ES2745743T3

ES2745743T3 - Aglutinante hidráulico que comprende un acelerador, su utilización y procedimiento de preparación de un material de construcción

Info

Publication number: ES2745743T3
Application number: ES12731060T
Authority: ES
Inventors: Joumana Yammine; Charlotte Famy
Original assignee: Saint Gobain Weber SA
Current assignee: Saint Gobain Weber SA
Priority date: 2011-05-26
Filing date: 2012-05-24
Publication date: 2020-03-03
Anticipated expiration: 2032-05-24
Also published as: PT2714612T; EP2714612B1; WO2012160319A1; EP2714612A1

Abstract

Conglomerante hidráulico en forma pulverulenta constituido por un cemento, por al menos una sal de calcio soluble en agua y por al menos un compuesto de silicato elegido entre el silicato de sodio, el metasilicato de sodio, el silicato de potasio, el metasilicato de potasio, el silicato de litio, el metasilicato de litio y sus mezclas, - representando el compuesto de silicato del 0,1 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento, y - representando la sal de calcio del 0,1 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento.

Description

DESCRIPCIÓN

Aglutinante hidráulico que comprende un acelerador, su utilización y procedimiento de preparación de un material de construcción

La presente invención se refiere a un nuevo acelerador de fraguado de un cemento, a un conglomerante hidráulico que comprende un cemento y este acelerador, así como a los materiales de construcción obtenidos a partir de este conglomerante hidráulico, tales como un hormigón o un mortero o una pasta.

El cemento presenta la particularidad, cuando se mezcla con agua, de fraguar y endurecer -incluso bajo el agua- por procesos de disolución de los compuestos anhidros y de precipitación de hidratos. En presencia de agua, las partículas de cemento se disuelven superficialmente y liberan especies iónicas, que reaccionan entre sí para formar hidratos, particularmente hidratos de silicato y de calcio, que precipitan en la solución intersticial y provocan el endurecimiento del material. Más precisamente, se producen dos fenómenos sucesivos durante la evolución de la pasta de cemento: el fraguado y el endurecimiento.

A partir de la mezcla del cemento con el agua, denominada agua de amasado, las partículas anhidras del cemento se transforman en geles, luego en precipitados de microcristales hidratados cuya composición varía en función de las concentraciones de las especies químicas soltadas de nuevo por las partículas. Generalmente, de una a dos horas después del comienzo del amasado, se observa un aumento repentino de la viscosidad, acompañado por un desprendimiento de calor, que caracteriza el comienzo del fraguado. El espesamiento de la pasta está provocado por el aumento rápido de microcristales o precipitados de hidratos. Por lo tanto, el comienzo del fraguado se mide por el tiempo que transcurre entre el momento del amasado y el momento preciso en el que la pasta espesa y se hace más viscosa, al mismo tiempo que se calienta por liberación de energía. El final del fraguado corresponde al momento en el que la pasta deja de ser deformable y se transforma en un material rígido.

El endurecimiento viene a continuación del fenómeno de fraguado y corresponde al período durante el que continúa la hidratación. La resistencia del material, también reducida al final del fraguado, va a aumentar durante todo el endurecimiento, rápidamente al comienzo, luego cada vez más lentamente. La resistencia mecánica del material cementero sigue creciendo generalmente durante un período muy largo, pero el valor de la resistencia a 28 días mantiene un valor de referencia usual para los cementos Portland.

Los aceleradores de fraguado o endurecimiento pueden estar en forma de solución acuosa, suspensión acuosa o polvo. Sin embargo, en ciertas aplicaciones, y particularmente para los morteros de reparación o los productos vendidos en lotes secos, no es posible el empleo de un acelerador en forma líquida. El acelerador de la presente invención está en forma de polvo, de manera que se puede mezclar con el cemento en seco. No es necesario solubilizar el acelerador previamente en el agua, y no es necesario humedecer el cemento antes de añadir el acelerador. La preparación del mortero o el hormigón se encuentra considerablemente simplificada.

La aceleración del fraguado y/o el endurecimiento de un cemento se pueden obtener por diferentes medios, tales como un tratamiento térmico, la utilización de aceleradores químicos o una finura más grande del cemento. La aceleración química se puede realizar generalmente de dos maneras: por adición de compuestos químicos que reaccionan con las partículas de cemento, o por incorporación de gérmenes de cristalización en el cemento en el momento del amasado o la trituración del mismo.

El cloruro de calcio es conocido, por ejemplo, como acelerador de endurecimiento de los cementos Portland y los cementos compuestos. Se añade a razón del 2% con relación al peso del cemento y hasta el 3% para otros cementos de mezclas y conglomerantes puzolánicos. Otros aceleradores en forma de polvo que se disuelven en agua son: los carbonatos alcalinos y los carbonatos alcalinotérreos, tales como el carbonato de calcio (FR 2810314); los silicatos alcalinos como el silicato de sodio (US 2005/0268818), el silicato de potasio o el silicato de litio; los alumbres de potasio; los sulfatos alcalinos y los sulfatos alcalinotérreos; los nitratos alcalinos y los nitratos alcalinotérreos; los nitritos alcalinos y alcalinotérreos; las sales de hidróxidos alcalinos, alcalinotérreos y metálicos; las sales de cloruro, las sales de formiato de calcio y de aluminio; los tiocianatos alcalinos y alcalinotérreos; los sulfatos alcalinos, alcalinotérreos y metálicos; los sulfitos alcalinos, alcalinotérreos y metálicos. La utilización de un hidróxido de calcio de granulometría reducida como acelerador de fraguado se ha descrito, por ejemplo, en el documento WO 2006/111225.

El segundo tipo de acelerador está constituido por gérmenes de cristalización, como los gérmenes de silicatos de calcio hidratados (en abreviatura, C-S-H), que se mezclan con el cemento en el momento del amasado (FR 1213 645 y FR 1276696). Los gérmenes de cristalización desencadenan una precipitación cristalina: provocan y orientan las cristalizaciones de manera que aceleran el endurecimiento y aumentan las resistencias.

