ES2402131A1 - Nanomicrocementos. (Machine-translation by Google Translate, not legally binding) - Google Patents
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Abstract
Description
NANOMICROCEMENTOS NANOMICROCEMENTS
La presente invención se refiere a estructuras de nanomicrocementos, así como al proceso de fabricación de los mismos.
The present invention relates to nanomicrocement structures, as well as the manufacturing process thereof.
Para la fabricación de cemento se utilizan materiales que en su composición tengan presentes los siguientes óxidos: CaO, SiO2, Al2O3 y Fe2O3 en determinados porcentajes para la obtención de dos silicatos cálcicos, el silicato bicálcico y el silicato tricálcico responsables del endurecimiento del cemento. Los óxidos Al2O3 y Fe2O3 forman los compuestos aluminato tricálcico y ferrito aluminato tetracálcico y son indispensables para disminuir las temperaturas de formación de los silicatos cálcicos. For the manufacture of cement materials are used that have the following oxides in their composition: CaO, SiO2, Al2O3 and Fe2O3 in certain percentages to obtain two calcium silicates, bicalcium silicate and tricalcium silicate responsible for hardening cement. Al2O3 and Fe2O3 oxides form the compounds tricalcium aluminate and tetracalcium aluminate ferrite and are indispensable for lowering the formation temperatures of calcium silicates.
Los materiales que suministran los anteriores óxidos son principalmente las calizas y las arcillas y como materiales correctores de los porcentajes de alguno de los anteriores óxidos se usan arenas, minerales de hierro y de aluminio. La marga o caliza, después de ser extraída de la cantera mediante voladura, es sometida a un desmenuzamiento preliminar en un molino de martillos hasta un tamaño de unos 30 mm. Se transportan y almacenan en un parque de pre-homogeneización en el cual el material está controlado tanto desde el punto de vista químico como granulométrico. The materials that supply the above oxides are mainly limestones and clays and as sanding materials for the percentages of some of the above oxides are used sands, iron and aluminum ores. The loam or limestone, after being removed from the quarry by blasting, is subjected to a preliminary crushing in a hammer mill to a size of about 30 mm. They are transported and stored in a pre-homogenization park in which the material is controlled both chemically and granulometrically.
La siguiente fase consiste en una dosificación de la marga / caliza y correctores: arena, minerales de hierro, etc. a un molino de bolas consiguiéndose una mezcla íntima de los minerales, una composición química y una finura adecuadas para la obtención posterior de los silicatos en el horno. La reducción del tamaño se realiza por choques de las bolas con el material y los gases residuales del horno son utilizados en esta fase para el secado del material dentro del molino. The next phase consists of a dosage of the loam / limestone and correctors: sand, iron ores, etc. to a ball mill achieving an intimate mixture of the minerals, a chemical composition and a fineness suitable for the subsequent obtaining of the silicates in the oven. The reduction of the size is carried out by collisions of the balls with the material and the residual gases of the oven are used in this phase for the drying of the material inside the mill.
El material del molino es transportado a silos de homogeneización neumática donde se almacena y desde los que se alimenta a los hornos. El proceso de cocción (sinterización) comienza con la alimentación del anterior material al horno y está dividido en dos etapas: The material of the mill is transported to pneumatic homogenization silos where it is stored and from which it is fed to the furnaces. The cooking (sintering) process begins with the feeding of the previous material to the oven and is divided into two stages:
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- una primera etapa de calentamiento del material en un intercambiador en contracorriente de ciclones donde el material baja y se calienta y los gases suben enfriándose; los ciclones realizan la función de separación gas – sólido, alcanzándose en esta etapa temperaturas de hasta 800ºC o incluso hasta 925ºC si existe inyección de carbón en la torre; y a first stage of heating the material in a cyclone countercurrent exchanger where the material lowers and heats and the gases rise cooling; the cyclones perform the gas - solid separation function, reaching temperatures of up to 800ºC or even 925ºC at this stage if there is carbon injection into the tower; Y
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- una segunda etapa donde el material alcanza el tubo del horno y a menor velocidad el material se va calentando y reaccionando hasta alcanzar los 1450ºC en el extremo de descarga. a second stage where the material reaches the furnace tube and at a lower speed the material is heating and reacting until it reaches 1450 ° C at the discharge end.
El combustible utilizado es pet-coque, carbón o fuel-oil (también se utilizan combustibles alternativos). La descarga se realiza en lo que se considera una tercera etapa a un enfriador con aire que enfría el material rápidamente con objeto de congelar el estado cristalino existente a 1450 ºC el cual no es estable a temperatura ambiente. The fuel used is pet-coke, coal or fuel oil (alternative fuels are also used). The discharge is carried out in what is considered a third stage to an air cooler that cools the material rapidly in order to freeze the existing crystalline state at 1450 ° C which is not stable at room temperature.
