ES2355206T3 - Aditivo para hormigón y construcción. - Google Patents

Abstract

Un procedimiento para producir un aditivo liviano de ceniza volante, incluyendo dicho procedimiento los siguientes pasos: mezclar cenizas volantes con un superplastificador y cierta cantidad de agua para obtener un gel o masa de ceniza volante; formar una briqueta con el gel o masa de ceniza volante; calentar la briqueta de ceniza volante para endurecer efectivamente el gel o masa de ceniza volante con la que se formó la briqueta; quemar la briqueta de ceniza volante para sinterizar la ceniza volante; y triturar la briqueta de ceniza volante para obtener el aditivo liviano de ceniza volante.

Description

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere de manera general a un procedimiento para obtener un aditivo liviano de cenizas volantes y al aditivo de cenizas volantes resultante. 5

CONTEXTO DE LA INVENCIÓN

Se han fabricado aditivos de cenizas volantes peletizados sinterizados con fines comerciales en varios países industrializados como Reino Unido, Estados Unidos, Japón, India y Norte de Europa. Los procesos de fabricación de estos aditivos requieren la peletización de una mezcla de cenizas volantes y agua antes de sinterizar los pellets a temperaturas superiores a los 1200º C. Este proceso produce un aditivo ligero esférico con un elevado porcentaje de 10 vacíos. La fabricación de aditivo peletizado sinterizado a partir de cenizas volantes requiere un alto grado de control durante los procesos de producción. La experiencia de los solicitantes presentes con este tipo de aditivo liviano ha sido con el aditivo producido en el Reino Unido con el nombre de LYTAG. Esta experiencia ha presentado grandes variaciones en el tamaño y la calidad del aditivo. Estas variaciones han resultado, tal como se esperaba, en una inconsistencia con el producto final, es decir, el hormigón. Ya que el objeto de interés es, en definitiva, el hormigón 15 estructural, es imperativo que el aditivo fabricado tenga una gran calidad y características consistentes. Este es el caso especialmente cuando los aditivos de este tipo están destinados al uso en estructuras importantes como las plataformas en alta mar.

En Australia, no se producen aditivos de cenizas volantes con ningún procedimiento. Y esto a pesar de que la mayoría de la industria energética de este país proviene del carbón, y que la ceniza volante en sí se produce en 20 abundancia. Se han llevado a cabo investigaciones empleando la ceniza volante peletizada sinterizada LYTAG en la producción de hormigón de alta resistencia y fue capaz de producir hormigón con una resistencia a la compresión de 70 M Pa. No obstante, la consistencia y la repetibilidad de los valores de resistencia y de trabajabilidad, incluso en las condiciones de laboratorio más estrictas, no fueron elevadas. El motivo de este inconveniente fue la inconsistencia en el aditivo liviano empleado. La inconsistencia se manifestó principalmente en la capacidad de absorción de agua, la dureza 25 y la distribución del tamaño. Además, la producción de hormigón liviano de alta resistencia requiere una gran cantidad de cemento portland común. Esto debería desaconsejarse en la medida de lo posible, ya que la fabricación de cemento es una industria que causa un daño importante al medio ambiente debido a su gran demanda energética y a la emisión de grandes cantidades de dióxido de carbono. De esta forma, se entendió previamente que para producir hormigón de alta resistencia de LYTAG se requiere una cantidad sustancial de cemento. Este hecho rechaza en gran medida al 30 menos los motivos medioambientales por los que se concibió originalmente el hormigón con aditivo liviano.

El documento DE-A-2018221 describe la producción de pellets de escoria sintética de forma redonda. El procedimiento de producción de pellets de escoria sintética con forma redonda consiste en mezclar polvo residual de lignito con polvo de lignosulfonato cálcico y agua para formar una pasta plástica. La pasta plástica, a continuación, es comprimida con discos perforados y se emplea una herramienta de biselado para cortar la pasta en piezas. Las piezas 35 se dejan secar durante veinticinco minutos en un horno rotatorio y luego se sinterizan. Este procedimiento produce pellets de forma redonda. El documento DE-A-2018221 describe además la preparación de escoria sintética en forma de escoria. El procedimiento para obtener la escoria sintética en forma de escoria consiste en procesar polvo residual seco sin añadir agua ni polvo de lignosulfonato cálcico.

RESUMEN DE LA INVENCIÓN 40

En un primer aspecto, la presente invención proporciona un procedimiento para obtener un añadido liviano de ceniza volante, consistiendo dicho procedimiento en los siguientes pasos:

mezclar cenizas volantes con un superplastificador y cierta cantidad de agua para obtener un gel o masa de ceniza volante;

formar una briqueta con el gel o masa de ceniza volante; 45

calentar la briqueta de ceniza volante para endurecer efectivamente el gel o masa de ceniza volante con la que se formó la briqueta;

quemar la briqueta de ceniza volante para sinterizar la ceniza volante; y

triturar la briqueta de ceniza volante para obtener el aditivo liviano de ceniza volante.

Preferiblemente, el volumen (1) del superplastificador por unidad de peso (kg) de ceniza volante es entre 50 aproximadamente 0,1 y 5 %. Más preferible es que la cantidad volumétrica (1) de agua respecto al peso (kg) de ceniza volante sea menor de aproximadamente el 35 %.