Se han propuesto varios modos de preparación de gérmenes de silicato de calcio. Así, un hidrato de silicato de calcio de densidad reducida que se puede añadir al cemento en forma de polvo se ha descrito en el documento US 2002/0166479. Unos gérmenes de silicatos de calcio hidratados de granulometría muy reducida se han propuesto igualmente en forma de suspensiones acuosas (FR 2 708 592 y WO2010/26155). Pero estos gérmenes son inestables, de manera que se hace necesario estabilizarlos con un polímero, lo que aumenta su coste. Por lo demás, los gérmenes de C-S-H fabricados ex situ están sometidos a problemas de carbonatación y pueden desintegrarse proporcionando un gel de sílice y de CaCO³debido a la carbonatación.

Una tercera manera de provocar la aceleración de un cemento ha sido propuesta recientemente por Parker et al. (US 2009/0277357) al hacer que estén presentes dos tipos de sílices divididas finamente y cal viva o hidratada, para formar gérmenes de cristalización en el sistema cementero durante el fraguado. Sin embargo, tal sistema no produce una aceleración suficiente de fraguado.

Por lo tanto, existe una necesidad de proponer un acelerador de fraguado de un cemento que provoque una aceleración del fraguado mejor que los aceleradores de la técnica anterior, que sea estable, en forma sólida y poco costoso.

Las alcanolaminas, los silicatos de sodio, la cal, los carbonatos y el aluminato de sodio ya se han utilizado como aceleradores de fraguado, particularmente en la solicitud FR 2091340.

La asociación de un silicato, tal como el metasilicato de sodio, y de una sal de calcio, tal como el cloruro de calcio o el hidróxido de calcio, ya se ha propuesto para promover la formación de silicatos de calcio hidratados o para acelerar el endurecimiento de fibras de lana de roca (FR 2559146 y US 2945769).

El documento US4482379A divulga un conglomerante hidráulico, para la cimentación de los pozos de petróleo, que comprende un cemento hidráulico, una sal de cloruro divalente, de yeso, un retardador de fraguado, de hidroxiletilcelulosa, un compuesto de metasilicato de sodio y la cal. El documento FR539577A divulga un conglomerante hidráulico que comprende un cemento, un compuesto de silicato y una sal de calcio. El documento US2336723A divulga un conglomerante hidráulico que comprende cemento, cloruro de calcio, silicato de sodio, tierra de diatomea y sulfato de aluminio y de potasio. El documento CA1084683A1 divulga un conglomerante hidráulico constituido por un cemento, cloruro de calcio y metasilicato de sodio.

En el alcance de la presente invención, se ha descubierto de manera sorprendente que la asociación de una sal de calcio y de un silicato en proporciones particulares provoca una aceleración sinérgica del fraguado del cemento, de manera que los efectos de la combinación de los dos compuestos son muy superiores a la simple suma de los efectos de cada uno de ellos tomados separadamente. Se ha descubierto además que, a contenidos de sal de calcio y de silicato más reducidos que los propuestos en la técnica anterior, se produce una mejora de las resistencias del cemento a corto plazo sin degradación de sus propiedades a largo plazo.

La presente invención se refiere a un conglomerante hidráulico en forma pulverulenta constituido por un cemento, por al menos una sal de calcio soluble en agua y por al menos un compuesto de silicato elegido entre el silicato de sodio, el metasilicato de sodio, el silicato de potasio, el metasilicato de potasio, el silicato de litio, el metasilicato de litio y sus mezclas.

La mezcla de compuesto de silicato y de sal de calcio según la invención se utiliza para acelerar el fraguado y/o el endurecimiento de un cemento.

El contenido de la sal de calcio puede ir del 0,1 al 3,5% en peso en seco, preferiblemente del 0,5 al 3,5% en peso en seco, por ejemplo del 1,5 al 3,5%, y más preferiblemente del 1,5 al 3,0% en peso en seco del peso del cemento. Cuando la sal de calcio es el cloruro de calcio, se prefiere que su contenido sea inferior al 0,6% en peso en seco del peso del cemento. En efecto, el cloruro de calcio presenta el inconveniente de ser higroscópico y provocar la corrosión de armaduras metálicas si está presente en cantidad demasiado grande en un hormigón o un mortero. Las expresiones de porcentajes en peso, tales como las que se utilizan en la presente solicitud, comprenden los límites, siendo «del x% al y%» equivalente a «que va del x% al y%». Según un modo de realización de la invención, cada uno de los intervalos de valores se puede expresar excluyendo sus límites.

El contenido del compuesto de silicato puede ir del 0,1 al 3,5% en peso en seco, preferiblemente del 0,5 al 3,5%, por ejemplo del 1,5 al 3,5%, y más preferiblemente del 1,5 al 3,0% en peso en seco del peso del cemento.

Cuando el conglomerante hidráulico contiene varios compuestos de silicato, la suma de los porcentajes de los compuestos de silicato corresponde a los porcentajes dados anteriormente con referencia a un solo compuesto de silicato. Asimismo, cuando el conglomerante hidráulico contiene varias sales de calcio, la suma de los porcentajes de las sales de calcio corresponde a los porcentajes dados anteriormente con referencia a una sola sal de calcio. Según uno de sus aspectos, la presente invención se refiere a un conglomerante hidráulico en forma pulverulenta que comprende o está constituido por un cemento, por al menos una sal de calcio soluble en agua y por al menos un compuesto de silicato elegido entre el silicato de sodio, el metasilicato de sodio, el silicato de potasio, el metasilicato de potasio, el silicato de litio, el metasilicato de litio y sus mezclas,

- representando el compuesto de silicato del 0,1 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento, y

- representando la sal de calcio del 0,1 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento.

La expresión «del 0,1 al 3,5% en peso», tal como se utiliza en el párrafo precedente, se entiende preferiblemente con límites incluidos, pero los límites pueden estar excluidos.

El término «que comprende» no tiene el mismo sentido que el término «constituido por». En el primer caso, el conglomerante hidráulico puede contener otros compuestos distintos al cemento, el compuesto de silicato y la sal de calcio. En el segundo caso, está excluida la presencia de otros compuestos en el conglomerante.

