ES2635167T3 - Método para la fabricación de semillas de C-S-H cementosas - Google Patents

Abstract

Un proceso para la fabricación de semillas de C-S-H que comprende las siguientes etapas: -(i) seleccionar uno o más materiales de partida de desechos y sub-productos industriales que comprenden Ca y Si, donde los desechos y sub-productos industriales se seleccionan del grupo que consiste en ceniza volante, humo de sílice, escoria de alto horno granulada triturada, escoria de sal y lechada de cal de acetileno -(ii) mezclar dicho material de partida con al menos un agente dopante que comprende uno o más elementos dopantes seleccionados del grupo de P, B, S y sus mezclas, en una proporción tal que la relación molar Ca : (Si + elemento dopante) en la mezcla varía entre 0,5 y 2,5 y la relación molar de elemento dopante : silicio se encuentra en el intervalo de 0,01 a 0,5; -(iii) combinar la mezcla obtenida en (ii) con agua de tal modo que la relación en peso de sólido-agua en la mezcla resultante es igual a, o mayor que, 0,2, y -(iii) someter dicha mezcla resultante a tratamiento hidrotérmico a una temperatura comprendida entre 25 y 350 ºC y una presión que es endógena o se mantiene constante entre 0,1 MPa y 50 MPa.

Description

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DESCRIPCION

Metodo para la fabricacion de semillas de C-S-H cementosas Campo de la invencion

La presente invencion se refiere a materiales cementosos suplementarios (SCMs) que son mezclas minerales que consisten en materiales en polvo o pulverizados que van a anadirse al hormigon antes de, o durante, el mezclado para mejorar o cambiar las propiedades de endurecimiento de hormigon de cemento Portland. Mas particularmente, la presente invencion se refiere a un nuevo proceso para la fabricacion de semillas de silicato de calcio hidratado (C- S-H), a dichas semillas de C-S-H y a su uso como acelerante de endurecimiento, por ejemplo en hormigon u otros materiales a base de cemento.

Antecedentes de la invencion

Los materiales cementosos suplementarios (SCMs) son una clase de materiales a base de minerales que poseen capacidad puzolanica o reactividad hidraulica latente o ambas. Pueden encontrarse diferentes SCMs en mezclas de hormigon reales. Es muy probable que la ceniza volante (FA) se encuentre entre los SCMs mas prometedores. Esta es un producto secundario de la industria del carbon que puede sustituir al clinker de cemento en grandes proporciones (hasta un 50 % en peso) y es muy competitiva en terminos de precio (menos de la mitad del precio del cemento). Su principal inconveniente reside en su baja capacidad hidraulica latente, algo que se traduce en unas pobres propiedades mecanicas tempranas. La escoria (un desecho de la industria del acero) tiene una capacidad hidraulica mucho mejor que la FA (solo ligeramente mas lenta que el clinker de cemento puro) pero a un coste mucho mas alto (aproximadamente un 80 % del precio del cemento). El humo de sflice (SF) y puzolanas naturales tales como el esquisto calcinado, el metacaolfn o la arcilla calcinada, muestran la asf denominada capacidad puzolanica; a saber, la capacidad de reaccionar con Portlandita (CH) para dar silicato de calcio hidratado (C-S-H) cementoso. Las puzolanas naturales mas comunes usadas hoy en dfa son materiales procesados, que se someten a tratamientos termicos en un horno y se trituran a continuacion para dar un polvo fino. Con un precio ligeramente mas alto que el cemento (aproximadamente 100-150 €/tonelada), estas pueden usarse como un sustituto parcial para el cemento, normalmente en el intervalo de un 5 % a un 35 %, y para potenciar la resistencia frente a ataque de sulfato, controlar la reactividad alcali-sflice y reducir la permeabilidad. Gracias a su pequeno tamano (diametro promedio de aproximadamente 0,1 pm), el humo de sflice (SF), tambien conocido como sflice condensada, muestra una gran capacidad puzolanica. Se ha establecido con claridad que la sustitucion de entre un 5 % y un 10 % del cemento por partfculas de SF mejora la resistencia a esfuerzos de compresion de hormigon a 28 dfas y se usa en aplicaciones especiales en las que se necesita un alto grado de impermeabilidad y en hormigon de alta resistencia. El uso comun no es posible debido a su precio (aproximadamente 250 €/tonelada).