Preferiblemente, el endurecimiento del gel o masa se lleva a cabo con un nivel de humedad controlado, por

ejemplo con aproximadamente un 37 % de humedad relativa. Más preferible es que el gel o masa se endurezca durante un periodo prolongado de entre aproximadamente uno (1) y cuatro (4) días.

Preferiblemente, la briqueta de ceniza volante se calienta entre aproximadamente 40 y 110º C para endurecer eficazmente el gel o masa de ceniza volante de la que se formó la briqueta de ceniza volante, y la briqueta de ceniza volante se quema a aproximadamente 1300º C. 5

Por lo general, el procedimiento también incluye el paso de compactar o comprimir el gel o masa antes del endurecimiento.

Por lo general, el paso de triturar la briqueta de ceniza volante hace que el mencionado aditivo de ceniza volante tenga formas irregulares o angulares. Se comprende que las formas irregulares o angulares del aditivo de ceniza volante mejora la mezcla con la matriz de mortero del hormigón y por tanto la resistencia del hormigón. 10

Preferiblemente, el procedimiento incluye asimismo el paso de procesar el aditivo de ceniza volante a un rango de tamaño de partícula predeterminado. Más preferente es que el procesamiento de tamaño se efectúe por cribado del aditivo de ceniza volante. Por lo general, el rango del tamaño de partícula predeterminado incluye partículas de ceniza volante de un tamaño entre aproximadamente 75 µm y 30 mm.

Según otro aspecto de la invención, se proporciona un aditivo liviano de ceniza volante para la fabricación de 15 cemento obtenido a partir del procedimiento que constituye el primer aspecto de la presente invención.

Preferiblemente, el aditivo liviano de ceniza volante tiene una capacidad de absorción de agua, medida durante más de 24 horas, de menos del 10 %. Más preferente es que la capacidad de absorción sea del 2 al 5 %.

Preferiblemente, el aditivo liviano de ceniza volante tiene un rango de tamaño de partícula determinado. Más preferente es que el rango predeterminado de tamaño de partícula incluya partículas de ceniza volante de un tamaño 20 entre aproximadamente 75 µm y 30 mm. Generalmente, el rango de tamaño de partícula se encuentra entre 0.075mm (75 µm) y 12mm.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FOTOGRAFÍAS

Para conseguir una mejor comprensión de la naturaleza de la presente invención, las fotografías de las figuras 25 1 a 10 muestran aditivo de ceniza volante de los ejemplos de la presente invención junto con los aditivos de granito y LYTAG de tipo anterior, briquetas del aditivo de ceniza volante y hormigón que contiene el aditivo de ceniza volante de la invención.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES PREFERENTES

Para conseguir una mejor compresión de la naturaleza de la presente invención, se explicará a continuación 30 una realización preferente de un procedimiento de fabricación de aditivo liviano de ceniza volante junto con el mismo aditivo liviano de ceniza volante resultante.

Los siguientes experimentos ejemplares son relevantes para la metodología general de fabricación de aditivo ligero de ceniza volante de la siguiente manera:

I. mezclando cenizas volantes con un superplastificador y una cantidad reducida de agua; 35

II. compactando o comprimiendo el gel o masa de ceniza volante resultante;

III. biselando o formando de otra forma briquetas con el gel o masa de ceniza volante;

IV. calentando las briquetas de ceniza volante para endurecer efectivamente la masa;

V. quemando las briquetas para sinterizar la ceniza volante;

VI. triturando las briquetas sinterizadas y procesando el tamaño, preferiblemente cribando, de las 40 partículas resultantes de ceniza volante para obtener el aditivo liviano de ceniza volante de un rango de tamaño predeterminado.

Procedimiento de mezcla y colocación

La ceniza volante se pesó y colocó en una hormigonera apropiada o similar. Se añadió entonces aproximadamente un setenta por ciento de la cantidad total de agua y se mezcló la masa con rotación durante tres 45 minutos. La ceniza volante empleada en este experimento era ceniza volante de clase F conforme con la norma ASTM. Esta se obtiene en gran cantidad en centrales energéticas que emplean carbón. La ceniza volante utilizada en este ejemplo procedía de Eraring, Australia. No obstante, se apreciará que el uso de una ceniza volante concreta no es necesario, aunque debería ser conforme con una norma de calidad local.

A continuación se añadió un superplastificador y la mezcla continuó durante otro periodo de tres minutos. El superplastificador se usó para facilitar la trabajabilidad del gel o masa de ceniza volante. El superplastificador era un saquito de sal sódica de un sulfonato de polinaftaleno fabricado por Handy Chemicals y comercializado con la denominación comercial de DISAL.

Sin embargo, se hará evidente que el uso de un superplastificador concreto no es necesario. Lo único que 5 importa es conseguir una trabajabilidad consistente con una cantidad mínima de agua, y el uso de un superplastificador apropiado debería ser satisfactorio siempre que la dosificación sea relevante para el superplastificador que se esté usando. En este caso, en que DISAL era el superplastificador, la dosificación fue con una proporción de 200 ml por 100 kg de ceniza volante.

