ES2358458A1 - Composite ligero cemento-polimero para la construccion obtenido a partir del reciclado de espumas rigidas de poliuretano. - Google Patents
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Abstract
Composite ligero cemento-polímero para la construcción obtenido a partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano, de utilidad como nuevo material de construcción que sustituye a los morteros ligeros, eliminando los áridos expansivos u otro tipo de compuestos más tradicionales que se emplean en la fabricación de estos productos, sustituyéndolos por residuos de espumas rígidas de poliuretano proveniente de subproductos industriales.La invención protege, además del producto, su uso en función de las distintas propiedades del material a partir de diferentes dosificaciones, mejorando algunas de las propiedades básicas como son la trabajabilidad, la permeabilidad y el comportamiento reológico frente a cargas de fuerza.Asimismo la invención consigue conglomerados suficientemente adecuados a las necesidades de la industria de la construcción, dentro de las normas legales establecidas al uso, al mismo tiempo que aprovecha un material abundante y fácil de conseguir que impacta de forma negativa en el medio ambiente.
Description
Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano.
La presente invención se encuadra en el sector
de la Construcción y Edificación dentro del campo de los Nuevos
Materiales; en particular composites de cemento ligero y su
preparación basadas en espumas rígidas de poliuretano reciclado
(C04B-00/00).
Esta invención protege el producto formado por
mezclas de cementos ligeros con residuos de espumas rígidas de
poliuretano obtenidas como subproducto industrial, y su utilización
para la fabricación de composites de uso en la construcción.
Esta invención tiene su aplicación dentro de la
industria dedicada a la fabricación de material de construcción, en
especial de materiales conglomerados ligeros.
El empleo de materias primas e inertes de
diferentes densidades para la fabricación de hormigones es
ampliamente conocido y explotado desde la época prerromana. No
obstante, los beneficios que las espumas rígidas de poliuretano
pueden aportar en las propiedades de estos productos respecto de los
conglomerados fabricados con materiales tradicionales, es un aspecto
claramente innovador.
Los procesos industriales generan una importante
cantidad de residuos. La mayor parte de éstos se depositan en
vertederos sin un uso definido, por lo que es preciso establecer
procedimientos de reciclado y reutilización que permitan minimizar
su impacto en el ambiente.
Este es el caso de las espumas rígidas
poliméricas procedentes de residuos de procesos de fabricación
industriales. Su volumen ha aumentado exponencialmente en el tiempo
y son escasas las referencias para su reciclado y reutilización en
la fabricación de otros productos útiles.
Por tanto, una ventaja técnica que aporta esta
invención es su contribución al desarrollo sostenible de nuestro
entorno dando justificación satisfactoria al empleo de reciclado de
materiales sintéticos cuya presencia libre e indiscriminada en el
medio ambiente es perjudicial.
El mortero tradicional aligerado está compuesto
por una mezcla de cemento, aditivos estabilizadores, y áridos
seleccionados como materiales aligerantes (perlita o vermiculita,
por ejemplo), a los que debe añadirse agua de amasado para su puesta
en obra.
Por medio de la mezcla de residuos de espumas de
poliuretano trituradas, cemento y agua, se consiguen morteros
ligeros, con una densidad máxima aparente en estado endurecido de
1.200 Kg/m^{3}, con mayor trabajabilidad y por tanto con tiempos
de aplicación mucho más largos.
La alternativa que se propone consigue
composites para su empleo como morteros, suficientemente adecuados
a las necesidades de la industria de la construcción, dentro de las
normas legales establecidas al uso, al mismo tiempo que aprovechamos
un material abundante y fácil de conseguir que impacta de forma
negativa en el medio ambiente.
Se compatibiliza, por tanto, la obtención de un
material de construcción conforme con la normativa aplicable, junto
con una rentabilidad económica no negativa y un proceso de obtención
sencillo y al alcance de cualquiera, de modo que la propuesta sea
atractiva al uso.
La posibilidad de transferencia de estos
resultados a la construcción y obra civil es elevada a medio y largo
plazo en el entorno de la construcción, ya que el comportamiento
medioambiental de estos conglomerados no plantea problemas de
intolerancia con el medio natural en el que se ubiquen ni con otros
materiales, especialmente cuando se integran para formar unidades de
obra completas.
La principal aplicación que se persigue es la
preparación de morteros y hormigones con buenas prestaciones en
comparación con los conglomerados tradicionales, que sea
técnicamente posible y de aplicación inmediata en la construcción, e
incluso económicamente viable, cumpliendo las prescripciones
establecidas en la normativa vigente.
Otra función perseguida consiste en aportar una
salida técnicamente posible a los residuos poliméricos generados en
la industria, al mismo tiempo que se cumple con las premisas de
obtener materiales respetuosos con el medio ambiente y que
contribuyen al desarrollo sostenible de nuestro entorno.
