ES2785204T3 - Procedimiento para la producción de hormigón - Google Patents

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Robert Niven
George Sean Monkman
Dean Paul Forgeron
Kevin Cail
Joshua Jeremy Brown
Paul J Sandberg
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Abstract

Un procedimiento para producir una mezcla de cemento carbonatado en una operación de mezcla en un aparato de mezcla de cemento que comprende: (i) poner en contacto una mezcla de cemento que comprende aglutinante de cemento y agua en una mezcladora con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla de cemento, donde la mezcla se expone a una dosis de dióxido de carbono de 0,01 a 1,5 % en peso de cemento (epc) y donde: - el dióxido de carbono está en forma líquida y se entrega a la mezcla de cemento de manera que forme una mezcla de dióxido de carbono sólido y gaseoso; - la mezcla de cemento comprende cemento Portland; - la duración del flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento es menor o igual a 5 minutos; y - el dióxido de carbono se entrega a la superficie de la mezcla de cemento en una mezcladora que está abierta a la atmósfera.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la producción de hormigón
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Las mezclas de cemento, como las mezclas de hormigón, se usan en una multitud de composiciones y procedimientos en todo el mundo. Además, los gases de efecto invernadero como el dióxido de carbono son una preocupación creciente en todo el mundo. Existe la necesidad de procedimientos y composiciones para poner en contacto mezclas de cemento con dióxido de carbono y de mezclas de cemento que contengan dióxido de carbono incorporado y productos de carbonatación.
US 4069063 describe un procedimiento para fabricar artículos cementosos donde el dióxido de carbono gaseoso se pone en contacto con una suspensión de cemento para controlar las características de fluidez de la suspensión y retrasar el fraguado del cemento. WO 2014/121198, que se publicó después de la fecha de prioridad de la presente solicitud, describe un aparato para aplicar dióxido de carbono a materiales de hormigón.
RESUMEN DE LA INVENCIÓN
En un aspecto, la invención proporciona procedimientos. La invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento carbonatado en una operación de mezcla en un aparato de mezcla de cemento que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento que comprende aglutinante de cemento y agua en una mezcladora con dióxido de carbono mientras la mezcla de cemento se mezcla, donde la mezcla es expuesta a una dosis de dióxido de carbono de 0,01 a 1,5 % en peso de cemento (epc) y donde:
- el dióxido de carbono está en forma líquida y se entrega a la mezcla de cemento de manera que forme una mezcla de dióxido de carbono sólido y gaseoso;
- la mezcla de cemento comprende cemento Portland;
- la duración del flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento es menor o igual a 5 minutos; y
- el dióxido de carbono se entrega a la superficie de la mezcla de cemento en una mezcladora que está abierta a la atmósfera.
El procedimiento de la invención puede comprender además (ii) controlar una característica del aglutinante de cemento, la mezcla de cemento, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento o la mezcladora, o un componente del aparato de mezcla de cemento; y (iii) modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla de cemento, o una combinación de los mismos según la característica monitoreada en la etapa (ii). En ciertas realizaciones, la característica monitoreada en la etapa (ii) comprende al menos uno de: (a) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) carbono contenido de dióxido de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) reología de la mezcla de cemento, (h) contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) pH de la mezcla de cemento; por ejemplo, el contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, tal como donde la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono se modula cuando el contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases alcanza un valor umbral, o cuando la tasa de cambio del contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases alcanza un valor umbral. En ciertas realizaciones, la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono se modula cuando la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento alcanza un valor umbral. En ciertas realizaciones, se monitorea una pluralidad de características en la etapa (ii), que comprende al menos dos de (a) masa de aglutinante de cemento añadido a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en la vecindad del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) reología de la mezcla de cemento, (h) contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) pH de la mezcla de cemento. En ciertas realizaciones, la característica adicional (otra) de la operación de mezcla comprende (a) si se agrega o no un aditivo a la mezcla de cemento, (b) tipo de aditivo agregado a la mezcla de cemento, (c) momento de adición del aditivo a la mezcla de cemento, (d) cantidad de aditivo agregada a la mezcla de cemento, (e) cantidad de agua agregada a la mezcla de cemento, (f) momento de adición de agua a la mezcla de cemento, (g) enfriamiento de la mezcla de cemento durante o después de la adición de dióxido de carbono, o una combinación de los mismos. En ciertas realizaciones, la característica es monitoreada por uno o más sensores que transmiten información sobre la característica a un controlador que procesa la información y determina si se requiere una modulación de la exposición al dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla y, de ser así, transmite una señal a uno o más actuadores para llevar a cabo la modulación de la exposición al dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla. El controlador puede, por ejemplo, almacenar y procesar la información obtenida con respecto a la característica monitoreada en la etapa (ii) para un primer lote de mezcla de cemento y ajustar las condiciones para un segundo lote de mezcla de cemento posterior basado en el procesamiento. En ciertas realizaciones, el controlador, uno o más sensores, uno o más actuadores, o una combinación de los mismos, transmite información sobre las características monitoreadas y las condiciones moduladas a un controlador central que recibe información de una pluralidad de controladores, sensores, actuadores o una combinación de los mismos, de una pluralidad de operaciones de mezcla separadas. En ciertas realizaciones, la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono se modula de tal manera que se logra una eficiencia de carbonatación de al menos 60 %, donde la eficiencia de la carbonatación es la cantidad de dióxido de carbono retenido en la mezcla de cemento por cantidad total de dióxido de carbono al que se expone la mezcla de cemento durante la mezcla.
El aparato se describe en esta invención. Un aparato para carbonatar una mezcla de cemento puede comprender un aglutinante y agregado de cemento en un aparato de mezcla de cemento durante una operación de mezcla, que comprende (i) una mezcladora para mezclar la mezcla de cemento; (ii) un sistema para poner en contacto la mezcla de cemento en la mezcladora con dióxido de carbono conectado operativamente a la mezcladora y que comprende un actuador para modular un flujo de dióxido de carbono a la mezcladora; (iii) un sensor posicionado y configurado para monitorear una característica de la operación de mezcla; y transmitir información sobre la característica a un controlador; (iv) el controlador, donde el controlador está configurado para procesar la información y determinar si o no y/o en qué grado modular el flujo de dióxido de carbono a la mezcladora y transmitir una señal al actuador para modular el flujo de carbono dióxido a la mezcladora. En ciertos aspectos, la característica de la operación de mezcla comprende una característica del aglutinante de cemento, la mezcla de cemento, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento o la mezcladora, o un componente del aparato de mezcla de cemento. En ciertos aspectos, la característica monitoreada por el sensor comprende al menos uno de: (a) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) reología de la mezcla de cemento, (h) contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) pH de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, la característica monitoreada por el sensor comprende el contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora. En ciertos aspectos, la característica monitoreada por el sensor comprende la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, el aparato comprende una pluralidad de sensores configurados para monitorear al menos dos características que comprenden (i) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (ii) ubicación del aglutinante de cemento en la mezcladora, (iii) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (iv) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases que sale de la mezcladora, (v) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades de la mezcladora, (vi) temperatura de mezcla de cemento o un componente en contacto con la mezcla de cemento, (vii) reología de la mezcla de cemento, (viii) contenido de humedad de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, el aparato comprende además un actuador configurado para modular una característica adicional de la operación de mezcla, donde el actuador está conectado operativamente al controlador y donde el controlador está configurado para enviar una señal al actuador para modular la característica adicional basada en el procesamiento de información de uno o más sensores, como un actuador configurado para modular la adición de aditivo a la mezcla de cemento, el tipo de aditivo agregado a la mezcla de cemento, el momento de la adición de aditivo a la mezcla de cemento, la cantidad de aditivo agregado a la mezcla de cemento, cantidad de agua agregada a la mezcla de cemento, momento de adición de agua a la mezcla de cemento o enfriamiento de la mezcla de cemento durante o después de la adición de dióxido de carbono. En ciertos aspectos, el controlador está configurado para almacenar y procesar la información obtenida con respecto a la característica monitoreada por el sensor para un primer lote de mezcla de cemento y para ajustar las condiciones para un segundo lote de mezcla de cemento posterior basado en el procesamiento para optimizar uno o más aspectos de la operación de mezcla. El controlador se puede configurar además para recibir y procesar información sobre una o más características de la mezcla de cemento medida después de que la mezcla de cemento abandone la mezcladora, y para transmitir señales a uno o más actuadores configurados para ajustar las condiciones para el segundo lote de mezcla de cemento basado en el procesamiento para modular el contacto con el dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla. En ciertos aspectos, el controlador, sensor, actuador o combinación de los mismos, está configurado para transmitir información sobre las características monitoreadas y las condiciones moduladas a un controlador central que está configurado para recibir información de una pluralidad de controladores, sensores, actuadores o una combinación de los mismos, cada uno de los cuales transmite información desde una operación de mezcla separada al controlador central. El controlador central puede configurarse para procesar la información recibida de la pluralidad de controladores, sensores, actuadores o una combinación de los mismos y procesa la información para modular una o más de la pluralidad de operaciones de mezcla. En ciertos aspectos, el procesador está configurado para controlar el actuador de modo que la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono se module de tal manera que se logre una eficiencia de carbonatación de al menos 60 %, donde la eficiencia de la carbonatación es la cantidad de dióxido de carbono retenido en la mezcla de cemento por la cantidad total de dióxido de carbono al que se expone la mezcla de cemento durante la mezcla.
En esta invención se describe un controlador para controlar una operación de mezcla de cemento que comprende la carbonatación de la mezcla de cemento en una mezcladora exponiendo la mezcla de cemento a dióxido de carbono. El controlador puede comprender (i) un puerto de entrada para recibir una señal de un sensor que controla una característica de la operación de mezcla de cemento; (ii) un procesador para procesar la señal del sensor y formular una señal de salida para modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o para modular una característica de la mezcla de cemento; y (iii) un puerto de salida para transmitir la señal de salida a un actuador que modula la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o que modula una característica de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, el puerto de entrada está configurado para recibir una pluralidad de señales de una pluralidad de sensores, y el procesador está configurado para procesar la pluralidad de señales y formular una señal de salida para modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o para modular una característica de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, el procesador está configurado para formular una pluralidad de señales de salida para modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o para modular una característica de la mezcla de cemento y el puerto de salida está configurado para transmitir la pluralidad de señales.
En esta invención se describe una red que comprende (i) una pluralidad de operaciones de mezcla de cemento separadas espacialmente, cada una de las cuales comprende al menos un sensor para monitorear al menos una característica de su operación, conectada operativamente a (ii) una unidad central de procesamiento, a la cual cada sensor envía su información y que almacena y/o procesa la información. En ciertos aspectos, la red comprende al menos una operación de mezcla en la que la mezcla de cemento es carbonatada.
Los aspectos y ventajas adicionales de la presente descripción serán fácilmente evidentes para los expertos en esta técnica a partir de la siguiente descripción detallada.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Las características novedosas de la invención se exponen con particularidad en las reivindicaciones adjuntas. Se obtendrá una mejor comprensión de las características y ventajas de esta invención haciendo referencia a la siguiente descripción detallada que expone realizaciones ilustrativas, en las que se utilizan los principios de la invención, y los dibujos adjuntos de los cuales:
La figura 1 proporciona una vista esquemática de una mezcladora estacionaria con un aparato para proporcionar dióxido de carbono a una mezcla de cemento hidráulico durante la mezcla.
La figura 2 proporciona una vista esquemática de una mezcladora móvil (camión de mezcla preparada) provisto de un sistema de suministro de dióxido de carbono desmontable para suministrar dióxido de carbono al hormigón que se mezcla.
La figura 3 proporciona una vista esquemática de una mezcladora móvil (camión de mezcla preparada) provisto de un sistema de suministro de dióxido de carbono adjunto para entregar dióxido de carbono al hormigón que se mezcla.
La figura 4 muestra resistencias a la compresión a los 7 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a varias dosis.
La figura 5 muestra resistencias a la compresión a los 7 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a varias dosis y con diversos contenidos de agua.
La figura 6 muestra resistencias a la compresión a los 7 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a varias dosis.
La figura 7 muestra resistencias a la compresión a los 14 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a varias dosis.
La figura 8 muestra resistencias a la compresión a los 28 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a varias dosis.
La figura 9 muestra resistencias a la compresión de hormigón a los 7, 14 y 28 días preparadas a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono con dos contenidos de agua diferentes.
La figura 10 muestra resistencias a la compresión de hormigón a los 7 y 28 días preparadas a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a dos dosis diferentes y dos contenidos de agua diferentes.
La figura 11 muestra resistencias a la compresión a los 7 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a dos dosis diferentes y mayor contenido de agua.
La figura 12 muestra resistencias a la compresión a los 7 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a dos dosis diferentes y mayor contenido de agua.
La figura 13 muestra resistencias a la compresión a los 7 días de hormigón preparado a partir de mezclas húmedas expuestas al dióxido de carbono a dos dosis diferentes y mayor contenido de agua.
La figura 14 muestra asentamiento de mezclas húmedas de hormigón expuestas al dióxido de carbono a dos dosis diferentes y cinco contenidos de agua diferentes.
La figura 15 proporciona una ilustración gráfica del asentamiento en varios momentos después de la llegada del camión para lotes de hormigón carbonatado preparados en una operación de mezcla preparada.
La figura 16 proporciona una ilustración gráfica del desarrollo de la resistencia a la compresión en hormigón carbonatado preparado en una operación de mezcla preparada, en comparación con el hormigón de control no carbonatado, a los 3, 7, 28 y 56 días.
La figura 17 proporciona una ilustración gráfica de A) Pruebas rápidas de penetración de cloruro y B) Pruebas de resistencia a la flexión en hormigón carbonatado preparado en una operación de mezcla preparada en comparación con hormigón de control no carbonatado.
La figura 18 proporciona una ilustración gráfica de resistencias a la compresión a los 1, 7, 28 y 56 días para hormigones preparados en una operación de mezcla preparada con 0, 0,5 o 1,0 % epc de dióxido de carbono suministrado al hormigón.
La figura 19 proporciona una ilustración gráfica de resistencias a la compresión a los 1, 7, 28 y 56 días para hormigones preparados en una operación de mezcla preparada con 0, 1,0 o 1,5 % epc de dióxido de carbono suministrado al hormigón y 0,05 % de aditivo de gluconato de sodio agregado al lote del 1,5 %.
La figura 20 proporciona una ilustración gráfica de la masa del cilindro para cilindros de volumen constante (densidad), una representación de la resistencia a la compresión, en hormigón fraguado seco preparado como no carbonatado o carbonatado durante 1 o 2 minutos, con la adición de aditivo de gluconato de sodio a varias concentraciones.
La figura 21 proporciona una ilustración gráfica de la masa del cilindro para cilindros de volumen constante (densidad), una representación de la resistencia a la compresión, en hormigón fraguado en seco preparado como no carbonatado o carbonatado durante 90s a 50 LPM con la adición de aditivo de gluconato de sodio a 0,24, 0,30, 0,36, o 0,42 % epc.
La figura 22 proporciona una ilustración gráfica de la masa del cilindro para cilindros de volumen constante (densidad), una representación de la resistencia a la compresión, en hormigón fraguado seco preparado como no carbonatado o carbonatado durante 90s a 50 LPM con la adición de aditivo de gluconato de sodio a 0,30 o 0,42 % epc.
La figura 23 proporciona una ilustración gráfica de la masa del cilindro para cilindros de volumen constante (densidad), una representación de la resistencia a la compresión, en hormigón fraguado seco preparado como no carbonatado o carbonatado durante 90s a 50 LPM con la adición de aditivo de gluconato de sodio a 0,30 o 0,42 % epc. Todas las muestras incluyeron aditivos Rainbloc y Procast, con una muestra de 0,30 % con Procast agregado después del suministro de dióxido de carbono.
La figura 24 proporciona una ilustración gráfica del asentamiento, en relación con el control no tratado, en mezclas de mortero carbonatado tratadas con glucoheptonato de sodio, fructosa o gluconato de sodio a diversas concentraciones.