El resto del agua se añadió a continuación y la mezcla continuó durante tres minutos más, momento en que 10 estaba completa. La masa de ceniza volante, entonces, se colocó en una bandeja y se compactó o vibró en una mesa de vibración de manera semejante a la colocación del hormigón. La compactación o compresión se interrumpió cuando la masa mezclada comenzó a supurar. La masa se biseló entonces en briquetas mediante moldes de corte que se hundían en la masa asentada y compactada, y se retiraron las briquetas de la bandeja. La intención de los solicitantes para la producción a gran escala es que se adopten procedimientos habitualmente empleados en la producción de 15 ladrillos de arcilla, incluyendo la compactación y la extrusión y posterior biselado de las briquetas de ceniza volante.

En este ejemplo, por cada 100 kg de ceniza volante se usaron los componentes en las siguientes proporciones:

I. 26 litros de agua; y

II. 200 ml de superplastificador.

Termotratamiento 20

Las briquetas de masa se colocaron a continuación en una cámara de endurecimiento controlado a 50ºC y 37 % de humedad relativa durante un periodo de 48 horas. El proceso de endurecimiento está diseñado para proporcionar a la masa la estabilidad y consistencia requeridas. Después de la conclusión de este periodo, las muestras endurecidas se colocaron en un horno y la temperatura se subió a 1300º C durante otro periodo de cuatro horas. Luego se apagó el horno y las muestras se dejaron enfriar lentamente durante un periodo de 48 horas antes de recuperar las briquetas 25 sinterizadas. La temperatura de aproximadamente 1300º C para quemar es lo suficientemente elevada para conseguir la sinterización mientras que se evita la vitrificación de la ceniza volante.

Trituración y tamaño

Las briquetas sinterizadas se introdujeron a continuación en un triturador. El máximo tamaño de partícula de ceniza volante con el que los solicitantes obtuvieron los mejores resultados en este ejemplo fue de 12 mm. Los aditivos 30 triturados se redujeron a las siguientes categorías de tamaño:

I. aditivo grueso con un tamaño máximo de 12 mm y un tamaño mínimo de 4,74 mm;

II. aditivo fino con un tamaño máximo que pasa por el tamiz de 4,74 mm y un tamaño mínimo de 75 µm; y

III. aditivo ultrafino menor de 75 µm (pasando el tamaño de tamiz nº 200 de ASTM).

Los aditivos de ceniza volante triturados y procesados a tamaños clasificados que fueron el sujeto de esta 35 solicitud fueron los aditivos grueso y fino. Es decir, el rango de tamaño predeterminado y seleccionado era de 75 µm a 12 mm.

La tabla 1 muestra la distribución del tamaño de partícula.

Tabla 1 – Análisis por tamizado del aditivo de ceniza volante de un ejemplo de la invención

Tamaño del tamiz

Masa retenida en g Porcentaje retenido Porcentaje acumulativo retenido Porcentaje acumulativo pasado

13,20mm

0 0 0 100

9,50mm

371,8 18,6 18,6 81,4

6,70mm

392,5 19,6 38,2 61,8

4,75mm

222,1 11,1 49,3 50,7

2,36mm

387,5 19,4 68,7 31,3

1,70mm

97,9 4,9 73,6 26,4

1,18mm

109,1 5,5 79,1 20,9

4,25p,m

170,8 8,6 87,7 12,3

300p,m

45,8 2,3 90 10

150pum

76,7 3,8 93,8 6,2

<150p,m

123,0 -- --

Total

1997,2 100

El propósito preferente de la fabricación de los aditivos de ceniza volante fue usarla en la fabricación de hormigón.

Correspondientemente, las características relevantes para la fabricación del hormigón son las que determinaron los solicitantes. Estas características incluyen: distribución del tamaño de partícula, valor de trituración agregado, peso 5 específico aparente en condiciones saturadas de superficie seca, densidad compactada seca y capacidad de absorción de agua. La prueba de caracterización se llevó a cabo según AS 2758.1 and AS 1141. No obstante, debería apreciarse que el aditivo puede utilizarse en otras aplicaciones constructivas, por ejemplo carreteras de asfalto, materiales de ladrillo, materiales aislantes y relleno.

La tabla 2 muestra los resultados de las pruebas para determinar el resto de estas características relevantes. 10

Tabla 2 – Características del aditivo de ceniza volante de este ejemplo de la invención

Propiedad

Valor

Peso específico aparente basado en condiciones saturadas de superficie seca

1,685

Peso específico basado en condiciones secas de horno

1,61

Densidad compactada seca

848kg/m3

Valor de trituración

28%

Capacidad de absorción (en 24 horas)

3,4%

La tabla 3 enumera las propiedades de LYTAG del tipo anterior y loa tradicionales aditivos de granito y dacita. Los aditivos de granito y dacita son aditivos naturales usados habitual y universalmente en la fabricación de hormigón. Por otra parte, el aditivo LYTAG es el aditivo peletizado sinterizado de ceniza volante descrito del tipo precedente 15 admitido y ha sido un aditivo ligero con éxito comercial fuera de Australia desde 1966.