La obtención del clinker de cemento se consigue por sinterización de una mezcla de materias primas especificada con precisión conteniendo elementos, expresados normalmente en forma de óxidos, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 y pequeñas cantidades de otras materias. El clinker de cemento es un material hidráulico que debe estar constituido al menos en dos tercios de su masa por silicatos de Calcio 3CaO.SiO2 y 2CaO.SiO2, estando constituido el resto por aluminio y hierro y otros compuestos. Se fabrican además del clinker gris normal otros tipos como: Clinker Alta Resistencia Inicial, Clinker SR, Clinker Bajo en Álcalis o Clinker Blanco. The cement clinker is obtained by sintering a mixture of precisely specified raw materials containing elements, normally expressed in the form of oxides, CaO, SiO2, Al2O3, Fe2O3 and small amounts of other materials. The cement clinker is a hydraulic material that must be constituted at least two thirds of its mass by calcium silicates 3CaO.SiO2 and 2CaO.SiO2, the rest being constituted by aluminum and iron and other compounds. Other types are manufactured in addition to the normal gray clinker such as: Initial High Resistance Clinker, SR Clinker, Low Alkaline Clinker or White Clinker.
La siguiente fase de proceso consiste en una dosificación del clinker con aproximadamente un 5% de yeso que regula el fraguado del cemento e impide un endurecimiento instantáneo del mismo permitiendo una trabajabilidad de aproximadamente 2 horas. Los cementos con clinker y yeso son los considerados tradicionales y se denominan Tipo I. El resto de cementos se fabrican mezclando con el clinker y el yeso las adiciones que son cenizas volantes, escorias de alto horno, puzolanas y calizas que mejoran las propiedades de los cementos para algunos fines dando lugar a los cementos compuestos. The next phase of the process consists of a dosage of the clinker with approximately 5% of plaster that regulates the setting of the cement and prevents an instant hardening of the cement allowing a workability of approximately 2 hours. Cements with clinker and plaster are those considered traditional and are called Type I. The rest of cements are manufactured by mixing with the clinker and plaster the additions that are fly ash, blast furnace slags, pozzolans and limestones that improve the properties of Cements for some purposes giving rise to composite cements.
Los materiales son dosificados según los cementos a fabricar, mezclados y molidos a una elevada finura en molinos que generalmente son de bolas dotados de separadores dinámicos de tercera generación que permiten un control de la granulometría del producto final. Posteriormente, el cemento se almacena en silos y se vende a granel o en sacos protegidos con plástico. The materials are dosed according to the cements to be manufactured, mixed and milled to a high fineness in mills that are generally balls equipped with third-generation dynamic separators that allow a granulometry control of the final product. Subsequently, the cement is stored in silos and sold in bulk or in sacks protected with plastic.
Con una molienda eficiente y con procedimientos de separación de alta tecnología (tecnología top-down) es posible la fabricación de microcementos, es decir, cementos muy finos . Actualmente existen tres tipos de microcementos: el TP 32, el TP12 y el TP 6 que tienen todas sus partículas menores que 32 micras, 12 micras y 6 micras respectivamente. Dos aspectos que limitan la fabricación de microcementos de granulometría inferior a la disponible actualmente son el consumo energético y la tecnología de separación. Sin mejorar estos aspectos la obtención de estos productos es inviable por lo menos de una forma industrial razonable económicamente. With efficient grinding and high-tech separation procedures (top-down technology) it is possible to manufacture microcements, that is, very fine cements. There are currently three types of microcements: TP 32, TP12 and TP 6 that have all their particles smaller than 32 microns, 12 microns and 6 microns respectively. Two aspects that limit the manufacture of microcements of granulometry lower than the one currently available are energy consumption and separation technology. Without improving these aspects, obtaining these products is at least in an economically reasonable industrial way.
El primer aspecto clave para conseguir reducir el precio de estos productos es la reducción del consumo energético necesario para su producción, concretamente en relación con la energía de molienda. En este aspecto, hay que considerar que la energía de molienda necesaria se incrementa exponencialmente conforme se reduce el tamaño de partícula. Así, actualmente el cemento TP32 es relativamente asequible, con unos consumos energéticos altos pero razonables de unos 150 kw/t, mientras que el TP 12 tiene un consumo energético del orden de 300 Kw /t. El TP6, con diferencia el de mejores prestaciones, tiene unos consumos energéticos elevadísimos, del orden de 1000 kw/t. En este momento, la barrera de conocimiento técnico está en el TP6, y conseguir microcementos más finos supone un gran reto tecnológico. The first key aspect to reduce the price of these products is the reduction of the energy consumption necessary for their production, specifically in relation to the grinding energy. In this respect, it is necessary to consider that the necessary grinding energy increases exponentially as the particle size is reduced. Thus, currently TP32 cement is relatively affordable, with high but reasonable energy consumption of about 150 kw / t, while TP 12 has an energy consumption of the order of 300 Kw / t. The TP6, by far the best performance, has very high energy consumption, of the order of 1000 kw / t. At this moment, the technical knowledge barrier is in TP6, and getting finer microcements is a great technological challenge.
Sería deseable poder fabricar el TP1, con todas sus partículas menores que 1 micra. It would be desirable to be able to manufacture the TP1, with all its particles smaller than 1 micron.
