ES2692022T3

ES2692022T3 - Hormigón celular y procedimiento para su producción

Info

Publication number: ES2692022T3
Application number: ES16201133.2T
Authority: ES
Inventors: Stephan VOLKMANN; Walter Kolb
Original assignee: Rodgauer Baustoffwerke & Co KG GmbH
Current assignee: Rodgauer Baustoffwerke & Co KG GmbH
Priority date: 2015-12-10
Filing date: 2016-11-29
Publication date: 2018-11-29
Anticipated expiration: 2036-11-29
Also published as: EP3178798B1; DE102015121553A1; EP3178798A1; DE102015121553B4; DK3178798T3; PL3178798T3

Abstract

Hormigón celular con una estructura de alma de sustancia sólida, que rodea poros resultantes de una espuma o generados por un proceso de expansión, presentando el hormigón celular una resistencia litográfica de 2,0 a 3,5 N/mm2, una conductividad térmica de 0,075 a 0,1 W/mK así como una densidad aparente entre 300 y 400 kg/m3, caracterizado por que la estructura de alma de sustancia sólida presenta más del 10 y hasta el 20 % en masa de granos de cuarzo, de los cuales una parte es polvo de cuarzo con un diámetro de grano medio (d50) de menos de 0,1 mm y una parte es arena de cuarzo con un diámetro de grano medio (d50) de entre 0,4 y 0,6 mm.

Description

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

DESCRIPCION

Hormigon celular y procedimiento para su produccion

La invencion se refiere a hormigon celular asf como a un procedimiento para su produccion. En particular, la invencion se refiere a hormigon celular curado hidrotermalmente con una estructura de alma de sustancia solida que rodea poros resultantes de una espuma o generados por un proceso de expansion. La estructura de alma de sustancia solida puede presentar en sf misma una microporosidad, es decir, las almas que rodean los poros relativamente grandes presentan poros comparativamente mas pequenos.

En general, por hormigon celular se entiende un material de silicato calcico hidratado poroso curado hidrotermalmente, que presenta en particular el mineral tobermorita generado en un proceso hidrotermal. Los rasgos fundamentales de la produccion de hormigon celular se describen con mas detalle en «Porenbeton Handbuch» (manual del hormigon celular) (6.a edicion de 2008) publicado por la Asociacion Federal de la Industria del Hormigon Celular (Bundesverband Porenbetonindustrie e.V.). De esto tambien se deduce que los elementos de hormigon celular, por ejemplo, bloques de precision de hormigon, elementos de precision de hormigon, placa prefabricada de precision de hormigon o paneles de muro hechos de hormigon celular, dependiendo de su resistencia a la compresion, de su densidad aparente y de su conductividad termica, se dividen en distintas clases. Asf, bloques de precision de hormigon celular de la clase de resistencia 2 presentan una resistencia litografica con un valor medio de 2,5 N/mm2. La densidad aparente en seco de tales bloques de precision de hormigon de la clase de resistencia a la compresion 2 puede ascender entre 350 y 500 kg/m3 Estos bloques de precision de hormigon pueden alcanzar una conductividad termica de 0,08 a 0,14 W/mK.

Segun el documento EP 2 163 534 B1, un tal bloque de hormigon celular de la clase de resistencia a la compresion 2 con una densidad aparente de 350 kg/m3 debena presentar una conductividad termica maxima de 0,09 W/mK si la estructura de alma de sustancia solida presenta por encima del 50 % en masa de tobermorita-11 A y el contenido de granos de cuarzo residual se limita hasta el 10 % en masa. Para producir este material de hormigon celular, se propone usar como componente de SiO2 un polvo de cuarzo con una superficie espedfica de al menos 6000 cm2/g, medida segun Blaine, asf como valores de agua-sustancia solida entre 0,7 y 0,95. Sin embargo, dicho polvo de cuarzo fino es comparativamente caro de producir por la molienda costosa. Puesto que en el hormigon celular se utilizan entre el 30 y el 40 % en masa de polvo de cuarzo como lodo de arena, por el uso del polvo de cuarzo finamente molido aumentan significativamente los costes de produccion del hormigon celular. Otro aspecto en el uso de polvo de cuarzo finamente molido es que este solo se puede mezclar parcialmente lo suficientemente bien con los otros componentes por la utilizacion de cantidades comparativamente altas de agua. No obstante, esto puede conllevar desventajas en el procesamiento de la mezcla acuosa.