Tabla 3 – Propiedades de los aditivos LYTAG de tipo precedente y los aditivos tradicionales de granito y dacita

Propiedad

LYTAG Granito Dacita

Peso específico aparente basado en condiciones saturadas de superficie seca

1,72 2,77 2,51

Peso específico basado en condiciones secas de horno

1,4 2,74 2,50

Densidad compactada seca

831 kg/m3 1478kg/m3 1449kg/m3

Valor de trituración

35% 16,9% 15,5%

Capacidad de absorción (en 24 horas) para grueso de 12 mm

8,5% 0,8% 0,54%

Capacidad de absorción (en 24 horas) para grueso de 6 mm

8,5%

Capacidad de absorción (en 24 horas) para grueso de 3 mm

8,5%

Capacidad de absorción (en 24 horas) para finos

10,7% 2,7% 2,7%

Una comparación entre las propiedades del aditivo de ceniza volante en este ejemplo de la invención

mostradas en la tabla 2 y los aditivos de tipo precedente mostrados en la tabla 3 indica que el aditivo de ceniza volante de la realización de la invención tiene una capacidad de absorción notablemente menor que LYTAG. Asimismo, el valor de trituración de la realización realizada fue significantemente inferior al de LYTAG. Por ello, se espera que el aditivo de ceniza volante según la realización descrita de la invención produzca hormigón más duradero y resistente que los hormigones con LYTAG y al mismo tiempo tenga un peso comparable y más estable que el de LYTAG. 5

Para demostrar la adecuación y aplicabilidad del aditivo de ceniza volante a su aplicación en concreto, una mezcla de hormigón se diseño y probó en cuanto al hormigón fresco y endurecido. La mezcla diseñada en este ejemplo se muestra en la tabla 4, que muestra las proporciones basadas en condiciones saturadas de superficie seca de los aditivos. También muestra el diseño de mezcla para los tres tipos de hormigón preparados para este ejemplo, para que se pueda realizar una comparación directa entre los hormigones de los tres aditivos. El diseño se llevó a cabo de 10 manera que los tres hormigones tuvieran el mismo contenido de cemento y el mismo contenido de cualquier tipo de materiales puzol añicos que pudieran producir un efecto cementador. La cantidad de agua se determinó de manera que se consiguiera la misma trabajabilidad que se midió en la prueba de asentamiento conocida. La densidad del hormigón fresco y compactado se midió para los tres tipos y los valores se indican en la tabla 5.

Tabla 4 – Diseño de mezcla de hormigón (condiciones saturadas y de superficie seca) para los tres tipos de 15 aditivos

Granito LYTAG Aditivo de ceniza volante de la invención

Cemento

Kg 300 300 300

Humo de sílice

Kg 40 40 40

Agua

Litres 172 150 193

Agente reductor de agua

Litres 0,49 0,49 0,49

Superplastificador

Litros 1,95 1,49 1,95

Aditivo grueso natural

Kg 1001 0 0

Aditivo fino natural

Kg 288 0 0

LYTAG de 12mm

Kg 0 293 0

LYTAG de 6mm

Kg 0 289 0

LYTAG de 3mm

Kg 0 316 0

Finos LYTAG

Kg 0 233 0

Aditivo grueso de ceniza volante de la invención de 12mm

Kg 0 0 255

Aditivo grueso de ceniza volante de la invención de 6mm

Kg 0 0 255

Aditivo grueso de ceniza volante de la invención de 3mm

Kg 0 0 256

Aditivo fino de ceniza volante de la invención

Kg 0 0 162

Ceniza volante

Kg 300 300 300

Ratio agua/cemento

Kg 0,57 0,5 0,64

Los tres tipos de hormigón tenían condiciones de trabajabilidad muy semejantes y el asentamiento fue muy bajo para los tres tipos. Los tres tipos, sin embargo, eran trabajadles y fácilmente compactadles y no mostraron segregación ni supuración. Los hormigones endurecidos se probaron a la edad de 7 y 28 días y los resultados se 20 consignan en la tabla 5. La resistencia a compresión sólo se determinó a los 7 días así como a los 28. Es evidente que el valor de resistencia a compresión del hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención es sustancialmente mayor que la mezcla correspondiente preparada con el aditivo liviano de LYTAG. De manera significativa, la resistencia del hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención a esta edad temprana es mayor que la resistencia del hormigón con aditivo de peso normal hecho de aditivos de granito. Y esto a pesar del hecho de que el hormigón de 25

aditivo de granito es un 24 % más pesado que el hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención.

Lo que es más, la porosidad aparente, que es indicativa de la permeabilidad de la superficie, es mucho menor en el hormigón del aditivo de ceniza volante de la invención que en ambos hormigones de LYTAG y granito. Esta característica indica que el hormigón del aditivo de ceniza volante de la invención es probablemente más resistente a condiciones climáticas desfavorables que el hormigón ya conocido LYTAG basado en ceniza volante y el hormigón de 5 granito de peso normal.

Los valores de la resistencia a compresión y del módulo de elasticidad también se determinaron a la edad de 28 días. La resistencia a compresión de 28 días del hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención fue de 62,9 APA, lo que se clasifica cómodamente como hormigón de alta resistencia. La resistencia a compresión determinada para hormigón de LYTAG fue 22,6 APA, y el valor para el hormigón de granito de peso normal fue de 56,3 10 APA. De este modo, el hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención es clara y consistentemente superior a los otros dos tipos de hormigón en cuanto a su resistencia a compresión.