Los contenidos del compuesto de silicato y de la sal de calcio superiores al 3,5% en peso con relación al peso del cemento pueden provocar una disminución de comportamiento de la resistencia mecánica, particularmente a largo plazo. Las cantidades del compuesto de silicato y de la sal de calcio inferiores al 0,1% no permiten observar una aceleración suficiente de fraguado.

Según un modo de realización de la invención, el conglomerante está constituido por cemento, sal de calcio y silicato, en los contenidos descritos anteriormente, no siendo necesario ningún otro aditivo acelerador para obtener un tiempo de fraguado mejorado.

En la expresión «en peso en seco del peso del cemento», se calcula el porcentaje con relación al peso del cemento seco desprovisto de cualquier aditivo y de agua. La palabra cemento se utiliza en sentido estricto.

Sin que tenga relación con ninguna teoría, se piensa que la sal de calcio y la sal de silicato forman gérmenes de silicato de calcio hidratado (C-S-H) en la solución intersticial del cemento. El acelerador en forma de una mezcla de polvos añadido al cemento en seco antes del amasado, o en el agua de amasado, permite sintetizar in situ muy rápidamente gérmenes de silicatos de calcio hidratados que actúan como núcleos y como soporte de crecimiento para otros nuevos C-S-H formados, lo que acelera la germinación y la cinética de hidratación del cemento.

Uno de los dos polvos es una sal de calcio que aporta iones de calcio y el otro es un silicato que aporta especies silicatadas SiO(OH)³. Cuando estos dos polvos se mezclan simultáneamente en una premezcla de materiales pulverulentos cementeros constituyendo una formulación de mortero, se producen probablemente durante el amasado de los hidratos puros de tipo C-S-H in situ en la matriz cementera. La solubilización rápida de estos polvos en el medio básico de la solución intersticial del cemento permite tener una nucleación rápida de C-S-H. La nucleación mejora también la cinética de desarrollo de las propiedades mecánicas finales del material hidratado endurecido que se obtiene del cemento. En un cemento clásico, el hidróxido de calcio se libera en cantidad suficiente de 6 a 8 horas después del comienzo de la reacción del agua sobre las fases C³S del cemento y participa en la reacción puzolánica. En el alcance de la presente invención, el hidróxido de calcio está disponible mucho más pronto gracias a la incorporación de una sal de calcio, de manera que los gérmenes de C-S-H se forman más rápidamente.

El término «acelerador de fraguado» en el sentido de la invención cubre un compuesto que mejora el fraguado y/o el endurecimiento de un cemento, y que está constituido por la mezcla de al menos dos compuestos sólidos.

La sal de calcio es ventajosamente soluble en agua y se disuelve rápidamente en agua. Se entiende por disolución rápida, la disolución en agua de al menos un 90% en peso del compuesto de calcio introducido en una concentración de 2 g/l, a una temperatura de 20°C, con una duración de menos de 30 minutos, preferiblemente de menos de 10 minutos, más preferiblemente de menos de 5 minutos, sin agitación. La disolución completa de la sal de calcio se puede constatar por medidas de conductimetría de la solución acuosa.

La sal de calcio se puede elegir entre las sales orgánicas de ácidos carboxílicos de calcio, tales como el formiato de calcio, el acetato de calcio, el citrato de calcio, el lactato de calcio, el gluconato de calcio, el tartrato de calcio, el oxalato de calcio, el propionato de calcio, el estearato de calcio; las sales inorgánicas de calcio, tales como el cloruro de calcio, el bromuro de calcio, el fluoruro de calcio, el ioduro de calcio, el clorato de calcio, el iodato de calcio, el fosfato de calcio, el nitrato de calcio, el nitrito de calcio, el hipocloruro de calcio, el bicarbonato de calcio, el sulfuro de calcio, el óxido de calcio, el hidróxido de calcio y sus mezclas.

La sal de calcio se puede elegir entre el formiato de calcio, el acetato de calcio, el citrato de calcio, el lactato de calcio, el gluconato de calcio, el tartrato de calcio, el oxalato de calcio, el propionato de calcio, el estearato de calcio, el bromuro de calcio, el fluoruro de calcio, el ioduro de calcio, el clorato de calcio, el iodato de calcio, el fosfato de calcio, el nitrato de calcio, el nitrito de calcio, el hipocloruro de calcio, el bicarbonato de calcio, el sulfuro de calcio, el óxido de calcio, el hidróxido de calcio y sus mezclas.

Según otro de sus aspectos, la invención se refiere a un conglomerante hidráulico en forma pulverulenta que comprende un cemento, al menos una sal de calcio soluble en agua y al menos un compuesto de silicato,

- eligiéndose la sal de calcio entre el formiato de calcio, el acetato de calcio, el citrato de calcio, el lactato de calcio, el gluconato de calcio, el tartrato de calcio, el oxalato de calcio, el propionato de calcio, el estearato de calcio, el bromuro de calcio, el fluoruro de calcio, el ioduro de calcio, el clorato de calcio, el iodato de calcio, el fosfato de calcio, el nitrato de calcio, el nitrito de calcio, el hipocloruro de calcio, el bicarbonato de calcio, el sulfuro de calcio, el óxido de calcio, el hidróxido de calcio y sus mezclas,

- eligiéndose el compuesto de silicato entre el silicato de sodio, el metasilicato de sodio, el silicato de potasio, el metasilicato de potasio, el silicato de litio, el metasilicato de litio y sus mezclas,

- representando el compuesto de silicato del 2 al 5% en peso en seco del peso del cemento, y

- representando la sal de calcio del 2 al 7% en peso en seco del peso del cemento.

Se prefiere el hidróxido de calcio como sal de calcio.

Las características descritas con relación al primer aspecto de la invención se aplican a este segundo aspecto. En el alcance de la presente invención, se prefiere el nitrato de calcio o el hidróxido de calcio como sal de calcio. La granulometría de la sal de calcio está comprendida ventajosamente entre 20 y 1.000 micrómetros.

