ES2352319T3 - Mezcla para minimizar la preesencia de polvo fino superficial sobre estructuras de cemento y de hormigón. - Google Patents

Mezcla para minimizar la preesencia de polvo fino superficial sobre estructuras de cemento y de hormigón. Download PDF

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Abstract

Una mezcla, que comprende: (i) al menos un aditivo reductor de la contracción, presente en la cantidad del 99,99-95,0% basado en el peso seco de los sólidos totales, comprendiendo al menos uno de dichos aditivos reductores de la contracción un aducto de alquil éter-oxialquilenglicol representado mediante la fórmula R1O(AO)nH en la que R1 representa hidrógeno, un grupo alquilo C1-C7 o un grupo cicloalquilo C5-C6; A representa uno o más aductos de alquileno C1-C4 y n representa un número entero de 1-10; y (ii) al menos un alcohol graso presente en la cantidad del 0,01-5,0% basado en el peso seco de los sólidos totales, estando representado dicho alcohol graso mediante la fórmula R2OH, en la que R2 representa un grupo alquilo C8-C22 lineal o ramificado.

Description

Campo de la Invención
La presente invención se refiere a mezclas y métodos para mejorar las mezclas cementosas y, más particularmente, para minimizar o prevenir el polvo fino sobre estructuras de cemento y hormigón, provocado por aditivos reductores de la contracción. Antecedentes de la Invención
Las composiciones cementosas hidráulicas (por ejemplo, hidratables), tales como mortero (cemento, partículas pequeñas, por ejemplo, arena y agua) u hormigón (cemento, partículas pequeñas, partículas grandes, por ejemplo, grava y agua), se usan exhaustivamente en la formación, (ya sea sólo como una formación de hormigón o en combinación con otros elementos, como una formación de mortero y ladrillo) de formaciones estructurales arquitectónicas. Estas composiciones tienen ciertas propiedades que afectan sustancialmente a su durabilidad, incluyendo la contracción que tiene lugar durante el secado y curado de la composición de cemento.
Las composiciones de cemento hidráulico convencionales presentan una disminución en el volumen con el fraguado y el secado de la composición de colada. Aunque la magnitud del volumen que disminuye normalmente es pequeña, es de extrema importancia. Esta contracción da como resultado grietas y otros defectos que disminuyen la vida útil y la durabilidad de la estructura resultante. Las grietas proporcionan una trayectoria para que penetre el aire dentro de la estructura, promoviendo la carbonatación del cemento y la corrosión de las barras de refuerzo metálicas contenidas en su interior. Además, las grietas proporcionan un medio para que se filtre el agua dentro y a través de la estructura. Dicha entrada de agua deteriora adicionalmente la estructura a través de las presiones del ciclo de congelación-descongelación ejercidas sobre la estructura de cemento durante su vida. Se desea altamente proporcionar cementos y mezclas cementosas que muestren elevada resistencia y que no se sometan a los efectos de deterioro debido a la contracción.
Con respecto a superar la contracción durante el secado de las composiciones de cemento (tales como mezclas de hormigón), la bibliografía muestra que son adecuados diversos aductos de oxialquileno para este propósito. Por ejemplo, la Patente de Estados Unidos 3.663.251 muestra aditivos reductores de la contracción de la fórmula general RO(AO)nH, en la que R puede ser un radical alquilo C1-C7 o cicloalquilo C5-C6, A puede ser un radical alquileno C2-C3 y n es 1-10. Otras referencias que se refieren a aditivos reductores de la contracción se identifican en el documento US 5.603.760.