La interaccion de las partfculas de nanosflice (NS) con cemento Portland se estudio en primer lugar por S. Chandra y H. Bergqvist; Proc. Int. Congr. Chem. Cem. Vol. 3 (3ii106, 6 pags., (1997), quienes mostraron que la adicion de nanosflice coloidal es suficiente para producir el mismo efecto puzolanico (la capacidad de la partfcula de sflice de reaccionar con CH para dar C-S-H) que con unas cantidades mas altas de SF. Estas propiedades se atribuyeron a la finura de las partfculas de NS (la superficie especffica de humo de sflice era de 15-25 m2g-1, mientras que la NS usada por los autores tenia un area especffica de 80 m2g-1). Posteriormente, investigaciones intensivas a nivel mundial probaron (computacional y experimentalmente) que, aparte de las reacciones puzolanicas de NS, el uso de partfculas de NS implica un mecanismo adicional para el crecimiento de las cadenas de silicato en el gel C-S-H. Este nuevo mecanismo comporta reacciones del tipo “NS + C-S-H ^ C-S-H (nuevo)”, en el que el nuevo gel C-S-H tiene unas cadenas mas largas y mas estables. A pesar de que el uso de cantidades minoritarias de partfculas de NS mejora en gran medida las propiedades mecanicas del hormigon, el uso practico esta limitado debido a su alto precio (aproximadamente 2500 €/tonelada). Existe el mismo problema con los precios para una nueva familia, recientemente propuesta, de nano-adiciones que, en lugar de actuar a traves de un mecanismo puzolanico, actuan como plantillas estructurales que favorecen la nucleacion.

Un trabajo experimental reciente (Thomas y col.; J. Phys. Chem. C 2009, 113, 4327-4334) ha demostrado que la adicion de nanopartfculas de C-S-H a cementos Portland comunes (OPC) exhibe un efecto de nucleacion proporcionando nuevos sitios de nucleacion dentro del espacio de poros mas alla de las superficies de las partfculas. Posteriormente, se describio que el mismo mecanismo tenia lugar en otras variedades de cemento (Hubler y col., Cement and Concrete Research 41, (2011) 842-846). Por lo tanto, la cinetica del proceso de hidratacion puede ajustarse jugando con la cantidad de nanopartfculas de C-S-H anadidas. Esta sencilla idea, que es facil de entender mediante los modelos de nucleacion y de crecimiento convencionales, fue bien recibida por el sector del petroleo y del gas, en el que es crucial un control preciso del fraguado del cemento petrolero. Sin embargo, la sfntesis de nanopartfculas de C-S-H es un proceso bastante problematico. Los enfoques tradicionales para sintetizar partfculas de C-S-H, basados en rutas sol-gel, son diffcilmente escalables.

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Mientras que el uso de los SCM se esta volviendo una clara tendencia para la industria del cemento, el uso en la practica esta limitado por razones tecnicas y de precio. Mientras que el uso de SCM reactivos aumenta el precio del clinker de cemento, el contenido de variedades economicas pero no muy reactivas como FA no puede elevarse debido a que estas podrian comprometer las propiedades de resistencia iniciales.

De forma similar, se han notificado metodos alternativos basados en desechos para producir silicatos de calcio hidratados secados [CN102838301, JP2008037701], pero o bien estos necesitan tratamientos termicos [etapas de quemado y de enfriamiento [CN102838301]] o bien se deposita el enfasis en la eficiencia termica del C-S-H producido y no en su proceso de endurecimiento. En este contexto, cabe destacar que JP2008037701 se basa en un tratamiento hidrotermico comun de desechos que contienen CaO (vieiras) y SiO2 (desecho de vidrio) para producir silicatos de calcio hidratados.