Tabla 5 – Propiedades de hormigones frescos y endurecidos de los tres tipos de aditivos en este ejemplo

Propiedad

Hormigón de granito Hormigón de LYTAG Hormigón del aditivo de ceniza volante de la invención

Asentamiento

3mm 3mm 2mm

Densidad fresco, kg/m3

2232 1722 1800

Densidad en seco, aire, kg/m3

2180 1602 1780

Densidad en seco, horno, kg/m3

2134 1540 1747

Porosidad aparente

4,5% 13,3% 3,1%

Resistencia a compresión 7 días, M Pa

36,3 28,4 38,8

Resistencia a compresión 28 días, M Pa

56,3 44,6 62,9

Módulo de elasticidad 28 días, GPa

32,5 16,7 23,7

Los solicitantes también midieron el módulo de elasticidad por el método de carga de esfuerzo controlado. Este 15 método proporcionó la historia completa de estrés-esfuerzo de la muestra investigada y por tanto un método de evaluación de la tenacidad del material. Los resultados mostraron que el valor del módulo de elasticidad del hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención es 23,7 GPa, mientras el de LYTAG es de 16,7 GPa y el del hormigón de aditivo de granito es 32,5 GPa. Se esperaba que los hormigones livianos tuvieran un valor menor de módulo de elasticidad. Esto se debe a que el módulo de elasticidad depende primordialmente del de los aditivos. Sin embargo, el 20 hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención tuvo un módulo de elasticidad significativamente mayor al hormigón de LYTAG, indicando una mayor rigidez del aditivo según la invención en comparación con LYTAG. El valor del módulo de elasticidad del hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención fue, tal como se esperaba, menor que el del hormigón de granito de peso normal. Esto no es en absoluto una característica no deseada, ya que un menor valor de E permite mayores deflexiones en caso de vibraciones o terremotos, proporcionando una mayor 25 ductilidad a la estructura. Por otra parte, este valor no debería ser demasiado bajo, lo que causaría deflexiones muy grandes en condiciones normales de servicio. El valor registrado para el hormigón está entre el de LYTAG y los hormigones de granito. De esta forma, indica una mejor funcionalidad que una estructura de hormigón de LYTAG y una ductilidad aumentada respecto a una estructura similar hecha de hormigón de granito.

Se llevaron a cabo otros ensayos, esta vez con ceniza volante no clasificada (es decir, recogida directamente 30 de las tolvas sin procesar el tamaño) de clase F tomada directamente de los contenedores o tolvas de una central energética. Esta era diferente de la ceniza volante de clase F del ejemplo anterior, que había sido procesada y conformada con la norma ASTM. Además, en esos ensayos la ceniza volante no clasificada de clase F se mezcló con un superplastificador polímero fabricado por Grace Chemical y adquirible en el comercio en Australia bajo la denominación comercial DARACEM. Por lo demás, los pasos del procedimiento y la formulación para fabricar el aditivo 35 de ceniza volante de este ensayo estaban esencialmente en la línea del ejemplo precedente.

La tabla 6 muestra los resultados de las pruebas para determinar las características correspondientes relevantes de este aditivo de ceniza volante alternativo según la invención.

Tabla 6 – Características del otro aditivo de ceniza volante según la invención

Propiedad

Valor

Peso específico aparente basado en condiciones saturadas de superficie seca

1,59

Peso específico basado en condiciones secas de horno

1,55

Densidad compactada seca

862 kg/m3

Valor de trituración

26%

Capacidad de absorción (en 24 horas)

2,36%

La tabla 7 incluye los resultados pertenecientes a una mezcla de hormigón fabricada con el otro aditivo de ceniza volante de estos otros ensayos. Esta tabla comparativa muestra el diseño de mezcla para los cuatro tipos de hormigón preparados para este estudio, de manera que pueda realizarse una comparación directa entre los hormigones 5 de los diversos aditivos. El diseño se realizó de manera que todos los hormigones tenían el mismo contenido de cemento y cantidad de agua. La densidad del hormigón fresco y compactado se determinó para los cuatro tipos y los valores se muestran en la tabla 8. Además, los procedimientos de pesada, mezcla, endurecimiento, prueba e informe fueron todos realizados por una empresa independiente de ingeniería. La empresa está acreditada por la NATA (Asociación Nacional de Autoridades de Ensayos, Australia) para llevar a cabo dichas operaciones. La empresa es 10 Canbera Testing Service, una filial de Coffey Geosciences Pty Ltd. Todas las operaciones se realizaron según las normas australianas pertinentes.

Tabla 7 – Diseño de mezclas de hormigón (condiciones saturadas y de superficie seca) para los cuatro tipos de aditivos de este segundo ejemplo

Granito LYTAG Dacita Otro aditivo de ceniza volante según la invención

Cemento

kg 370 370 370 370

Humo de sílice

kg 56,92 56,92 56,92 56,92

Agua

Litros 207,2 207,2 207,2 207,2

Agente reductor de agua

Litros 2,96 2,96 2,96 2,96

Superplastificador

Litros 1,43 2,85 0,71 0,00

Aditivo grueso natural

kg 893,7 820

Aditivo fino natural

kg 626,3 626,3

LYTAG grueso 12mm a 3mm

kg 481,4

LYTAG fines

kg 475,5

Aditivo grueso de ceniza volante según la invención

kg 440,4

Finos de aditivo de ceniza volante según la invención

kg 510,6

Ceniza volante

kg 142,3 142,3 142,3 142,3

Ratio agua/cemento

0,56 0,56 0,56 0,56 0,56

Ratio agua/materiales cementadores

0,36 0,36 0,36 0,36 0,36

Los hormigones endurecidos se probaron a las edades de 7 y 28 días en cuanto a la resistencia a compresión, y 28 y 35 días para la resistencia a la tracción indirecta y módulo de elasticidad, respectivamente. Por los resultados en la tabla 8 queda claro que la resistencia a compresión del hormigón del aditivo de ceniza volante de esta realización de la invención es mayor que la mezcla correspondiente a partir de los aditivos de tipo precedente, incluyendo de manera sorprendente y significativa los aditivos de granito y dacita. El hormigón del aditivo de ceniza volante según la invención 5 es un 27 % más ligero que el hormigón de aditivo de granito.