La figura 25 proporciona una ilustración gráfica de los efectos sobre el asentamiento de fructosa o gluconato de sodio agregado a una mezcla de mortero antes, a mitad o después de la carbonatación.
La figura 26 proporciona una ilustración gráfica de los efectos sobre la resistencia a la compresión de 24 horas, en comparación con el control no carbonatado, de una preparación de mortero carbonatada en la que se agregó gluconato de sodio antes o después de la carbonatación a dosis de 0, 0,025, 0,05 y 0,75 %.
La figura 27 proporciona una ilustración gráfica de los efectos de la temperatura de los materiales sobre la tasa de absorción de dióxido de carbono en una mezcla de mortero. Las temperaturas fueron de 7 °C, 15 °C y 25 °C. La figura 28 proporciona una ilustración gráfica de los efectos de gases calientes o fríos, o hielo seco, sobre la absorción de dióxido de carbono en un sistema de pasta de cemento.
La figura 29 proporciona una ilustración gráfica de los efectos de plastificantes e hidróxido de calcio sobre la resistencia a la compresión durante 24 horas en mezclas de mortero carbonatadas y no carbonatadas.
La figura 30 proporciona una ilustración gráfica de los efectos de CaO, NaOH, Ca(NO2)2 y CaCl2 con resistencia a la compresión de 24 horas en mezcla de mortero carbonatado y no carbonatado.
La figura 31 proporciona una ilustración gráfica del efecto de la adición de dióxido de carbono antes o después de la adición de un aireador sobre la densidad del mortero.
Las figuras 32a y 32b proporcionan una tabla que muestra los resultados de las pruebas de absorción de dióxido de carbono, resistencia a la compresión, absorción de agua y densidad para bloques producidos en una operación de fraguado en seco prefabricada con carbonatación en la mezcladora, caja de alimentación, o ambas, en una mezcla de bloques estándar.
La figura 33 es una ilustración gráfica de los efectos de la dosis de gluconato de sodio en resistencias a la compresión a los 7, 28 y 56 días de bloques carbonatados producidos en una operación de fraguado en seco, con varias dosis de gluconato de sodio, en comparación con el control no carbonatado.
Las figuras 34a y 34b proporcionan una tabla que muestra los resultados de las pruebas de absorción de dióxido de carbono, resistencia a la compresión, absorción de agua y densidad para bloques producidos en una operación de fraguado en seco prefabricada con carbonatación en la mezcladora en una mezcla para bloques de piedra caliza.
Las figuras 35a y 35b proporcionan una tabla que muestra los resultados de las pruebas de absorción de dióxido de carbono, resistencia a la compresión, absorción de agua y densidad para bloques producidos en una operación de fraguado en seco prefabricada con carbonatación en la mezcladora en una mezcla para bloques livianos. La figura 36 proporciona una ilustración gráfica de las resistencias a la compresión a los 7, 28 y 56 días de bloques ligeros producidos en una operación de fraguado en seco con carbonatación y varias dosis de gluconato de sodio. Las figuras 37a y 37b proporcionan una tabla que muestra los resultados de las pruebas de absorción de dióxido de carbono, resistencia a la compresión, absorción de agua y densidad para bloques producidos en una operación de fraguado en seco prefabricada con carbonatación en la mezcladora en una mezcla para bloques de arenisca. La figura 38 proporciona una ilustración gráfica de las resistencias a la compresión a los 7, 28 y 56 días de los bloques de arenisca producidos en una operación de fraguado en seco con carbonatación y varias dosis de gluconato de sodio.
La figura 39 proporciona una ilustración gráfica de la relación entre la dosis óptima de gluconato de sodio y el contenido de cemento en bloques fraguados en seco carbonatados.
La figura 40 proporciona una ilustración gráfica de la resistencia a la compresión y la densidad de bloques de peso medio prefabricados carbonatados y no carbonatados, con o sin tratamiento con gluconato de sodio al 0,25 %. La figura 41 proporciona una tabla de resultados de pruebas de terceros de bloques de peso medio producidos en una operación de prefabricado como gluconato de sodio sin carbonatar, carbonatado y carbonatado 0,25 %, como resistencia, absorción y contracción.
La figura 42 proporciona una ilustración gráfica del efecto del tipo de cemento sobre la absorción de dióxido de carbono en una mezcla de mortero.
La figura 43 proporciona una ilustración gráfica de los efectos de la temperatura de los materiales sobre el asentamiento, en relación con el control, en mezclas de mortero carbonatado. Las temperaturas fueron de 7 °C, 15 °C y 25 °C.
La figura 44 proporciona una ilustración gráfica del efecto de la proporción a/c (agua/cemento) sobre la absorción de dióxido de carbono en una mezcla de mortero.
La figura 45 proporciona una ilustración gráfica del efecto de la proporción a/c sobre la absorción de dióxido de carbono en una mezcla de mortero.
La figura 46 proporciona una ilustración gráfica del efecto de la proporción a/c sobre la absorción de dióxido de carbono en una mezcla de hormigón.
La figura 47 proporciona una ilustración gráfica de la relación entre la absorción de dióxido de carbono y el aumento de temperatura en una mezcla de mortero a varias a/c.
La figura 48 proporciona una ilustración gráfica de la relación entre la absorción de dióxido de carbono y el aumento de la temperatura en mezclas de mortero preparadas a partir de cementos de Holcim GU, Lafarge Quebec y Lehigh, con una a/c de 0,5.
La figura 49 proporciona una ilustración gráfica de los efectos del gluconato de sodio al 0, 0,1 % o 0,2 %, agregado después de la carbonatación a una mezcla de hormigón en el asentamiento a los 1, 10 y 20 minutos.
La figura 50 proporciona una ilustración gráfica de los efectos de la fructosa en el asentamiento inicial de la mezcla de hormigón carbonatado.
La figura 51 proporciona una ilustración gráfica de los efectos de la fructosa en la resistencia a la compresión a las 24 horas y 7 días en una mezcla de hormigón carbonatado.
La figura 52 proporciona una ilustración gráfica de la proporción entre la resistencia a la compresión del área superficial a las 24 horas de morteros carbonatados producidos con diferentes cementos.
La figura 53 proporciona una ilustración gráfica de la dosificación de dióxido de carbono (línea superior), la absorción de dióxido de carbono (segunda línea desde la parte superior) y el dióxido de carbono detectado en dos sensores (dos líneas inferiores) en una operación de mezcla prefabricada donde el flujo de dióxido de carbono se ajustó según el dióxido de carbono detectado por los sensores.
La figura 54 muestra curvas de calorimetría isotérmica en mortero preparado con cemento Holcium GU carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 55 muestra la evolución total del calor en varios instantes en mortero preparado con cemento Holcium GU carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 56 muestra fraguado, como se representa por las lecturas del penetrómetro, en mortero preparado con cemento Holcium GU carbonatado a un bajo nivel de carbonatación.
La figura 57 muestra curvas de calorimetría isotérmica en mortero preparado con cemento Lafarge Brookfield GU carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 58 muestra resistencias a la compresión de 8 y 24 horas en mortero preparado con cemento GU Lafarge Brookfield carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 59 muestra curvas de calorimetría isotérmica en hormigón preparado con cemento GU Lafarge Brookfield carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 60 muestra curvas de energía calorimétrica en hormigón preparado con cemento GU Lafarge Brookfield carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 61 muestra resistencias a la compresión de 8 horas y 12 horas en hormigón preparado con cemento GU Lafarge Brookfield carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 62 muestra fraguado, representado por lecturas de penetrómetro, en mortero preparado con cemento Lafarge Brookfield GU carbonatado a un bajo nivel de carbonatación.
La figura 63 muestra resistencias a la compresión de 8 horas y 12 horas en hormigón preparado con cemento GU de St. Mary's Bowmanville carbonatado a bajos niveles de carbonatación.
La figura 64 muestra resistencias a la compresión de 12 horas de hormigón carbonatado a varias dosis bajas de carbonatación.
La figura 65 muestra resistencias a la compresión de 16 horas de hormigón carbonatado a varias dosis bajas de carbonatación.
La figura 66 muestra resistencias a la compresión de 24 horas de hormigón carbonatado a varias dosis bajas de carbonatación.
La figura 67 muestra resistencias a la compresión a los 7 días de hormigón carbonatado a varias dosis bajas de carbonatación.
La figura 68 muestra absorción de dióxido de carbono de hormigón de mezcla seca a varias dosis de gluconato de sodio.
La figura 69 muestra masa de cilindro compactado (una representación de la densidad) relacionada con la dosis de gluconato de sodio en hormigón de mezcla seca carbonatada y no carbonatada.
La figura 70 muestra los datos de la figura 69 normalizados al control
La figura 71 muestra energía liberada a 6 horas relacionada con la dosis de gluconato de sodio en hormigón de mezcla seca carbonatada y no carbonatada.
La figura 72 muestra los datos de la figura 71 normalizados al control
La figura 73 muestra las tasas de absorción de CO2 en morteros preparados con CaO, NaOH o CaCl2 añadidos, o sin aditivo.
La figura 74 muestra un resumen de los datos de calorimetría para morteros preparados con y sin CaO agregado y expuestos a dióxido de carbono durante varios períodos de tiempo mientras se mezclan, así como la absorción de dióxido de carbono.
La figura 75 muestra una comparación relativa de la energía liberada por las mezclas de mortero sin CaO agregado sometido a carbonatación, en comparación con el control no carbonatado
La figura 76 muestra una comparación relativa de la energía liberada por mezclas de mortero dopadas con CaO expuestas a dióxido de carbono varias veces, en comparación con mezclas de mortero sin CaO agregado expuestas a dióxido de carbono durante los mismos períodos de tiempo.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
I. Introducción
La invención proporciona procedimientos para la producción de materiales que comprenden un aglutinante de cemento. "Mezcla de cemento", como se usa ese término en esta invención, incluye una mezcla de un aglutinante de cemento, por ejemplo, un cemento hidráulico, tal como un cemento Portland, y agua; en algunos casos, "mezcla de cemento" incluye un aglutinante de cemento mezclado con agregado, tal como un mortero (también denominado lechada, dependiendo de la consistencia), en el cual el agregado es agregado fino; o "hormigón", que incluye un agregado grueso. El aglutinante de cemento comprende un cemento hidráulico y proporciona minerales, por ejemplo, compuestos de calcio, magnesio, sodio y/o potasio como CaO, MgO, Na2O y/o K2O que reaccionan con dióxido de carbono para producir productos estables o metaestables que contienen dióxido de carbono, por ejemplo, carbonato de calcio. Un ejemplo de cemento hidráulico utilizado en la invención es el cemento Portland. La invención proporciona procedimientos para la producción de una mezcla de cemento (hormigón) que contiene cemento Portland, tratado con dióxido de carbono. Como se usa en esta invención, el término "dióxido de carbono" se refiere al dióxido de carbono en un estado gaseoso, sólido, líquido o supercrítico donde el dióxido de carbono está en una concentración mayor que su concentración en la atmósfera; se apreciará que, en condiciones normales en la producción de mezclas de cemento (mezclas de hormigón), la mezcla está expuesta al aire atmosférico, que contiene pequeñas cantidades de dióxido de carbono. Esta invención está dirigida a la producción de mezclas de cemento que están expuestas a dióxido de carbono a una concentración superior a las concentraciones atmosféricas.
Las operaciones de mezcla de cemento se realizan comúnmente para proporcionar mezclas de cemento (hormigón) para su uso en una variedad de aplicaciones, la más común de las cuales es como material de construcción. Dichas operaciones incluyen operaciones de prefabricado, en las que se forma una estructura de hormigón en un molde a partir de la mezcla de cemento y se somete a cierto grado de endurecimiento antes del transporte y uso en un lugar separado del lugar de la mezcla, y operaciones de mezcla preparada, en las que los ingredientes de hormigón se suministran en un lugar y generalmente se mezclan en una mezcladora transportable, como el tambor de un camión de mezcla preparada, y se transporta a un segundo lugar, donde se usa la mezcla húmeda, típicamente vertiéndola o bombeándola en un molde temporal. Las operaciones de prefabricado pueden ser una operación de fraguado en seco o una operación de fraguado húmedo, mientras que las operaciones de mezcla preparada son fraguado húmedo. Cualquier otra operación en la que se produzca una mezcla de hormigón en una mezcladora y se exponga a dióxido de carbono durante la mezcla también está sujeta a los procedimientos de la invención.
Sin estar limitado por la teoría, cuando la mezcla de cemento (hormigón) se expone a dióxido de carbono, el dióxido de carbono se disuelve primero en el agua de la mezcla y a continuación forma especies intermedias, antes de precipitar como una especie estable o metaestable, por ejemplo, carbonato de calcio. A medida que las especies de carbonato se eliminan de la solución, se puede disolver más dióxido de carbono en el agua. En ciertas realizaciones, el agua de la mezcla contiene dióxido de carbono antes de la exposición al aglutinante de cemento. Todos estos procedimientos están abarcados por el término "carbonatación" de la mezcla de cemento, de la forma que ese término se usa en esta invención.
II. Componentes de la invención
En ciertas realizaciones, la invención proporciona procedimientos para preparar una mezcla que contiene cemento, poniendo en contacto una mezcla de un aglutinante de cemento y agua, y, opcionalmente, otros componentes tales como agregado (una "mezcla de cemento" u "hormigón" o un " mezcla de cemento hidráulico") con dióxido de carbono durante alguna parte del proceso de mezclado de la mezcla de cemento.
Se utiliza un cemento hidráulico. El término "cemento hidráulico", como se usa en esta invención, incluye una composición que fragua y endurece después de combinarse con agua o una solución donde el disolvente es agua, por ejemplo, una solución de aditivo. Después del endurecimiento, las composiciones retienen resistencia y estabilidad incluso bajo el agua. Una característica importante es que los hidratos formados a partir de los constituyentes del cemento al reaccionar con el agua son esencialmente insolubles en agua. El cemento hidráulico más utilizado se basa en el cemento Portland. El cemento Portland es hecho principalmente de piedra caliza, ciertos minerales arcillosos y yeso, en un procedimiento de alta temperatura que elimina el dióxido de carbono y combina químicamente los ingredientes primarios en nuevos compuestos. El cemento hidráulico en la mezcla de cemento hidráulico está parcial o completamente compuesto de cemento Portland.
Una "mezcla de cemento hidráulico", como se usa ese término en esta invención, incluye una mezcla que contiene al menos un cemento hidráulico y agua. Pueden estar presentes componentes adicionales, tales como agregados, aditivos y similares. En ciertas realizaciones, la mezcla de cemento hidráulico es una mezcla de hormigón, es decir, una mezcla de cemento hidráulico que comprende cemento Portland, agua y agregado, que opcionalmente también incluye un aditivo.
Los procedimientos en ciertas realizaciones se caracterizan por poner en contacto dióxido de carbono con aglutinante de cemento húmedo (cemento hidráulico), en una mezcladora en cualquier etapa de la mezcla, tal como durante la mezcla del cemento con agua, o durante la mezcla del cemento humedecido con otros materiales, o ambos. El cemento incluye o es sustancialmente todo el cemento Portland, como se entiende ese término en la técnica. El cemento puede combinarse en la mezcladora con otros materiales, como agregados, para formar una mezcla de agregado-cemento, como mortero u hormigón. El dióxido de carbono se puede agregar antes, durante o después de la adición de otros materiales además del cemento y el agua. Además, o alternativamente, en ciertas realizaciones, el agua misma puede estar carbonatada, es decir, contener dióxido de carbono disuelto.
En ciertas realizaciones, el contacto del dióxido de carbono con la mezcla de cemento hidráulico puede producirse cuando se ha agregado parte de, pero no toda el agua, o cuando se ha agregado parte de, pero no todo el cemento, o ambos. Por ejemplo, en una realización, se agrega una primera parte alícuota de agua a la mezcla de cemento o agregado de cemento, para producir una mezcla de cemento o agregado de cemento que contiene agua en una cierta proporción de agua/cemento (a/c) o intervalo de proporciones a/c. En algunos casos, uno o más componentes de la mezcla de cemento hidráulico, como el agregado, pueden estar lo suficientemente húmedos como para suministrar suficiente agua para que la mezcla pueda ponerse en contacto con dióxido de carbono. Simultáneamente con o después de la adición del agua, se introduce dióxido de carbono en la mezcla, mientras la mezcla es mezclada en una mezcladora.