El compuesto de silicato se puede elegir entre el silicato de sodio (o silicato de sosa), el metasilicato de sodio, el silicato de potasio, el metasilicato de potasio, el silicato de litio, el metasilicato de litio y sus mezclas. Su granulometría está comprendida ventajosamente entre 20 y 1.000 micrómetros.

Se distinguen los silicatos de los metasilicatos de sodio por su contenido de Na²O: el silicato de sodio contiene hasta el 35% de Na²O, mientras que el metasilicato de sodio contiene aproximadamente el 50% de Na²O.

El compuesto de silicato se puede elegir entre las referencias comerciales Fischer Scientific, Cupanon® TR y Cupanon® Di de la sociedad Van Baerle, y SS® 22 de la sociedad PQ Corporation.

Según un modo de realización, la sal de calcio es el hidróxido de calcio, y el compuesto de silicato es el silicato de sodio o el metasilicato de sodio.

La cantidad de acelerador, que corresponde a la suma de las cantidades de silicato y sal de calcio, se elegirá en función de la temperatura a la que se desea realizar el amasado, del nivel de resistencia o velocidad de fraguado deseada, y del tipo de cemento utilizado.

La relación másica entre la sal de calcio y el compuesto de silicato está comprendida preferiblemente entre 0,2 y 2. Según un modo de puesta en práctica, la relación másica entre el hidróxido de calcio y el silicato está comprendida ventajosamente entre 0,2 y 2, preferiblemente entre 1,1 y 1,8. La relación másica entre el cloruro de calcio y el silicato está comprendida ventajosamente entre 0,4 y 2. Por último, la relación másica entre el nitrato de calcio y el silicato alcalino está comprendida ventajosamente entre 0,4 y 2.

Se entiende por «cemento» en el sentido de la invención, un cemento elegido entre los cementos Portland, los cementos Portland de mezcla, los cementos aluminosos, los cementos sulfoaluminosos, los cementos rápidos naturales, los cementos magnesianos, una puzolana, o una mezcla binaria, ternaria o cuaternaria que comprende uno de estos tipos diferentes de cementos.

Según la norma EN 197-1, un cemento compuesto comprende un cemento Portland y uno o varios materiales alternativos, tales como una ceniza volante silicosa y cálcica, una escoria de alto horno, una puzolana natural, sintética calcinada, un humo de sílice, un relleno calcáreo o una pizarra calcinada, o un metacaolín.

Las puzolanas son compuestos del tipo aluminosilicatos o silíceos o calcio aluminosilicatos como las arcillas calcinadas, las puzolanas naturales o sintéticas calcinadas, las cenizas volcánicas naturales o calcinadas, los caolines, los metacaolines, las cenizas volantes de centrales térmicas, las cenizas volantes de biomasa, los humos de sílice, las harinas de cuarzo, las cenizas de cáscara de arroz, las escorias de altos hornos, los compuestos totalmente amorfos como los vidrios sodocálcicos triturados con alto contenido de sílice, los polvos de vidrio, las cenizas volcánicas naturales o calcinadas.

El cemento según la invención comprende ventajosamente un cemento Portland o un cemento de mezcla.

Por «cemento Portland o cemento de mezcla», se designa indiferentemente cualquier cemento definido según la norma EN 197-1:2000. Todas las combinaciones de cementos citadas en la norma EN 197-1:2000 son posibles igualmente para preparar el cemento de la invención. Preferiblemente, el cemento Portland se selecciona entre al menos uno de los cementos siguientes: un cemento Portland CEM I 52.5 N y R (norma EN 197-1:2000), un cemento Portland CEM I 42.5 N y R (norma EN 197-1:2000), un cemento Portland CEM I 32.5 N y R, y un cemento de mezcla de tipo CEM II, III, IV o V.

El cemento de alto horno consiste generalmente en una mezcla del 36 al 95% en peso de escorias granuladas de altos hornos trituradas con clínker de cemento Portland: se identifica con la denominación de cemento de clase CEM III/A-B-C.

El cemento según la invención tiene preferiblemente un tamaño de partícula inferior a 100 pm. Su D50 (tamaño máximo del 50% en volumen de las partículas de cemento) es inferior a 50 pm, preferiblemente a 30 pm y, de manera más privilegiada, del orden de 5 a 20 |jm. El cemento según la invención puede tener una densidad absoluta superior o igual a 2,6 g/cm3 y, generalmente, una densidad absoluta inferior o igual a 3,2 g/cm3

El fraguado del cemento de la invención provocado por el acelerador descrito más arriba es exotérmico. Por lo tanto, el tiempo de comienzo del fraguado se puede determinar por calorimetría isotérmica. La curva de calorimetría isotérmica proporciona el flujo de calor desprendido por la reacción exotérmica de hidratación del cemento. Cuanto más importantes son la cinética de la reacción y el calor desprendido, más se activa el cemento. En un diagrama de calorimetría isotérmica, el comienzo del fraguado se traducirá en un mínimo de la curva hacia 1-2 horas, y el efecto de un acelerador de fraguado tendrá por resultado el traslado de la curva hacia un tiempo más corto, mientras que el efecto de un acelerador de endurecimiento se traducirá independientemente del valor de esta abscisa, por un aumento de la pendiente de la curva después del comienzo del fraguado.

Un segundo objeto de la invención se refiere a un material de construcción obtenido a partir del cemento descrito anteriormente, tal como un hormigón, un mortero, un mortero premezclado, un elemento prefabricado, un ladrillo, una placa, un bloque o un panel de revestimiento. Los hormigones, los morteros, los morteros premezclados, tales como los adhesivos para embaldosar, o los elementos de construcción, obtenidos a partir del cemento de la invención tienen un tiempo de fraguado más corto.

El cemento según la invención se puede utilizar ventajosamente, por ejemplo, en las aplicaciones siguientes: los hormigones disponibles para su empleo, los hormigones normales, los hormigones de alto comportamiento, las colas de embaldosado, los enlucidos de alisado y revoque, los enlucidos monocapa, los enlucidos de revestimiento, las colas y los enlucidos para aislantes complejos, los morteros de reparación, los enlucidos de fachada, los revestimientos de estanqueidad, las capas protectoras, los enlosados para suelo y los elementos prefabricados (como un perpiaño o una placa).