Algunos intentos previos de aprovechar la capacidad de nucleacion de las semillas de C-S-H [WO2011/131378, WO2012/085508 y WO2010/026155] han recurrido a suspensiones polimericas de endurecedores de C-S-H. La combinacion de polimercs y semillas de C-S-H es atractiva desde un punto de vista tecnico, pero complica la sintesis. En el documento WO2010/026155 se ha expuesto que estos productos de silicato de calcio hidratado, a pesar de ser eficientes para aspectos de aislamiento termico, tienen poco efecto como aceleradores de endurecimiento. Para superar esta deficiencia, el documento WO2010/026155 propone el uso de suspensiones polimericas de endurecedores de silicato de calcio hidratado con defectos. De hecho, este propone el empleo de sales de aluminio y/o sales de magnesio de tal modo que pueden crearse defectos en el silicato de calcio hidratado a traves de la introduccion de iones diferentes del calcio y el silicio.

K. Baltakys y colaboradores s (Baltakys K. et al.,: 'Influence of gypsum additive on the formation of calcium silicate hydrates in mixtures with CIS =0.83 or 1.0", Materials Science-Poland (2009-01-01)) describen un proceso para la fabricacion de C-S-H que comprende: (a) seleccionar uno o mas materiales de partida que comprenden Ca y Si, (b) mezclar dichos materiales de partida con al menos un agente dopante, (c) combinar la mezcla obtenida en (b) con agua, y (c) someter la mezcla resultante a tratamiento hidrotermico.

A la vista de lo anterior, en el estado de la tecnica sigue existiendo la necesidad de proporcionar un proceso alternativo, simple y escalable a nivel industrial para la fabricacion de semillas de C-S-H que sean economicas y reactivas, y por lo tanto, utiles como acelerador de endurecimiento para hormigon u otros materiales a base de cemento.

Breve descripcion de las figuras

La figura 1, muestra los espectros de XRD de una muestra sin elemento dopante (panel superior) y de una muestra con B como elemento dopante (panel inferior).

La figura 2, muestra los espectros de XRD de una muestra sin elemento dopante (panel superior) y de una muestra con P como elemento dopante (panel inferior).

La figura 3, muestra la elevacion de la resistencia a esfuerzos de compresion ( AR (%)) que se consigue mediante el uso de diferentes SCMs: NS: nanosflice, NA: nanoalumina; MS: microsflice y S: semillas de C-H-S de acuerdo con la invencion.

Descripcion de la invencion

Se conoce bien que los tratamientos hidrotermicos comunes de desechos como FA en un entorno rico en calcio dan productos hidratados como a-C2SH y katofta (Guerrero y col., J. Am. Ceram. Soc., 88 [7] 1845-1853 (2005)). No obstante, a-C2SH pertenece a la familia de los silicatos de calcio hidratados cristalinos, y su estructura atomica difiere en gran medida de la estructura del gel C-S-H cementoso.

La presente invencion se basa en el descubrimiento, por los inventores de la presente invencion de que es posible obtener semillas de silicatos de calcio hidratados (CSH) reactivas a traves de un tratamiento hidrotermico de desechos industriales y sub-productos industriales, en presencia de cantidades minoritarias de agentes dopantes que contienen como elementos dopantes uno o mas de B, P y S. De acuerdo con la presente invencion, pueden obtenerse nuevas semillas de C-S-H de bajo coste y reactivas. La presencia de al menos uno o mas de estos elementos dopantes durante el tratamiento hidrotermico desencadena la aparicion de nanocristalitos de tipo tobermorita (es decir, estabiliza la presencia de fases de tobermorita con defectos en detrimento del a-C2SH). Se conoce que estas estructuras son buenos modelos estructurales de C-S-H cementoso (Cong, X., y col., Adv. Cem. Based Mater. 1996, 3, 144; Dolado, J. S., y col., J. Am. Cer. Soc., 2007, 90, 3938) y, en consecuencia, son unas plantillas apropiadas para aumentar la nucleacion y el crecimiento de C-S-H cementoso.