Los presentes inventores han descubierto, sorprendentemente, que los compuestos de oxialquileno que proporcionan la inhibición de la contracción en cementos y hormigones tienen una tendencia a generar partículas de polvo fino sobre la superficie de la estructura de cemento u hormigón resultante. Esto puede generar un problema no deseado, por ejemplo, en aplicaciones tales como hormigón o cimientos de autonivelación, contra los cuales o sobre los cuales se aplican recubrimientos o adhesivos para fijar baldosas, suelos de madera, alfombras u otros tratamientos superficiales. El problema lo provoca el polvo fino, que tiende a vencer la capacidad del recubrimiento o adhesivo a fijarse a la estructura resultante. Por consiguiente, la presente invención proporciona una mezcla, método y composición cementosa novedosos en los que se previene o minimiza la formación de polvo fino superficial. Sumario de Invención
La presente invención se refiere a una mezcla de cemento y a un método de formación de una estructura cementosa que tiene una superficie sustancialmente libre de polvo fino, que es capaz de inhibir la contracción durante el secado. Una mezcla ejemplar comprende (i) al menos un aditivo reductor de la contracción que comprende un aducto de alquil éteroxialquilenglicol representado mediante la fórmula R1O(AO)nH, en la que R1 representa hidrógeno, un grupo alquilo C1-C7 o un grupo cicloalquilo C5-C6; A representa uno o más aductos de alquileno C1-C4 (y preferiblemente AO representa óxido de etileno, óxido de propileno o una mezcla de los mismos) y n representa un número entero de 1-10 (y más preferiblemente 1-5); y (ii) al menos un alcohol graso representado mediante la fórmula R2OH, en la que R2 representa un grupo alquilo C8-C22 lineal o ramificado y, más preferiblemente, un grupo alquilo C14-C22 lineal o ramificado. Se describen también composiciones cementosas que comprenden la mezcla y métodos que implican el uso de la mezcla para minimizar el polvo fino superficial sobre mezclas de
cemento. Descripción Detallada de las Realizaciones Ejemplares
El término “cemento” y la expresión “composición de cemento” (que son sinónimos de “composiciones cementosas”) pueden usarse en este documento para referirse a polvos secos tales como pastas, morteros, lechadas tales como lechadas de cementación para pozos petrolíferos y composiciones de hormigón que comprenden un aglutinante de cemento hidráulico. Los términos “pasta”, “mortero” y “hormigón” son términos de pastas de la técnica que son mezclas compuestas de un aglutinante hidratable (normalmente, pero no exclusivamente, cemento Portland, cemento de albañilería o mortero de cemento y pueden incluir también yeso, caliza, cal hidratada, cenizas volantes, escoria de alto horno, puzolanas y humo de sílice u otros materiales comúnmente incluidos en dichos cementos) y agua; los morteros son pastas que incluyen adicionalmente agregados finos (por ejemplo, arena) y los hormigones son morteros que incluyen adicionalmente agregados gruesos (por ejemplo, grava, piedra). Las composiciones de cemento ensayadas en esta invención pueden formarse mezclando las cantidades requeridas de ciertos materiales, por ejemplo, un aglutinante hidratable (tal como cemento), agua y agregado fino y/o grueso, que pueden aplicarse para preparar la composición de cemento particular que se forma.
La expresión agente reductor de la contracción, como se usa en este documento, significa y se refiere a mezclas que se usan para inhibir la contracción de las composiciones cementosas. El aditivo reductor de la contracción comprende un aducto de alquil éter-oxialquilenglicol representado mediante la fórmula R1O(AO)nH, en la que R1 representa hidrógeno, un grupo alquilo C1-C7 o un grupo cicloalquilo C5-C6; A representa uno o más aductos alquileno C1-C4 (y preferiblemente óxido de etileno, óxido de propileno o una mezcla de los mismos); y n representa un número entero de 1-10 (y más preferiblemente un número entero de 1-5). Los ejemplos de dichos grupos R1 son metilo, etilo, propilo, isopropilo, n-butilo, isobutilo, butilo terciario, n-pentilo, isopentilo, ciclopentilo, ciclohexilo. Los aductos preferidos tienen grupos R1 de alquilo C3-C5, tales como propilo, isopropilo, n-butilo, t-butilo, isopentilo. Los aductos más preferidos tienen grupos R1 de butilo o grupo ciclohexilo. El símbolo A en la fórmula anterior representa, al menos, un grupo alquileno C2-C4 tal como, por ejemplo,
imagen1
y mezclas similares de los mismos; n representa un número entero de 1-10 (y más preferiblemente 1-5). Los compuestos preferidos de estos aductos de éter son aquellos en los que R1 representa un grupo butilo, A representa un etileno
o propileno y n es 2 ó 3.