En el documento DE 100 66 270 B9 se describe un procedimiento para producir hormigon celular que tiene la finalidad de configurar una estructura granular de soporte a partir de granos de una determinada fraccion granulometrica, que estan dispuestos apoyandose mutuamente hacia todas las direcciones en el hormigon celular terminado. Entre estos granos debena estar presente entonces una matriz de silicato calcico hidratado, en particular tobermorita. Para ello, se propone utilizar un componente de SiO2 fino con un tamano de grano maximo de 0,06 mm en una tal proporcion molar de CaO/SiO2 que, durante el curado con vapor, realice una conversion lo mas completa posible de este componente de SiO2 fino y del componente de CaO para formar fases de silicato calcico hidratado, utilizandose adicionalmente un componente de SiO2 grueso con un tamano de grano de hasta 0,4 mm, que debena configurar entonces la estructura granular de soporte. Una tal estructura granular de soporte repercute generalmente de manera positiva en la resistencia a la compresion del hormigon celular. No obstante, por la estructura granular de soporte se producen puentes termicos que pueden aumentar significativamente la conductividad termica. El documento De 100 66 270 B9 no menciona parametros concretos ni respecto a la resistencia a la compresion ni respecto a la conductividad termica o a la densidad aparente.

En principio, el uso de arena comparativamente gruesa en combinacion con polvo de cuarzo finamente molido en la grna de proceso se considera mas diffcil de controlar, porque la arena gruesa puede sedimentar dentro de la mezcla acuosa, lo cual, distribuido por su altura, puede dar como resultado propiedades muy distintas del hormigon celular.

Por el contrario, el objetivo de la presente invencion es facilitar un hormigon celular asf como un procedimiento para su produccion que eviten las desventajas mencionadas anteriormente.

De acuerdo con la invencion, este objetivo se resuelve con un hormigon celular con las caractensticas de la reivindicacion 1 asf como con un procedimiento para la produccion de hormigon celular con las caractensticas de la reivindicacion 7.

A este respecto, la invencion se basa en la idea de que la sustitucion parcial de polvo de cuarzo finamente molido por arena de cuarzo comparativamente gruesa permite minimizar los costes de produccion del hormigon celular. Sin embargo, de acuerdo con la invencion, el porcentaje de granos de cuarzo en la estructura de alma de sustancia solida del hormigon celular se limita siempre que no pueda producirse una estructura granular de soporte que genere puentes termicos, los cuales danan como resultado entonces un aumento significativo de la conductividad termica.

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

60

65

De esta manera, es posible facilitar un hormigon celular en el que, con menores costes de produccion, se logre una resistencia litografica de 2,5 a 3,5 N/mm2, una conductividad termica de 0,075 a 0,1 W/mK as^ como una densidad aparente entre 300 y 400 kg/m3.

A este respecto, se ha comprobado sorprendentemente que incluso arena de cuarzo con granos de cuarzo comparativamente grandes, es decir, con un diametro de grano medio d50 entre 0,4 y 0,6 mm, es apropiada para la produccion de hormigon celular, sin repercutir negativamente en la procesabilidad durante la produccion. A este respecto, el diametro de grano medio d50 se entiende como un valor caractenstico para el tamano de la arena de cuarzo, en el que el 50 % de los granos de cuarzo presentan un menor diametro de grano que este diametro de grano medio. En otras palabras, en una arena de cuarzo con un diametro de grano medio d50 entre 0,4 y 0,6 mm tambien estan presentes granos de cuarzo que presentan un diametro de grano considerablemente mayor que 0,4 a 0,6 mm.