Actualmente, la tecnología del hormigón de altas prestaciones está basada en la utilización de cementos de altas prestaciones a los que se les añade adiciones especiales para conseguir nuevas propiedades. La actual Normativa EHE de hormigón estructural ha abierto un campo de estas adiciones y las ha puesto en gran valor para ampliar la durabilidad de los hormigones en ambientes muy agresivos, especialmente en aquellos expuestos a cloruros, sales de deshielo y carbonatación. Algunos de los más importantes son: -El humo de sílice, subproducto del proceso de reducción del cuarzo, que se usa para la obtención de hormigón de alta resistencia. -El metacaolín, que se obtiene a partir de la activación térmica del caolín y la modificación de la estructura cristalina. Currently, high performance concrete technology is based on the use of high performance cements to which special additions are added to achieve new properties. The current EHE Structural Concrete Standard has opened a field of these additions and has placed them in great value to extend the durability of concrete in very aggressive environments, especially those exposed to chlorides, de-icing salts and carbonation. Some of the most important are: - Silica smoke, a byproduct of the quartz reduction process, which is used to obtain high strength concrete. -The metacaolin, which is obtained from the thermal activation of the kaolin and the modification of the crystalline structure.
Actualmente existen muchas investigaciones que con la adición de adiciones especiales, normalmente micro y nano, esperan conseguir propiedades especiales de altas prestaciones mecánicas, conductividades, propiedades oxidantes de contaminantes atmosféricos, etc.. Currently there are many investigations that with the addition of special additions, usually micro and nano, expect to achieve special properties of high mechanical performance, conductivities, oxidizing properties of air pollutants, etc.
Además, muchos materiales, entre los que se encuentran suelos, rocas e incluso el hormigón, suelen presentar porosidades que son indeseables desde el punto de vista de sus posibles usos, bien porque dicha porosidad disminuye las propiedades mecánicas del mismo, bien porque absorbe agua que penetra en el material con hinchamientos y retracciones, o porque compromete su durabilidad por lixiviados (especialmente en el hormigón), etc. La porosidad suele ser macroscópica superior a 1 mm pero también microscópica alcanzando los tamaños micro e incluso nano. Para reducir esta porosidad y conseguir una estabilización del material con las propiedades deseadas se suele proceder a inyecciones de materiales que tengan un tamaño de partícula en el caso de sólidos inferior al tamaño de la porosidad. Una manera eficiente de reducción de la porosidad es inyectar primero lechadas de cementos normales o incluso morteros para reducir la macroporosidad, posteriormente, cementos más finos y posteriormente la gama de microcementos que llega al cemento TP6, es decir, todas sus partículas por debajo de 6 micras. A partir de este cemento es necesario recurrir a resinas líquidas que además de sus graves inconvenientes de precio, toxicidad, repercusión en el medio ambiente, también tienen un gran problema de aplicación que suele ser su alta viscosidad. In addition, many materials, among which are floors, rocks and even concrete, usually present porosities that are undesirable from the point of view of their possible uses, either because such porosity decreases the mechanical properties of the same, either because it absorbs water that penetrates the material with swelling and retraction, or because it compromises its durability by leachate (especially in concrete), etc. Porosity is usually macroscopic greater than 1 mm but also microscopic reaching micro and even nano sizes. To reduce this porosity and achieve a stabilization of the material with the desired properties, injections of materials that have a particle size in the case of solids smaller than the size of the porosity are usually carried out. An efficient way to reduce porosity is to inject grouts of normal cements or even mortars first to reduce macroporosity, then finer cements and then the range of microcements that reach TP6 cement, that is, all its particles below 6 microns From this cement it is necessary to resort to liquid resins that in addition to their serious inconveniences of price, toxicity, impact on the environment, also have a great application problem that is usually its high viscosity.
La realización de microinyecciones es una práctica habitual realizada en una amplia serie de aplicaciones, que pueden agruparse principalmente en tres categorías: -Impermeabilización: destinada a impedir el paso de agua en túneles, presas, formar pantallas en terrenos contaminados, proteger corrientes subterráneas, etc. -Relleno: en este caso se pretende llenar huecos de manera que se traspasen las cargas y se refuercen las estructuras existentes. -Consolidación: con esta acción se une el material fisurado, mejorando la resistencia del mismo. Se suele emplear en terrenos de túneles y puentes, aunque también en estructuras antiguas de mampostería. The realization of microinjections is a common practice carried out in a wide range of applications, which can be grouped mainly into three categories: - Waterproofing: intended to prevent the passage of water in tunnels, dams, form screens in contaminated land, protect underground currents, etc. . -Fill: in this case it is intended to fill gaps so that loads are transferred and existing structures are reinforced. -Consolidation: this action joins the cracked material, improving its resistance. It is often used in tunnel and bridge land, but also in old masonry structures.