Tabla 8 – Propiedades de hormigones frescos y endurecidos de los cuatro tipos de aditivos de la serie nº 2 (mezclados, ejecutados y probados independientemente)

Propiedad

Hormigón de granito Hormigón de dacita Hormigón LYTAG Hormigón del otro aditivo de ceniza volante según la invención

Asiento mm

75 75 85 85

Contenido de aire medido %

2 2,1 6,2 3,8

Densidad fresco, kg/m3

2260 2280 1770 1780

Densidad saturada superficie seca, a los 28 días, kg/m3

2285 2290 1818 1815

Resistencia a compresión 7 días, MPa

38,6 37,4 34,6 40,75

Resistencia a compresión 28 días, MPa

58,25 55,5 53,4 66,75

Resistencia a tracción 28 días, MPa

3,55 3,45 3,70 3,75

Módulo de elasticidad 28 días, G Pa

32,5 31,5 19,0 25,5

La resistencia a compresión para el hormigón del aditivo de ceniza volante fue significativamente mayor que la 10 resistencia a compresión de todos los demás hormigones y a todas las edades de las pruebas. La resistencia a compresión a los 28 días del hormigón de aditivo de ceniza volante, sujeto de esta invención, es un 14,6 %, 20 % y 25 % mayor que la resistencia a compresión a los 28 días de los hormigones de granito, dacita y LYTAG de tipo precedente, respectivamente. Y esto a pesar que el contenido de cemento, el contenido de materiales cementadores y el contenido de agua son los mismos para todos estos hormigones. También resulta que la ratio agua/cemento y la ratio 15 entre el agua y el total de materiales cementadores es exactamente la misma para todos estos hormigones. Asimismo, las características de trabajabilidad de los cuatro hormigones fueron similares, y todos eran muy trabajables en la misma medida.

El módulo de elasticidad del hormigón del aditivo de ceniza volante fue menos que el del hormigón de aditivo de granito y de dacita. Sin embargo, el hormigón del aditivo de ceniza volante de la invención tuvo un módulo de 20 elasticidad significativamente mayor que el del hormigón de LYTAG. Un menor módulo de elasticidad, en comparación con el hormigón de granito o dacita, permite mayores deflexiones en caso de vibraciones o terremotos, y muestra una ductilidad aumentada respecto a una estructura similar hecha de hormigón de granito o dacita. Por otra parte, el módulo de elasticidad no es tan bajo como para causar grandes deflexiones en condiciones normales de servicio y así ofrece mejor funcionalidad que el hormigón de LYTAG. La resistencia a tracción indirecta del hormigón del aditivo de ceniza 25 volante de la invención también es ligeramente mayor que y superior a la del hormigón de granito y LYTAG.

La tabla 9 incluye los resultados de las propiedades de contracción de hormigón de aditivo del tipo anterior y aditivo obtenido de otros ensayos según la invención. Los resultados de contracción son especialmente favorables en cuanto a que el aditivo de ceniza volante presentó una menor contracción, por ejemplo un 44 % menos que el hormigón de granito tras 56 días. El valor de contracción del aditivo de ceniza volante según la invención también es un 49 % y un 30 51 % inferior al valor de contracción del hormigón de aditivo de dacita natural y el hormigón de LYTAG de tipo precedente, respectivamente. Esta contracción especialmente baja dará como resultado un menor grado de fracturación

en el hormigón resultante y será de gran ventaja en el rendimiento de las estructuras de hormigón y las carreteras y pavimentados de hormigón.

Tabla 9 – Propiedades de contracción de hormigones frescos y endurecidos de los cuatro tipos de aditivos

Días de secado (tras 7 días de endurecimiento estándar según la norma australiana)

Valor de contracción (microfuerza)

Hormigón de granito

Hormigón de dacita Hormigón de LYTAG Hormigón de otro aditivo de ceniza volante de la invención

7

590 570 550 400

14

730 740 770 520

21

770 790 820 540

28

810 800 840 560

56

850 880 890 590

La fotografía de la Figura 1 muestra el aditivo de ceniza volante según la presente invención en la parte 5 izquierda, el aditivo de granito de peso normal natural en medio y el aditivo de LYTAG de ceniza volante de tipo precedente a la derecha. Esta fotografía comparativa ilustra claramente la angulosidad distintiva del aditivo de ceniza volante de este ejemplo de la invención en comparación con ambos aditivos de tipo precedente y especialmente el aditivo de LYTAG. Este aditivo de ceniza volante representa los aditivos grueso y fino del ejemplo previo en la tabla 1. La fotografía de la Figura 2 muestra de forma similar el aditivo de ceniza volante pero del otro ejemplo de la invención 10 junto con una briqueta de ceniza volante (tras ser desprendida) y de la que se tritura el aditivo de ceniza volante. La fotografía de la Figura 2 muestra no sólo la angulosidad del aditivo de ceniza volante sino que ilustra la porosidad superficial y el aspecto “en cráter” del aditivo.