El aducto más preferido es mono-t-butil éter de dipropilenglicol y mono-tbutil éter de tripropilenglicol. El mono-terc-butil éter de dipropilenglicol tiene la estructura:
imagen1
10 Una composición de este tipo puede usarse junto con, en las realizaciones ejemplares adicionales, dipropilenglicol para mejorar adicionalmente las propiedades de reducción de la contracción. La fórmula de
15
Una mezcla reductora de la contracción ejemplar adicional es un alquilenglicol que tiene la fórmula H-O-R-O-H en la que R es un grupo C3 a C10 y lo más preferible es hexilenglicol. Las mezclas reductoras de la contracción ejemplares que se cree que
20 son adecuadas para su uso en la invención se muestran en las Patentes de
imagen2
Estados Unidos 5.413.634 (Shawl et al.); 5.556.460 (Berke et al.); 5.603.760 (Berke et al.); 5.618.344 (Kerkar et al.); 5.626.663 (Berke et al.); y 5.938.835 (Shawl et al.).
Las mezclas reductoras de la contracción, que se cree que son adecuadas para la invención, están disponibles en el mercado en Grace Construction Products con el nombre comercial ECLIPSE®.
Los alcoholes grasos útiles en la presente invención se representan mediante la fórmula
R2OH en la que R2 representa un grupo alquilo C8-C22 lineal o ramificado. Dichos alcoholes grasos los conocen generalmente aquellos expertos en la materia y se describen, por ejemplo, en el documento US 3.486.916 y en la Solicitud de Patente Internacional PCT Nº WO 95/04008 de Abdelrazig et al..
Los alcoholes grasos preferidos, que tienen de 14 a 22 átomos de carbono en sus cadenas de hidrocarburo, incluyen alcohol mirístico, alcohol cetílico, alcohol estearílico (octadecanol), alcohol araquídico, de los cuales todos son sólidos a temperatura ambiente. Los alcoholes grasos preferidos incluyen octadecanol, eicosanol y docosanol.
En las mezclas ejemplares de la invención, el aditivo reductor de la contracción (por ejemplo, aducto de alquil éter-oxialquilenglicol) se combina preferiblemente junto con el alcohol graso puro, ya que los alcoholes grasos tienen baja solubilidad en agua, de tal forma que la formación de emulsiones es difícil e innecesaria. La proporción del aditivo reductor de la contracción respecto a los componentes de alcohol graso es del 99,99-95,0%/0,01-5,0%; preferiblemente del 99,5-97,0%/0,5-3,0%; y más preferiblemente del 99,98%/12%, todos los porcentajes basados en el peso seco total de los dos componentes en la mezcla. Puede añadirse una mezcla que comprende el SRA y el alcohol graso a una composición cementosa en la cantidad del 0,55,0% en peso de cemento en la composición y más preferiblemente del 1-3% en peso. Opcionalmente, pueden usarse también diversos ingredientes convencionales. Entre los ingredientes opcionales que se pueden utilizar están los agentes reductores del agua, preferiblemente superplastificantes y, más preferiblemente, polímeros de peine de tipo policarboxilato (un superplastificante adecuado está disponible en el mercado en Grace Construction Products con el nombre comercial ADVA®).
Otros ingredientes opcionales pueden incluir aceleradores del endurecimiento convencionales (tales como cloruros metálicos, tales como cloruro cálcico y cloruro sódico, sulfatos metálicos, tales como sulfato sódico y aminas orgánicas tales como trietanolamina); retardantes del endurecimiento convencionales (tales como alcoholes, azúcares, almidón y celulosa); inhibidores de la corrosión del acero de refuerzo (tales como nitrito cálcico y/o nitrato cálcico, nitrato sódico); y agentes diluyentes acuosos convencionales y diluyentes acuosos de amplio intervalo (tales como ácidos lignosulfónicos y sus sales y derivados, ácidos carboxílicos hidroxilados y sus sales; productos de condensación de ácidos naftalenosulfónicos y formalina, productos de policondensación de melamina sulfonada, aminas y sus derivados, alcanolaminas y sales inorgánicas tales como boratos, fosfatos, cloruros y nitratos; superplastificantes). La cantidad de un ingrediente o ingredientes opcionales de este tipo es normalmente del 0,05-6,0% en peso o más del cemento.