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Por lo tanto, la presente invencion se refiere, en un aspecto, a un proceso para la fabricacion de semillas de C-S-H, al que se hace referencia en lo sucesivo en el presente documento como el proceso de la invencion, que comprende las siguientes etapas:

-(i) seleccionar uno o mas materiales de partida de desechos y sub-productos industriales que comprenden Ca y Si, donde los desechos y sub-productos industriales se seleccionan del grupo que consiste en ceniza volante, humo de sflice, escoria de alto horno granulada triturada, escoria de sal y lechada de cal de acetileno -(ii) mezclar dicho material de partida con al menos un agente dopante que comprende uno o mas elementos dopantes seleccionados del grupo de P, B, S y sus mezclas, en una proporcion tal que la relacion molar Ca : (Si + elemento dopante) en la mezcla varfa entre 0,5 y 2,5 y la relacion molar de elemento dopante : silicio se encuentra en el intervalo de 0,01 a 0,5;

-(iii) combinar la mezcla obtenida en (ii) con agua de tal modo que la relacion en peso de solido-agua en la mezcla resultante es igual a, o mayor que, 0,2, y

-(iii) someter dicha mezcla resultante a tratamiento hidrotermico a una temperatura comprendida entre 25 y 350 °C y una presion que es endogena o se mantiene constante entre 0,1 MPa y 50 MPa.

De acuerdo con una realizacion particular, el grupo de desechos industriales y sub-productos es una combinacion de ceniza volante y lechada de cal de acetileno.

Cuando se usa como material de partida ceniza volante, que comprende un contenido en aluminio intrfnseco, se ha observado que dicho contenido garantiza una cantidad suficiente de defectos en las semillas de C-S-H obtenidas, con el fin de promover adicionalmente su capacidad de acelerador de endurecimiento y nucleacion.

Son ejemplos no limitantes de agentes dopantes piridina-3-trihidroxiborato (C5H7BNNaO3), borax en cualquier estado de hidratacion, tal como Na2B4O7-10H2O, pentoxido de fosforo (P2O5), acido fosforico (H3PO4), sulfato de sodio (NaSO4), o sulfato de potasio (K2SO4).

De acuerdo con una realizacion particular, el agente dopante es borax, en cualquiera de sus estados de hidratacion, preferiblemente Na2B4O7-10H2O. De acuerdo con otra realizacion particular de la invencion, el agente dopante es

P2O5.

La cantidad del agente dopante que se anade en la etapa (ii) es tal que la relacion molar de elemento dopante con respecto a silicio se encuentra en el intervalo de 0,01 a 0,5, preferiblemente de 0,02 a 0,10. Esta cantidad, asf como el material o materiales de partida y sus cantidades para lograr la relacion molar que se define en la etapa (ii), puede ser calculada facilmente por el experto en la materia.

El proceso puede llevarse a cabo en cualquier dispositivo convencional, tal como un autoclave. A la mezcla obtenida en la etapa (ii) se le anade agua, de tal modo que la relacion en peso de solido-agua en la mezcla resultante es igual a, o mayor que, 0,2. Esta cantidad de agua es tal que se logra la plena hidratacion de los elementos solidos. La mezcla acuosa resultante se somete a continuacion a un tratamiento hidrotermico. La temperatura durante el tratamiento hidrotermico esta comprendida, normalmente, entre 25 y 350 °C. De acuerdo con una realizacion particular, la temperatura esta comprendida entre 75 a 250 °C. De acuerdo con otra realizacion particular, la temperatura es de 200 °C.

La presion durante el tratamiento hidrotermico es endogena (la autogenerada durante el tratamiento a la temperatura seleccionada), o se mantiene constante. De acuerdo con una realizacion particular, la presion es endogena.

El proceso de acuerdo con una realizacion particular se lleva a cabo con agitacion para evitar la decantacion de los solidos.