Las figuras 3 y 4 representan caras fracturadas y separadas de hormigón incluyendo los aditivos de ceniza volante respectivos de los dos ejemplos precedentes. Estas ilustraciones junto con la fotografía relativamente poco 15 ampliada de la Figura 5 ilustran claramente la forma angular del aditivo de ceniza volante y su densa mezcla con la matriz de mortero de cemento del hormigón. La figura 6 es un primer plano de la superficie de la figura 5 que se concentra en el límite entre el aditivo y la matriz de mortero de cemento. Este primer plano muestra claramente la mezcla densa y la ausencia de fracturas en la interfaz entre el aditivo y la matriz de mortero de cemento mostrado a la derecha y a la izquierda, respectivamente. Los objetos brillantes como burbujas que aparecen principalmente en la 20 superficie del aditivo son orificios semiesféricos o cráteres que son trazas de burbujas de aire/vapor que estaban en la briqueta de ceniza volante antes de triturarla.

La Figura 7 es otra fotografía que muestra parte de otra pieza de la superficie fracturada del cemento incluyendo el aditivo de ceniza volante (zonas más oscuras) mostrados en sus diferentes tamaños. Aunque el aumento de esta fotografía no es elevado, las numerosas trazas de burbujas de aire en la superficie del aditivo son aún visibles. 25 Asimismo, la forma angular y la densa mezcla del aditivo de ceniza volante con la matriz del hormigón se ven claramente.

Las figuras 8 a 10 son más imágenes de la superficie con cráteres del aditivo de ceniza volante y su intersección con la matriz del hormigón. La fotografía de la Figura 8 muestra con la mayor claridad las impresiones de lo que eran previamente orificios de burbujas en la briqueta de ceniza volante. La Figura 9 muestra la densa superficie sin 30 fracturas entre los límites del aditivo y la matriz, mientras la Figura 10 muestra los límites angulares del aditivo de ceniza volante y su intersección con la matriz en la interfaz aditivo/matriz.

La inclusión del superplastificador en los ejemplos anteriores de la intervención reduce la cantidad de agua requerida para mezclar el gel de ceniza volante al tiempo que facilita la trabajabilidad para formar una masa cohesionante que se pueda moldear y compactar en moldes. Asimismo, las trazas de burbujas de aire o cráteres 35 formadas subsiguientemente en las partículas de ceniza volante se ven como resultado de uno o dos de los siguientes mecanismos:

i) los cráteres son el resultado de burbujas encerradas que se producen por el uso del plastificador;

h) el efecto dispersante del plastificador es tal que el agua se mantiene en forma de gotitas que hacen que las partículas de ceniza volante rueden sobre ellas, y al secarse las gotitas se evaporan dejando las trazas de 40 burbujas de aire.

Se entiende que el plastificador, mediante su efecto dispersante e hidrofóbico, causó la formación de burbujas de aire en el producto seco. Estas burbujas pueden haber sido causadas directa o indirectamente por la inclusión del plastificador.

El uso de aditivo liviano en el hormigón tiene muchas ventajas, incluyendo:

(a) reducción de peso muerto que puede resultar en tamaños de zapata reducidos y un refuerzo significativamente menor,

(b) elementos prefabricados más ligeros y pequeños que requieren un equipo de manipulación y transporte más pequeño y menos costoso, 5

(c) una reducción en los tamaños de las columnas y las barras y vigas que resulta en un mayor espacio disponible,

(d) un aislamiento calorífico elevado, y

(e) una mayor capacidad ignífuga.

Asimismo ciertas estructuras, en particular en alta mar, que se usan principalmente para la obtención de 10 petróleo, requieren elementos livianos que puedan remolcarse fácilmente y tengan la mayor flotabilidad posible.

La ventaja potencial que quizá sea más significativa en el uso de aditivos livianos para hormigón y la construcción en general es el valor medioambiental. Cuando las materias primas necesitadas para la producción liviana se derivan de subproductos industriales, la economía y el medioambiente locales no pueden menos que beneficiarse de ello. Las restricciones medioambientales ya se están imponiendo estrictamente en la minería de aditivos naturales en 15 varias partes del mundo. Uno de los subproductos industriales más importantes, si no el que más, es la ceniza volante. La aplicación de ceniza volante a la fabricación de aditivos produce un beneficio a la comunidad y a la industria de la construcción, incluyendo:

I. una eliminación eficiente mediante reciclaje de la ceniza volante,

II. ayuda a la conservación de materiales naturales y muy escasos de aditivos gruesos y arena, 20

III. evitar al campo, los lechos de los ríos y playas de las actividades perjudiciales y dañinas de la minería de aditivos,

IV. producción de aditivos mucho más ligeros que los aditivos naturales, lo que se traduce en la producción de hormigón significantemente más ligero,

V. aprovechar la actividad puzolánica inherente a la ceniza volante para aumentar la fuerza y la unión entre la 25 matriz y el aditivo, además de una durabilidad muy mejorada, y

VI. establecer una industria con potencial exportador, especialmente a los países donde los aditivos naturales están agotados, o tienen una calidad extremadamente inferior, como los países de Oriente Próximo, ricos en petróleo.

