más ligero
de peso que los materiales compuestos tradicionales. Por ejemplo,
un metro cuadrado de pavimentos de hormigón de 50 mm de espesor
pesa aproximadamente 115 kg, mientras que 1 metro cuadrado del
material compuesto permeable a fluidos, de 50 mm de espesor, pesa
aproximadamente 66 kg. El peso más liviano se debe a los huecos
existentes en el interior de la masa permeable. Las ventajas de
este material de peso liviano son su facilidad de transporte y
manipulación y la menor necesidad de soporte estructural, si se
utiliza por encima del nivel del suelo, tal como para muros de
contención, barreras a prueba de sonidos y elementos similares.
\vskip1.000000\baselineskip
El material compuesto permeable a fluidos
presenta propiedades físicas únicas y ventajosas en comparación con
el hormigón tradicional u otros materiales compuestos. De forma
significativa, la presente invención da a conocer un material
compuesto permeable a fluidos y muy poroso, que permite la
circulación libre de agua a través del material compuesto. En
condiciones normales, el caudal de agua es de 30 litros por segundo,
a través de un área de 1 metro cuadrado, en un espesor de 50 mm
construido a partir de un agregado de material en partículas de 10
mm a 15 mm.
En un ejemplo de una aplicación utilizando el
material compuesto permeable a fluidos, se prepararon tres
materiales de pavimentación y se sometieron a un ensayo de
porosidad. Fueron sellados con la sublimación de aluminio alrededor
de sus bordes. La pulverización se extendió 50 mm por encima de la
superficie superior del material de pavimentación. A continuación,
se añadió agua sobre la superficie superior del material de
pavimentación, hasta alcanzar un caudal máximo de 1,6 litros por
segundo sobre un área de superficie expuesta de 370 x 370 mm. La
porosidad del material de pavimentación era mayor que este caudal,
según se manifiesta por la ausencia de "encharcado" o depósito
sobre la superficie de la pavimentación.
El material compuesto permeable a fluidos
permite un drenaje a través del material de pavimentación mayor que
el que se obtendría con una precipitación de lluvia de 700 mm/h o
700 litros/m^{2}/hora. Esta porosidad es bastante superior a
cualquier intensidad de precipitación para una duración de 5 minutos
según el patrón AS3500.3.2-1998.
\vskip1.000000\baselineskip
El material compuesto permeable a fluidos
presenta un fallo de ductilidad en circunstancias de compresión o
tracción, sin la necesidad de refuerzo. Los productos de hormigón y
arcilla cocida, sin refuerzo de acero, presentan un fallo de
fragilidad. Es decir, en el punto de fractura, se rompe de forma
inmediata y se destruye totalmente. El hormigón con armadura de
acero de refuerzo presenta todavía una fractura por fragilidad, pero
la armadura de acero de refuerzo proporciona a la estructura
propiedades de ductilidad. Por el contrario, el material compuesto
curado, en el punto de fractura, no se rompe de inmediato y en
cambio, deja de comenzar a fallar y conservará todavía gran parte
de sus propiedades. El fallo es la ruptura más bien que el fallo
por fragilidad. En condiciones normales, una sección de 350 mm x 100
mm x 100 mm, construida a partir de un agregado de material en
partículas de 10 mm a 15 mm y soportado a 25 mm desde cada extremo,
presenta una carga máxima de 6050 N antes de la rotura.
También en una forma de realización ventajosa,
el material compuesto permeable a fluidos consigue una alta
resistencia a la tracción en construcción de fibra exterior, es
decir, a diferencia del hormigón convencional o de la arcilla
cocida, la estructura es flexible y presenta una resistencia a la
flexión importante. La resistencia a la flexión es deseable puesto
que proporciona la estructura para soportar más altas cargas. En
condiciones normales, una sección de 350 mm x 100 mm x 100 mm,
construida a partir del material en partículas de 10 mm a 15 mm, y
soportada a 25 mm desde cada extremo, presenta una deflexión en el
valor de ruptura de 0,98 mm, presentando un módulo de elasticidad
de 1740 mpa y un módulo de ruptura de 1,83 mpa.
El material compuesto permeable a fluidos es de
peso liviano, pesando menos que los materiales compuestos similares
ya existentes. En condiciones normales, los materiales de
pavimentación de hormigón y elementos similares, pesan
aproximadamente 110 kg por metro cuadrado, con un espesor de 50 mm,
mientras que el material compuesto permeable a fluidos, cuando se
construye a partir de medios con un peso específico de 2,8, pesa 66
kg por metro cuadrado, con un espesor de 50 mm.
En el contexto de la presente invención se
anticipa una amplia aplicación del material compuesto permeable a
fluidos en la forma de materiales de pavimentación y losas, están
asimismo comprendidas otras aplicaciones habida cuenta de las
propiedades deseables mencionadas anteriormente.