El tratamiento puede durar de minutos a horas, dependiendo de los materiales de partida especfficos, el agente dopante, la presion o la temperatura. Tfpicamente, el tiempo de tratamiento puede variar ampliamente entre 30 minutos y 48 horas. De acuerdo con una realizacion particular, este varfa entre 2 y 6 horas.

El proceso de la invencion puede comprender ademas las siguientes etapas despues del tratamiento hidrotermico. En general, el producto obtenido se enfrfa, el lodo resultante se filtra, y se seca a una temperatura igual o inferior a 125 °C. Dicho producto secado puede desaglomerarse entonces para producir las semillas de C-S-H de la presente invencion en forma de polvo.

Las semillas de C-S-H obtenidas de acuerdo con el proceso de la invencion son tambien un objeto de la presente invencion.

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Despues de la etapa opcional de desaglomeracion, las semillas de C-S-H se encuentran en la forma de un polvo fino cuyo diametro de grano promedio es, normalmente, inferior a 15 pm y sus valores de Blaine son, normalmente, mayores que 1200 m2/kg.

Las semillas de C-S-H de la invencion se caracterizan por que presentan uno o mas de los elementos dopantes B, S y P que se usan en el proceso de la invencion. Ademas, estas presentan nanocristalitos de tipo tobermorita. Esta estructura se muestra en los paneles inferiores de las figuras 1 y 2.

El efecto de los elementos dopantes en la aparicion de las semillas de C-S-H se muestra en la figura 1, en la que se presentan los espectros de XRD de muestras sin y con elementos dopantes. En particular, la figura 1 se corresponde con el caso del patron de XRD del producto que resulta de un tratamiento hidrotermico de ceniza volante (FA) y lechada de cal de acetileno a 200 °C con presion endogena durante 4 horas, en el que no estaba incluido elemento dopante alguno (panel superior) y en el que esta incluido un 7 % en peso de borax (Na2B4Or10H2O) (panel inferior). Tal como puede observarse, la formulacion no dopada (panel superior) no da senal alguna a 2Theta = 8°, mientras que esta senal se encuentra claramente presente para la formulacion dopada con borax Este pico es el asf denominado pico basal, y es una clara evidencia de la presencia de caracterfsticas de tipo tobermorita. Otros picos de C-S-H importantes se muestran de forma similar mediante flechas en 2Theta: 17°, 29°, 31° y 50°.

Como un segundo ejemplo, en la figura 2 se muestra el efecto del fosforo como agente dopante. En particular, en la figura 2 se muestra la XRD del producto que resulta de un tratamiento hidrotermico de 6 horas de duracion de cenizas volantes y lechada de cal de acetileno a 200 °C y presion endogena sin agentes dopantes (panel superior) y con fosforo como elemento dopante (panel inferior). En particular, la muestra dopada que se analiza en la figura 2 se produjo mediante la inclusion de un 10 % en peso de P2O5. Tal como puede observarse, las semillas dopadas con P2O5 presentan los picos atribuidos a nanocristalita de tipo tobermorita, muy similar al gel C-S-H cementicio (que se muestra mediante flechas) mientras que la muestra sin agentes dopantes no los presenta.

Las semillas de C-H-S de la invencion, cuya estructura es muy similar al gel C-S-H cementoso, son unas plantillas estructurales apropiadas para aumentar la nucleacion y el crecimiento de C-S-H cementoso. Por lo tanto, estas presentan capacidad de nucleacion y propiedades de acelerador de endurecimiento, cuando se usan como aditivos en hormigon u otros materiales a base de cemento.

En otro aspecto, la presente invencion se refiere a una composicion de aditivo para hormigon u otro material a base de cemento, que comprende las semillas de C-S-H de la presente invencion.

En un aspecto adicional, la invencion se refiere al uso de las semillas de C-S-H de la invencion o al uso de la composicion de aditivo de la invencion como acelerador de endurecimiento y aditivo de nucleacion para hormigon u otros materiales a base de cemento.