Otro resultado novedoso de esta invención radica
en su comportamiento frente a ensayos de carga superficial o
resistencia a compresión ya que, frente a una carga progresiva y a
velocidad constante adquiere un comportamiento plástico y de
deformabilidad sostenida en todos los casos, produciendo una elevada
compactación en su estructura que permite, antes de la rotura, una
reducción en su espesor en la dirección de la fuerza respecto a sus
dimensiones iniciales entre un 15% y un 40% dependiendo del tipo de
espuma empleada y de la dosificación. Además permite una leve
recuperación dimensional posterior cuando se elimina la carga sobre
el material.
El composite objeto de la invención se fabrica
dosificando en volumen diferentes porcentajes de cemento común (se
incluye por tanto la posibilidad de emplear cualquier tipo de
cemento común según UNE-EN 80301:1996), con diversas
cantidades de espuma rígida de poliuretano triturada hasta un
diámetro de partícula entre 0 y 4 mm tal y como aparece recogido en
la tabla 1 de composiciones con los diferentes tipos de cementos
comunes que pueden ser empleados en la fabricación de este material,
según UNE 80301:199.
La dosificación depende del uso que se le vaya a
dar al material (como ejemplo, se aumentará la cantidad de espuma de
poliuretano en el caso de que no haya solicitudes mecánicas pero sí
una necesidad importante de aislamiento térmico o acústico). Para el
posterior amasado, se considera una relación agua/cemento que aporte
una consistencia del mortero fresco por penetración del pistón según
UNE-EN 1015-4:1999.
Tanto en estado fresco como en estado endurecido
el material cumple con todas las especificaciones y normas
aplicables.
Para la fabricación del composite, se ha llevado
a cabo el siguiente procedimiento:
a) Caracterización previa de la espuma rígida de
poliuretano (análisis químico y físico completo, caracterización
microestructural).
b) Caracterización del mortero en estado fresco
y del mortero endurecido de acuerdo con la normativa europea
vigente.
c) Estudio detallado de la durabilidad del
mortero y comportamiento frente al fuego.
Figura 1: Comparación de probetas del composite
ligero fabricado con CEM IV/B (V) 42,5 N antes y después del ensayo
de resistencia a compresión según UNE-EN
1015-12: 2000 (Ejemplo de realización 1), donde se
representa la probeta de composite: a) antes del ensayo de
resistencia a compresión, b) después del ensayo manteniendo la carga
y c) recuperación de volumen después de eliminar la carga sobre la
superficie del material.
Los siguientes ejemplos ilustrativos no
pretenden ser limitantes y describen morteros ligeros fabricados y
dosificados con componentes muy concretos, pero las combinaciones de
fabricación son muy amplias y dependen del tipo de cemento que se
emplee, de la espuma rígida de poliuretano disponible y del
requerimiento de agua necesario para cada espuma que mantenga una
consistencia y trabajabilidad adecuada para su posterior puesta en
obra.
Cemento: puzolánico, con bajo contenido en
clinker, cenizas volantes, resistencia mecánica elevada e inicial
ordinaria (CEM IV/B (V) 42,5 N).
Espuma rígida de poliuretano: densidad aparente
de 26 kg/m^{3} y diámetro de partícula entre 0 y 4 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realiza la dosificación y mezcla en volumen
de 1 parte de cemento por cada 3 partes de espuma de poliuretano.
Posteriormente, se añade agua en cantidad que proporcione una
consistencia adecuada normalizada del mortero fresco según
UNE-EN 1015-4:1999. El amasado del
conjunto se realiza según UNE-EN
1015-2:1998.
\vskip1.000000\baselineskip
Trabajabilidad (según UNE-EN
1015-9: 2000): 390 minutos (120 minutos más que un
mortero de referencia dosificado con áridos tradicionales); aire
ocluído (UNE-EN 1015-7: 1999):
10,9%; densidad aparente: 1.110 kg/m^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
Para valores de densidad aparente de 1.025
kg/m^{3} y permeabilidad al vapor (UNE-EN
1015-19: 1999): 3,69 x 10-11
Kg/(m.s.Pa); el cuadro siguiente resume datos experimentales de
resistencia mecánica a flexión y compresión (UNE-EN
1015-12: 2000), en función del tiempo de
fraguado:
\vskip1.000000\baselineskip
- Elevada compactación en su estructura, con una
reducción de un 28% de su espesor en la dirección de la fuerza
respecto a sus dimensiones iniciales, y antes de llegar a la
rotura. Recuperación inmediata posterior de un 4% (Ver Dibujo
3).
- Se ha clasificado este material como no
reactivo frente al fuego, con ensayo realizado según normativa
vigente.
\vskip1.000000\baselineskip
Cemento Pórtland sin adiciones con un porcentaje
en componentes secundarios de entre un 0 y un 5%, resistencia
mecánica elevada e inicial alta (CEM 42,5 R).
Espuma rígida de poliuretano: densidad aparente
de 26 kg/m^{3} y diámetro de partícula entre 0 y 4 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realiza la dosificación y mezcla en volumen
de 1 parte de cemento por cada 3 partes de espuma de poliuretano.
Posteriormente, se añade agua en cantidad que proporcione una
consistencia adecuada normalizada del mortero fresco según
UNE-EN 1015-4:1999. El amasado del
conjunto se realiza según UNE-EN
1015-2:1998.