Preferiblemente, se emplea al menos un compuesto o composición capaz de transmitir retención de aire a la estructura de cemento (u hormigón) resultante. Opcionalmente, esto puede premezclarse como parte del producto de mezcla aditivo de reducción de la contracción/alcohol graso, o introducirse por separado en la mezcla de cemento u hormigón a tratar. Dichos agentes de retención de aire son bien conocidos, e incluyen, por ejemplo, ácidos grasos de aceite de Bogol y sus ésteres, resinas de goma y colofonias, lejías de sulfito. El agente de retención de aire puede usarse en cantidades suficientes para conferir de aproximadamente el 4 al 10 por ciento en volumen de huecos de aire (o más) en la estructura de cemento resultante. La dosificación exacta necesaria para que un agente particular consiga un grado particular de aire puede determinarse fácilmente.
Las composiciones cementosas ejemplares de la invención comprenden un aglutinante hidratable (tal como cemento Portland, yeso o cualquiera de los otros aglutinantes mencionados anteriormente) junto con el alcohol graso descrito anteriormente, una mezcla reductora de la contracción y, opcionalmente, los ingredientes convencionales identificados anteriormente.
Las composiciones cementosas de la invención particularmente preferidas son morteros que se usan en la producción y procesos de hormigón de autonivelación. El hormigón de autonivelación se prepara combinando agua con una mezcla de mortero seco particular que implica cemento seco con “finos” (por ejemplo, polvo fino de caliza en cantidades del 15-25% en peso) y colorantes opcionales. El mortero seco y el agua se mezclan y se colocan en un molde poco profundo (forma) para formar una losa de forjado. Particularmente, se aprecia que estas aplicaciones evitan la contracción durante el secado y la formación de polvo fino sobre la superficie de la losa endurecida resultante.
Las características y ventajas de la presente invención pueden apreciarse con todo detalle en vista de los siguientes ejemplos. Ejemplo 1
Se prepararon mezclas de pavimentos para suelo de autonivelación (losas poco profundas) usando los siguientes materiales base: 17% de cemento, 20% de polvo fino de caliza, 63% (agregado (arena de 0-6 mm)) y agua (todos los porcentajes basados en el peso total de los materiales de mezcla). Se colaron losas pequeñas que tenían dimensiones de aproximadamente (12,7 cm x 25,4 cm x 3,8 cm) (5” x 10” x 1,5") y se dejaron sin cubrir a temperatura ambiente para el curado. La superficie superior de cada losa se analizó cualitativamente para la formación de polvo fino después de 2, 4 y 8 días después del curado, usando una brocha de plástico pequeña y aplicando ocho toques en el mismo punto. El nivel de formación de polvo fino se valoró de “0” (indicando que no hay polvo fino seco) a “5” (cantidad alta de polvo fino). Los resultados de las mezclas que contienen diferentes combinaciones se proporcionan en la Tabla 1 a continuación. La Mezcla 1 sólo contenía un superplastificante (de tipo policarboxilato comercializado por Grace Construction Productos con el nombre ADVA®) y en la Mezcla 2 un aditivo reductor de la contracción (de tipo alquil éter-oxialquilenglicol de SRA comercializado por Grace con el nombre ECLIPSE®). Sólo la muestra con el SRA mostró una cantidad significativa de polvo fino sobre la superficie de la muestra (y esto se evaluó como un “5”). La Mezcla 3 contenía un superplastificante base de sulfonato de melanina junto con el SRA y la Mezcla 4 contenía un superplastificante basado en naftaleno junto con el SRA. Las mezclas resultantes en 3 y 4 mostraron ambas un nivel alto de polvo fino sobre la superficie de las muestras. En la Mezcla 5, se usaron un superplastificante y un SRA modificado. El SRA se modificó incorporando aproximadamente el 1% en peso de un alcohol graso (octadecanol en este caso). En la Mezcla 6 sólo se combinaron el SRA y el alcohol graso. Las mezclas resultantes en 5 y 6 eran estables (sin segregación) y ninguna de las muestras endurecidas resultantes formadas a partir de las mezclas mostró formación de polvo fino.