Tal como se muestra en la figura 3 y se explica en el ejemplo 4, la adicion de semillas de C-H-S dopadas de acuerdo con la invencion entrana lograr materiales a base de cemento, en particular pastas de cemento, con unas propiedades de compresion tan buenas como las que se logran con la adicion de partfculas de NS, ligeramente mejores que aquellas con adiciones de NA y mucho mejores que aquellas con adiciones de SF. Por lo tanto, el proceso de la invencion produce nuevas semillas de C-S-H cementosas obtenidas mediante un proceso simple y escalable industrialmente, que son al menos tan buenas como, o incluso mejores que, los aditivos usados habitualmente, y a un precio mucho mas bajo que el que se obtiene con otros metodos conocidos.

De acuerdo con una realizacion particular, el uso de las semillas de C-S-H de la invencion se encuentra en un intervalo entre un 0,05 % y un 10 % en peso con respecto al material a base de cemento.

Ejemplos Ejemplo 1

Efecto del boro como elemento dopante.

Se prepararon dos muestras (ambas con Ca / (Si + elemento dopante) = 2) y se compararon por XRD. La primera sin agente dopante y la segunda con agente dopante. En ambos casos se empleo el mismo lote de cenizas volantes (FA) y suspension de lechada de cal de acetileno.

La composicion qufmica de las FA se muestra en la tabla 1.

La lechada de cal de acetileno era una suspension de agua rica en calcio generada por la industria del acetileno. La suspension consistfa en portlandita (Ca(OH)2, que contenfa una pequena cantidad de sflice (< 2 % en peso) y algunas impurezas tales como Al, S (< 0,7 % en peso), Fe, Mn y Sr (< 0,1 % en peso).La fraccion de solidos en la suspension era de un 33 % en peso.

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Para la formulacion no dopada, el material de partida se correspondfa con 107 g de FA y 283 g de lechada de cal de acetileno.

Para la formulacion dopada, los materiales de partida comprendfan 91 g de FA y 263 g de la suspension de lechada 10 de cal de acetileno mezclada con 12,73 g de borax (es decir, un 7 % en peso). En ambos casos se anadio agua, teniendo en cuenta la cantidad presente en la suspension hasta alcanzar 1 litro. El borax empleado se corresponde con Na2B4O7^10H2O (grado de reactivo, Sigma Adrich).

Posteriormente, ambas formulaciones se sometieron al mismo tratamiento hidrotermico a 200 °C con presion 15 endogena durante 4 horas en un autoclave. El proceso se llevo a cabo con agitacion continua.

Tabla 1: Composicion qufmica de las FAs usadas segun se determina por analisis qufmico (CA) de acuerdo con la norma espanola UNE-EN 196-2 y por fluorescencia (FRX)

LOI SiO2 A2O3 Fe2O3 MgO K2O Na2O CaO SO3

% de CA

5,86 50,34 24,9 4,83 1,81 1,58 0,55 5,89 0,29

% de FRX

5,78 50,80 25,37 5,14 1,75 1,73 0,44 5,97

LOI = Perdida por ignicion

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En la figura 1 se muestra el patron de XRD de los productos que resultan del tratamiento hidrotermico mencionado para ambas muestras, la no dopada (panel superior) y la dopada (panel inferior). Como ya se ha mencionado, la formulacion no dopada (panel superior) no da senal alguna a 2Theta = 8°, mientras que la senal se encuentra claramente presente para la formulacion dopada con borax. Este pico es el denominado pico basal, y es una clara 25 evidencia de la presencia de cristalitos de tipo tobermorita. Otros picos de tobermorita importantes, como aquellos a 17°, 29°, 31° y 50°, se muestran de forma similar mediante flechas y confirman el papel central del elemento dopante en su aparicion.

Ejemplo 2

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Efecto del fosforo como elemento dopante.

En particular, la figura 2 muestra la XRD de los productos que resultan de un tratamiento hidrotermico de 6 horas de duracion de cenizas volantes y una suspension de lechada de cal de acetileno a 200 °C y presion endogena sin 35 agentes dopantes (panel superior) y con un agente dopante que contiene fosforo: P2O5 (panel inferior).