\vskip1.000000\baselineskip
Ventajosamente, el material compuesto permeable
a fluidos presenta una alta integridad estructural y por lo tanto,
se puede utilizar, soportado y no soportado, para numerosas
aplicaciones de ingeniería, tales como carreteras, muros de
contención y fosos y enrejados colectores de aguas pluviales.
En una forma de realización alternativa, la
presente invención proporciona unos medios para el filtrado de
contaminantes desde la escorrentía de aguas pluviales, a medida que
el agua pasa desde las zonas pavimentadas al sistema de recogida de
aguas pluviales.
Actualmente, los fosos de recogida de aguas
pluviales coexisten con áreas pavimentadas, tales como carreteras y
zonas de aparcamiento de vehículos. El agua se recoge sobre
superficies pavimentadas durante la lluvia y fluye al punto más
bajo en esa zona pavimentada. Está previsto que el agua de
escorrentía, desde las zonas pavimentadas, sea recogida antes de
encharcarse para evitar inundaciones. El agua de escorrentía se
recoge en varios puntos de la zona pavimentada y se dirige hacia un
sistema de tuberías subterráneas a áreas de vertido, donde el agua
se descarga en cursos de agua. El agua de escorrentía se transfiere,
desde las zonas pavimentadas al sistema de tuberías subterráneas, a
través de los fosos colectores de las aguas pluviales. Normalmente,
estos últimos son de una construcción paralelepipédica, normalmente
de hormigón y se instalan a través del flujo del agua de
escorrentía, por debajo del nivel de superficie de la zona
pavimentada. El agua de escorrentía, que fluye hacia los puntos
bajos en las áreas pavimentadas, gotea en las cajas colectoras.
Las cajas colectoras presentan dos tipos de
entrada, entrada lateral y entrada por el suelo. La entrada por el
suelo está al mismo nivel que el pavimento y está protegida por
enrejados metálicos suficientemente robustos para soportar el peso
de vehículos y con aberturas suficientemente grandes para la captura
del agua requerida. Sin embargo, estos enrejados metálicos se han
mostrado inseguros para el tráfico de peatones y de bicicletas.
Además, no presentan medios de filtración de los contaminantes, es
decir, los enrejados de entrada metálicos existentes no filtran los
contaminantes procedentes de las aguas pluviales, a medida que
penetra en los fosos de recogida.
Las aberturas de entrada lateral son aberturas
verticales, normalmente incorporadas en la parte lateral de los
drenajes de canalones y no están revestidas. Los enrejados
protectores, o las cubiertas de filtrado de contaminantes, no están
disponibles para aberturas de entrada laterales. Puesto que la
escorrentía de aguas pluviales se desplaza a través de superficies
pavimentadas, los contaminantes gruesos, por ejemplo, colillas,
bolsas de plástico, papel y depósitos de hojas se recogen y
depositan en fosos colectores.
En el contexto de la presente invención se
anticipa que el material compuesto permeable a fluidos se puede
utilizar para filtrar contaminantes de las aguas de lluvia antes de
su entrada en el sistema colector proporcionando una cubierta de
aguas pluviales, en los puntos de entrada de la caja colectora. Una
forma de realización de una cubierta de aguas de lluvia típica se
representa en la Figura 1. La cubierta 10 incluye el material
compuesto permeable a fluidos 12 alojado en un bastidor de acero
14. Las dimensiones pueden variarse según el tipo, tamaño y forma
de la abertura de entrada del foso de recogida de aguas pluviales,
por ejemplo, si la abertura es del tipo de dintel (entrada lateral)
o en el suelo, el tipo de tráfico que suele atravesar el foso de
recogida, si lo hay, y la exigencia de captura de agua en el foso de
recogida.
En una forma de realización preferida, el uso
del material compuesto permeable a fluidos, de este modo, permite
que el agua de lluvia y tormentas sea recogida y drenada a través de
la superficie. Los contaminantes gruesos tales como bolsas de
plástico y botellas, lechos de hojas, colillas y elementos similares
son dejados sobre la superficie y algunos microcontaminantes, tales
como hidrocarburos, metales pesados y sólidos de monóxido de
carbono son atrapados en el interior de la masa permeable del
material compuesto. Por lo tanto, el agua que penetra en los
sistemas de vertido es previamente filtrada antes de entrar en los
vertederos, con las ventajas obvias para el medio ambiente.
\vskip1.000000\baselineskip
Además, en el contexto de la presente invención
se anticipa que el material compuesto permeable a fluidos puede
encontrar aplicación como un material de reducción acústica eficaz.
Cuando la energía acústica se dirige en el material compuesto
permeable a fluidos, parte de ella se desviará desde las facetas de
la superficie compuesta irregular y parte penetrará en los huecos y
será absorbida en el interior del material compuesto. En
condiciones normales, un material compuesto, de 50 mm de espesor,
con material en partículas de forma irregular de 10 mm a 15 mm,
proporciona una reducción acústica considerable, por ejemplo, desde
25 db a 40 db.