Segun una forma de realizacion preferente de la invencion, el hormigon celular corresponde a la clase de resistencia 2, es decir, a una resistencia litografica de al menos 2,5 N/mm2, ascendiendo la conductividad termica como maximo a 0,09 W/mK, en particular como maximo a 0,08 W/mK. A este respecto, la densidad aparente media puede encontrarse aproximadamente en 350 kg/m3.

Se ha comprobado que las propiedades de producto del hormigon celular son especialmente buenas si la estructura de alma de sustancia solida presenta mas del 10 % en masa de granos de cuarzo. En particular, la estructura de alma de sustancia solida puede presentar hasta el 15 % en masa de granos de cuarzo. Con este contenido de granos de cuarzo residual, se conserva una buena procesabilidad de la mezcla para producir el hormigon celular y la conductividad termica puede mantenerse simultaneamente baja.

Preferentemente, el polvo de cuarzo, en particular polvo fino de cuarzo, presenta un diametro de grano medio d50 por debajo de 0,005 mm. Por el contrario, el diametro de grano medio d50 de la arena de cuarzo asciende preferentemente entre 0,45 y 0,55 mm.

Para evitar la formacion de una estructura granular de soporte de arena de cuarzo con puentes termicos correspondientes, resulta preferente si la estructura granular de soporte del hormigon celular presenta un alto porcentaje de fases de silicato calcico hidratado, en particular un alto porcentaje de tobermorita-11 A. Preferentemente, la estructura granular de soporte contiene entre el 45 y el 65 % en masa, en particular mas del 50 % en masa, de tobermorita-11 A.

El procedimiento de acuerdo con la invencion para producir hormigon celular se realiza por la manera de procedimiento basica como se ha descrito en el «Handbuch Porenbeton» mencionado anteriormente. En otras palabras, primero se prepara una mezcla acuosa y vertible de al menos un componente de CaO que reacciona hidrotermalmente y al menos un componente de SiO2 que reacciona hidrotermalmente y se mezcla con un agente de expansion que forma poros y/o una espuma. Esta mezcla se vierte entonces en un molde, por ejemplo, aceitado, en el que se reune la mezcla, preferentemente en una camara de fermentacion. Esto puede realizarse, por ejemplo, por la reaccion de partfculas de aluminio con la mezcla fuertemente alcalina formando hidrogeno. Simultaneamente, se endurece la torta de hormigon celular, es decir, se solidifica hasta el punto de que a continuacion puede cortarse en elementos de hormigon celular con alambres de acero tensados. Posteriormente, los elementos de hormigon celular cortado se curan hidrotermalmente en un autoclave. De acuerdo con la invencion, se utilizan al menos dos componentes de SiO2 para producir la mezcla acuosa y vertible, cuyas cantidades estan seleccionadas de manera que la estructura granular de soporte del hormigon celular terminado presenta entre el 10 y el 20 % en masa de granos de cuarzo. A este respecto, de acuerdo con la invencion, como componentes de SiO2 para la produccion de la mezcla se utiliza al menos un polvo de cuarzo con un diametro de grano medio d50 de menos de 0,01 mm y al menos una arena de cuarzo con un diametro de grano medio d50 de entre 0,4 y 0,6 mm.

Con respecto a la mezcla seca, esta puede presentar aproximadamente del 10 a aproximadamente el 20 % en masa, en particular aproximadamente del 14 a aproximadamente el 16 % en masa, de cal, aproximadamente del 10 a aproximadamente el 30 % en masa, en particular aproximadamente del 24 a aproximadamente el 26 % en masa, de cemento, aproximadamente del 1 a aproximadamente el 5 % en masa, en particular aproximadamente del 2 a aproximadamente el 3 % en masa, de anhidrita, aproximadamente del 20 a aproximadamente el 40 % en masa, en particular aproximadamente del 24 a aproximadamente el 28 % en masa, de polvo de cuarzo, aproximadamente del 4 a aproximadamente el 10 % en masa, en particular aproximadamente del 5 a aproximadamente el 8 % en masa, de arena de cuarzo, del 0 a aproximadamente el 15 % en masa, en particular aproximadamente del 4 a aproximadamente el 10 % en masa, de polvo de hormigon celular, asf como del 0 al 25 % en masa, en particular aproximadamente del 10 a aproximadamente el 20 % en masa, de lodo recirculado, es decir, secciones de produccion sin curar dispersadas en agua, y aproximadamente del 0,05 al 2 % en masa de pasta de aluminio.