La invención tiene por objetivo, en particular, morteros u hormigones obtenidos con el cemento descrito anteriormente, cuya resistencia a compresión es del orden de 8 y 18 MPa a 48 horas para un cemento Portland CEM I 42.5, respectivamente, del tipo Normal y Reactivo; y de 18 y 28 MPa a 48 horas para un cemento Portland CEM I 52.5, respectivamente, del tipo Normal y Reactivo, medidas según la norma EN 196-1. La invención tiene por objetivo otros tipos de aplicaciones como las colas de embaldosado, cuyos valores de resistencia a la adherencia están comprendidos entre 0,5 y 1 MPa.

Los conglomerantes hidráulicos según la invención pueden también ser incorporados ventajosamente en cualquier tipo de mortero premezclado, tales como morteros de fijación y, más particularmente, morteros de mampostería, morteros encolados, adhesivos y, más particularmente, adhesivos para embaldosar o baldosas de cerámica.

El conglomerante hidráulico según la presente invención se mezcla con arena, gravilla, grava, polímeros y/u otros aditivos orgánicos, que permiten igualmente preparar morteros encolados y adhesivos para encolar los materiales de construcción del edificio. Por su parte, el mortero de montaje, adición de uno o varios conglomerantes según la invención, granulados, aditivos y/o potenciadores, se utiliza para el ensamblaje de elementos de albañilería. Se puede destinar a la aplicación en juntas gruesas o delgadas. Los morteros u hormigones premezclados según la invención pueden ser igualmente morteros u hormigones para capas protectoras, y más generalmente cualquier tipo de mortero para suelo que integre particularmente enlucidos de alisado. Se puede tratar igualmente de enlucidos del tipo de hormigón proyectado. Los morteros u hormigones premezclados según la invención pueden ser también morteros de reparación que tienen una función importante para los distintos trabajos. Permiten la entrega en estado de hormigón o su reemplazo parcial. Se citan, por ejemplo, los morteros de inyección que son fluidos destinados a los rellenos de fisuras o cavidades. Estos últimos se aplican generalmente por inyección a presión. Los morteros u hormigones premezclados según la invención pueden ser ventajosamente morteros de fachada, tales como morteros de revoque, de subenlucido, monocapa, morteros de paramentos orgánicos y composiciones de impermeabilización y estanqueidad. Los morteros de revoque según la invención se utilizan ventajosamente para el acabado de un elemento de soporte (muro, suelo, techo, etc.) a fin de obtener una superficie plana y lisa.

Los morteros de subenlucido según la invención permiten ventajosamente realizar al menos una capa intermedia de un sistema de enlucido “multicapa”.

Los morteros monocapa se aplican en una capa que puede cumplir las funciones de impermeabilización y decoración. Los morteros de impermeabilización y estanqueidad según la presente invención se caracterizan por su resistencia al agua de lluvia, lo que hace de ellos unos productos excelentes de protección contra las inclemencias del tiempo, siendo por lo tanto los morteros de elección para su aplicación sobre las fachadas de edificios. Los morteros premezclados según la invención pueden ser igualmente cualquier tipo de enlucido, así como revestimientos de argamasa, para un trabajo de interior o de exterior.

Típicamente, los hormigones o morteros premezclados según la invención están disponibles para su empleo y se utilizan ventajosamente para recubrir las fachadas, a fin de conseguir la colocación de elementos prefabricados, de embaldosados o, también, de paneles de revestimiento, y de manera general para construir y mantener cualquier tipo de trabajo en el edificio. Los paneles o planchas de revestimiento según la invención tendrán idealmente un espesor de 3 a 25 mm. Preferiblemente, se podrán fabricar por una mezcla del conglomerante hidráulico de la invención con granulados, cargas u otros, seguida de una etapa de endurecimiento, además de una etapa de recorte.

El acelerador o el conglomerante hidráulico según la invención se puede utilizar para la realización de elementos prefabricados y para los hormigones realizados en obra. Se puede utilizar igualmente para el endurecimiento de suspensiones de cemento utilizadas en la estanqueidad y la estabilización de rocas, suelos desagregados y terrenos. El acelerador se puede utilizar en un procedimiento de proyección en seco o de proyección húmeda de un mortero o un hormigón.

Las composiciones de hormigón o mortero según la invención pueden comprender igualmente potenciadores tales como plastificantes o superplastificantes, por ejemplo productos a base de ácidos policarboxílicos y preferiblemente éteres policarboxílicos, lignosulfonatos, polinaftalenos sulfonatos, superplastificantes a base de melaminas, poliacrilatos y/o copolímeros vinílicos, típicamente en contenidos inferiores o iguales al 5% en peso total del peso en seco del cemento. Pueden comprender igualmente polímeros tales como éteres de celulosa.

Asimismo, los materiales de construcción que contienen el cemento según la invención pueden comprender agentes antiespumantes, surfactantes, agentes hidrófobos, agentes tensioactivos, plastificantes o superplastificantes, retenedores de agua, arrastradores de aire, agentes superficiales y/o inhibidores de corrosión, típicamente en contenidos inferiores o iguales al 5% en peso total del material de construcción, particularmente un hormigón o un mortero.

La presente invención tiene por tercer objeto un procedimiento de preparación de un material de construcción tal como se ha descrito anteriormente, que consiste en: 1) mezclar en seco el cemento, la sal de calcio, el compuesto de silicato, y finalmente granulados y potenciadores, y en 2) hidratar el cemento añadiendo agua de amasado. Los granulados añadidos a la mezcla dependen de la naturaleza del material que se desea obtener. Generalmente, se trata de gravas, gravillas, arenas de naturaleza dolomítica o calcárea o silicosa o silicocalcárea de granulometrías diferentes.