El propósito último de la microinyección es recrear las propiedades monolíticas del material original (por ejemplo: dureza, rigidez o densidad). Dependiendo de su uso, los requerimientos para los materiales de inyección son diferentes. A nivel nacional, la normativa UNE-EN 1504-5 recoge los requisitos que deben cumplir los mismos, agrupándolos por su naturaleza en dos categorías: -Materiales poliméricos, cuyo endurecimiento está relacionado con una reacción de polimerización. Se incluyen aquí las resinas epoxi, los poliuretanos y los geles acrílicos. -Materiales hidráulicos, cuyo endurecimiento depende de una reacción de hidratación. Comprenden los cementos fluidos y microcementos. The ultimate purpose of microinjection is to recreate the monolithic properties of the original material (for example: hardness, stiffness or density). Depending on their use, the requirements for injection materials are different. At the national level, the UNE-EN 1504-5 regulations include the requirements that they must meet, grouping them by their nature into two categories: -Polymeric materials, whose hardening is related to a polymerization reaction. Epoxy resins, polyurethanes and acrylic gels are included here. -Hydraulic materials, whose hardening depends on a hydration reaction. They include fluid cements and microcements.
De forma general, el campo de aplicación de cada uno de los materiales empleados en microinyecciones de hormigones está marcado en función de su permeabilidad. Así, cuanto menor es el tamaño de partícula, mejores propiedades de permeabilidad se obtienen, y en consecuencia es posible reparar fisuras más pequeñas. In general, the field of application of each of the materials used in concrete microinjections is marked according to their permeability. Thus, the smaller the particle size, the better permeability properties are obtained, and consequently it is possible to repair smaller cracks.
Con los materiales existentes actualmente es posible penetrar en microporosidades de hasta 100 µm. Sin embargo, el tamaño y la concentración de gran parte de las partículas no permiten la penetración en microporosidades inferiores. En los microcementos que se han desarrollado hasta el momento (TP32, TP12 y TP6), las permeabilidades que se alcanzan llegan hasta niveles de 10-6m/s. Para permeabilidades más bajas, los enfoques actuales se han dirigido a la utilización de materiales sintéticos (resinas), y muchos tipos de ellas que ofrecen diferentes soluciones para problemas determinados, tales como: With existing materials it is currently possible to penetrate microporosities of up to 100 µm. However, the size and concentration of a large part of the particles do not allow penetration into lower microporosities. In the microcements that have been developed so far (TP32, TP12 and TP6), the permeabilities that are reached reach levels of 10-6m / s. For lower permeabilities, current approaches have been directed to the use of synthetic materials (resins), and many types of them that offer different solutions for certain problems, such as:
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- Resinas organominerales: basadas en silicatos de sodio como producto inorgánico y un isocianato como orgánico. Son las más empleadas en obra civil y se pueden clasificar en resinas expansivas (o espumas) y no expansivas (o de consolidación). Solucionan problemas de impermeabilización, relleno y consolidación de terrenos. -Poliuretanos: se emplean tanto en el sellado de vías de agua, con las resinas acuarreactivas, como en la consolidación de zonas donde se necesite un producto de baja viscosidad. Son muy adherentes y elásticas. -Metacrilatos: son las resinas de menor viscosidad y se utilizan para el sellado de grietas y fisuras de pequeño espesor. También se usan en la consolidación de terrenos no cohesivos. -Otras: también existen resinas de uréaformaldehido y fenólicas, pero se utilizan más en minería que en obra civil. Organomineral resins: based on sodium silicates as an inorganic product and an isocyanate as organic. They are the most used in civil works and can be classified into expansive resins (or foams) and not expansive (or consolidation). They solve problems of waterproofing, filling and consolidation of land. -Poliurethanes: they are used both in the sealing of waterways, with aquatreactive resins, and in the consolidation of areas where a product of low viscosity is needed. They are very adherent and elastic. -Metacrilatos: are the resins of lower viscosity and are used for sealing cracks and fissures of small thickness. They are also used in the consolidation of non-cohesive soils. -Other: there are also ureaformaldehyde and phenolic resins, but they are used more in mining than in civil works.
Aunque estas resinas son ampliamente utilizadas, su naturaleza sintética y la existencia en ellas de componentes que pueden resultar prejudiciales para la salud y el medio ambiente están levantando recelos entre la sociedad. Así, por ejemplo, durante la aplicación de estos materiales y su endurecimiento existe un gran riesgo tanto para los trabajadores implicados, que deben estar debidamente protegidos, como para el medio ambiente, debido a la toxicidad tanto de los materiales no curados como a los agentes de curado u otros aditivos empleados (por ejemplo, disolventes para aumentar la fluidez de las resinas). Esto, unido al elevado coste de las resinas, hace que a día de hoy exista una demanda creciente de productos que sean capaces de reemplazar a los materiales poliméricos, exhibiendo un comportamiento semejante a éstos pero más baratos y seguros. La presente invención está por tanto orientada a la solución de los problemas anteriormente planteados, planteando una alternativa viable a los materiales poliméricos aplicados actualmente en la reparación de fisuras de pequeño tamaño. Although these resins are widely used, their synthetic nature and the existence of components that may be harmful to health and the environment are raising suspicion among society. Thus, for example, during the application of these materials and their hardening there is a great risk for both the workers involved, who must be properly protected, as well as for the environment, due to the toxicity of both uncured materials and agents. curing agent or other additives used (for example, solvents to increase the fluidity of the resins). This, together with the high cost of resins, means that today there is a growing demand for products that are capable of replacing polymeric materials, exhibiting behavior similar to these but cheaper and safer. The present invention is therefore oriented to the solution of the aforementioned problems, posing a viable alternative to the polymeric materials currently applied in the repair of small cracks.