En el caso del uso de cemento Portland, resulta preferente un bajo contenido de potasio de menos del 0,8 % en masa, en particular de menos del 0,5 % en masa. La mezcla para producir hormigon celular puede generarse con una relacion de agua-sustancia solida de 0,8 a 1,05, en particular de 0,9 a 1,0. La relacion de los componentes de CaO respecto a los componentes de SiO2 asciende preferentemente entre aproximadamente 0,65 y

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

aproximadamente 0,85, en particular entre 0,7 y 0,6. La relacion entre el cemento y la cal se encuentra preferentemente entre aproximadamente 1,6 y aproximadamente 1,8, por ejemplo, entre 1,7 y 1,76.

Sorprendentemente, se comprobo que, en el procedimiento de acuerdo con la invencion, en comparacion con otras formulaciones de hormigon celular, pueden mantenerse bajos los tiempos de exposicion durante el proceso de expansion y el endurecimiento de la torta de hormigon celular. Asf, el tiempo de exposicion asciende preferentemente entre aproximadamente 100 minutos y aproximadamente 140 minutos, por ejemplo, aproximadamente 120 minutos. Esto resulta en tiempos de ciclo mas cortos durante la produccion de hormigon celular.

Otra ventaja del uso de arena de cuarzo en combinacion con polvo de cuarzo es que las reacciones qmmicas transcurren de manera parcialmente mas lenta o mas inerte y, con ello, aumenta algo el intervalo temporal que esta a disposicion para cortar la torta de hormigon celular en elementos de hormigon celular. Esto facilita el mecanizado de la torta de hormigon celular durante la produccion de elementos de hormigon celular.

Segun una forma de realizacion preferente, el tratamiento en autoclave tiene lugar de aproximadamente 10 a aproximadamente 14 barabs, preferentemente entre 12 y 13 barabs, y a una temperatura de 180 a 200 °C, en particular de 185 a 190 °C, bajo condiciones de vapor saturado. Se ha comprobado que, ademas de la utilizacion mas costosa de vapor vivo puro durante el tratamiento en autoclave, tambien puede utilizarse al menos parcialmente vapor de transferencia. En el procedimiento de acuerdo con la invencion, ademas de en comparacion con otras formulaciones de hormigon celular, pudo reducirse aproximadamente el 5 % el lapso de tiempo necesario para el curado hidrotermal en el autoclave. Esto conlleva un ahorro adicional de tiempo y costes durante la produccion de hormigon celular.

Durante la preparacion de la mezcla, ha resultado ser especialmente ventajoso si primero se mezclan entre sf los lfquidos y lodos, solamente despues se anade el polvo de cuarzo y luego se anade la arena de cuarzo mas gruesa. Con ello, se puede optimizar el tiempo de mezcla en comparacion con otras formulaciones de hormigon celular.

La invencion se explica con mas detalle a continuacion mediante un ejemplo de realizacion.

Para producir bloques de precision de hormigon celular, se preparo en ocho lotes respectivamente primero una mezcla acuosa y vertible de agua y los componentes mencionados en la reivindicacion 8. En este sentido, como cal se utilizo cal viva CL90. Como cemento se utilizo un cemento Portland del tipo CEM I 52,5 N. Aparte de eso, se uso una anhidrita natural asf como polvo de hormigon celular. Adicionalmente, se uso pasta de aluminio (de tipo grueso y fino) como agente de expansion. El polvo fino de cuarzo utilizado presento un diametro de grano medio d50 por debajo de 0,005 mm. Como arena de cuarzo se utilizo una arena con un diametro de grano medio d50 de aproximadamente 0,5 mm. Como lodo recirculado se utilizaron propias secciones de produccion sin curar de la produccion de hormigon celular de la clase de resistencia a la compresion 2.