El dióxido de carbono se encuentra en forma líquida y se entrega al cemento o mezcla de cemento (hormigón), por ejemplo, de tal manera que forme una mezcla de dióxido de carbono gaseoso y sólido; la corriente de dióxido de carbono líquido se puede ajustar, por ejemplo, mediante la selección del caudal y/u orificio para lograr una proporción deseada de dióxido de carbono gaseoso a sólido, tal como una proporción de aproximadamente 1:1, o dentro de un intervalo de relaciones. El dióxido de carbono también puede ser de cualquier pureza adecuada para el contacto con el cemento hidráulico o la mezcla de cemento (hormigón) durante el mezclado bajo las condiciones de contacto especificadas para formar productos de reacción. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono es más de 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95 o 99 % puro. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono es más del 95 % puro. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono es más del 99 % puro. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono es 20-100 % puro, o 30-100 % puro, o 40-100 % puro, o 50-100 % puro, o 60-100 % puro, o 70-100 % puro, o 80-100 % puro, o 90-100 % puro, o 95-100 % puro, o 98-100 % puro, o 99-100 % puro. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono es 70-100 % puro. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono es 90-100 % puro. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono es 95-100 % puro. Las impurezas en el dióxido de carbono pueden ser impurezas que no interfieran sustancialmente con la reacción del dióxido de carbono con la mezcla de cemento hidráulico húmedo. Las fuentes comerciales de dióxido de carbono de pureza adecuada son bien conocidas.
El dióxido de carbono se pone en contacto con la mezcla de cemento hidráulico durante la mezcla por cualquier ruta adecuada, como sobre una parte o la totalidad de la superficie de la mezcla de cemento hidráulico que se está mezclando.
El dióxido de carbono se pone en contacto con la mezcla de cemento hidráulico durante la mezcla por contacto con la superficie de la mezcla de cemento hidráulico se está mezclando. Sin estar obligado por la teoría, se cree que el dióxido de carbono en contacto con la superficie de la mezcla de cemento hidráulico se disuelve y/o reacciona en el agua, y a continuación se subsume debajo de la superficie mediante el procedimiento de mezcla, que a continuación expone diferentes mezclas de cemento a ponerse en contacto y que este procedimiento continúe mientras el cemento hidráulico humedecido esté expuesto al dióxido de carbono. Se apreciará que el procedimiento de disolución y/o reacción puede continuar después de detener el flujo de dióxido de carbono, ya que el dióxido de carbono probablemente permanecerá en la mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico. El dióxido de carbono líquido se usa para producir dióxido de carbono sólido y gaseoso, y el dióxido de carbono sólido se sublimará y continuará entregando dióxido de carbono gaseoso a la mezcla de cemento hidráulico después de que el flujo de dióxido de carbono líquido haya cesado. Esto es particularmente útil en las operaciones de camiones de mezcla preparada, donde puede haber tiempo insuficiente en la instalación de procesamiento por lotes para permitir la absorción de la cantidad deseada de dióxido de carbono; el uso de dióxido de carbono líquido que se convierte en dióxido de carbono sólido y gaseoso permite que se entregue más dióxido de carbono a la mezcla incluso después de que el camión abandona la instalación de procesamiento por lotes.
En las realizaciones en las que el dióxido de carbono se pone en contacto con la superficie de la mezcla de cemento hidráulico, el flujo de dióxido de carbono puede dirigirse desde una abertura o una pluralidad de aberturas (por ejemplo, abertura de colector o conducto) que está al menos a 5, 10, 30, 50, 80, 100 o más de 100 cm de la superficie de la mezcla de cemento hidráulico durante el flujo de dióxido de carbono, en promedio, dado que la superficie de la mezcla se moverá durante la mezcla.
El dióxido de carbono puede ponerse en contacto con la mezcla de cemento hidráulico de modo que esté presente durante la mezcla mediante cualquier sistema o aparato adecuado. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono líquido se suministra a través de uno o más conductos que contienen una o más aberturas posicionadas para suministrar el dióxido de carbono a la superficie de la mezcla de cemento hidráulico durante la mezcla. El conducto y la abertura pueden ser tan simples como un tubo, por ejemplo, un tubo flexible con un extremo abierto. El conducto puede ser lo suficientemente flexible como para permitir el movimiento de varios componentes del aparato de mezcla de cemento hidráulico, la abertura del conducto y similares, y/o lo suficientemente flexible como para agregarse a un sistema existente como una modificación. Por otro lado, el conducto puede ser suficientemente rígido, o atado, o ambos, para asegurar que no interfiera con ninguna parte móvil del aparato mezclador de cemento hidráulico. En ciertas realizaciones, parte del conducto puede usarse para suministrar otros ingredientes a la mezcla de cemento, por ejemplo, agua, y configurarse de manera que el otro ingrediente o dióxido de carbono fluya a través del conducto, por ejemplo, por medio de una unión T.
En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono sale del conducto o conductos a través de uno o más colectores que comprenden una pluralidad de aberturas. La abertura o aberturas pueden situarse para reducir o eliminar la obstrucción de la abertura con la mezcla de cemento hidráulico. El colector generalmente está conectado a través del conducto a al menos una válvula de suministro de fluido (gas o líquido), que gobierna el flujo de fluido presurizado entre una fuente de dióxido de carbono y el colector. En algunas realizaciones, la válvula de suministro de fluido puede incluir una o más válvulas de compuerta que permiten la incorporación de equipos de calibración, por ejemplo, uno o más medidores de flujo másico.
La masa de dióxido de carbono proporcionada a la mezcla de cemento hidráulico a través del conducto o conductos puede controlarse mediante un controlador de flujo másico, que puede modular la válvula de suministro de fluido, por ejemplo, cerrar la válvula para detener el suministro de fluido de dióxido de carbono (líquido).
El dióxido de carbono se suministra desde una fuente de dióxido de carbono. El dióxido de carbono se suministra como un líquido. El dióxido de carbono sigue siendo un líquido en almacenamiento y movimiento hacia la mezcladora, y cuando se libera en la mezcladora forma una mezcla que comprende dióxido de carbono sólido y gaseoso. Se pueden usar uno o más sensores de presión; por ejemplo, para que el sistema de boquillas controle la formación de hielo seco entre la boquilla y el solenoide, así como para confirmar que se mantiene la presión presolenoide para garantizar que la línea permanezca líquida.
Se puede introducir dióxido de carbono en la mezcladora de modo que entre en contacto con la mezcla de cemento hidráulico antes, durante o después de la adición de agua, o cualquier combinación de los mismos, siempre que esté presente durante alguna parte de la mezcla de algunos o todos los componentes de la mezcla de cemento hidráulicos. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono se introduce durante una determinada etapa o etapas de mezcla. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono se introduce en una mezcla de cemento hidráulico durante la mezcla en una sola etapa. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono se introduce durante una etapa de adición de agua, seguido de una segunda etapa de adición de agua. En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono se introduce en una porción de mezcla de cemento hidráulico, seguido de la adición de una o más porciones adicionales de mezcla de cemento hidráulico.
En ciertas realizaciones, el dióxido de carbono se introduce en una primera etapa de mezcla de agua en la mezcla de cemento hidráulico, a continuación, después de esta etapa, se agrega agua adicional sin dióxido de carbono. Por ejemplo, se puede agregar agua a una mezcla de cemento Portland, hasta que se logre una proporción a/c deseada, a continuación se puede contactar el dióxido de carbono durante la mezcla de cemento hidráulico durante un cierto tiempo a un cierto caudal o velocidad (o como dirigida por retroalimentación, descrita más adelante en esta invención), a continuación, después de que se haya detenido el flujo de dióxido de carbono, se puede agregar agua adicional en una o más etapas adicionales para alcanzar un contenido deseado de a/c, o una fluidez deseada, en la mezcla de cemento hidráulico. Las mezclas de cemento contienen agregados, y se apreciará que el agregado disponible ya puede tener un cierto contenido de agua y que se necesita agregar poca o ninguna agua adicional para lograr la proporción a/c deseada para la primera etapa y que, en algunos entornos, puede que no sea posible lograr la proporción a/c deseada porque el agregado puede estar demasiado húmedo, en cuyo caso se logra la proporción a/c más cercana a la óptima. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es menor que 0,5, o menor que 0,4, o menor que 0,3, o menor que 0,2, o menor que 0,18, o menor que 0,16, o menor que 0,14, o menor que 0,12 o menor que 0,10 o menor que 0,08 o menor que 0,06. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es inferior a 0,4. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es inferior a 0,3. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es inferior a 0,2. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es inferior a 0,18. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es inferior a 0,14. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es 0,04-0,5, o 0,04-0,4, o 0,04-0,3, o 0,04-0,2, o 0,04­ 0,18, o 0,04-0,16, o 0,04-0,14, o 0,04 -0,12, o 0,04-0,10, o 0,04-0,08. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es 0,06-0,5, o 0,06-0,4, o 0,06-0,3, o 0,06-0,24, o 0,06-0,22, o 0,06-0,2, o 0,06-0,18, o 0,06 -0,16, o 0,06-0,14, o 0,06-0,12, o 0,06-0,10, o 0,06-0,08. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es 0,08-0,5, o 0,08-0,4, o 0,08-0,3, o 0,08-0,24, o 0,08-0,22, o 0,08-0,2, o 0,08-0,18, o 0,08 -0,16, o 0,08-0,14, o 0,08­ 0,12, o 0,08-0,10. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es 0,06-0,3. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es 0,06-0,2. En ciertas realizaciones, la proporción a/c para la primera etapa es 0,08-0,2. La adición de agua adicional en las etapas posteriores a la primera etapa, cuando, en general, no se introduce más dióxido de carbono, se puede hacer para lograr una cierta proporción final de a/c, o para lograr una cierta fluidez. Por ejemplo, para un camión de mezcla preparada, se agrega una cierta cantidad de agua a la mezcla en el sitio de producción de mezcla preparada, a continuación, se puede agregar más agua en el sitio de trabajo para lograr la fluidez adecuada en el sitio de trabajo. La fluidez se puede medir mediante cualquier procedimiento adecuado, por ejemplo, la bien conocida prueba de asentamiento.
En algunas realizaciones, se agrega dióxido de carbono durante el mezclado a una porción de una mezcla de cemento hidráulico en una etapa, a continuación, se agregan porciones adicionales de materiales, por ejemplo, una mezcla adicional de cemento hidráulico, en una o más etapas adicionales.
El dióxido de carbono líquido se introduce en la mezcla de cemento hidráulico que se mezcla, por ejemplo, en la primera etapa de la mezcla, a un cierto caudal y durante un cierto tiempo para lograr una exposición total al dióxido de carbono. El caudal y la duración dependerán, por ejemplo, de la pureza del gas dióxido de carbono, el tamaño total del lote para la mezcla de cemento, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico y el nivel deseado de carbonatación de la mezcla. Se puede usar un sistema de medición y una válvula o válvulas ajustables en uno o más conductos para monitorear y ajustar los caudales. La duración del flujo de dióxido de carbono es menor o igual a 5 minutos. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es menor o igual a 4 minutos. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es menor o igual a 3 minutos. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es menor o igual a 2 minutos. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es menor o igual a 1 minutos. En algunos casos, la duración del flujo de dióxido de carbono para proporcionar exposición está dentro de un intervalo de tiempos, como 0,5-5 min, o 0,5-4 min, o 0,5-3 min, o 0,5-2 min, o 0,5-1 min, o 1-5 min, o 1-4 min, o 1-3 min, o 1-2 min. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es de 0,5-5 min. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es de 0,5-4 min. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es de 0,5-3 min. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es de 1 a 5 min. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es 1-4 min. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es de 1-3 minutos. En ciertas realizaciones, la duración del flujo de dióxido de carbono es de 1-2 minutos. El caudal y la duración del flujo pueden establecerse o ajustarse para lograr un nivel deseado de carbonatación, medido en peso de cemento (epc). En ciertas realizaciones, el nivel de carbonatación es más del 1 % en peso. El nivel de carbonatación puede determinarse mediante cualquier procedimiento adecuado, como el procedimiento de análisis de combustión estándar, por ejemplo, calentamiento de la muestra y cuantificación de la composición del gas de escape. Se puede utilizar un instrumento como el Eltra CS-800 (KR Analytical, Cheshire, Reino Unido) o un instrumento de LECO (LECO Corporation, St. Joseph, Michigan).
Se apreciará que el nivel de carbonatación también depende de la eficiencia de la carbonatación, y que inevitablemente parte del dióxido de carbono suministrado a la mezcla de cemento que se mezcla se perderá en la atmósfera; por lo tanto, la cantidad real de dióxido de carbono entregado se puede ajustar en función de la eficiencia esperada de la carbonatación. Por lo tanto, para todos los niveles deseados de carbonatación enumerados, se puede agregar un factor apropiado para determinar la cantidad de dióxido de carbono que debe administrarse como una dosis a la mezcla de cemento; por ejemplo, si la eficiencia esperada es del 50 % y el nivel de carbonatación deseado es del 1 % epc, entonces se administrará una dosis del 2 % epc a la mezcla. Se pueden calcular las dosis apropiadas para las carbonataciones deseadas con una eficiencia del 5, 10, 20, 30, 40, 50, 60, 65, 70, 75, 80, 85, 90, 95, 96, 97, 98 o 99 %.
En ciertas realizaciones, se usa un nivel relativamente bajo de carbonatación, por ejemplo, un nivel de carbonatación inferior al 1 %, 0,8 %, 0,7 %, 0,6 %, 0,5 %, 0,4 %, 0,3 %, 0,2 % o 0,1 % epc. Por ejemplo, se ha descubierto que ciertas propiedades, por ejemplo, el desarrollo de resistencia y fraguado temprano, pueden acelerarse en las mezclas de cemento, como las mezclas de cemento hidráulico, que están expuestas a niveles relativamente bajos de dióxido de carbono durante la mezcla. Es posible que, en algunos casos, la exposición sea lo suficientemente baja como para que el grado de carbonatación no sea apreciablemente superior al de una mezcla de cemento similar que no haya sido expuesta a dióxido de carbono; no obstante, la exposición puede conducir a las propiedades mejoradas deseadas. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la mezcla de cemento que se mezcla se expone a una cierta dosis relativamente baja de dióxido de carbono (en algunos casos independientemente del valor de carbonatación final); en este sentido, el dióxido de carbono se usa como un aditivo cuya concentración final en la mezcla de cemento no es importante, sino más bien sus efectos sobre las propiedades de la mezcla. En ciertas realizaciones, la mezcla puede exponerse a una dosis de dióxido de carbono de menos del 1,5 %, 1,2 %, 1 %, 0,8 %, 0,7 %, 0,6 %, 0,5 %, 0,4 %, 0,3 %, 0,2 %, 0,1 %, o 0,05 % epc, o una dosis de 0,01-1,5 %, 0,01-1,2 %, 0,01-1 %, 0,01-0,8 %, 0,01-0,6 %, 0,01-0,5 %, 0,01-0,4 %, 0,01­ 0,3 %, 0,01-0,2 %, o 0,01-0,1 % epc, o una dosis de 0,02-1,5 %, 0,02-1,2 %, 0,02-1 %, 0,02-0,8 %, 0,02-0,6 %, 0,02­ 0,5 %, 0,02-0,4 %, 0,02-0,3 %, 0,02-0,2 %, o 0,02-0,1 % epc, o una dosis de 0,04-1,5 %, 0,04-1,2 %, 0,04-1 %, 0,04­ 0,8 %, 0,04-0,6 %, 0,04-0,5 %, 0,04-0,4 %, 0,04-0,3 %, 0,04-0,2 %, o 0,04-0,1 % epc, o una dosis de 0,06-1,5 %, 0,06­ 1,2 %, 0,06-1 %, 0,06-0,8 %, 0,06- 0,6 %, 0,06-0,5 %, 0,06-0,4 %, 0,06-0,3 %, 0,06-0,2 %, o 0,06-0,1 % epc, o una dosis de 0,1-1,5 %, 0,1-1,2 %, 0,1-1 %, 0,1 -0,8 %, 0,1-0,6 %, 0,1-0,5 %, 0,1-0,4 %, 0,1-0,3 %, o 0,1-0,2 % epc. La elección del nivel de exposición dependerá de factores tales como la eficiencia de la carbonatación en el procedimiento que se utiliza, el grado de modulación de una o más propiedades deseadas (por ejemplo, desarrollo temprano de resistencia o fraguado temprano), tipo de operación (por ejemplo, fraguado seco vs. fraguado húmedo) y tipo de cemento, ya que diferentes tipos de cemento pueden producir mezclas con diferentes grados de modulación con una exposición dada al dióxido de carbono. Si se utiliza un tipo de cemento o mezcla desconocido, se puede realizar un trabajo preliminar para encontrar una o más dosis de dióxido de carbono adecuadas para producir los resultados deseados. Especialmente en el caso de desarrollo de resistencia y/o fraguado acelerado, el uso de una dosis adecuada de dióxido de carbono puede permitir que el trabajo avance más rápido, por ejemplo, vertidos verticales pueden moverse hacia arriba más rápidamente, las superficies se pueden terminar antes, los moldes eliminados antes y similares.