Su eficacia como un material compuesto de
reducción acústica está determinada por el tamaño y la forma de los
medios de soporte y por el porcentaje de huecos en el interior de la
masa permeable. La forma de medios irregular y el mayor porcentaje
de huecos en el interior de la masa aumentan la eficacia en la
reducción de sonido. Está previsto que el material compuesto
encontraría aplicación en instalaciones comerciales de grandes
dimensiones, tales como complejos de piscinas interiores,
auditorios, paneles de reducción acústica a orillas de carreteras y
en paredes divisorias entre propiedades comerciales y residenciales
de más alta densidad. Un experto en la materia apreciará que la
presente invención no está limitada a las formas de realización
descritas en la presente memoria con detalle y que pueden
considerarse otras formas de realización compatibles con el amplio
espíritu y alcance de la invención.
Claims (16)
1. Composición curable para producir un material
compuesto permeable a fluidos que comprende:
- -
- un material en partículas; y
- -
- un agente de aglomeración que incluye:
- -
- desde 25 a 50 por ciento en peso de un polímero acrílico a base de metacrilato;
- -
- fibra, presente en una cantidad de hasta 25% en peso;
- -
- desde 10 a 35% en peso de un homopolímero de un isocianato y el agente polimerizante de isocianato correspondiente para formar un polímero reticulado con dicho polímero acrílico; y
- -
- desde 20 a 50% en peso de un disolvente de bajo peso molecular seleccionado de entre ésteres C1 a C6, disolventes de hidrocarburos, o cetonas C1 a C6.
\vskip1.000000\baselineskip
2. Composición curable según la reivindicación
1, en la que los ésteres C1 a C6 se seleccionan de entre acetato
terc-butilo o acetato n-butilo, los
disolventes de hidrocarburo se seleccionan de entre benceno,
tolueno, dimetil-benceno,
etil-benceno, ciclohexano, cumeno, naftaleno,
antraceno, bifenilo, cicloterpenos y terfenilo.
3. Composición curable según la reivindicación 1
ó 2, en la que el material en partículas es un agregado de piedra o
un agregado cerámico.
4. Composición curable según la reivindicación
1, en la que el polímero acrílico a base de metacrilato se
selecciona de entre metacrilato de etilo, copolímeros de
metacrilato, copolímeros del ácido metil metacrílico, butil
metacrílico y metil metacrilato.
5. Composición curable según la reivindicación
4, en la que el polímero acrílico es copolímero de metacrilato de
metilo y está presente en una cantidad desde 25 a 40% en peso del
agente de aglomeración.
6. Composición curable según la reivindicación
5, en la que el copolímero de metacrilato de metilo está presente en
una cantidad de aproximadamente 30% en peso del aglomerante.
7. Composición curable según la reivindicación
1, en la que la fibra se selecciona de entre fibra de vidrio, fibra
de aramida, fibra de carbono o fibra natural.
8. Composición curable según la reivindicación
7, en la que la fibra es fibra de vidrio que presenta una longitud
comprendida entre 0,5 mm y 6 mm de longitud de fibra.
9. Composición curable según la reivindicación 7
ó 8, en la que la fibra de vidrio está presente en una cantidad de
aproximadamente 9% del aglomerante.
10. Composición curable según la reivindicación
1, en la que el homopolímero del isocianato y el agente
polimerizante de isocianato correspondiente se selecciona de entre
homopolímero de diisocianato de hexametileno: diisocianato de
hexametileno, homopolímero de diisocianato de
metileno-difenilo: diisocianato de
metileno-difenilo, homopolímero de diisocianato de
tolueno: diisocianato de tolueno, homopolímero de diisocianato de
metileno-difenilo polimérico: diisocianato de
metileno-difenilo polimérico, homopolímero de
diisocianato de naftaleno: diisocianato de naftaleno, homopolímero
de metil-isocianato: isocianato de metilo.
11. Composición curable según la reivindicación
1, en la que el homopolímero del isocianato y el agente
polimerizante de isocianato correspondiente está presente en una
cantidad de entre 20 y 35% en peso del aglomerante.
12. Composición curable según la reivindicación
11, en la que el homopolímero del isocianato y el agente
polimerizante de isocianato correspondiente está presente en una
cantidad de aproximadamente 25% en peso del aglomerante.
13. Procedimiento para la producción de un
material compuesto permeable a fluidos que comprende las etapas que
consisten en proporcionar una composición curable según cualquiera
de las reivindicaciones anteriores, comprimir la composición curable
y curar la composición a una temperatura de aproximadamente 10ºC por
encima de la temperatura de transición del vidrio del aglomerante y
disminuir a continuación la temperatura.
14. Procedimiento según la reivindicación 13, en
el que el procedimiento comprende la etapa de prerrevestimiento del
material en partículas con un agente de aglomeración de viscosidad
ajustada.
\newpage
15. Procedimiento según la reivindicación 14,
que comprende el revestimiento de un material en partículas
prerrevestido curado con el agente de aglomeración.
16. Material compuesto permeable a fluidos
realizado a partir de la composición según cualquiera de las
reivindicaciones 1 a 12.
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