Para el proceso de expansion, se anadieron a la mezcla de aproximadamente 1400 l de agua, de cal, de cemento, de anhidrita, de polvo de cuarzo, de arena de cuarzo, de polvo de hormigon celular y de lodo recirculado aproximadamente 30 kg de una suspension de aluminio y se mezclaron con los componentes restantes. El proceso de expansion se concluyo tras menos de 60 minutos y tras menos de 180 minutos la torta de hormigon celular habfa alcanzado su resistencia al corte. El curado hidrotermal de la torta de hormigon celular se realizo tras el corte en formatos de bloque definitivos en un autoclave a 13 barabs y 192 °C bajo condiciones de vapor saturado. Los bloques de precision de hormigon celular asf obtenidos se examinaron a continuacion.

Los bloques de precision de hormigon de los ocho lotes presentaron los valores caractensticos reproducidos en la siguiente tabla para la resistencia litografica media a (unidad N/mm2), para la densidad aparente media p (unidad kg/dm3), para la conductividad termica A (unidad W/mK) asf como para el contenido de cuarzo residual CR (unidad/% en masa).

: Lote 1 Lote 2 Lote 3 Lote 4 Lote 5 Lote 6 Lote 7 Lote 8 0

a: 3,05 2,95 2,89 2,67 2,72 2,82 2,97 3,11 2,90

p: 361 354 350 358 355 352 362 373 358

A: 0,0828 0,0817 0,0856 0,0828 0,0839 0,0852 0,0832 0,082 0,0842

CR: 12,1 10,0 10,7 10,9 11,5 10,2 12,5 10,8 11,09

Para determinar el contenido de cuarzo CR, se molieron muestras de los bloques de precision de hormigon celular y despues se sometieron a una difractometna de rayos X en polvo asf como a un analisis Rietveld posterior. La precision de la difractometna de rayos X en polvo y el analisis Rietveld posterior ascendio a +/-1,3 % en masa en el caso de los granos de cuarzo. Como alternativa a la difractometna de rayos X en polvo y al analisis Rietveld,

tambien es posible una determinacion de cuarzo residual como residuo insoluble en acido clorhndrico. Sin embargo, este metodo de determinacion alternativo es parcialmente menos preciso que el metodo mencionado anteriormente.

Para la determinacion de fases minerales, se tritura previamente de manera tosca con un martillo una muestra de 5 hormigon celular seca representativa, despues se muele previamente durante 30 segundos en un molino de discos oscilantes utilizando carburo de tungsteno y a continuacion se muele durante 12 minutos en un molino McCrone con etanol anhidro. La determinacion cuantitativa de las fases minerales se realiza entonces mediante difractometna de rayos X con estandar externo y analisis Rietveld.

10 Como ejemplo comparativo se preparo un hormigon celular a partir de las materias primas mencionadas anteriormente en la relacion mencionada en la reivindicacion 8, sustituyendose, sin embargo, el polvo fino de cuarzo y la arena de cuarzo por lodo de arena. Se demostro que el proceso de expansion y el endurecimiento fueron mas duraderos que en el ejemplo de acuerdo con la invencion. Tras el curado hidrotermal de la torta de hormigon celular, se calcularon de nuevo los valores caractensticos mencionados anteriormente. En el caso de una densidad aparente 15 identica, la resistencia litografica media a con aproximadamente 2,5 N/mm2 se encontraba solo ligeramente por debajo de los valores del ejemplo de acuerdo con la invencion. La conductividad termica A habfa subido a 0,09 W/mK. El contenido de cuarzo residual CR se encontraba en aproximadamente el 16 % en masa.