Sería por tanto deseable poder desarrollar un nuevo microcemento con tamaño de partícula máximo de 1µm, superando las granulometrías existentes actualmente en el mercado. Los microcementos son cementos cuyo tamaño de partícula máximo es muy pequeño, y cuyo campo de aplicación principal son los trabajos de inyección. La aplicación de los microcementos se inició en Japón hace aproximadamente 20 años, extendiéndose rápidamente a la mayor parte de países del mundo donde por su geología y complejidad de obras se ha requerido. La característica principal de este tipo de cementos es el bajo valor de granulometría que poseen, así como sus altas prestaciones de durabilidad. Este nuevo producto plantea una alternativa viable a los materiales poliméricos aplicados actualmente en la reparación de fisuras de pequeño tamaño. It would therefore be desirable to be able to develop a new microcement with a maximum particle size of 1 µm, surpassing the existing particle sizes currently on the market. Microcements are cements whose maximum particle size is very small, and whose main field of application are injection jobs. The application of microcements began in Japan approximately 20 years ago, spreading rapidly to most of the countries in the world where, due to its geology and complexity of works, it has been required. The main characteristic of this type of cement is the low granulometry value they possess, as well as their high durability performance. This new product poses a viable alternative to the polymeric materials currently applied in the repair of small cracks.
Con el TP1 cuya tecnología se enmarca en la denominada top-down parece que se llega al límite de sus posibilidades, en cuanto al tamaño de partículas de los materiales conseguidos. With the TP1 whose technology is framed in the so-called top-down it seems that the limit of its possibilities is reached, in terms of the particle size of the materials obtained.
Se conocen en el estado de la técnica compuestos cristalinos o vítreos como los contenidos en la patente europea No. 07788656.2 o en la patente europea Nº. 07788656. Crystal or vitreous compounds are known in the state of the art as those contained in European Patent No. 07788656.2 or in European Patent No. 07788656.
Así, sería deseable proporcionar microcementos, es decir, cementos muy finos, con un tamaño de partículas o granulometría muy pequeño de forma industrial y razonable, solucionando los problemas actuales mencionados de consumo energético y tecnología de separación, y que proporcionen excelentes propiedades de dureza, rigidez y densidad. Así, la presente invención está encaminada a proporcionar microcementos cuyo tamaño de partícula máximo es muy pequeño, cuyo campo de aplicación principal son los trabajos de inyección, cuya característica principal es el bajo valor de granulometría que poseen, así como sus altas prestaciones de durabilidad, de tal modo que se proporcione una alternativa viable a los materiales poliméricos aplicados actualmente en la reparación de fisuras de pequeño tamaño. Thus, it would be desirable to provide microcements, that is, very fine cements, with a very small particle size or particle size in an industrial and reasonable manner, solving the current mentioned problems of energy consumption and separation technology, and providing excellent hardness properties, stiffness and density. Thus, the present invention is aimed at providing microcements whose maximum particle size is very small, whose main field of application are injection jobs, whose main characteristic is the low granulometry value they possess, as well as their high durability performance, in such a way that a viable alternative to the polymeric materials currently applied in the repair of small cracks is provided.
Así, el objetivo general de la presente invención es desarrollar una nueva gama de nanomicrocementos cuyo tamaño de partícula esté comprendido entre 400 y 1000 nm (1 micra), con un proceso de fabricación eficiente energéticamente además de económicamente viable. Thus, the general objective of the present invention is to develop a new range of nanomicrocements whose particle size is between 400 and 1000 nm (1 micron), with an energy efficient manufacturing process as well as economically viable.
Estos nanomicrocementos se han desarrollado para su utilización como microadiciones para provocar un salto cualitativo en el comportamiento de los hormigones desde el punto de vista de propiedades mecánicas así como de durabilidad y para su utilización en las microinyecciones de suelos, rocas y hormigones con objeto de conseguir mejoras en sus permeabilidades . These nanomicrocements have been developed for use as microadditions to cause a qualitative leap in the behavior of concrete from the point of view of mechanical properties as well as durability and for use in the microinjections of soils, rocks and concrete in order to achieve improvements in its permeabilities.
Para continuar en el objetivo de conseguir materiales con menor tamaño de partícula, la invención utiliza la tecnología down-top, es decir partir de inyecciones de precursores líquidos, en el caso de la invención en una llama a alta temperatura, para formar compuestos cementicios con una tecnología innovadora y que permitirá una nueva era en la fabricación de cementos. To continue with the objective of obtaining materials with smaller particle size, the invention uses down-top technology, that is to say from injections of liquid precursors, in the case of the invention in a high temperature flame, to form cementitious compounds with an innovative technology that will allow a new era in cement manufacturing.