Las estructuras de hormigón reforzadas en zonas costeras y estructuras en alta mar necesitan una resistencia 30 al agua de mar rica en cloruros y sulfatos, que produce los serios peligros de la corrosión por cloruro del refuerzo y el ataque iónico de los sulfatos al hormigón. Los aditivos de ceniza volante de las realizaciones descritas según la invención tienen una capacidad de absorción de agua baja y resisten el paso de cloruros, iones de sulfatos y otros materiales nocivos que de otra manera podría resultar, por ejemplo, en la corrosión del refuerzo. Además, ya que muchas de las estructuras en alta mar están situadas en regiones frías, el ataque de las heladas es otro factor de 35 deterioro grave que debe ser resistido. Además, la posibilidad de exposición al fuego de hidrocarburos está presente por las funciones de estas estructuras. Se ha reconocido que el uso de aditivos livianos derivados de ceniza volante como los descritos dan como resultado una mejora significativa en la resistencia del hormigón a los efectos deteriorantes mencionados anteriormente.

Una vez descritas con cierto detalle las realizaciones ejemplificativas de la presente invención, para los 40 expertos en la técnica será evidente que el procedimiento de fabricación de un aditivo liviano de ceniza volante junto con el aditivo en sí presenta al menos las siguientes ventajas:

I. los aditivos de ceniza volante según la invención son muy superiores a los aditivos livianos previamente conocidos, incluyendo LYTAG;

II. el hormigón fabricado con los aditivos de ceniza volante según la invención es liviano, tiene una baja 45 porosidad, una gran resistencia y una baja contracción;

III. los hormigones del aditivo de ceniza volante según la invención son superiores al hormigón tradicional de peso normal sin tener que aumentar el contenido de cemento y por tanto se consiguen beneficios económicos y ambientales sustánciales;

IV. el hormigón con el aditivo de ceniza volante según la invención tiene una trabajabilidad comparable a los 50

hormigones que incluyen aditivos de tipo precedente.

Los ejemplos de realización descritos pueden variar si el triturado solo sin procesamiento del tamaño posterior es adecuado a la hora de proporcionar el rango de tamaño de partícula seleccionado. El alcance de la invención también se debe extender a uno o más de los aspectos importantes del proceso general, por ejemplo la metodología relativa a la formación del gel o masa de ceniza volante, o la formación de las briquetas de ceniza volante por sí sola. 5

Claims (13)

1. REIVINDICACIONES

   1. Un procedimiento para producir un aditivo liviano de ceniza volante, incluyendo dicho procedimiento los siguientes pasos:

   mezclar cenizas volantes con un superplastificador y cierta cantidad de agua para obtener un gel o masa de ceniza volante; 5

   formar una briqueta con el gel o masa de ceniza volante;

   calentar la briqueta de ceniza volante para endurecer efectivamente el gel o masa de ceniza volante con la que se formó la briqueta;

   quemar la briqueta de ceniza volante para sinterizar la ceniza volante; y

   triturar la briqueta de ceniza volante para obtener el aditivo liviano de ceniza volante. 10
2. 2. Un procedimiento tal como se define en la reivindicación 1 incluyendo además el paso de procesar el tamaño del aditivo de ceniza volante según un rango de tamaño de partícula predeterminado.
3. 3. Un procedimiento tal como se define en las reivindicaciones 1 o 2, donde el volumen (1) del superplastificador en relación con el peso (kg) de la ceniza volante es de entre aproximadamente 0,1 y 5 %.
4. 4. Un procedimiento tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, donde la cantidad volumétrica 15 (1) de agua en relación con el peso (kg) de la ceniza volante es inferior a aproximadamente un 35 %.
5. 5. Un procedimiento tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, donde el endurecimiento del gel o masa de ceniza volante se lleva a cabo a un nivel de humedad controlado.
6. 6. Un procedimiento tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde la briqueta de ceniza volante se calienta a una temperatura entre aproximadamente 40 y 110 º C durante uno a cuatro días para endurecer 20 efectivamente el gel o masa de ceniza volante, y donde la briqueta de ceniza volante se quema a aproximadamente 1300º C.
7. 7. Un procedimiento tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 que incluye además el paso de compactar o comprimir el gel o masa de ceniza volante antes del endurecimiento.
8. 8. Un aditivo liviano de ceniza volante para la fabricación de hormigón obtenido según el procedimiento de 25 cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7.
9. 9. Un aditivo de ceniza volante tal como se define en la reivindicación 8, donde el aditivo de ceniza volante tiene una capacidad de absorción de agua medida durante 24 horas de menos del 10 %.
10. 10. Un aditivo de ceniza volante tal como se define en la reivindicación 9, donde la capacidad de absorción de agua es de entre el 2 y el 5 %. 30
11. 11. Un aditivo de ceniza volante tal como se define en cualquiera de las reivindicaciones 8 a 10, donde dicho aditivo tiene un rango de tamaño de partícula predeterminado.
12. 12. Un aditivo de ceniza volante tal como se define en la reivindicación 11, donde el rango de tamaño de partícula incluye partículas de ceniza volante de un tamaño de aproximadamente 75 µm a 30 mm.
13. 13. Un aditivo de ceniza volante tal como se define en la reivindicación 11, donde el rango de tamaño de partícula 35 es de entre 75 µm y 12 mm.