Claims

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

55

REIVINDICACIONES

1. Hormigon celular con una estructura de alma de sustancia solida, que rodea poros resultantes de una espuma o generados por un proceso de expansion, presentando el hormigon celular una resistencia litografica de 2,0 a 3,5 N/mm2, una conductividad termica de 0,075 a 0,1 W/mK as^ como una densidad aparente entre 300 y 400 kg/m3, caracterizado por que la estructura de alma de sustancia solida presenta mas del l0 y hasta el 20 % en masa de granos de cuarzo, de los cuales una parte es polvo de cuarzo con un diametro de grano medio (d50) de menos de 0,1 mm y una parte es arena de cuarzo con un diametro de grano medio (d50) de entre 0,4 y 0,6 mm.
2. Hormigon celular segun la reivindicacion 1, caracterizado por una resistencia litografica de al menos 2,5 N/mm2 y una conductividad termica de como maximo 0,08 W/mK.
3. Hormigon celular segun la reivindicacion 1 o 2, caracterizado por que la estructura de alma de sustancia solida presenta hasta el 15 % en masa de granos de cuarzo.
4. Hormigon celular segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que el polvo de cuarzo presenta un diametro de grano medio (d50) de menos de 0,005 mm.
5. Hormigon celular segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la arena de cuarzo presenta un diametro de grano medio (d50) de entre 0,45 y 0,55 mm.
6. Hormigon celular segun una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la estructura de alma de sustancia solida presenta entre el 45 y el 65 % en masa de tobermorita-11 A.
7. Procedimiento para la produccion de hormigon celular segun una de las reivindicaciones anteriores, con las siguientes etapas:

a) producir una mezcla acuosa, vertible de al menos un componente de CaO, al menos dos componentes de SO2 y al menos un agente de expansion,

b) verier la mezcla en un molde y expandir la mezcla para formar una torta solidificada de hormigon celular,

c) cortar la torta de hormigon celular en elementos de hormigon celular, y

d) tratar en autoclave los elementos de hormigon celular,

caracterizado por que la cantidad de los componentes de SiO2 esta seleccionada de manera que la estructura de alma de sustancia solida del hormigon celular presenta, despues de la etapa d), mas del 10 y hasta el 20 % en masa de granos de cuarzo, presentando los componentes de SiO2 al menos un polvo de cuarzo con un diametro de grano medio (d50) de menos de 0,1 mm y al menos una arena de cuarzo con un diametro de grano medio (d50) de entre 0,4 y 0,6 mm.
8. Procedimiento segun la reivindicacion 7, caracterizado por que en la etapa a) se genera una mezcla

del 10 al 20 % en masa, en particular del 14 al 16 % en masa, de cal,

del 20 al 30 % en masa, en particular del 24 al 26 % en masa, de cemento,

del 1 al 5 % en masa, en particular del 2 al 3 % en masa, de anhidrita,

del 20 al 40 % en masa, en particular del 24 al 28 % en masa, de polvo de cuarzo,

del 4 al 10 % en masa, en particular del 5 al 8 % en masa, de arena de cuarzo,

del 0 al 15 % en masa, en particular del 4 al 10 % en masa, de polvo de hormigon celular,

del 0 al 25 % en masa, en particular del 10 al 20 % en masa, de lodo recirculado,

del 0,05 al 2 % en masa de pasta de aluminio,

en cada caso con respecto a la mezcla seca.
9. Procedimiento segun la reivindicacion 7 u 8, caracterizado por que en la etapa a) se genera una mezcla con una relacion de agua-sustancia solida de 0,8 a 1,05, en particular de 0,9 a 1,0.
10. Procedimiento segun una de las reivindicaciones 7 a 9, caracterizado por que el tratamiento en autoclave en la etapa d) se realiza a de 10 a 14 barabs y a una temperatura de 180 a 195 °C, en particular de 185 a 190 °C, bajo condiciones de vapor saturado.