Para ello se ha investigado en precursores que termodinámicamente evolucionan a los compuestos conocidos cristalinos o vítreos, con la composición química requerida y con el tamaño de partícula menor posible, que la invención enmarca en la escala denominada nano-micro entre 400 y 1000 nm, la escala nano 0 -100 micras, y la intermedia entre 100 a 400 nm. For this, it has been investigated in precursors that thermodynamically evolve to the known crystalline or vitreous compounds, with the chemical composition required and with the smallest possible particle size, which the invention frames on the nano-micro scale between 400 and 1000 nm, the nano scale 0 -100 microns, and the intermediate between 100 to 400 nm.
Estos nanomicrocementos se han desarrollado para su utilización como microadiciones para provocar un salto cualitativo en el comportamiento de los hormigones desde el punto de vista de propiedades mecánicas así como de durabilidad y para su utilización en las microinyecciones de suelos, rocas y hormigones con objeto de conseguir mejoras en sus permeabilidades. These nanomicrocements have been developed for use as microadditions to cause a qualitative leap in the behavior of concrete from the point of view of mechanical properties as well as durability and for use in the microinjections of soils, rocks and concrete in order to achieve improvements in its permeabilities.
Otras características y ventajas de la presente invención se desprenderán de la descripción detallada que sigue de una realización ilustrativa de su objeto en relación con las figuras que le acompañan. Other features and advantages of the present invention will be apparent from the following detailed description of an illustrative embodiment of its object in relation to the accompanying figures.
La Figura 1 representa una vista esquemática de los elementos que componen la instalación de fabricación de nanomicrocementos según la invención. Figure 1 represents a schematic view of the elements that make up the nanomicrocement manufacturing facility according to the invention.
La Figura 2 muestra una gráfica que recoge el resultado de un ensayo de puzolanicidad de nanomicrocementos según la invención. Figure 2 shows a graph that shows the result of a nanomicrocement pozzolanicity test according to the invention.
El objetivo de la presente invención es desarrollar una nueva gama de nanomicrocementos cuyo tamaño de partícula esté comprendido entre 400 y 1000 nm (1 micra), obtenidos mediante un proceso de fabricación eficiente energéticamente además de económicamente viable. The objective of the present invention is to develop a new range of nanomicrocements whose particle size is between 400 and 1000 nm (1 micron), obtained by means of an energy efficient manufacturing process as well as economically viable.
Estos nanomicrocementos se han desarrollado para su utilización como microadiciones para provocar un salto cualitativo en el comportamiento de los hormigones desde el punto de vista de propiedades mecánicas así como de durabilidad y para su utilización en las microinyecciones de suelos, rocas y hormigones con objeto de conseguir mejoras en sus permeabilidades . These nanomicrocements have been developed for use as microadditions to cause a qualitative leap in the behavior of concrete from the point of view of mechanical properties as well as durability and for use in the microinjections of soils, rocks and concrete in order to achieve improvements in its permeabilities.
El objetivo general de la invención se desglosa en los siguientes objetivos específicos: The general objective of the invention is broken down into the following specific objectives:
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- Provocar un salto cualitativo en la mejora de las características de los Provoke a qualitative leap in improving the characteristics of
hormigones que van a utilizar estos nanomicrocemento en cuanto a concretes that are going to use these nanomicrocement in terms of
durabilidad, resistencias mecánicas, impermeabilización, y durability, mechanical resistance, waterproofing, and
especialmente la permeabilidad de los cloruros para incrementar la durabilidad del hormigón armado en ambiente marinos, sales de deshielo y otros ambientes agresivos. especially the permeability of chlorides to increase the durability of reinforced concrete in marine environments, de-icing salts and other aggressive environments.
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- Conseguir una oferta de nanomicroadiciones industrializada que llegue a las aplicaciones reales de la construcción de forma competitiva y por lo tanto sean materiales de construcción innovadores del nuevo siglo Get an offer of industrialized nanomicroads that reach the real applications of construction in a competitive way and therefore are innovative construction materials of the new century
XXI. XXI.
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- Provocar un salto cualitativo en la gama de microcementos con los nanomicrocementos por sus mejores características y ampliar su ámbito de aplicación. Provoke a qualitative leap in the range of microcements with nanomicrocements for their best features and expand their scope.
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- Alcanzar permeabilidades en los productos inyectados con los mismos mejores que con la inyecciones de resinas, para su utilización microporosidades que hasta ahora no se pueden solucionar con los cementos/microcementos actuales. Achieve permeabilities in the products injected with the same better than with resin injections, for use microporosities that until now cannot be solved with the current cements / microcements.
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- Minimizar el consumo energético del proceso productivo de los microcementos con una nueva tecnología para que su fabricación económicamente viable y/o rentable. Minimize the energy consumption of the microcement production process with a new technology to make its manufacture economically viable and / or profitable.
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- Obtener un producto con características adecuadas que sea capaz de sustituir la exigencia de la actual normativa de hormigón (EHE) de la utilización del humo de sílice para aumentar la durabilidad, ya que el humo de sílice es un subproducto de producción limitada y muy caro. Obtain a product with adequate characteristics that is capable of replacing the requirement of the current concrete regulations (EHE) for the use of silica smoke to increase durability, since silica smoke is a byproduct of limited and very expensive production.