Los procedimientos de la invención permiten niveles muy altos de eficiencia de absorción de dióxido de carbono en el hormigón que se mezcla, donde la eficiencia de absorción es la proporción de dióxido de carbono que permanece en el hormigón que se mezcla como productos de reacción estables a la cantidad total de dióxido de carbono a la que se expone el hormigón que se mezcla. En ciertas realizaciones, la eficiencia de la absorción de dióxido de carbono es al menos 40, 50, 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98, 99 o 99 %, o 40-100, 50-100, 60 -100, 70-100, 80-100, 90-100, 40-99, 50-99, 60-99, 70-99, 80-99 o 90-99 %.
En una operación de fraguado húmedo, la adición de dióxido de carbono, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, como uno o más aditivos, que se describen más detalladamente a continuación, se pueden ajustar para que la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico final esté dentro del 10 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, como uno o más aditivos, que se describen más detalladamente a continuación, se ajustan para que la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico final esté dentro de 50, 40, 30, 20, 15, 10, 8, 5, 4, 3, 2 o 1 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o de una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, como uno o más aditivos, que se describen más detalladamente a continuación, se ajustan para que la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico final esté dentro del 20 % de la fluidez que sería lograda sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, como uno o más aditivos, que se describen más detalladamente a continuación, se ajustan para que la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico final esté dentro del 10 % de la fluidez que sería lograda sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, como uno o más aditivos, que se describen más detalladamente a continuación, se ajustan para que la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico final esté dentro del 5 % de la fluidez que sería lograda sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, como uno o más aditivos, que se describen más detalladamente a continuación, se ajustan para que la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico final esté dentro del 2 % de la fluidez que sería lograda sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, tales como uno o más aditivos, descritos más detalladamente a continuación, se ajustan de modo que la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico final esté dentro del 1-50 %, o 1- 20 %, o 1-10 %, o 1-5 %, o 2-50 %, o 2­
20 %, o 2-10 %, o 2-5 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada.
A. Aditivos
Los aditivos se usan a menudo en mezclas de cemento, por ejemplo, mezclas de cemento hidráulico, tales como mezclas de hormigón, para impartir las propiedades deseadas a la mezcla. Los aditivos son composiciones agregadas a una mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico como el hormigón para proporcionarle características deseables que no se pueden obtener con la mezcla de cemento básica, por ejemplo, mezclas de cemento hidráulico, como mezclas de hormigón o para modificar las propiedades de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, es decir, hormigón para hacerlo más fácilmente utilizable o más adecuado para un propósito particular o para la reducción de costos. Como se sabe en la técnica, un aditivo es cualquier material o composición, que no sea cemento hidráulico, agregado y agua, que se utiliza como un componente de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, como hormigón o mortero para mejorar característica, o bajar el costo de los mismos. En algunos casos, la mezcla de cemento deseada, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, las características de rendimiento del hormigón solo se pueden lograr mediante el uso de un aditivo. En algunos casos, el uso de un aditivo permite el uso de procedimientos o diseños de construcción menos costosos, cuyo ahorro puede más que compensar el costo del aditivo.
En ciertas realizaciones, la mezcla de cemento carbonatado, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, hormigón, puede exhibir características mejoradas en comparación con la misma mezcla que no estuvo expuesta a dióxido de carbono. Esto puede depender del tipo de cemento utilizado en la mezcla de cemento carbonatado y/o la dosis de dióxido de carbono utilizada y la carbonatación final lograda. En este sentido, el dióxido de carbono puede en sí mismo actuar como un aditivo. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, la mezcla de cemento carbonatado, por ejemplo, mezcla de hormigón, tiene propiedades superiores tales como mayor resistencia, tal como mayor resistencia a 1, 7 o 28 días, por ejemplo, al menos 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 30 o 40 % mayor resistencia que la mezcla de hormigón no carbonatado a 1, 7 o 28 días. En general en esta invención, "resistencia" se refiere a la resistencia a la compresión, como ese término se entiende generalmente en la técnica. En ciertas realizaciones, la mezcla de cemento carbonatado, por ejemplo, hormigón, puede exhibir fraguado acelerado en comparación con mezcla no carbonatada, como un tiempo más rápido para el fraguado inicial (por ejemplo, medición con penetrómetro de 500 psi según ASTM C403) o un tiempo menor para fraguado final (por ejemplo, medición con penetrómetro de 4000 psi según ASTM C403), o ambos, como menos de 95, 90, 85, 80, 75, 70, 65, 60, 55, 50, 40, 30 o 20 % del tiempo de fraguado inicial o final en comparación con la mezcla no carbonatada. La mezcla de cemento carbonatado, por ejemplo, mezclas hidráulicas de cemento también pueden proporcionar mezclas finales de hormigón que tienen una menor absorción de agua en comparación con las no carbonatadas, como al menos 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 30, o 40 % menor absorción de agua. La mezcla de cemento carbonatado, p. ej., la mezcla de cemento hidráulico, es decir, el hormigón, también puede producir un producto final de menor densidad pero de resistencia comparable en comparación con los no carbonatados, como al menos 1, 2, 3, 4, 5, 7, 10, 15, 20, 30 o 40 % menos de densidad con una resistencia a la compresión dentro de 1,2, 3, 4, 5, 7, 10, 15 o 20 % de los no carbonatados, por ejemplo, al menos 5 % menor densidad con una resistencia a la compresión dentro del 2 %.
Sin embargo, dependiendo del diseño de la mezcla, la mezcla de cemento carbonatado, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico, es decir, el hormigón, puede exhibir de forma alternativa o adicional propiedades que se desea modular, como por ejemplo mediante la adición de un aditivo. Por ejemplo, la mezcla de cemento carbonatado, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico para uso en una operación de fraguado húmedo puede tener características de trabajabilidad/flujo que no son óptimas para una operación de fraguado húmedo sin la adición de un aditivo u otra manipulación de la mezcla, por ejemplo, la adición de agua extra. Como otro ejemplo, las mezclas carbonatadas pueden tener características de resistencia, por ejemplo, resistencia a la compresión en uno o más instantes, que no son óptimas sin la adición de un aditivo u otra manipulación de la mezcla. En algunos casos, el diseño de la mezcla ya requerirá un aditivo, cuyo efecto sobre las propiedades de la mezcla puede verse afectado por la carbonatación, lo que requiere la coordinación de la sincronización del aditivo en relación con la adición de dióxido de carbono u otra manipulación. Además, se puede usar un aditivo para modular uno o más aspectos de la carbonatación misma, por ejemplo, para aumentar la velocidad de absorción del dióxido de carbono.
El hormigón se puede usar en operaciones de fraguado húmedo, como en ciertas operaciones de prefabricados o en camiones de mezcla preparada que transportan el hormigón a un sitio de trabajo donde se usa, por ejemplo, se vierte en moldes o se usa de otra manera en el sitio, o en operaciones de fraguado en seco, que son operaciones prefabricadas. En el caso de una operación de fraguado húmedo, la fluidez del hormigón debe mantenerse a un nivel compatible con su uso en la operación, por ejemplo, en el caso de un camión de mezcla preparada, en el sitio de trabajo; mientras que para una operación de fraguado en seco es deseable el hormigón que no fluye (asentamiento cero). Tanto en las operaciones de fraguado en seco como de fraguado húmedo, la resistencia, por ejemplo, la resistencia a la compresión es importante, tanto a corto plazo como para permitir que el hormigón permanezca solo, por ejemplo, se pueden quitar los moldes, se pueden manipular los objetos fundidos, etc., en el menor tiempo posible, y también a largo plazo para alcanzar la resistencia final requerida. La fluidez de una mezcla se puede evaluar midiendo el asentamiento; La resistencia puede evaluarse mediante una o más pruebas de resistencia, como la resistencia a la compresión. Otras propiedades que pueden verse afectadas por la carbonatación; en algunos casos, el efecto es positivo, pero si el efecto es negativo, se corrige mediante el uso de uno o más aditivos. Dichas propiedades incluyen la contracción y la absorción de agua.
En ciertos casos, la carbonatación de la mezcla de cemento hidráulico puede afectar la fluidez de una mezcla de cemento hidráulico, es decir, una mezcla de hormigón, para usarse en una operación de fraguado húmedo, como en un camión de mezcla preparada que transporta la mezcla a un sitio de trabajo. Por lo tanto, en ciertas realizaciones en las que se produce una mezcla carbonatada (como para usar con un camión de mezcla preparada), se pueden agregar uno o más aditivos para modular la fluidez de la mezcla carbonatada, ya sea antes, durante o después de la carbonatación, o cualquier combinación de los mismos, de modo que esté dentro de un cierto porcentaje de la fluidez de la misma mezcla sin carbonatación, o de una cierta fluidez predeterminada. La adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla, por ejemplo, mezcla de hormigón, y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la fluidez de la mezcla final esté dentro de 50, 40, 30, 20, 10, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5, o 0,1 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o de una cierta fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la fluidez de la mezcla final esté dentro del 20 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 20 % de una fluidez deseada predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la fluidez de la mezcla final esté dentro del 10 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 10 % de una fluidez deseada predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la fluidez de la mezcla final esté dentro del 5 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 5 % de una fluidez deseada predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la fluidez de la mezcla final esté dentro del 2 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 2 % de una fluidez deseada predeterminada. Se puede utilizar cualquier procedimiento de medición adecuado para determinar la fluidez, como la conocida prueba de asentamiento. Se puede usar cualquier mezcla adecuada, como se describe en esta invención, tal como carbohidratos o derivados de carbohidratos, por ejemplo, fructosa, sacarosa, glucosa, glucoheptonato de sodio o gluconato de sodio, como glucoheptonato de sodio o gluconato de sodio.
En ciertas realizaciones, se pueden agregar uno o más aditivos para modular la mezcla de modo que se pueda lograr una resistencia deseada, ya sea resistencia temprana, resistencia tardía o ambas. La resistencia de la mezcla de cemento carbonatado puede depender del diseño de la mezcla, por lo tanto, aunque con algunos diseños de mezcla, la carbonatación puede aumentar la resistencia en uno o más instantes de tiempo, en otros diseños de mezcla, la carbonatación puede disminuir la resistencia en uno o más instantes de tiempo. Consulte los Ejemplos de varios diseños de mezclas en los que la carbonatación aumenta o disminuye la resistencia en uno o más instantes de tiempo. En algunos casos, la carbonatación disminuye la resistencia en uno o más instantes de tiempo y se desea devolver la resistencia en el instante de tiempo dentro de un cierto límite aceptable. En ciertos casos, se agrega uno o más aditivos para aumentar la resistencia más allá de la observada en hormigón no carbonatado de la misma densidad. Esto puede hacerse, por ejemplo, para producir un hormigón liviano con una resistencia comparable al hormigón más denso y no carbonatado. En otros casos, uno o más aditivos agregados a un cemento carbonatado en sí mismo causan o exacerban la pérdida de resistencia, y se desea recuperar la pérdida. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, se agrega un aditivo a la mezcla carbonatada, ya sea antes, durante o después de la carbonatación, o una combinación de las mismas, en condiciones tales que la mezcla carbonatada exhiba resistencia, por ejemplo, resistencia a la compresión a 1-, 7-, 28 y/o 56 días, dentro de un porcentaje deseado de la resistencia de la misma mezcla sin carbonatación, o de una resistencia predeterminada, por ejemplo, dentro de 50, 40, 30, 20, 15, 12, 10, 9, 8, 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5 o 0,1 %. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia en un instante de tiempo dado de la mezcla final esté dentro del 20 % de la resistencia que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 20 % de una resistencia deseada predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia en un instante de tiempo dado de la mezcla final esté dentro del 10 % de la resistencia que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 10 % de una resistencia deseada predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia en un instante de tiempo dado de la mezcla final esté dentro del 5 % de la resistencia que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 5 % de una resistencia deseada predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia en un instante de tiempo dado de la mezcla final esté dentro del 2 % de la resistencia que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o dentro del 2 % de una resistencia deseada predeterminada. En ciertas realizaciones, la resistencia es una resistencia a la compresión. Se puede usar cualquier procedimiento adecuado para evaluar la resistencia, como la resistencia a la flexión o a la compresión, siempre que se use la misma prueba para muestras con y sin carbonatación; tales pruebas son bien conocidas en la técnica. Puede usarse cualquier aditivo adecuado para lograr las resistencias deseadas, tal como los aditivos descritos en esta invención.
Otras propiedades, como la absorción de agua, la contracción, la permeabilidad al cloruro y similares, también se pueden probar y ajustar de manera similar, y a porcentajes similares, en cuanto a la fluidez y/o contracción.
Se apreciará que se puede usar más de una mezcla, por ejemplo, 2, 3, 4, 5 o más de 5 mezclas. Por ejemplo, ciertas mezclas tienen efectos deseables sobre la fluidez, pero efectos indeseables sobre el desarrollo de la resistencia; cuando se usa tal mezcla, también se puede usar una segunda mezcla que acelere el desarrollo de la resistencia.
Se puede usar cualquier mezcla adecuada que tenga el efecto deseado sobre la propiedad o propiedades del cemento carbonatado que se desea modificar. La TABLA 1 enumera clases ejemplares y ejemplos de mezclas que pueden usarse en la invención, por ejemplo, para modular los efectos de la carbonatación.
TABLA 1
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En ciertas realizaciones, se agrega uno o más aditivos a una mezcla de cemento hidráulico, antes, durante o después de la carbonatación de la mezcla, o una combinación de los mismos, donde el aditivo es un retardador de fraguado, plastificante, acelerador o agente aireador. Donde se desea modular la fluidez, son útiles los retardadores de fraguado y los plastificantes. Donde se desea modular el desarrollo de la resistencia, los aceleradores son útiles. Si se desea aumentar la tasa de absorción de dióxido de carbono, ciertos agentes aireadores pueden ser útiles.
Los retardadores de fraguado incluyen carbohidratos, es decir, sacáridos, tales como azúcares, por ejemplo, fructosa, glucosa y sacarosa, y ácidos/bases de azúcar y sus sales, tales como gluconato de sodio y glucoheptonato de sodio; fosfonatos, tales como nitrilotri(ácido metilfosfónico), ácido 2-fosfonobutano-1,2,4-tricarboxílico; y agentes quelantes, tales como EDTA, ácido cítrico y ácido nitrilotriacético. Otros sacáridos y aditivos que contienen sacáridos que se usan en la invención incluyen melaza y jarabe de maíz. En ciertas realizaciones, el aditivo es gluconato de sodio. Otros aditivos ejemplares que pueden usarse como retardadores de fraguado incluyen sulfato de sodio, ácido cítrico, BASF Pozzolith XR, sílice firme, sílice coloidal, hidroxietilcelulosa, hidroxipropilcelulosa, cenizas volantes (como se define en ASTM C618), aceites minerales (como nafténico ligero), arcilla hectorita, polioxialquilenos, gomas naturales o mezclas de las mismos, superplastificantes de policarboxilato, naftaleno HRWR (reductor de agua de alto intervalo). Retardadores de fraguado adicionales que se pueden usar incluyen, pero no se limitan a, un compuesto de oxiboro, lignina, un ácido polifosfónico, un ácido carboxílico, un ácido hidroxicarboxílico, ácido policarboxílico, ácido carboxílico hidroxilado, como fumárico, itacónico, malónico, bórax, ácido glucónico y tartárico, lignosulfonatos, ácido ascórbico, ácido isoascórbico, copolímero de ácido sulfónico-ácido acrílico y sus sales correspondientes, polihidroxisilano, poliacrilamida. Ejemplos ilustrativos de retardadores se exponen en Pat. U.S. N° 5.427.617 y 5.203.919.