\vskip1.000000\baselineskip
Trabajabilidad (según UNE-EN
1015-9: 2000): 345 minutos; aire ocluído
(UNE-EN 1015-7: 1999): 9,8%;
densidad aparente: 1.150 kg/m^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
Para valores de densidad aparente de 1.085
kg/m^{3} y permeabilidad al vapor (UNE-EN
1015-19: 1999): 3,12 x 10-11
Kg/(m.s.Pa), el cuadro siguiente resume datos experimentales de
resistencia mecánica a flexión y compresión (UNE-EN
1015-12: 2000), en función del tiempo de
fraguado:
- Compactación de un 25% de su espesor en la
dirección de la fuerza respecto a sus dimensiones iniciales, y antes
de llegar a la rotura. Recuperación inmediata posterior de un
2%.
\vskip1.000000\baselineskip
Cemento Pórtland sin adiciones con un porcentaje
en componentes secundarios de entre un 0 y un 5%, resistencia
mecánica elevada e inicial alta (CEM 42,5 R).
Espuma rígida de poliuretano: densidad aparente
de 26 kg/m^{3} y diámetro de partícula entre 0 y 4 mm.
\vskip1.000000\baselineskip
Se realiza la dosificación y mezcla en volumen
de 1 parte de cemento por cada 4 partes de espuma de poliuretano.
Posteriormente, se añade agua en cantidad que proporcione una
consistencia adecuada normalizada del mortero fresco según
UNE-EN 1015-4:1999. El amasado del
conjunto se realiza según UNE-EN
1015-2:1998.
\vskip1.000000\baselineskip
Trabajabilidad (según UNE-EN
1015-9: 2000): 420 minutos; aire ocluído
(UNE-EN 1015-7: 1999): 11,3%;
densidad aparente: 1.111 kg/m^{3}.
\vskip1.000000\baselineskip
Para valores de densidad aparente: 1.060
kg/m^{3} y permeabilidad al vapor (UNE-EN
1015-19: 1999): 4,07 x 10-11
Kg/(m.s.Pa), el cuadro siguiente resume datos experimentales de
resistencia mecánica a flexión y compresión (UNE-EN
1015-12: 2000), en función del tiempo de
fraguado:
- Compactación de un 34% de su espesor en la
dirección de la fuerza respecto a sus dimensiones iniciales, y antes
de llegar a la rotura. Recuperación inmediata posterior de un
5%.
Claims (7)
1. Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano,
caracterizado porque el diámetro de partícula de la espuma de
poliuretano triturada está comprendida entre 0 y 4 mm.
2. Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano, según
reivindicación 1, caracterizado porque su densidad aparente
máxima en estado endurecido es de 1.200 Kg/m^{3}.
3. Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano, según
reivindicaciones 1 a 2, caracterizado porque frente a
esfuerzos de carga permite una reducción de su espesor proporcional
a la concentración de espuma y antes de llegar a la rotura.
4. Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano, según
reivindicaciones 1 a 3, caracterizado porque después de
eliminar esfuerzos de carga permite una recuperación dimensional de
hasta un 5% respecto del volumen inicial.
5. Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano, según
reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque mejora la
trabajabilidad respecto a morteros ligeros tradicionales, y por
tanto aumenta el tiempo disponible para su puesta en obra antes del
fraguado.
6. Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano, según
reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque posee
propiedades de permeabilidad al vapor mejoradas.
7. Composite ligero
cemento-polímero para la construcción obtenido a
partir del reciclado de espumas rígidas de poliuretano, según
reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque puede ser
empleado como solado, como revestimiento, o como elemento de
partición no estructural en construcción.
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| Raut et al. | Development of sustainable construction material using industrial and agricultural solid waste: A review of waste-create bricks | |
| Memon et al. | Effect of curing conditions on strength of fly ash-based self-compacting geopolymer concrete | |
| Ferrándiz-Mas et al. | Physical and mechanical characterization of Portland cement mortars made with expanded polystyrene particles addition (EPS) | |
| US10752550B2 (en) | Thermo-insulating concrete | |
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| Umoh | Recycling demolition waste sandcrete blocks as aggregate in concrete | |
| de Azevedo et al. | Addition of paper sludge waste into lime for mortar production | |
| Václavík et al. | The use of industrial waste as a secondary raw material in restoration plaster with thermal insulating effect | |
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| Rajathi et al. | Experimental study on self compacting concrete using glass powder | |
| Zubair et al. | Experimental Investigation on effect of Mineral admixtures on high performance concrete with various w/b ratios | |
| El Mir et al. | Long term mechanical properties of self-compacting concrete made with slag cement and supplementary cementitious materials. | |
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| Zhou et al. | Light-weight Wood-MOC Cement Composite Building Products Made by Extrusion | |
| US11873251B1 (en) | Concrete composition for use in construction and methods of applying the same | |
| KR101089368B1 (ko) | 급속경화 콘크리트 조성물 | |
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| FG2A | Definitive protection |
Ref document number: 2358458 Country of ref document: ES Kind code of ref document: B1 Effective date: 20111223 |