Las FA y la lechada de cal de acetileno empleadas se tomaron del mismo lote que en el ejemplo 1, y su composicion qufmica se muestra en la tabla 1. La muestra dopada que se analiza en la figura 2 (panel inferior) se produjo siguiendo el mismo proceso que se describe en el ejemplo 1, e incluyendo un 10 % en peso de P2O5, en lugar de 40 borax. Tal como se hace en el ejemplo 1, se anadio agua en ambos casos hasta alcanzar 1 litro. El P2O5 era uno comercial (grado de reactivo, Panreac).

En la figura 2 se muestra el patron de XRD de los productos que resultan del tratamiento hidrotermico mencionado para ambas muestras, la no dopada (panel superior) y la dopada (panel inferior). Como ya se ha mencionado, la 45 formulacion no dopada (panel superior) no da senal alguna a 2Theta = 8°, mientras que la senal se encuentra claramente presente para la formulacion dopada con P2O5. Este pico es el denominado pico basal, y es una clara evidencia de la presencia de cristalitos de tipo tobermorita. Otros picos de tobermorita importantes, como aquellos a 17°, 29°, 31° y 50°, se muestran de forma similar mediante flechas y confirman el papel central del elemento dopante en su aparicion.

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Los patrones de XRD en los ejemplos 1 y 2 se obtuvieron usando un Difractometro Phillips X'Pert (Eindhoven, Pafses Bajos) con el uso de radiacion Cu Ka filtrada con Ni.

Los ejemplos 1 y 2 mostraron como los agentes dopantes favorecen la aparicion de fases que pueden emplearse 55 como plantillas para el crecimiento de C-S-H cementoso.

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Ejemplo 3

El presente ejemplo ilustra la importancia del agente dopante sobre la capacidad de nudeacion de las semillas de C- S-H resultantes, y como esto afecta a las propiedades mecanicas tempranas de un material en base cemento como una pasta de cemento.

Con este fin, se prepararon de la misma forma dos variedades de pastas de cemento. Estas se obtuvieron a parti r de cementos 52,5-R con una relacion de agua a cemento de 0,35 y con adiciones de un 6 % en peso de semillas de C- H-S de la invencion. La unica diferencia entre las pastas de cemento estaba en la ruta sintetica empleada para produdr las semillas de C-H-S, debido a que una no inclufa agente dopante alguno durante su produccion, mientras que la segunda si inclufa un agente dopante. Las semillas de C-H-S dopadas y no dopadas que se usaron fueron las fabricadas en el ejemplo 1. Despues del mezclado, las pastas de cemento se colaron en unos moldes con forma de prisma (1 cm x 1 cm x 6 cm), se compactaron por vibracion y se almacenaron durante un dfa en una camara climatica a una temperature de 21 ± 2 °C y > 90 % de humedad. Posteriormente, estas se desmoldaron y se mantuvieron durante un dfa mas en una disolucion saturada de Ca(OH)2. Despues, las resistencias a esfuerzos de compresion de las muestras se midieron usando un equipo de ensayo prensa Ibertest. En la tabla 2 se compara la resistencia a esfuerzos de compresion temprana de las dos pastas de cemento. Tal como puede observarse a parti r de la tabla 2, el uso de elementos dopantes en el tratamiento hidrotermico mejora de manera apreciable la capacidad de nucleacion de las semillas de C-H-S de la invencion.

Tabla 2: Ejemplos comparativos

Efecto del agente dopante

Resistencia a compresion (MPa) - 1 dfa

Nanosemillas producidas sin agentes dopantes

20,24 (± 1) MPa

Nanosemillas producidas con agente dopante (borax)

27,99 (± 2,3) MPa

Ejemplo 4

Ejemplo comparativo: uso de las semillas de C-H-S de la invencion como endurecedores en comparacion con otros SCMs que se emplean comunmente.