Los aceleradores incluyen compuestos que contienen calcio, como CaO, Ca(NO2)2 , Ca(OH)2 , estearato de calcio o CaCl2 y compuestos que contienen magnesio, tales como hidróxido de magnesio, óxido de magnesio, cloruro de magnesio o nitrato de magnesio. Sin estar obligado por la teoría, se cree que, en el caso del cemento carbonatado, el compuesto de calcio o magnesio agregado puede proporcionar calcio o magnesio libre para reaccionar con el dióxido de carbono, proporcionando un sumidero para el dióxido de carbono que ahorra el calcio en la mezcla de cemento, o proporcionando un sitio diferente de carbonatación que el del calcio del cemento, o ambos, preservando así el desarrollo temprano de resistencia. En ciertas realizaciones, se puede agregar CaO (cal) a la mezcla, o un cemento de cal con alto contenido libre puede ser el cemento preferido para la mezcla. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, el contenido de cal libre (CaO) del cemento usado en una mezcla de cemento particular, como mortero u hormigón, puede incrementarse mediante la adición de CaO a la mezcla, generalmente antes de que la mezcla se exponga al dióxido de carbono, como por adición de 0,01-50 %, o 0,01-10 %, o 0,01-5 %, o 0,01-3 %, o 0,01-2 %, o 0,01-1 % CaO, o 0,1-50 %, o 0,1-10 %, o 0,1-5 %, o 0,1-3 %, o 0,1-2 %, o 0,1-1 %, o 0,2-50 %, o 0,2-10 %, o 0,2-5 %, o 0,2- 3 %, o 0,2-2 % CaO, o 0,2-1 %, o 0,5-50 %, o 0,5-10 %, o 0,5-5 %, o 0,5-3 %, o 0,5-2 % CaO, o 0,5- 1 % CaO epc. Alternativamente, se puede agregar CaO para que el contenido general de CaO de la mezcla de cemento alcance un nivel deseado, como 0,5-10 %, o 0,5-5 %, o 0,5-3 %, o 0,5-2 %, o 0,5-1,5 %, o al menos 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,6, 1,7, 1,8, 1,9, 2,0, 2,2, 2,5, 3,0, 4,0, 5,0, 6,0, 7,0, 8,0, 9,0, 10 %, 20 %, 30 %, 40 % o 50 % CaO epc. El CaO agregado generalmente también aumentará la tasa de absorción de dióxido de carbono por la mezcla durante la mezcla, permitiendo así una mayor absorción de dióxido de carbono durante un tiempo de exposición determinado, o un tiempo de exposición menor para lograr un nivel de absorción determinado. Otros aceleradores establecidos incluyen, entre otros, una sal de nitrato de un metal alcalino, metal alcalinotérreo o aluminio; una sal de nitrito de un metal alcalino, metal alcalinotérreo o aluminio; un tiocianato de un metal alcalino, metal alcalinotérreo o aluminio; una alcanolamina; un tiosulfato de un metal alcalino, metal alcalinotérreo o aluminio; un hidróxido de un metal alcalino, metal alcalinotérreo o aluminio; una sal de ácido carboxílico de un metal alcalino, metal alcalinotérreo o aluminio (preferentemente formiato de calcio); una polihidroxilalquilamina; una sal de haluro de un metal alcalino o alcalinotérreo (p. ej., cloruro).
El aditivo o aditivos se pueden agregar a cualquier porcentaje final adecuado (epc), como en el intervalo de 0,01-0,5 %, o 0,01-0,3 %, o 0,01-0,2 %, o 0,01-0,1 %, o 0,01-1,0 %, o 0,01-0,05 %, o 0,05 % a 5 %, o 0,05 % a 1 %, o 0,05 % a 0,5 %, o 0,1 % a 1 %, o 0,1 % a 0,8 %, o 0,1 % a 0,7 % por peso de cemento. La mezcla se puede agregar a un porcentaje final mayor que 0,01,0,02, 0,03, 0,04, 0,05, 0,06, 0,07, 0,08, 0,09, 0,1,0,15, 0,2, 0,3, 0,4 o 0,5 %; en ciertos casos también menos de 5, 4, 3, 2, 1, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2, 0,1, 0,09, 0,08, 0,07, 0,06, 0,05, 0,04, 0,03 o 0,02 %.
Se ha observado que el momento de la adición de un aditivo dado en relación con la carbonatación de una mezcla de cemento hidráulico puede alterar los efectos del aditivo sobre las propiedades de la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, los efectos sobre la fluidez o la resistencia. Por ejemplo, en ciertos diseños de mezclas, la adición de gluconato de sodio después de la carbonatación restaura la fluidez a los niveles deseados, pero puede afectar negativamente el desarrollo temprano de resistencia; mientras que la adición de gluconato de sodio antes de la carbonatación mantiene el desarrollo temprano de resistencia pero no restaura de manera óptima la fluidez. Como otro ejemplo, en los diseños de mezcla en los que se desea un aireador, se ha encontrado que, si el aireador se agrega antes de la carbonatación, la densidad de la mezcla aumenta en comparación con si el aireador se agrega después de la carbonatación. El aditivo o aditivos así pueden agregarse antes, durante o después de la carbonatación de la mezcla de cemento hidráulico, o cualquier combinación de los mismos. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, el aditivo se agrega después de la carbonatación; en otras realizaciones, el aditivo se agrega antes de la carbonatación; en otras realizaciones más, el aditivo se agrega en dos dosis divididas, uno antes de la carbonatación y otro durante y/o después de la carbonatación. Será evidente que si se usa más de un aditivo, se puede agregar uno a la vez, mientras que se agrega otro en otro momento, por ejemplo, en una mezcla en la que se usa un aireador y también se agrega gluconato de sodio para afectar la fluidez, el gluconato de sodio puede agregarse en dosis divididas, una antes de la carbonatación y otra durante/después de la carbonatación, y el aireador puede agregarse después de la carbonatación. Este último es solo ejemplar, y se puede usar cualquier combinación adecuada de aditivos y tiempos para lograr el efecto o efectos deseados. Se ha observado que los efectos de la carbonatación y de los aditivos en las mezclas de cemento hidráulico carbonatado son altamente específicos de la mezcla. En algunos casos, la carbonatación en realidad mejora las propiedades de una mezcla, especialmente en situaciones de fraguado en seco donde la fluidez no es un problema y no se requiere aditivo. En otros casos, especialmente en situaciones de fraguado húmedo donde la fluidez es un problema, se pueden requerir uno o más aditivos para restaurar una o más propiedades de la mezcla. Se puede determinar si se agrega o no un aditivo, y/o cuánto se agrega, a un lote dado, probando previamente la mezcla para determinar las propiedades de la mezcla carbonatada y los efectos de un aditivo dado. En algunos casos, el aditivo y/o la cantidad pueden predecirse en base a pruebas previas, o en las propiedades del cemento utilizado en la mezcla, o en consideraciones teóricas. Se ha encontrado que diferentes cementos tienen diferentes propiedades en la carbonatación, y también reaccionan de manera diferente a un aditivo determinado, y se puede usar una biblioteca de datos sobre varios tipos y aditivos de cemento para predecir un aditivo/cantidad deseada para un diseño de mezcla, que puede ser una mezcla que sea igual o similar a una mezcla en la biblioteca, o una nueva mezcla cuyas propiedades se puedan predecir desde la biblioteca. Además, para un lote dado, la reología (fluidez) se puede monitorear durante la carbonatación del lote y el momento exacto y/o la cantidad de aditivo añadido a ese lote en particular, o a lotes posteriores, se puede ajustar en función de la retroalimentación obtenida. Se puede usar una combinación del valor predicho para el tipo de aditivo, el momento y/o la cantidad, y la modificación del valor basado en mediciones en tiempo real en un lote o lotes dados.
En ciertas realizaciones, se agrega un aditivo que comprende un carbohidrato o derivado de carbohidrato a una mezcla de cemento hidráulico antes, durante y/o después de la carbonatación de la mezcla, o una combinación de los mismos. En ciertas realizaciones, el aditivo se agrega después de la carbonatación de la mezcla de cemento hidráulico, o durante y después de la carbonatación. La carbonatación se puede lograr como se describe en esta invención, administrando dióxido de carbono a la superficie de la mezcla de cemento hidráulico durante la mezcla. El carbohidrato 0 derivado puede ser cualquier carbohidrato como se describe en esta invención, por ejemplo, sacarosa, fructosa, glucoheptonato de sodio o gluconato de sodio. En ciertas realizaciones, el carbohidrato es gluconato de sodio. El carbohidrato o derivado, por ejemplo, gluconato de sodio se puede usar a una concentración adecuada; en algunos casos, la concentración es mayor que 0,01 %, 0,015 %, 0,02 %, 0,025 %, 0,03 %, 0,035 %, 0,04 %, 0,05 %, 0,06 %, 0,07 %, 0,08 %, 0,09 %, 0,1 %, 0,15 %, 0,2 %, 0,3 %, 0,4 % o 0,5 % epc. La concentración también puede ser inferior a 2, 1,5, 1, 0,9, 0,8, 0,7, 0,6, 0,5, 0,4, 0,3, 0,2 o 0,1 %. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, el gluconato de sodio se usa como una mezcla a una dosis de entre 0,01 y 1 % epc, o entre 0,01 y 0,8 %, o entre 0,01 y 0,5 %, o entre 0,01 y 0,4 % epc, o entre 0,01 y 0,3 %, o entre 0,01 y 0,2 % epc, o entre 0,01 y 0,1 %, o entre 0,01 y 0,05 %, o entre 0,03 y 1 % epc, o entre 0,03 y 0,8 %, o entre 0,03 y 0,5 %, o entre 0,03 y 0,4 % epc, o entre 0,03 y 0,3 %, o entre 0,03 y 0,2 % epc, o entre 0,03 y 0,1 %, o entre 0,03 y 0,08 %, o entre 0,05 y 1 % epc, o entre 0,05 y 0,8 %, o entre 0,05 y 0,5 %, o entre 0,05 y 0,4 % epc, o entre 0,05 y 0,3 %, o entre 0,05 y 0,2 % epc, o entre 0,05 y 0,1 %, o entre 0,05 y 0,08 %, o entre 0,1 y 1 % epc, o entre 0,1 y 0,8 %, o entre 0,1 y 0,5 %, o entre 0,1 y 0,4 % epc, o entre 0,1 y 0,3 %, o entre 0,1 y 0,2 % epc. El gluconato de sodio se puede agregar antes, durante o después de la carbonatación de la mezcla, o cualquier combinación de los mismos, y se puede agregar como una, dos, tres, cuatro o más de cuatro dosis divididas. El carbohidrato o derivado se puede agregar en dos o más dosis, como una dosis antes de la carbonatación y una dosis durante y/o después de la carbonatación. En ciertas realizaciones, el estearato de calcio se usa como un aditivo.
En ciertas realizaciones, también se usa un segundo aditivo, tal como cualquiera de los aditivos descritos en esta invención. En ciertas realizaciones, el segundo aditivo es un acelerador de resistencia. En ciertas realizaciones, también se usa un tercer aditivo, tal como cualquiera de los aditivos descritos en esta invención. En ciertas realizaciones, también se usa un cuarto aditivo, como cualquiera de los aditivos descritos en esta invención.
En ciertas realizaciones, se usa un aditivo que modula la formación de carbonato de calcio de modo que se favorezca una o más formas polimórficas en comparación con la mezcla sin el aditivo, por ejemplo, modula la formación de carbonato de calcio amorfo, por ejemplo, aragonita o calcita. Aditivos ejemplares de este tipo incluyen polímeros orgánicos tales como éter de poliacrilato y policarboxilato, ésteres de fosfato tales como éster de hidroxiamino fosfato, fosfonato y ácidos fosfónicos tales como nitrilotri(ácido metilfosfónico), ácido 2-fosfonobutano-1,2,4-tricarboxílico, quelantes, tales como gluconato de sodio, ácido etilendiaminotetraacético (EDTA) y ácido cítrico, o tensioactivos, como el estearato de calcio.
Otros aditivos útiles en los procedimientos y composiciones de la invención se describen en Patente U.S. N.° 7.735.274.
B. Materiales cementosos suplementarios y reemplazos de cemento
En ciertas realizaciones, se agregan uno o más materiales cementosos suplementarios (SCM) y/o reemplazos de cemento a la mezcla en la etapa apropiada para el SCM o reemplazo de cemento particular. En ciertas realizaciones, se usa un SCM. Se puede usar cualquier s Cm o reemplazo de cemento adecuado; SCM ejemplares incluyen escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales (como metacaolín, lutita calcinada, arcilla calcinada, vidrio volcánico, cenizas o tobas zeolíticas, ceniza de cáscara de arroz, tierra de diatomeas y lutita calcinada), y vidrio residual. Otros reemplazos de cemento incluyen piedra caliza subterránea, plástico reciclado/desechado, llantas de desecho, cenizas de desechos sólidos municipales, cenizas de madera, polvo de horno de cemento, arena de fraguado y similares. En ciertas realizaciones, se agrega un SCM y/o reemplazo de cemento a la mezcla en una cantidad para proporcionar 0,1-50 %, o 1-50 %, o 5-50 %, o 10-50 %, o 20-50 %, o 1-40 %, o 5-40 %, o 10-50 %, o 20-40 % epc. En ciertas realizaciones, se usa un SCM y el SCM es cenizas volantes, escorias, humo de sílice o una puzolana natural. En cierta realización, el SCM es ceniza volante. En ciertas realizaciones, el SCM es escoria.
C. Mecanismos de control
Los procedimientos de la invención pueden incluir uno o más mecanismos de control, por ejemplo, mecanismos de control automático, para modular uno o más aspectos de la operación de mezcla y carbonatación, tal como para modular el contacto de la mezcla de cemento hidráulico con dióxido de carbono y/u otro componentes, tales como uno o más aditivos o agua, así como otros aspectos del funcionamiento de la mezcladora, como los requisitos de seguridad de los trabajadores, el enfriamiento de la mezcla de cemento hidráulico y similares. Se apreciará que la modulación puede ser lograda por operadores humanos que controlan las válvulas necesarias y similares para lograr una exposición deseada al dióxido de carbono y/u otras características de la mezcla de cemento carbonatado, pero en general se emplean mecanismos de control automático. El control puede basarse en cualquier parámetro adecuado, como la retroalimentación con respecto a una o más características de la operación de mezcla, temporización, que puede ser una temporización predeterminada o una combinación de las mismas.
Los sistemas y mecanismos de control pueden aplicarse a una mezcladora estacionaria en una planta de hormigón prefabricado u otra instalación de mezcla central. Alternativamente, puede aplicarse a un camión de hormigón premezclado que facilita la mezcla mediante la rotación de su tambor. La operación de mezcla puede ser una operación de fraguado en seco o húmeda; por ejemplo, el camión de hormigón premezclado será de fraguado húmedo, mientras que el prefabricado puede ser de fraguado húmedo o seco.