El nuevo agente acelerador según la invención se puede utilizar en condiciones habituales de temperatura y presión (una temperatura que no excede los 100°C, muy a menudo inferior a 70°C, del orden de 20-30°C, y una presión del orden de magnitud de la presión atmosférica).

La relación másica entre el peso de agua de amasado y el peso en seco de cemento está comprendida en general entre 0,30 y 0,50, en función de la aplicación del hormigón o el mortero. Para ciertos materiales del tipo de morteros monocapa, la relación entre el agua de amasado y el cemento es aproximadamente de 1,8.

Según un modo de preparación, se amasa el cemento y el acelerador que se han mezclado previamente en la central de hormigón. El acelerador se puede añadir también al nivel del camión hormigonera antes de la salida o en el camino, o incluso en obra, justo antes del vaciado del hormigón. El acelerador se añade preferiblemente al cemento en seco antes del amasado.

La invención se refiere igualmente a la utilización del compuesto de silicato y la sal de calcio descrita anteriormente como acelerador de fraguado de un cemento, o como acelerador de fraguado y endurecimiento de un cemento. La invención se refiere igualmente a la utilización de la mezcla aceleradora para la aceleración de fraguado y, finalmente, de endurecimiento de un mortero o un hormigón.

El acelerador se puede añadir al cemento, al mortero o al hormigón, seco o amasado, en fábrica o bien en obra. La aportación se puede efectuar en el mezclador, la bomba de alimentación, el conducto de alimentación, la boquilla de prehumidificación, la boquilla de proyección del mortero o el hormigón. El acelerador se puede añadir también directamente en la mezcla seca mediante un mezclador. Generalmente, durante esta utilización, el contenido de acelerador con relación al cemento es al menos el 1% en peso en seco con relación al peso del cemento.

Por último, la invención se refiere a un acelerador de fraguado que contiene un silicato y una sal de calcio que permite acelerar el fraguado de un cemento de tal manera que el tiempo de fraguado es como máximo 11 horas, preferiblemente como máximo 10 horas, comprendido preferiblemente entre 6 y 10 horas. El tiempo de fraguado se puede medir por un método de calorimetría isotérmica que proporciona la medida del calor desprendido por el material en el transcurso del tiempo, correspondiendo el tiempo cero a la adición de agua de amasado. El tiempo de fraguado corresponde, por ejemplo, al punto de inflexión de la curva que representa el calor desprendido por cantidad de pasta cementera hidratada (J/g de pasta), en función del tiempo.

El fraguado del cemento de la invención se puede acelerar además por una aportación externa de calor (por ejemplo secando en estufa a alta temperatura en el caso de hormigones prefabricados).

La presente invención y sus ventajas se ilustran en los ejemplos que siguen.

Ejemplo 1: aceleración de fraguado de un cemento

a) Preparación del conglomerante

Se prepara un cemento mezclando en una amasadora

- en peso de un cemento Portland (CEM I) de referencia Ciment Ultracem CEM I 52.5N CE CP2 NF, suministrado por la sociedad Calcia, de d50=20 pm y finura Blaine igual a 3.590 cm2/g, y

- un 30% en peso de polvo de vidrio sodocálcico, comercializado por la sociedad Poraver bajo el nombre comercial Mikrover®, de d50=20 pm.

La amasadora utilizada es una Heidolph equipada con un variador de velocidad y una pala de rotación.

A continuación, se mezcla en seco en un bol una cantidad de 100 g de cemento de mezcla, preparada anteriormente, con la mezcla aceleradora de la invención o uno solo de los compuestos de la mezcla, de manera que se obtiene una buena homogeneidad de los polvos. La cantidad y la composición de la mezcla aceleradora o del compuesto se detallan en las tablas 1 y 2 siguientes. El porcentaje del acelerador o el compuesto es en masa con relación a la masa de cemento preparada anteriormente.

El tiempo de fraguado de la referencia corresponde al tiempo de fraguado del cemento de mezcla preparado anteriormente al que no se ha añadido ningún acelerador.

A continuación, se añaden 40 g de agua a la mezcla de polvos, experimentando el conjunto una mezcla a una velocidad de rotación de 300 vueltas/min durante 30 segundos, el tiempo para obtener una pasta homogénea, luego, a una velocidad de rotación de 2.050 vueltas/min durante 1 min 30 s para amasar la pasta.

b) Medición del tiempo de fraguado

La pasta obtenida se introduce en una ampolla sellada herméticamente. Esta última se introduce en un calorímetro isotérmico TAM Air, regulado a 20°C, dotado de una ampolla de referencia sellada herméticamente que contiene agua únicamente. La masa de agua contenida en la ampolla de referencia se obtiene por un cálculo que toma en consideración el equilibrio de las entalpias relacionadas con las reacciones exotérmicas de la mezcla cementera. La introducción de la ampolla en el calorímetro isotérmico puede engendrar una pérdida de equilibrio térmico y energético del calorímetro, lo que engendra un primer pico en el momento de la introducción de la ampolla y que representa un artefacto de medición.

Tabla 1

1 El humo de sílice utilizado está disponible en el comercio gracias a la sociedad Elkem: su d50 es inferior a 5 micrómetros y su finura Blaine está comprendida entre 10.000 y 35.000 cm2/g.

Tabla 2

El gráfico de calorimetría reproducido en la figura 2 permite determinar el tiempo de fraguado que corresponde al punto de inflexión de la curva de calor (en Julios con relación a la masa de pasta).

Se observa que la adición simultánea de silicato de sodio (Na²SiO³) y de sal de calcio rápidamente soluble contribuye mucho a la aceleración de la difusión y la hidratación del cemento. En efecto, la adición combinada de un compuesto de silicato con una sal de calcio en los ejemplos 1A, 1B, 1C y 1D proporciona un tiempo de fraguado más corto que la adición de uno de los compuestos solo según los ejemplos comparativos A, B, C y D. Por lo tanto, se tiene un efecto sinérgico resultante de la mezcla combinada de los dos compuestos.