La figura 3 muestra el aumento en la resistencia a esfuerzos de compresion (con respecto a la pasta de cemento normal de referencia) para pastas de cemento fabricadas con una relacion de agua a cemento de a/c = 0,35 y un 2 % en peso de adiciones y curadas durante 7 dfas. El cemento se corresponde con un cemento Portland comun 52.5- R mientras que las adiciones se corresponden con partfculas de nanosflice (NS), partfculas de nanoalumina (NA), humo de sflice o microsflice (MS), y semillas de C-H-S de la invencion (obtenidas de acuerdo con el ejemplo 1).

Despues del mezclado, las pastas de cemento se colaron en unos moldes con forma de prisma (1 cm x 1 cm x 6 cm), se compactaron por vibracion y se almacenaron en una camara climatica durante 1 dfa a una temperatura de 21 ± 2 °C y > 90 % de humedad. Despues, las muestras se desmoldaron y se almacenaron durante 7 dfas en una disolucion saturada de Ca(OH)2. Posteriormente, las resistencias a esfuerzos de compresion de las muestras se midieron usando un equipo de ensayo prensa Ibertest. Tal como puede observarse a partir de la figura 3, la adicion de semillas de C-H-S dopadas logra pastas de cemento con unas propiedades de compresion tan buenas como las que se muestran con partfculas de NS, ligeramente mejores que aquellas con adiciones de NA y mucho mejores que aquellas con adiaones de MS.

Claims (10)

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   REIVINDICACI ONES

   1. Un proceso para la fabricacion de semillas de C-S-H que comprende las siguientes etapas:

   -(i) seleccionar uno o mas materiales de partida de desechos y sub-productos industriales que comprenden Ca y Si, donde los desechos y sub-productos industriales se seleccionan del grupo que consiste en ceniza volante, humo de sflice, escoria de alto horno granulada triturada, escoria de sal y lechada de cal de acetileno -(ii) mezclar dicho material de partida con al menos un agente dopante que comprende uno o mas elementos dopantes seleccionados del grupo de P, B, S y sus mezclas, en una proporcion tal que la relacion molar Ca : (Si + elemento dopante) en la mezcla varfa entre 0,5 y 2,5 y la relacion molar de elemento dopante : silicio se encuentra en el intervalo de 0,01 a 0,5;

   -(iii) combinar la mezcla obtenida en (ii) con agua de tal modo que la relacion en peso de solido-agua en la mezcla resultante es igual a, o mayor que, 0,2, y

   -(iii) someter dicha mezcla resultante a tratamiento hidrotermico a una temperatura comprendida entre 25 y 350 °C y una presion que es endogena o se mantiene constante entre 0,1 MPa y 50 MPa.
2. 2. Proceso de acuerdo con la reivindicacion 1, en el que el agente dopante es borax, en cualquiera de sus estados de hidratacion, o P2O5.
3. 3. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 o 2, en el que la temperatura del tratamiento hidrotermico es de 200 °C y la presion es endogena.
4. 4. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el proceso se lleva a cabo con agitacion.
5. 5. Lodo que contiene semillas de C-S-H obtenible por el procedimiento de acuerdo a cualquiera de las reivindicaciones anteriores.
6. 6. Proceso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, que ademas comprende las etapas de enfriar, filtrar la pasta resultante, secar a una temperatura igual o inferior a 125 °C, y la desaglomeracion del solido para obtener semillas de C-S-H en forma de polvo.
7. 7. Polvo que contiene semillas de C-S-H obtenido por el proceso de acuerdo a la reivindicacion 6.
8. 8. Uso del lodo que contiene semillas de C-S-H obtenido mediante el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, o del polvo que contiene semillas de C-S-H de acuerdo a la reivindicacion 7 como acelerador de endurecimiento y aditivo de nucleacion para hormigon u otros materiales a base de cemento.
9. 9. Uso de acuerdo con la reivindicacion 8, en el que el lodo o el polvo se encuentran en un intervalo entre un 0,05 % y un 10 % en peso con respecto a un material a base de cemento.
10. 10. Hormigon u otro material a base de cemento que comprende el lodo que contiene semillas de C-S-H obtenido mediante el proceso de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, o del polvo que contiene semillas de C- S-H de acuerdo a la reivindicacion 7.