Una forma simple de control se basa solo en el tiempo. El procedimiento incluye la modulación del flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico según un cierto tiempo. El tiempo puede controlarse mediante un controlador que esté conectado a un aparato de mezcla de cemento hidráulico y que detecte cuándo el aparato ha comenzado o detenido una etapa de operación, y que modula el flujo de dióxido de carbono en consecuencia, por ejemplo, inicia o detiene el flujo. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, el flujo de dióxido de carbono comienza cuando uno o más componentes de una mezcla de cemento hidráulico se han depositado en una mezcladora, continúa durante un cierto tiempo predeterminado a un cierto caudal predeterminado y a continuación se detiene. La etapa de funcionamiento del aparato de mezcla de cemento hidráulico puede determinarse mediante la programación del controlador o de otro controlador al que el controlador está conectado operativamente, o puede determinarse mediante uno o más sensores que controlan las posiciones de los componentes del aparato, flujo, y similares, o una combinación de los mismos.
Típicamente, sin embargo, los sistemas y mecanismos de control de la invención incluyen mecanismos de retroalimentación donde una o más características de la mezcla y/o aparato de cemento hidráulico o su entorno es monitoreado por uno o más sensores, que transmiten la información a un controlador que determina si uno o más parámetros de la operación de mezcla requieren modulación y, de ser así, envía la salida apropiada a uno o más actuadores para llevar a cabo la modulación requerida. El controlador puede aprender de las condiciones de un lote para ajustar la programación para lotes posteriores de características de mezcla similares o iguales para optimizar la eficiencia y las características deseadas de la mezcla.
Con el fin de lograr una eficiencia deseada de la absorción de dióxido de carbono en la mezcla de cemento hidráulico, para garantizar las características deseadas, como las características de flujo, la resistencia y la apariencia, y/o para garantizar la seguridad del trabajador, varios aspectos de la operación de mezcla, la mezcladora, la mezcla de cemento hidráulico y el entorno de la mezcladora pueden ser monitoreados, la información del monitoreo procesado y los ajustes realizados en uno o más aspectos de la operación de mezcla para lograr el resultado deseado. Así, en ciertas realizaciones de la invención, uno o más sensores pueden usarse para proporcionar entrada a un controlador en cuanto a diversas condiciones relacionadas con las características deseadas; el controlador procesa las entradas y las compara con parámetros predeterminados de operación y, si son necesarias correcciones en el procedimiento, el controlador envía la salida a uno o más actuadores para que el sistema vuelva a la condición deseada.
Los sistemas de control se pueden utilizar para controlar la carbonatación de una mezcla de cemento hidráulico en una mezcladora mediante el uso de uno o más sensores que controlan uno o más de los pesos del cemento utilizado en la mezcla, la concentración de dióxido de carbono de la atmósfera dentro y/o fuera de la mezcladora, temperatura de la mezcla de cemento hidráulico o un componente en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, reología de la mezcla y/o contenido de humedad de la mezcla, donde uno o más sensores envían información a un controlador que procesa la información recibida de uno o más sensores comparando la entrada con uno o más parámetros predeterminados y, si es necesario, envía la salida a uno o más actuadores para ajustar el caudal de dióxido de carbono, la adición de agua o la adición de mezcla, o para realizar otras funciones como sonar una alarma si los niveles de dióxido de carbono exceden los niveles seguros. Además, ciertas operaciones, como el enfriamiento de la mezcla de cemento hidráulico, se pueden realizar una vez que se completa la mezcla. El controlador puede aprender de un lote para ajustar las condiciones para un lote posterior de la misma composición o similar. Se pueden usar niveles adicionales de control, como un controlador central que recibe información de una pluralidad de operaciones de mezcla en una pluralidad de lugares con respecto a uno o más aspectos de cada operación, y procesa la información recibida de todas las operaciones de mezcla para mejorar el rendimiento en las diversas operaciones; por lo tanto, se pueden utilizar grandes cantidades de información para mejorar el rendimiento en una variedad de sitios.
En la operación de mezcla, los componentes de la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, cemento, agregado y agua, se agregan a la mezcladora, y comienza la mezcla. En algunos casos, algunos componentes, como el agregado, pueden tener un contenido de agua suficiente, por ejemplo, debido a la exposición a condiciones climáticas húmedas, que no se agrega agua adicional antes de comenzar la mezcla. En algunos casos, como se describe en otra parte de esta invención, se puede agregar agua u otros componentes en etapas. En algún momento antes, durante o después del procedimiento de adición de componentes o mezcla, el flujo de dióxido de carbono se inicia desde una fuente de dióxido de carbono a la mezcladora. El flujo de dióxido de carbono comprende una mezcla de dióxido de carbono gaseoso y sólido. También se pueden agregar componentes adicionales, como aditivos, a la mezcla de cemento hidráulico en cualquier punto de la operación. El dióxido de carbono se subsume en la mezcla de cemento hidráulico que se mezcla y comienza la reacción con los componentes de la mezcla; cualquier dióxido de carbono que no sea absorbido por la mezcla de cemento hidráulico llena el espacio superior del recipiente de la mezcla. Dado que los mezcladores típicos no son herméticos, si la tasa de flujo de dióxido de carbono a la mezcladora excede la tasa de absorción en la mezcla de cemento hidráulico, en algún momento el espacio superior en la mezcladora estará lleno de dióxido de carbono y el exceso de dióxido de carbono saldrá de la mezcladora por uno o más puntos de fuga. Por lo tanto, el contenido de dióxido de carbono de la atmósfera dentro de la mezcladora o, más preferentemente, fuera de la mezcladora, por ejemplo, en uno o más puntos de fuga, puede controlarse para proporcionar una indicación de que la velocidad de adición de dióxido de carbono excede la velocidad de la absorción de dióxido de carbono. Además, los niveles de dióxido de carbono en áreas donde es probable que haya trabajadores también pueden ser monitoreados como medida de seguridad. La reacción del dióxido de carbono con el cemento hidráulico es exotérmica, por lo que la temperatura de la mezcla de cemento hidráulico aumenta; la tasa de aumento de temperatura es proporcional a la tasa de absorción de dióxido de carbono y el aumento de temperatura general es proporcional a la absorción total de dióxido de carbono para un diseño de mezcla dado. Por lo tanto, la temperatura de la mezcla de cemento hidráulico, o la temperatura de una o más porciones del recipiente de la mezcla u otro equipo que esté en contacto con la mezcla, se puede controlar como una indicación de la tasa y el grado de absorción de dióxido de carbono en la mezcla de cemento hidráulico. La carbonatación de los componentes de la mezcla de cemento hidráulico puede producir un cambio en las características del flujo, es decir, reología, de la mezcla de cemento hidráulico, que puede ser indeseable en ciertas aplicaciones, por ejemplo, en aplicaciones de fraguado en húmedo, como en un camión de mezcla preparada. Por lo tanto, la reología de la mezcla de cemento hidráulico puede ser monitoreada. Además, la carbonatación puede afectar las características de humedad de la mezcla de cemento hidráulico, lo que puede conducir a características indeseables, y también se puede controlar el contenido de humedad de la mezcla.
Se describe una red de sistemas de mezcla con uno o más sensores y, opcionalmente, controladores, que incluye una pluralidad de sistemas de mezcla, como 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10 o más de 10 sistemas de mezcla con uno o más sensores y, opcionalmente, controladores, cada uno de los cuales transmite datos desde sus respectivas posiciones y condiciones de mezcla a un controlador central, que aprende de los datos generales de todos los sistemas de mezcla y proporciona instrucciones de mezcla actualizadas y modificadas a varios sistemas de mezcla en la red basadas en esta información. De esta manera, el funcionamiento de cada sistema de mezcla individual dentro de la red se puede optimizar en función de la información de todos los demás sistemas de mezcla en la red. Por lo tanto, el momento y el alcance de la entrega de dióxido de carbono, el tipo y la cantidad de mezcla, la cantidad de agua y el tiempo y la entrega, y otros factores pueden optimizarse para un sitio antes de que incluso haya comenzado su primer lote, según la información histórica de otros sitios, y todos los sitios pueden experimentar una mejora continua en la optimización a medida que los sensores y, opcionalmente, los controladores en la red obtienen continuamente más información y la envían al controlador central.
Por lo tanto, en ciertas realizaciones, los procedimientos de la invención pueden incluir mecanismos de retroalimentación mediante los cuales una o más características del tipo de aparato mezclador, mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico y dentro o fuera de la mezcladora, un componente del aparato de producción de mezcla de cemento hidráulico, un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico, o el entorno de la mezcladora, se monitorea y la información se utiliza para modular la exposición de la mezcla de cemento hidráulico al dióxido de carbono, uno o más aditivos, agua u otros componentes, en la mezcla actual y/o en mezclas posteriores. Características tales como el contenido de dióxido de carbono monitoreado dentro y/o fuera de la mezcladora, y/o la temperatura de la mezcla monitoreada dentro de la mezcladora o fuera de la mezcladora, de un componente en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, una superficie de la mezcladora tal como la superficie exterior de la mezcladora, y/o la posición o estado de funcionamiento de un componente del aparato de producción de mezcla de cemento hidráulico, se puede usar para determinar cuándo modular la adición de dióxido de carbono, por ejemplo, para iniciar o detener o reducir la velocidad de la adición de dióxido de carbono. También se puede realizar cierto monitoreo de seguridad, por ejemplo, monitoreo de áreas fuera de la mezcladora para determinar los niveles de dióxido de carbono para garantizar la seguridad del trabajador.
En general, los sistemas de retroalimentación incluyen uno o más sensores para monitorear una o más características y enviar entradas a un controlador, que recibe la entrada de los sensores, la procesa y, si es necesario, envía la salida, en función del procesamiento, a uno o más actuadores que están configurados para alterar algún aspecto de la exposición de la mezcla de cemento hidráulico al dióxido de carbono, agua, aditivos o algún otro aspecto del funcionamiento del aparato de mezcla de cemento hidráulico. En el caso más simple, un operador humano puede comenzar manualmente la exposición al dióxido de carbono ajustando una válvula, a continuación, puede monitorear una característica usando uno o más sensores, por ejemplo, un sensor de temperatura de mano que apunta al tambor de un camión de mezcla preparada, y/o un temporizador simple, y detener el suministro de gas de dióxido de carbono cuando se alcanza una cierta temperatura o un cierto tiempo. Sin embargo, en general se utilizan mecanismos automáticos de retroalimentación.
Sensores
Los sensores adecuados para usar en los procedimientos de la invención incluyen sensores de temperatura, sensores de dióxido de carbono, sensores de reología, sensores de peso (por ejemplo, para controlar el peso exacto de cemento usado en un lote particular), sensores de humedad, otros sensores de gas tales como sensores de oxígeno, sensores de pH y otros sensores para monitorear una o más características de una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente del aparato de producción de mezcla de cemento hidráulico, un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico o algún otro aspecto de la operación de la mezcla. Los sensores también incluyen sensores que monitorean un componente del aparato de mezcla de cemento hidráulico, como sensores que detectan cuándo ha comenzado la mezcla, cuándo los componentes de una mezcla de cemento hidráulico se han agregado a una mezcladora, sensores de flujo másico, caudal o medidor de presión en el conducto u otros sensores adecuados.
Sensor de báscula de cemento Se puede usar un sensor de báscula de cemento para transmitir información al controlador sobre la masa de cemento que estará en una mezcla dada en la mezcladora. Como el CO2 se dosifica en proporción a la masa de cemento, este peso es importante para determinar la dosis correcta para lograr los resultados deseados. La masa de cemento también se usa para alterar el tamaño de un lote dado, dado que una mezcla podría variar en relación con un tamaño predeterminado, como un lote completo (100 %) o un cuarto de lote (25 %), o cualquier otro tamaño de lote. En algunos casos, el lote podría incluso superar el 100 %. Este tamaño de lote también se puede usar para determinar el espacio superior (libre) en la mezcladora para que pueda llenarse rápidamente con CO2 sin crear una sobrepresión al entregar más de lo que permitiría el espacio superior. Una vez que el espacio superior está lleno, el caudal se puede reducir para que coincida con la velocidad de absorción del cemento.
Sensores de dióxido de carbono Se pueden usar uno o más sensores de CO2 para minimizar el desperdicio, es decir, para aumentar la eficiencia de la absorción de dióxido de carbono y/o para garantizar la seguridad de los trabajadores. Los sensores de CO2 funcionan midiendo el contenido de CO2 del aire alrededor del exterior de la mezcladora y/o dentro de la mezcladora. Alternativamente, o adicionalmente, uno o más sensores pueden estar ubicados dentro de la mezcladora y detectar el contenido de dióxido de carbono del gas en la mezcladora y enviar una señal a un controlador. Los sensores pueden ser cualquier sensor capaz de controlar la concentración de dióxido de carbono en un gas y transmitir una señal al controlador en función de la concentración, y pueden ubicarse en cualquier lugar o lugares convenientes dentro o fuera de la mezcladora; si está dentro, preferentemente en un lugar tal que el sensor no esté sujeto a incrustaciones por la mezcla de cemento hidráulico mientras se mezcla o vierte. Además de, o en lugar de, los sensores de dióxido de carbono dentro de la mezcladora, uno o más de estos sensores pueden ubicarse fuera de la mezcladora para detectar el contenido de dióxido de carbono del gas de desbordamiento que escapa de la mezcladora y enviar una señal a un controlador. En cualquier caso, se puede establecer un cierto intervalo o intervalos, o un valor de corte, para el contenido de dióxido de carbono, y después de que el contenido de dióxido de carbono de la mezcladora y/o el gas de desbordamiento alcance el intervalo deseado, o supere el umbral deseado, el suministro de dióxido de carbono, o algún otro aspecto del aparato de mezcla de cemento hidráulico, puede ser modulado por una señal o señales del controlador a un actuador o actuadores. Por ejemplo, en ciertas realizaciones, un sensor de dióxido de carbono puede ubicarse fuera de la mezcladora y cuando el contenido de dióxido de carbono del gas de desbordamiento alcanza un cierto umbral, tal como una concentración de dióxido de carbono que indica que la mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico está saturada con dióxido de carbono, el suministro de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, dentro de la mezcladora, se detiene o ralentiza cerrando una válvula, parcial o completamente, en el conducto desde la fuente de dióxido de carbono a la mezcladora.
En particular, para minimizar el desperdicio, se pueden situar uno o más sensores en las áreas donde es más probable que se produzcan fugas (por ejemplo, alrededor de las puertas, etc.). El sensor o los sensores pueden situarse de modo que la fuga de dióxido de carbono sea más probable que pase cerca de ellos, por ejemplo, dado que el dióxido de carbono es más denso que el aire, es más conveniente situarlos por debajo de un probable punto de fuga que situarlos por encima de un probable punto de fuga. Cuando el gas se entrega a una velocidad mucho mayor que la capacidad del cemento para absorber el CO2 es más probable que se derrame de la mezcladora en un punto de fuga y sea detectado por un sensor de gas. Las fugas serían un evento normal cuando se entrega demasiado gas a la mezcladora dado que la mezcladora no es completamente hermética al gas según la naturaleza de la máquina. Una fuga de CO2 se produciría cuando el CO2 ha sido entregado demasiado rápido. Dado que el CO2 es más pesado que el aire, en general habría una cierta cantidad de CO2 que se puede entregar a la mezcladora donde el gas CO2 entrante desplazaría el aire que inicialmente estaba en la mezcladora. Una vez que se ha desplazado el aire, una entrega de gas adicional desplazaría el dióxido de carbono previamente entregado o de lo contrario se derramaría inmediatamente de la mezcladora. Los sensores que alimentan un sistema lógico de dosificación se situarían preferentemente en lugares inmediatamente al lado de los puntos de fuga de la mezcladora. Si uno o más sensores leen que el contenido de CO2 en la vecindad excede un nivel de umbral preestablecido (por ejemplo, una línea base definida), el sistema ajustará el caudal y/o tiempo de entrega de CO2 , p. ej., para disminuir o eliminar el exceso adicional en el lote actual o para eliminar el exceso en un ciclo de mezcla futuro. La lógica puede coordinar una tasa de llenado del espacio de la mezcladora que es proporcional a la tasa de absorción del CO2 por el cemento
Para la seguridad de los trabajadores, si un suministro de dióxido de carbono hace que la concentración de dióxido de carbono en las áreas alrededor de la mezcladora a las que acceden normalmente los trabajadores exceda un valor máximo (como lo indica OSHA), el controlador puede mandar una señal a un sistema de corte donde todas las válvulas pueden cerrarse y, normalmente, una alarma puede sonar como medida de seguridad. Los sensores que alimentan un sistema de seguridad se pueden situar a varias distancias de la mezcladora, según los requisitos de proximidad de los trabajadores a la mezcladora.