Otra fuente de silicato no conforme con el silicato de la invención, tal como un humo de sílice en combinación con una sal de calcio soluble, no permite obtener un efecto acelerador tan elevado como el obtenido con el silicato de la invención (véanse los ejemplos comparativos E, F y G).

Las curvas de flujo de calor (W/g de pasta) del cemento solo (Referencia) y del cemento al que se ha añadido la mezcla aceleradora compuesta por silicato de sodio y cal (ejemplos 1A y 1B) están representadas en la figura 1. Las curvas de calor desprendido (J/g de pasta) del cemento solo (Referencia) y del cemento al que se ha añadido la mezcla aceleradora compuesta por silicato de sodio y cal (ejemplos 1A y 1B) están representadas en la figura 2. En las figuras 1 y 2:

- la composición que contiene un 30% de Mikrover y un 70% de cemento Portland (Referencia) está representada por un trazo liso;

- la composición que contiene un 30% de Mikrover, un 70% de cemento Portland con la mezcla de aceleradores 1,5% de Ca(OH)²+ 1,5% de Na²SiO³(ejemplo 1A) está representada por «□»;

- la composición que contiene un 30% de Mikrover, un 70% de cemento Portland con la mezcla de aceleradores 3% de Ca(OH)²+ 3% de Na²SiO³(ejemplo 1B) está representada por «A».

Ejemplo 2: morteros

a) Preparación de morteros

Se prepara un mortero constituido por 2/3 de arena normalizada EN 196-1 (d50=0,08 - 2 mm) y por 1/3 del conglomerante hidráulico obtenido con el cemento descrito en el ejemplo 1, según el protocolo de dicho ejemplo 1, haciendo variar la composición del acelerador utilizado. La composición de los aceleradores que se han utilizado se da a conocer en las tablas 3 y 4.

La arena normalizada se añade a la mezcla pulverulenta del cemento y el acelerador a razón de 450 g de cemento para 1.350 g de arena normalizada Leucate (EN-196-1). La mezcla de polvos se amasa con un aparato Rayneri equipado con un batidor de acero inoxidable que tiene las dimensiones, así como las velocidades (pequeñas con rotación de 140 min’1 y grandes con rotaciones de 285 min’1) normalizadas.

El conjunto de materiales pulverulentos se mezcla en el estado seco durante 15 segundos. A continuación, se añaden 225 ml de agua durante el amasado para obtener una relación másica de agua/cemento = 0,5. Se mezcla todo a la velocidad pequeña durante 30 segundos, luego a velocidad grande durante 60 segundos.

b) Ensayos de resistencia a compresión

Se efectúan ensayos de resistencia a compresión, según la norma EN-196-1, en estos morteros.

Después del amasado mecánico, los morteros se colocan con un aparato de choque (mesa) en moldes que contienen tres compartimentos horizontales que permiten la preparación simultánea de tres piezas de ensayo prismáticas de sección transversal de 40 x 40 x 160 mm.

Las piezas de ensayo se conservan durante 24 horas en atmósfera húmeda (humedad relativa superior al 90%), luego se desmoldean y, a continuación, se conservan en bolsas de plástico herméticamente selladas (y no en agua, contrariamente a las especificaciones de la norma).

Después de 1 día y 2 días de maduración, las piezas de ensayo se someten al ensayo de flexión/compresión sobre una prensa hidráulica normalizada según la norma EN-196-1. La máquina de ensayo suministra un aumento de carga de 50 N/s ± 10 N/s por flexión y 2.400 N/s ± 200 N/s por compresión. La máquina de ensayo proporciona un valor de resistencia con un error de precisión inferior o igual a ± 1,0% de la carga registrada.

Se rompe la pieza de ensayo en dos mitades por flexión (2 rodillos de apoyo, separación de 100 mm, un rodillo de carga), y el ensayo de compresión se realiza en cada mitad.

Los valores de las resistencias a compresión medidas para cada uno de los morteros preparados anteriormente después de 1 día y después de 2 días de maduración se dan a conocer en las tablas 3, 4 y 5.

El testigo corresponde al mortero al que no se ha añadido ningún acelerador.

Tabla 3

Muestra

Testigo

Comp. 1

Comp. 2

Comp. 3

Comp. 4

Comp. 5 Compuestos añadidos (% másico)

Resistencia mecánica de compresión (MPa)

1 día 12,2

13,0

15,6

18,9

19,2

18,3 2 días 19,3

20,6

19,9

21,1

22,1

23,5 7 días 26,0

31,0

27,9

28,6

28,4 14 días 31,4

35,8

28,3

30,8

31,1

31,2 56 días 41,9

43,7

35,1

38,9

39,2

39,1

Los ensayos realizados a título comparativo y reagrupados en la tabla 3 muestran que la adición de sales de calcio, tales como la cal con el silicato de sodio en contenidos superiores al 3%, permite obtener muy buenas resistencias mecánicas a corto plazo, pero se degradan a largo plazo (56 días).

Tabla 4

Muestra

Comp. 6

Comp. 7

Comp. 8

Comp. 9

Ej. 2A Compuestos añadidos (% másico)

Resistencia mecánica de compresión (MPa)

7 días 30,5

29,7

28,6

26,0 14 días 38,7

37,4

35,7

31,2 56 días 53,4

50,9

52,0

46,4

42,7

En la tabla 4, los ejemplos comparativos 6, 7, 8 y 9 muestran que la adición simultánea de humo de sílice con el nitrato de calcio engendra una degradación de las resistencias mecánicas a corto plazo (1 y 2 días) con relación al testigo, contrariamente a la muestra Ej. 2A según la invención. Se plantea la cinética de disolución más lenta del humo de sílice en comparación con la del silicato de sodio. La aportación tardía de especies silicatadas a largo plazo, en combinación con los iones de calcio disponibles, se traduce en una ganancia mecánica a largo plazo, pero insuficiente a corto plazo.

Sin embargo, la muestra Ej. 2A según la presente invención no presenta degradación de las resistencias mecánicas a largo plazo en comparación con la fórmula testigo (véase la tabla 3).