Tabla 1
Mezcla
Muestra Diluyente acuoso/ SRA Polvo fino Polvo fino Polvo fino
Superplastificante
después después después
de 2 días
de 4 días de 8 días
1
Superplastificante (marca ADVA®) (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg - (0) (0) (0)
2
Superplastificante (marca ADVA®) SRA (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (5) (5) (5)
(marca ECUTSEO)
3
Diluyente acuoso (Sulfonato de Melamina) SRA (marca ECLIPSE®) (25,00 oz/cwt) 13,9 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg N/A (5) (5)
4
Diluyente acuoso (Naftaleno) SRA (26,15 oz/cwt) 14,6 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg N/A (5) (5)
(marca ECLIPSE®)
5
Superplastificante (marca ADVA®) SRA (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (0) (0) (0)
(ECLIPSE®) Alcohol Graso
(Octadecanol (1%))
Mezcla
Muestra Diluyente acuoso/ Superplastificante SRA Polvo fino después de 2 días Polvo fino después de 4 días Polvo fino después de 8 días
6
SRA (marca ECLIPSE®) Alcohol Graso (Octadecanol (1%)) - (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (0) (0) (0)
Ejemplo 2
Se ensayó un conjunto adicional de muestras usando diversas cantidades de octadecanol, comenzando con el 0,5% (en peso) y usando cantidades del 1,0%, 2,0% y 3,0% respectivamente, como se muestra en la Tabla 2 a continuación (Véanse las Mezclas 9-12).
Tabla 2
Mezcla
Muestra Diluyente acuoso/ SRA Polvo fino Polvo fino Polvo fino
Superplastificante
después después después
de 2 días
de 4 días de 8 días
7
Superplastificante (13,40 oz/cwt) - (0) (0) (0)
(marca ADVA®)
7,5 g/kg
Sin Alcohol Graso
8
Superplastificante (marca ADVA®) SRA (marca ECLIPSE®) Sin Alcohol Graso (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (5) (5) (5)
Mezcla
Muestra Diluyente acuoso/ SRA Polvo fino Polvo fino Polvo fino
Superplastificante
después después después
de 2 días
de 4 días de 8 días
9
Superplastificante (marca ADVA®) SRA (marca ECLIPSE®) Alcohol Graso (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (1) (1) (1)
(Octadecanol (0,5%))
10
Superplastificante (marca ADVA®) SRA (marca ECLIPSE®) Alcohol Graso (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (0) (0) (0)
(Octadecanol (1,0%))
11
Superplastificante (marca ADVA®) SRA (marca ECLIPSE®) Alcohol Graso (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (0) (0) (0)
(Octadecanol (2,0%))
12
Superplastificante (marca ADVA®) SRA (marca ECLIPSE®) Alcohol Graso (13,40 oz/cwt) 7,5 g/kg (33,4 oz/cwt) 18,6 g/kg (0) (0) (0)
(Octadecanol (3,0%))
Los resultados son inesperados y novedosos debido a que la adición de una pequeña cantidad de un alcohol de alquilo C8-C22, tal como octadecanol (alcohol estearílico), da como resultado la prevención de la formación de polvo fino en las muestras de cemento en las que se usa un aditivo reductor de la
5 contracción (SRA), sin socavar la capacidad del SRA de inhibir la contracción durante el secado de la muestra.
Se cree que el uso de los alcoholes de alquilo C8-C22 ayuda a minimizar la formación de polvo fino provocado por los SRA en las composiciones cementosas. Los expertos en la materia pueden, en vista de las enseñanzas en
10 este documento, variar el tamaño de la cadena de los alcoholes grasos y/o variar la cantidad de dosificación de los alcoholes grasos, para controlar los niveles de formación de polvo fino.