Sensores de temperatura Se pueden usar uno o más sensores para controlar la temperatura de la mezcla dentro o fuera de la mezcladora y/o de un componente en contacto con la mezcla de cemento hidráulico y/o de la mezcladora, lo que es indicativo de carbonatación y/u otras reacciones debido a la adición de dióxido de carbono, y la adición de dióxido de carbono modulada en base a esta temperatura o temperaturas monitoreadas por el sensor o sensores. Se pueden ubicar uno o más sensores de temperatura para controlar la temperatura de la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, dentro de la mezcladora, o en un sitio distal a la mezcladora, como un sitio de retención o sitio de transporte para la mezcla de cemento hidráulico. Tal sitio puede ser, por ejemplo, una caja de alimentación para una operación prefabricada, o una correa u otro modo de transporte, o una carretilla u otro sitio para transportar o almacenar hormigón desde un camión de mezcla preparada. Se pueden ubicar uno o más sensores de temperatura para controlar la temperatura de un componente que está en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, el tambor de la mezcladora. Se puede usar cualquier sensor de temperatura adecuado. Por ejemplo, un sensor de temperatura infrarrojo, como un sensor montado o de mano, puede usarse para monitorear la temperatura del tambor de un camión de mezcla preparada al que se agrega dióxido de carbono, y cuando se alcanza una cierta temperatura o intervalo de temperaturas es logrado, la adición del dióxido de carbono dentro del tambor puede ser modulada.
La temperatura o intervalo de temperaturas a las cuales se modula la exposición al dióxido de carbono puede ser una temperatura o intervalo predeterminado, basado en una temperatura que se sabe que está asociada con una o más características indeseables, por ejemplo, resistencia reducida, pérdida de trabajabilidad, bajo rendimiento de compactabilidad, endurecimiento en la mezcladora, etc. En algunos casos puede ser una temperatura o intervalo absoluto. Más preferentemente, es una temperatura o intervalo que se determina en referencia a una temperatura inicial, tal como una temperatura inicial de la mezcla de cemento hidráulico o un componente en contacto con la mezcla antes de la adición de dióxido de carbono. En ciertas realizaciones, la temperatura o intervalo es al menos 10, 15, 20, 21, 22, 23, 24, 25, 26, 27, 28, 29, 3035, 40, 45 o 50 °C por encima de la temperatura inicial, o 10-50, 10-40, 10-30 °C por encima de la temperatura inicial, y con ese intervalo se puede establecer un umbral, que puede variar de un lote a otro dependiendo de la carbonatación deseada de la mezcla de hormigón u otras características. En ciertos casos, por ejemplo, donde se usan materiales de partida calientes, la temperatura se mantiene sin cambios desde la temperatura de partida, o se mantiene dentro de 0-5 °C de la temperatura de partida. En algunos casos, se establece una temperatura máxima absoluta y el sistema de control se configura para mantener la mezcla por debajo de la temperatura máxima. El sensor también se puede usar para monitorear la velocidad de aumento de temperatura y el controlador puede ajustar el caudal y/o el tiempo de entrega si la velocidad es demasiado alta o demasiado baja. Los datos de prueba indican que, para un flujo constante, la absorción de carbono es proporcional al aumento de temperatura detectado inmediatamente después de la carbonatación para una mezcla dada. Se puede usar una medición de temperatura in situ para modelar la absorción de dióxido de carbono total en tiempo real de la mezcla de cemento, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico con respecto a los datos de calibración recopilados previamente.
Sensores de reología En una operación en la que la fluidez de la mezcla de cemento es importante, por ejemplo, una operación de fraguado húmedo, se pueden usar uno o más sensores de reología. Se puede montar un reómetro dentro de la mezcladora para medir la trabajabilidad de la mezcla de cemento hidráulico. El CO2 puede reducir la trabajabilidad de la nueva mezcla de cemento hidráulico, y el reómetro puede usarse para controlar la pérdida de trabajabilidad. En un cierto umbral mínimo predeterminado de trabajabilidad, se pueden activar una o más acciones, como la modulación del caudal de CO2 a la mezcladora, adición de aditivo y/o adición de agua adicional, para restaurar la trabajabilidad al nivel deseado. Un reómetro también puede monitorear la trabajabilidad del hormigón en un camión de hormigón premezclado mientras está en tránsito y ajustar el CO2/dosis de mezcla en mezclas posteriores producidas en la planta de procesamiento por lotes, o incluso ajustar una dosis de mezcla entregada en el propio camión de tambor.
Sensores de humedad Se pueden usar uno o más sensores de humedad. El sensor de humedad se usa para controlar la humedad en la mezcla de cemento hidráulico durante el ciclo de mezcla. Como el CO2 es absorbido por la mezcla de cemento hidráulico, la humedad aparente puede reducirse y dar como resultado un producto de aspecto más seco. Por lo tanto, puede ser necesario aumentar la humedad de la mezcla para mantener el aspecto deseado del producto. Si la humedad alcanza un valor umbral mínimo, el CO2 se puede modular, por ejemplo, reducir o cortar para que la mezcla no se libere en condiciones inaceptablemente secas. El sensor también controla la disminución de humedad con respecto a la absorción de CO2 y puede ajustar el caudal y/o el momento de entrega si la velocidad es demasiado alta o demasiado baja. El sensor de humedad también puede activar la adición de agua suplementaria a la mezcla en cualquier punto del procedimiento de mezcla. Además, se pueden usar uno o más sensores de humedad para determinar el contenido de humedad de uno o más componentes de la mezcla de cemento hidráulico antes de que se mezclen los componentes; por ejemplo, se puede usar un sensor de humedad para determinar el contenido de humedad del agregado, que puede ser expuesto a las condiciones climáticas que conducen a la captación de agua.
Otros sensores Uno o más sensores pueden monitorear las condiciones del aparato de mezcla de cemento hidráulico y enviar una señal a un controlador. Por ejemplo, uno o más sensores pueden monitorear cuando todos los componentes deseados de la mezcla de cemento hidráulico están en la mezcladora y se mezclan, y el controlador puede enviar una señal a un actuador, como una válvula controlable, para comenzar el flujo de dióxido de carbono. El flujo de dióxido de carbono puede continuar durante un tiempo predeterminado, o puede ser modulado según retroalimentación adicional, tal como se describió anteriormente.
También se pueden controlar otras condiciones, como las condiciones de presión en una o más líneas; por ejemplo, en un sistema donde se entrega dióxido de carbono líquido a la mezcladora, se pueden emplear sensores para controlar la formación de hielo seco entre la boquilla y el solenoide, así como para confirmar que se mantiene la presión presolenoide para garantizar que la línea permanezca líquida.
Se puede usar cualquier combinación de uno o más sensores dentro o fuera de la mezcladora, y/o dentro o fuera de la mezcla, para controlar el peso del aglutinante de cemento, la ubicación del aglutinante de cemento, el contenido de dióxido de carbono, la temperatura, la reología, el contenido de humedad, el pH, otras características, o una combinación de los mismos, y pueden usarse lazos de retroalimentación para modular la adición de dióxido de carbono en base a la información proporcionada por estos sensores; dichos lazos pueden incluir ajustes automáticos o manuales, o ambos. En ciertas realizaciones, los sensores monitorean el tiempo de adición del aglutinante de cemento y/o el tiempo de operación del sistema del colector de polvo, ya que en algunas mezcladoras se hace funcionar un ventilador después de que entran los polvos para impedir polvo excesivo, y estos deben apagarse para que el dióxido de carbono agregado no sea eliminado durante este tiempo. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que incluye un sistema de control que incluye al menos un sensor seleccionado del grupo que consiste en un sensor de dióxido de carbono, un sensor de temperatura, un sensor de reología y un sensor de humedad. En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que incluye un sistema de control que incluye al menos dos sensores seleccionados del grupo que consiste en un sensor de dióxido de carbono, un sensor de temperatura, un sensor de reología y un sensor de humedad. En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que incluye un sistema de control que incluye al menos tres sensores seleccionados del grupo que consiste en un sensor de dióxido de carbono, un sensor de temperatura, un sensor de reología y un sensor de humedad. En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que incluye un sistema de control que incluye un sensor de dióxido de carbono, un sensor de temperatura, un sensor de reología y un sensor de humedad. Los procedimientos pueden incluir además uno o más actuadores para ajustar algún aspecto de la operación de mezcla, por ejemplo, flujo de dióxido de carbono a la mezcladora, o flujo de aditivo a la mezcladora, y un controlador que recibe señales del sensor o sensores, los procesa para determinar si se requiere la modulación de la operación de mezcla y, si es así, transmite una señal a un actuador o actuadores para llevar a cabo la modulación.
Actuadores
El actuador o los actuadores pueden ser, por ejemplo, una o más válvulas, como una válvula solenoide, en uno o más conductos que suministran un componente, como dióxido de carbono, a la mezcladora, como se describe en otra parte de esta invención. Un actuador para el suministro de CO2 puede ser, por ejemplo, un colector de suministro con, por ejemplo, sensor de temperatura de gas, manómetro de gas, válvula de control de modulación, solenoide de apertura/cierre y conjunto de placa de orificio. Todos estos componentes se pueden combinar en un conjunto singular, es decir, un controlador de flujo. Un actuador que controla el suministro de agua a la mezcla puede estar bajo el control del controlador, como puede ser un actuador que controla el suministro de uno o más aditivos a la mezcla. Además, un actuador puede incluir un interruptor de relé conectado a la fuente de energía del colector de polvo para apagar el colector de polvo de la mezcladora durante la entrega de CO2 (si es necesario). En general, la modulación de la exposición al dióxido de carbono será un aumento o disminución de la exposición.
Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que incluye un sistema de control que incluye al menos un actuador para controlar al menos una acción seleccionada del grupo que consiste en un flujo de dióxido de carbono a la mezcladora, flujo de agua a la mezcladora y el flujo de mezcla a la mezcladora. En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que incluye un sistema de control que incluye al menos dos actuadores para controlar al menos dos acciones seleccionadas del grupo que consiste en un flujo de dióxido de carbono a la mezcladora, flujo de agua a la mezcladora y el flujo de mezcla a la mezcladora. En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que incluye un sistema de control que incluye un actuador para controlar el flujo de dióxido de carbono a la mezcladora, un actuador para controlar el flujo de agua a la mezcladora y un actuador para controlar el flujo de mezcla a la mezcladora.
Otros actuadores, como los actuadores que controlan uno o más aspectos de la producción de cemento hidráulico, como el tiempo de la mezcla, la entrega de entrada de enfriamiento como hielo o nitrógeno líquido, la activación de una alarma y similares, también se pueden usar según corresponda.
Controlador
Los sistemas de control utilizados en los procedimientos de la invención incluyen un controlador que recibe entradas de uno o más sensores, los procesa comparándolos con valores preestablecidos para lograr el resultado deseado y, según sea necesario, envía salidas a uno o más actuadores para mover el sistema hacia el resultado deseado.
El controlador puede ser, por ejemplo, un circuito electrónico o un controlador lógico programable, ubicado en el sitio con la mezcladora o fuera del sitio, por ejemplo, como parte de una red informática. Por ejemplo, el controlador puede ser un controlador lógico programable (PLC) con una interfaz hombre-máquina (HMI), por ejemplo, una pantalla táctil y un ordenador de telemetría a bordo. El controlador puede integrarse en el controlador de la mezcladora general o puede ser un conjunto separado que recibe entradas del controlador de la mezcladora, según corresponda.
A continuación, se ilustra un conjunto ejemplar de operaciones para un controlador en respuesta a entradas de varios sensores y para dar salidas a varios actuadores.
El sistema puede incluir los siguientes componentes: 1) Controlador lógico programable (PLC) con interfaz hombremáquina (HMI) conectada, por ejemplo, una pantalla táctil y un ordenador de telemetría a bordo. 2) Colector de suministro de gas con, por ejemplo, sensor de temperatura de gas, manómetro de gas, válvula de control de modulación, solenoide de apertura/cierre y conjunto de placa de orificio. Todos estos componentes se pueden combinar en un conjunto singular, es decir, un controlador de flujo. 3) Báscula de cemento que se alimenta a una mezcladora de hormigón para medir la cantidad de cemento utilizado en un lote. Esta cantidad se usa lógicamente para determinar la dosis de CO2 basada en el contenido de cemento (más información a continuación). 4) Interruptor de proximidad para activar la entrega de CO2 en la mezcladora 5) Interruptor de relé conectado a la fuente de energía del colector de polvo para cortar el colector de polvo de la mezcladora durante la entrega de CO2 (si es necesario). 6) Uno o más sensores de CO2 ubicados alrededor de la mezcladora utilizados para controlar la concentración de gas de dióxido de carbono fuera de la mezcladora. Los datos pueden usarse lógicamente para minimizar el desperdicio controlando el flujo o monitoreando la seguridad (más información a continuación). 7) Sensor de temperatura del hormigón dentro o sobre la mezcladora usado para monitorear la temperatura del hormigón durante el tratamiento de carbonatación. Los datos pueden usarse lógicamente para controlar la dosis de CO2 , así como el caudal (más información a continuación). 8) Sensor de humedad utilizado para controlar la humedad del hormigón en la mezcladora. Esta información se puede usar para controlar lógicamente la dosis de CO2 (más información a continuación). 9) Sensor de reología del hormigón para controlar la consistencia del hormigón. La información sobre la trabajabilidad del hormigón puede usarse lógicamente para señalar la entrega de aditivos o procesar los puntos finales. No todos estos componentes necesitan estar presentes, dependiendo de las necesidades de la operación de mezcla. Por ejemplo, en una operación de fraguado en seco, no se puede usar un sensor de reología.
Las etapas de operación del sistema son las siguientes:
1. Se programa un PLC, por ejemplo, a través de la HMI, para aplicar el tratamiento con dióxido de carbono a un primer lote. Configuración de umbral de procedimiento para aspectos como la concentración de CO2 en el aire en un punto de fuga y/o en un área de trabajo, temperatura del hormigón y/o tasa de cambio de la temperatura, humedad del hormigón y/o tasa de cambio de la humedad, se puede ingresar la reología del hormigón en este momento.
2. El procesamiento por lotes comienza con una señal del controlador de mezcla a la mezcladora. Esto sigue lógicamente después de la etapa anterior. El software del controlador de la mezcladora puede comunicar información del lote al PLC.
3. Los materiales se agregan a la mezcladora (p. ej., agregados). Esto sigue lógicamente después de la etapa anterior como parte de la práctica normal.
4. Se pesa el cemento. Esto sigue lógicamente después de la etapa anterior como parte de la práctica normal. Un sensor de masa (peso) de cemento determina la masa (peso) de cemento utilizado en el lote y alimenta información al PLC
5. El PLC realiza un cálculo para determinar el flujo de gas requerido. Esto se sigue lógicamente de una etapa anterior. El PLC calcula la cantidad de gas requerida para el suministro a la mezcla actual en función de una tasa de dosificación porcentual de masa de gas a masa de cemento. El cálculo del PLC puede referirse a un punto de ajuste predeterminado. Alternativamente, o además, puede recurrir a datos históricos de combinaciones anteriores de tamaño de mezcla, tipo de mezcla y tasa de dosificación del CO2 , ya sea desde el sitio de mezcla donde se está mezclando el lote actual, o desde otros sitios de mezcla, o una combinación de los mismos. Puede usar información (ya sea de entrada o detectada) sobre el tamaño del lote, la masa de cemento, el tipo de mezcla y el volumen de la mezcladora. Por ejemplo, puede usar información sobre el tipo u origen del cemento para determinar si, qué y/o cuánta mezcla debe emplearse. El PLC puede aceptar la información requerida para los cálculos de las fuentes, incluida la entrada del usuario en la HMI, la comunicación con el software del controlador de la mezcladora y el sensor de masa de cemento. Los cálculos del PLC dependerán de la adquisición de todos los datos requeridos que pueden provenir de, por ejemplo, la HMI en la etapa 1, el software del controlador de mezcla en la etapa 2 y/o el sensor de masa de cemento en la etapa 4.