Tabla 5

En la tabla 5, el ejemplo comparativo Comp. 12 muestra que la adición de humo de sílice a la cal engendra una ganancia mecánica a corto plazo, pero se mantiene menor que en el Ej. 2B con la adición de silicato de sodio combinado con la cal.

Tabla 6

Los ejemplos según la presente invención (combinación del silicato de sodio con una sal de calcio) muestran un efecto sinérgico con relación a la adición de un solo compuesto en las mismas proporciones másicas a 1 y a 2 días e igualmente un mantenimiento, incluso una mejora de los comportamientos mecánicos a largo plazo (56 días) con relación a la muestra testigo.

Las muestras ensayadas conforme a la presente invención permiten tener a la vez buenos comportamientos a corto plazo (1 o 2 días) y a más largo plazo (56 días).

Ejemplo 3: aceleración de cementos de mezcla

Se prepara un cemento mezclando un 70% en peso de un cemento Portland (CEM I) y un 30% en peso de una carga que se hace variar.

Se añade al cemento de mezcla preparado anteriormente un 1,5% en peso de Ca(OH⁾²y un 1,5% en peso de Na²SiO³con relación a la masa de cemento.

Se añade a continuación agua al conglomerante hidráulico seco constituido por la mezcla pulverulenta cementoacelerador en una proporción másica de agua/cemento=0,4 en las condiciones descritas en el ejemplo 1.

La escoria es tal que su d50=30 pm y su finura Blaine es igual a 4.500 cm2/g.

Tabla 6

La combinación de un compuesto de silicato particular y de cal reduce el tiempo de fraguado, cualquiera que sea el tipo de carga añadida al cemento (cuarzo fino, relleno calcáreo o escoria) y cualquiera que sea la tasa de sustitución del cemento Portland Ultracem para una escoria al 30%, 50%, 70% y 80%.

Las curvas de flujo de calor (W/g de pasta) del cemento solo (ejemplo comparativo 3C) y del cemento al que se ha añadido la mezcla aceleradora compuesta por silicato y cal (ejemplo 3C) están representadas en la figura 3.

Las curvas de calor desprendido (J/g de pasta) del cemento solo (ejemplo comparativo 3C) y del cemento al que se ha añadido la mezcla aceleradora compuesta por silicato y cal (ejemplo 3C) están representadas en la figura 4. En las figuras 3 y 4:

- las curvas correspondientes al cemento que contiene un 30% de escoria y un 70% de cemento Portland, sin acelerador, están representadas por «+»;

- las curvas correspondientes al cemento que contiene un 30% de escoria y un 70% de cemento Portland, con un acelerador según la invención, están representadas por «o».

El tiempo de fraguado se mide en el punto de inflexión de la curva de desprendimiento de calor en la figura 4.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Conglomerante hidráulico en forma pulverulenta constituido por un cemento, por al menos una sal de calcio soluble en agua y por al menos un compuesto de silicato elegido entre el silicato de sodio, el metasilicato de sodio, el silicato de potasio, el metasilicato de potasio, el silicato de litio, el metasilicato de litio y sus mezclas,

2. Conglomerante hidráulico según la reivindicación 1, caracterizado por que la sal de calcio se elige entre el formiato de calcio, el acetato de calcio, el citrato de calcio, el lactato de calcio, el gluconato de calcio, el tartrato de calcio, el oxalato de calcio, el propionato de calcio, el estearato de calcio, el cloruro de calcio, el bromuro de calcio, el fluoruro de calcio, el ioduro de calcio, el clorato de calcio, el iodato de calcio, el fosfato de calcio, el nitrato de calcio, el nitrito de calcio, el hipocloruro de calcio, el bicarbonato de calcio, el sulfuro de calcio, el óxido de calcio, el hidróxido de calcio y sus mezclas.

3. Conglomerante hidráulico según la reivindicación 1 o 2, caracterizado por que la sal de calcio se elige entre el hidróxido de calcio, el nitrato de calcio y sus mezclas.

4. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la sal de calcio es el hidróxido de calcio y el compuesto de silicato es el silicato de sodio o el metasilicato de sodio.

5. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la relación másica entre la sal de calcio y el compuesto de silicato está comprendida preferiblemente entre 0,2 y 2.

6. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la granulometría de la sal de calcio está comprendida ventajosamente entre 20 y 1.000 micrómetros.

7. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la granulometría del compuesto de silicato está comprendida entre 20 y 1.000 micrómetros.

8. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el compuesto de silicato representa del 1,5 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento.

9. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la sal de calcio representa del 1,5 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento.

10. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que la sal de calcio representa del 1,5 al 3,0% en peso en seco del peso del cemento y que el compuesto de silicato representa del 1,5 al 3,0% en peso en seco del peso del cemento.

11. Conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que el cemento se elige entre los cementos Portland, los cementos Portland de mezcla, los cementos aluminosos, los cementos sulfoaluminosos, los cementos rápidos naturales, los cementos magnesianos, una puzolana, o una mezcla binaria, ternaria o cuaternaria que comprende uno de estos tipos diferentes de cementos.

12. Utilización del conglomerante hidráulico de la reivindicación 1 para la preparación de un material de construcción.

13. Material de construcción que incluye un conglomerante hidráulico según una de las reivindicaciones 1 a 11, tal como un hormigón, un mortero, un mortero premezclado, un enlucido, una cola, un elemento prefabricado, un ladrillo, una placa, un bloque o un panel de revestimiento.

14. Procedimiento de preparación de un material de construcción según la reivindicación 13, que comprende - la mezcla en seco del cemento, del compuesto de silicato elegido entre el silicato de sodio, el metasilicato de sodio, el silicato de potasio, el metasilicato de potasio, el silicato de litio, el metasilicato de litio y sus mezclas, y de la sal de calcio soluble en agua, representando el compuesto de silicato del 0,1 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento, y representando la sal de calcio del 0,1 al 3,5% en peso en seco del peso del cemento, luego

- la adición de agua de amasado en una proporción másica comprendida entre 0,30 y 1,8 con relación al peso en seco de la mezcla de cemento, de compuesto de silicato y de sal de calcio.