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- Conseguir un proceso de fabricación industrial altamente competitivo para la nueva gama de microcementos. Achieve a highly competitive industrial manufacturing process for the new range of microcements.
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- Conseguir una nueva gama de nanomicrocementos completamente novedosos en la industria del cemento, permitiendo aumentar el radio de nuestro actual mercado gracias a la exportación a nivel mundial, nuestra cuota de mercado, ampliar la cartera de clientes, así como el nivel de ventas actual. Achieve a new range of completely new nanomicrocements in the cement industry, allowing us to increase the radius of our current market thanks to worldwide export, our market share, expanding the client portfolio, as well as the current sales level.
Con el fin de alcanzar el objetivo general y los objetivos específicos anteriores, ha sido necesario acometer los siguientes objetivos operativos: -Desarrollo de materiales precursores para los materiales cementicios que permiten obtener partículas de menor granulometría. In order to achieve the general objective and the previous specific objectives, it has been necessary to undertake the following operational objectives: -Development of precursor materials for cementitious materials that allow to obtain particles of lower particle size.
1. Precursores para partículas cementicias de carácter puzolánico. 1. Precursors for cementitious particles of pozzolanic character.
Estos precursores han dado como producto final las siguientes composiciones químicas: These precursors have given as final product the following chemical compositions:
V Composición química formada por al menos 40% SiO2, siendo los componentes restantes Al2O3, Fe2O3, CaO y MgO, Na2O, K2O, así como pequeñas cantidades de otros elementos con actividad puzolánica basados en la reacción predominante de SiO2 con (OH) 2Ca liberados por la hidratación de cemento para formar gel CSH con propiedades cementicias. V Chemical composition formed by at least 40% SiO2, the remaining components being Al2O3, Fe2O3, CaO and MgO, Na2O, K2O, as well as small amounts of other elements with pozzolanic activity based on the predominant reaction of SiO2 with (OH) 2Ca released by cement hydration to form CSH gel with cementitious properties.
V Composición química formada por al menos 20% Al2O3, siendo los componentes restantes SiO2, Fe2O3, CaO y MgO, Na2O, K2O, así como pequeñas cantidades de otros elementos con actividad puzolánica basados en la reacción predominante de Al2O3 con (OH) 2Ca liberados por la hidratación de cemento para formar aluminatos de calcio hidratados. V Chemical composition formed by at least 20% Al2O3, the remaining components being SiO2, Fe2O3, CaO and MgO, Na2O, K2O, as well as small amounts of other elements with pozzolanic activity based on the predominant reaction of Al2O3 with (OH) 2Ca released by cement hydration to form hydrated calcium aluminates.
V Composición química formada por al menos 40% 3iO2 y al menos 20% Al2O3, siendo los componentes restantes Fe2O3, CaO and MgO, Na2O, K2O, así como pequeñas cantidades de otros elementos con una mezcla de actividad puzolánica basados en la reacción de SiO2 con (OH) 2Ca liberados por la hidratación de cemento para formar gel CSH con propiedades cementantes de Al2O3 con (OH) 2Ca liberados por la hidratación de cemento para formar aluminatos de calcio hidratados. V Chemical composition formed by at least 40% 3iO2 and at least 20% Al2O3, the remaining components being Fe2O3, CaO and MgO, Na2O, K2O, as well as small amounts of other elements with a mixture of pozzolanic activity based on the reaction of SiO2 with (OH) 2Ca released by cement hydration to form CSH gel with cementing properties of Al2O3 with (OH) 2Ca released by cement hydration to form hydrated calcium aluminates.
2. Precursores para partículas cementicias de carácter hidráulico latente 2. Precursors for latent hydraulic cementitious particles
Estos precursores han dado como producto final las siguientes composiciones químicas: These precursors have given as final product the following chemical compositions:
V La composición química que cumple los requisitos químicos de CaO+Mg/SiO2 mayor que 1que tiene actividad hidráulica latente. V The chemical composition that meets the chemical requirements of CaO + Mg / SiO2 greater than 1 which has latent hydraulic activity.
3. Precursores de partículas cementicias con carácter hidráulico 3. Precursors of cementitious particles with hydraulic character
Estos precursores han dado como producto final las siguientes composiciones químicas: These precursors have given as final product the following chemical compositions:
V La composición química que está formada por al menos 50% CaO, siendo los components restantes SiO2, Al2O3, Fe2O3, y MgO, Na2O, K2O, así como pequeñas cantidades de otros elementos con elevada actividad cementicia. V The chemical composition that is formed by at least 50% CaO, the remaining components being SiO2, Al2O3, Fe2O3, and MgO, Na2O, K2O, as well as small amounts of other elements with high cementitious activity.
Para conseguir las anteriores composiciones químicas se han utilizado mezclas de los siguientes materiales precursores siguientes inyectados según la Figura 1 y que permiten conseguir la composición química requerida: To achieve the above chemical compositions, mixtures of the following precursor materials injected according to Figure 1 have been used and which allow to achieve the required chemical composition:
- o Soluciones de silicato sódico ó ácido silícico como precursor de aporte de SiO2. o Solutions of sodium silicate or silicic acid as a precursor of SiO2 contribution.