Los ejemplos anteriores se proporcionan sólo para ilustración y no se pretende que limiten el alcance de la invención. 15

Claims (19)

  1. REIVINDICACIONES
    1. Una mezcla, que comprende:
    (i)
    al menos un aditivo reductor de la contracción, presente en la cantidad del 99,99-95,0% basado en el peso seco de los sólidos totales, comprendiendo al menos uno de dichos aditivos reductores de la contracción un aducto de alquil éter-oxialquilenglicol representado mediante la fórmula R1O(AO)nH en la que R1 representa hidrógeno, un grupo alquilo C1-C7 o un grupo cicloalquilo C5-C6; A representa uno o más aductos de alquileno C1-C4 y n representa un número entero de 1-10; y
    (ii)
    al menos un alcohol graso presente en la cantidad del 0,01-5,0% basado en el peso seco de los sólidos totales, estando representado dicho alcohol graso mediante la fórmula R2OH, en la que R2 representa un grupo alquilo C8-C22 lineal o ramificado.
  2. 2.
    La mezcla de la reivindicación 1 en la que R1 representa grupos alquilo lineales o ramificados.
  3. 3.
    La mezcla de la reivindicación 1 ó 2 en la que dicho R2 representa un grupo alquilo C14-C22 lineal o ramificado.
  4. 4.
    La mezcla de la reivindicación 3 en la que dicho alcohol graso tiene una estructura C12-C22 ramificada.
  5. 5.
    La mezcla de cualquier reivindicación anterior, en la que dicho aditivo reductor de la contracción comprende dipropilenglicol representado mediante la estructura
  6. 6.
    La mezcla de la reivindicación 5, que comprende adicionalmente tercbutil éter de dipropilenglicol representado mediante la estructura
  7. 7.
    La mezcla de cualquier reivindicación anterior, en la que dicho alcohol graso se selecciona entre octadecanol, eicosanol y docosanol.
  8. 8.
    La mezcla de la reivindicación 7 en el que dicho alcohol graso es octadecanol.
  9. 9.
    La mezcla de cualquier reivindicación anterior en la que, en dicho aditivo reductor de la contracción, AO representa óxido de etileno, óxido de propileno o una mezcla de los mismos.
  10. 10.
    La mezcla de la reivindicación 9, en la que AO representa óxido de propileno.
  11. 11.
    La mezcla de la reivindicación 9, en la que AO representa óxido de etileno.
  12. 12.
    La mezcla de cualquier reivindicación anterior, en la que R1 representa un grupo alquilo C4.
  13. 13.
    La mezcla de la reivindicación 1 en la que dicho aditivo reductor de la contracción tiene un peso molecular de hasta 4000.
  14. 14.
    La mezcla de la reivindicación 1 en la que dicho aditivo reductor de la contracción está presente en una cantidad del 99,5-97,0% basado en el peso seco de los sólidos totales de la mezcla; y dicho alcohol graso está presente en la cantidad del 0,5-3,0% basado en el peso seco de los sólidos totales de la mezcla.
  15. 15.
    La mezcla de cualquier reivindicación anterior, que comprende adicionalmente una mezcla adicional seleccionada entre diluyentes acuosos,
    imagen1
    imagen1
    agentes retenedores de aire, agentes separadores del aire y un conjunto de aceleradores.
  16. 16. Una composición cementosa que comprende: un aglutinante hidratable y 5 la mezcla de cualquier reivindicación anterior.
  17. 17. La composición cementosa de la reivindicación 18, en la que dicho aglutinante hidratable se selecciona entre cemento Portland, cemento de albañilería, mortero de cemento, yeso, caliza, cal hidratada, cenizas volantes,
    10 escoria de alto horno, puzolanas y humo de sílice.
  18. 18. La composición cementosa de la reivindicación 19 en la que dicho aglutinante hidratable comprende tanto cemento Portland como caliza.
    15 19. La composición cementosa de la reivindicación 19 en la que dicha composición cementosa se mezcla con agua para proporcionar un mortero de autonivelación.
  19. 20. Un método para minimizar el polvo fino sobre la superficie de una
    20 estructura formada a partir de un cemento, que comprende: proporcionar un aglutinante cementoso junto con una mezcla reductora de la contracción e introducir en la misma la mezcla de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17.
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