- o Soluciones de hidróxido cálcico o bicarbonato cálcico como precursor de aporte de CaO. o Solutions of calcium hydroxide or calcium bicarbonate as a precursor to the contribution of CaO.
- o Soluciones de hidróxido de aluminio como precursor de aporte de Al2O3. o Aluminum hydroxide solutions as a precursor to Al2O3.
- o Soluciones de carbonato sódico y potásico como precursores de aporte de Na2O y K2O. o Solutions of sodium and potassium carbonate as contribution precursors of Na2O and K2O.
- o Disoluciones ácidas de cementos , escorias de alto horno y otras escorias, calizas, margas y materiales similares como precursores de todos los anteriores óxidos. o Acid solutions of cements, blast furnace slags and other slags, limestone, marls and similar materials as precursors of all the previous oxides.
Las tablas siguientes presentan los resultados obtenidos, según la invención. The following tables present the results obtained, according to the invention.
- 4 horas 4 hours
- 6horas 8horas 10horas 14 horas 1día Resistencias mecánicas (M Pa) 7días 28días 6 hours 8 hours 10 hours 14 hours 1 day Mechanical resistance (M Pa) 7 days 28 days
- 3% MaterialHidraulico latente1 3% Latent Hydraulic Material1
- 27,3 46,1 57,3 73,5 97,6 119,9 142,8 163,1 27.3 46.1 57.3 73.5 97.6 119.9 142.8 163.1
- 5% MaterialHidraulico latente1 5% Latent Hydraulic Material1
- 27,9 48,3 58,9 76,5 100,7 125,0 149,0 169,5 27.9 48.3 58.9 76.5 100.7 125.0 149.0 169.5
- 3% MaterialHidraulico latente2 3% Latent Hydraulic Material2
- 26,8 42,9 55,0 71,6 95,8 118,1 140,4 158,8 26.8 42.9 55.0 71.6 95.8 118.1 140.4 158.8
- 5% M aterialHidraulico latente 2 5% M attentive Hydraulic latent 2
- 27,8 43,6 55,9 72,0 95,9 118,8 140,6 159,7 27.8 43.6 55.9 72.0 95.9 118.8 140.6 159.7
- 3% MaterialHidraulico latente3 3% Latent Hydraulic Material3
- 26,5 42,0 53,9 69,4 94,1 115,1 135,5 155,2 26.5 42.0 53.9 69.4 94.1 115.1 135.5 155.2
- 5% MaterialHidraulico latente3 5% Latent Hydraulic Material3
- 27,5 42,5 55,3 69,5 94,4 116,0 138,9 157,3 27.5 42.5 55.3 69.5 94.4 116.0 138.9 157.3
- 3% MaterialHidraulico 1 3% Hydraulic Material 1
- 26,1 38,8 49,8 65,0 87,1 107,8 128,5 145,0 26.1 38.8 49.8 65.0 87.1 107.8 128.5 145.0
- 5% MaterialHidraulico 1 5% Hydraulic Material 1
- 27,0 40,9 53,3 67,3 90,0 112,1 134,6 151,8 27.0 40.9 53.3 67.3 90.0 112.1 134.6 151.8
- 3% MaterialPuzolanico 1 3% Material Pozolanic 1
- 27,2 42,0 55,6 70,1 94,4 117,2 138,0 157,9 27.2 42.0 55.6 70.1 94.4 117.2 138.0 157.9
- 5% MaterialPuzolanico 1 5% Material Pozolanic 1
- 27,9 42,7 55,3 71,5 94,9 117,9 139,4 158,0 27.9 42.7 55.3 71.5 94.9 117.9 139.4 158.0
- 3% MaterialPuzolanico 2 3% Material Pozolanic 2
- 26,3 41,4 52,2 67,4 90,0 111,0 133,5 151,2 26.3 41.4 52.2 67.4 90.0 111.0 133.5 151.2
- 5% MaterialPuzolanico 2 5% Material Pozolanic 2
- 26,9 42,4 54,5 69,9 94,6 116,5 137,9 157,1 26.9 42.4 54.5 69.9 94.6 116.5 137.9 157.1
En las realizaciones preferentes que acabamos de describir pueden In the preferred embodiments just described they can
introducirse aquellas modificaciones comprendidas dentro del alcance definido introduce those modifications within the defined scope
por las siguientes reivindicaciones. by the following claims.
Claims (8)
- 2. 2.
- Nanomicrocementro según la reivindicación 1, en el que el elemento precursor es líquido y se inyecta en una llama a alta temperatura. Nanomicrocenter according to claim 1, wherein the precursor element is liquid and injected into a flame at high temperature.
- 3. 3.
- Nanomicrocemento según cualquiera de las reivindicaciones 1-2, en el Nanomicrocement according to any of claims 1-2, in the
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-
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- 2011-04-15 ES ES201130610A patent/ES2402131B1/en active Active
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