6. Se deja caer cemento en la mezcladora. Esto sigue lógicamente después de la etapa anterior. Se detecta el momento que el cemento entra a la mezcladora. Un sensor de proximidad puede detectar el depósito de cemento en la mezcladora a través de un movimiento físico (por ejemplo, la apertura de una puerta o compuerta). Alternativamente, el tiempo de adición de cemento puede suministrarse sincrónicamente desde el software del controlador de la mezcladora. El tiempo que el cemento se sitúa en la mezcladora se transmite al PLC.
7. El PLC inicia la entrega de gas. Esto puede ser concurrente con la etapa anterior, en algún momento predeterminado después de la etapa anterior, o incluso antes de la etapa anterior, si se desea reemplazar parte o la totalidad del aire en la mezcladora con CO2 antes de la deposición del cemento. El PLC puede enviar una señal al colector de polvo de la mezcladora para que se apague para todo o parte de la entrega de CO2 o de otra manera coordinada con algún aspecto de la entrega de gas. El p Lc envía señal al solenoide en el sistema de entrega de CO2 para abrir, en coordinación con la inserción del cemento o en algún momento antes o después de la inserción.
8. El PLC inspecciona los sensores en busca de cualquier condición de procedimiento que indique que la entrega de CO2 debe cambiar/terminar según las condiciones preestablecidas o para otros aspectos medibles. Esto sigue lógicamente después de la etapa anterior. A) Sensor de temperatura: la temperatura del hormigón excede un valor o tasa umbral que se puede establecer para la correlación con un aumento de temperatura máximo permitido o un aumento de temperatura objetivo. B) Sensores de fuga de CO2 - los sensores de CO2 en los puntos de fuga significativos de la mezcladora han detectado un contenido de CO2 que excede un umbral preestablecido o un valor relativo por encima de una medición de referencia. C) Sensores de seguridad de CO2 - los sensores de CO2 que monitorean el contenido de CO2 del aire en la vecindad general de la mezcladora ha alcanzado un valor umbral. También puede haber un sensor de oxígeno que mide el contenido de oxígeno del aire. Estos sensores están ubicados en áreas a las que acceden los trabajadores alrededor de la máquina, en lugar de fugas inmediatamente desde la mezcladora. D) Sensor de humedad: el contenido de humedad del hormigón ha alcanzado un umbral absoluto con respecto a un punto de ajuste o ha pasado una medida relativa con respecto al lote en cuestión. Por ejemplo, una condición podría reconocer que el contenido de humedad del hormigón varía inherentemente de un lote a otro, pero buscaría una disminución en el contenido de humedad de, por ejemplo, 0,5 % con respecto a la medición esperada si ningún CO2 se había aplicado o la medición inicial, etc. E) Reología: (relevante para la mezcla húmeda) se mide la trabajabilidad del hormigón y se encuentra que alcanza un nivel umbral. F) Temporizador en PLC - PLC puede tener un tiempo de entrega máximo predefinido que puede indicar una condición de parada en caso de que ningún otro sensor haya activado una parada.
9. Se detecta una condición de modificación del flujo de gas. El PLC recibe una señal de un sensor y modifica el suministro de gas en respuesta. Sigue lógicamente desde la etapa anterior. A) Cualquier sensor puede sugerir que el flujo de entrada de gas se modifica (por ejemplo, se reduce) a medida que se acerca a un valor umbral en lugar de simplemente alcanzarlo o cruzarlo. B) Sensor de temperatura - si el sensor detecta un aumento en la temperatura del hormigón que es mayor de lo esperado, el PLC puede enviar una señal para reducir la tasa de entrada de dióxido de carbono. Por el contrario, si la tasa de aumento de temperatura es menor de lo esperado, entonces el PLC puede aumentar la tasa de entrada de dióxido de carbono. Además, o alternativamente, si se alcanza un cierto umbral de temperatura, el suministro de dióxido de carbono puede detenerse. C) Sensores de fuga de CO2 - si los sensores detectan un aumento de la concentración de CO2 en los puntos de fuga de la mezcladora, se puede enviar una señal al PLC, lo que reduce la entrada de dióxido de carbono. Por ejemplo, la fuga puede ser una indicación de que el espacio superior de la mezcladora se ha llenado con CO2 y cualquier otra adición resultará en fugas o excesos. La entrada de CO2 puede reducirse a una tasa que sea proporcional a la tasa de absorción proyectada del dióxido de carbono en el cemento. De este modo, cualquier gas que se absorbe en el hormigón se reemplaza a su vez con nuevo CO2 gaseoso para mantener una cantidad total de gas en la mezcladora. D) Sensor de reología - si el sensor detecta una disminución, por ejemplo, una disminución rápida en la trabajabilidad del hormigón, el PLC puede enviar una señal para reducir la entrada de dióxido de carbono. Por el contrario, si la pérdida de trabajabilidad es menor de lo esperado, el PLC puede aumentar la entrada de dióxido de carbono. Otras salidas del PLC pueden causar la adición de aditivo, agua o ambos a la mezcla.
10. Con una condición de parada de entrega de gas lograda, el PLC recibe la señal para detener la entrega de gas. Sigue lógicamente desde la etapa anterior. El solenoide es cerrado. La entrega de gas termina.
11. Después que la entrega de CO2 se ha completado, los sensores pueden enviar señales al controlador que requieren entradas suplementarias a la mezcladora. Sigue lógicamente desde la etapa anterior. A) El sensor de temperatura puede detectar un aumento de temperatura que requiere que la temperatura del hormigón se reduzca mediante la adición de una entrada de enfriamiento como hielo o nitrógeno líquido. B) El sensor de temperatura detecta que la absorción objetivo de CO2 del hormigón se ha logrado, lo que puede provocar la adición de un aditivo apropiado. C) La lectura del sensor de humedad hace que el PLC indique una mezcla adicional de agua u otra medida correctiva, como un aditivo. D) La entrada del sensor de reología al PLC provoca la salida para la adición de agua adicional a la mezcla, o una adición de mezcla, o ambas, para facilitar un aumento de la trabajabilidad u otra medida correctiva.
12. El procesamiento por lotes y la mezcla están completos. El hormigón se libera al resto del ciclo de producción. Sigue lógicamente desde la etapa anterior.
13. El PLC puede realizar cálculos para aprender para lotes posteriores, particularmente para la próxima vez que se use la misma combinación o similar de diseño de mezcla y dosis de CO2. De lo contrario, se pueden predecir ajustes para otras dosis de CO2 para aplicar al mismo diseño de mezcla, o para lotes más pequeños de ese diseño de mezcla con la misma dosis de CO2 , etc. Esto puede ser concurrente con la etapa anterior. A) Los datos de los sensores de fuga de CO2 pueden indicar que, para una mezcla futura, el caudal debe reducirse si hubo fugas excesivas (se suministra demasiado gas) o aumentarse porque no hay fugas (no se ha suministrado suficiente gas) en la mezcla actual. El PLC tomará nota de la configuración actualizada o recalculada del flujo de gas para uso futuro. B) Los datos de temperatura pueden informar el uso futuro del tratamiento de enfriamiento. El PLC tomará nota de la respuesta de temperatura a raíz del ajuste de temperatura aplicado para el ajuste del tratamiento de enfriamiento en lotes futuros. Por ejemplo, el tratamiento de enfriamiento futuro puede ser mayor o menor si se considera que el tratamiento de enfriamiento actual es inadecuado. C) Los datos de temperatura pueden informar evaluaciones cinéticas futuras del aumento de temperatura contra el l tiempo para una combinación dada de diseño de mezcla y condición de suministro de gas. D) Los datos del sensor de humedad pueden informar el ajuste futuro del agua de la mezcla que se debe incluir como parte del agua de la mezcla inicial o como agua de la mezcla de adición tardía. En el primer caso, la adición total de agua puede enfocarse de manera incremental, mientras que las mezclas posteriores pueden usar el punto final determinado en la primera mezcla como un ajuste objetivo. E) La información reológica puede informar el uso futuro de la mezcla. El PLC puede correlacionar una dosis cuantificada de aditivo con la respuesta en la métrica de trabajabilidad. La proporción de aditivo a aspectos tales como, entre otros, el contenido de cemento, dióxido de carbono absorbido (medido directamente después del hecho o aproximado por aumento de temperatura) puede mejorarse y recalcularse recursivamente a medida que se obtienen datos adicionales, mejorando así la lógica de dosificación de aditivo. También se puede ingresar información adicional con respecto a las características del lote, como la fluidez o la resistencia en uno o más instantes, la absorción de agua y similares.
14. El PLC puede registrar y distribuir los datos de telemetría a un almacenamiento de datos remoto. Esto puede ser concurrente con el final del suministro de gas (etapa 10) o seguir a partir de las etapas posteriores si la información adicional adquirida después del final del suministro forma parte de la información transmitida.
Mezcladoras y sistemas de control ejemplares se ilustran en las figuras 1, 2 y 3. La figura 1 muestra una mezcladora planetaria estacionaria, por ejemplo, para usar en una operación prefabricada. La báscula de cemento 1 incluye un sensor de masa que envía datos sobre la masa de cemento dispensado desde el silo de cemento 2 al controlador 10. El sensor de proximidad 3 detecta cuando se libera cemento a la mezcladora y envía una señal al controlador; alternativamente, el controlador de mezcla (no mostrado) puede enviar una señal al controlador 10 cuando se libera el cemento. La entrega de CO2 puede comenzar con la liberación del cemento; alternativamente, la entrega de CO2 puede comenzar antes o después de la liberación. Los sensores 8 y 9 de CO2 están ubicados en áreas de fuga fuera de la mezcladora y envían señales con respecto al contenido de CO2 atmosférico al controlador 10. Además, el sensor de temperatura 6 envía señales con respecto a la temperatura de la mezcla de hormigón al controlador 10. Sensores adicionales, como sensores de humedad y reología, o sensores adicionales de CO2 se pueden usar en áreas de trabajo cercanas a la mezcladora (no se muestran) y enviar señales adicionales al controlador. El controlador 10 procesa las señales y envía la salida a un actuador 11 para controlar la entrega de CO2 de un suministro de CO2 13 a través de un conducto a la entrada del gas CO2 a la mezcladora 7, donde ingresa al espacio superior de la mezcladora 4 y contacta el hormigón que se mezcla 5. Por ejemplo, en un caso básico, el controlador 10 puede enviar una señal al actuador 11 para abrir una válvula para la entrega de CO2 al recibir la entrada del sensor de proximidad 3 que indica que se ha entregado cemento a la mezcladora y enviar una señal al actuador 11 para cerrar la válvula al recibir la entrada de uno o más de los sensores de CO28 y 9 o el sensor de temperatura 6 que indica que la entrega deseada de CO2 a la mezcladora, o la absorción de CO2 en el hormigón se ha logrado. El controlador puede enviar la salida a actuadores adicionales tales como un actuador para controlar la adición de agua o un actuador que controla la adición de aditivo (no se muestra). Se puede usar un sistema de telemetría opcional 12 para transmitir información sobre el lote a un local central para ser utilizada, por ejemplo, para almacenar datos para su uso en lotes futuros y/o para la modificación de mezclas iguales o similares en otros locales.
Las figuras 2 y 3 muestran una mezcladora de cemento móvil, en este caso, un camión de mezcla preparada. La figura 2 muestra un camión de mezcla preparada 1 con un sistema de suministro de dióxido de carbono desmontable. El dióxido de carbono se suministra desde un suministro de dióxido de carbono 8 a través de un conducto que se puede conectar a un conducto en el camión 2 en una unión 4. El controlador 6 controla el suministro de dióxido de carbono al tambor del camión 2 a través de un actuador 5. Sensores, como los sensores de CO2 pueden ubicarse en áreas de fuga fuera y/o dentro del tambor 2 y enviar señales con respecto al contenido de CO2 atmosférico al controlador 6. Además, uno o más sensores de temperatura pueden enviar señales con respecto a la temperatura de la mezcla de hormigón al controlador 6. Sensores adicionales, como sensores de humedad y reología, o sensores adicionales de CO2 se pueden usar en áreas de trabajo cercanas a la mezcladora (no se muestran) y enviar señales adicionales al controlador. Los controladores envían una señal al actuador (por ejemplo, válvula) 5 para controlar la adición de dióxido de carbono al tambor 2. El controlador puede controlar actuadores adicionales, como para controlar la adición de una mezcla al tambor 2. Se puede usar un sistema de telemetría opcional 7 para transmitir información sobre el lote a un local central para ser utilizada, por ejemplo, para almacenar datos para su uso en lotes futuros y/o para la modificación de las mismas mezclas o mezclas similares en otros locales. La figura 3 muestra un camión de mezcla preparada con un sistema de suministro de dióxido de carbono conectado que viaja con el camión 1. Esto puede ser útil para, por ejemplo, optimizar la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono. El dióxido de carbono se suministra desde un suministro de dióxido de carbono 7 a través de un conducto 3 que se puede conectar al camión y entrega dióxido de carbono al tambor del camión 2. El controlador 5 controla el suministro de dióxido de carbono al tambor del camión 2 a través de un actuador 4. Sensores, como los sensores de CO2 pueden ubicarse en áreas de fuga fuera y/o dentro del tambor 2 y enviar señales con respecto al contenido de CO2 atmosférico al controlador 5. Además, uno o más sensores de temperatura pueden enviar señales con respecto a la temperatura de la mezcla de hormigón al controlador 5. Sensores adicionales, como sensores de humedad y reología, o sensores adicionales de CO2 se pueden usar en áreas de trabajo cercanas a la mezcladora (no se muestran) y enviar señales adicionales al controlador. Los controladores envían una señal al actuador (por ejemplo, válvula) 4 para controlar la adición de dióxido de carbono al tambor 2. El controlador puede controlar actuadores adicionales, como para controlar la adición de una mezcla al tambor 2. Se puede usar un sistema de telemetría opcional 6 para transmitir información sobre el lote a un local central para ser utilizada, por ejemplo, para almacenar datos para su uso en lotes futuros y/o para la modificación de las mismas mezclas o mezclas similares en otros locales. En cierta realización, el controlador 5 está ubicado alejado del camión y recibe las señales del sistema de telemetría, y transmite señales que son recibidas y sobre las que actúa el actuador 4.
D. Mezcladoras
La mezcladora donde se pone en contacto el dióxido de carbono con la mezcla de cemento hidráulico durante el mezclado puede ser cualquier mezcladora adecuada. La mezcladora puede estar relativamente fija en su local o puede permitir tanto mezclar como transportar a un local diferente del lugar donde se mezcla.
En ciertas realizaciones, la mezcladora tiene una ubicación fija o relativamente fija. Así, por ejemplo, en ciertas realizaciones, la mezcladora es parte de un aparato de pre-fraguado. Por ejemplo, la mezcladora puede configurarse para mezclar hormigón antes de introducir el hormigón en un molde para producir un producto de hormigón prefabricado. En ciertas realizaciones, la mezcladora está configurada para mezclar hormigón antes de introducir el hormigón en un molde, y la adición de dióxido de carbono a la mezcla de hormigón, los componentes de la mezcla de hormigón y, opcionalmente, otros ingredientes como uno o más aditivos, se ajustan de modo que un nivel deseado de flujo de la mezcla de hormigón, generalmente muy bajo o sin flujo, se combine con un nivel deseado de compactabilidad para que el hormigón se pueda compactar dentro de un cierto intervalo de parámetros durante y después de la entrega a un molde, y para que el producto final tenga el tiempo de endurecimiento deseado, la resistencia, la contracción y otras características deseadas. Por ejemplo, un tubo de gas para suministrar dióxido de carbono a la mezcladora puede situarse con la línea de gas situada de tal manera que no interfiera con el funcionamiento normal de la mezcladora. El gas se entrega en proporción a la cantidad de cemento, por ejemplo, en el intervalo de 0,5 % a 2,5 %, o cualquier otro intervalo adecuado como se describe en esta invención. El suministro de gas puede limitarse al tiempo normal de mezcla. En ciertas realizaciones, el suministro de gas puede ser activado por una compuerta para la tubería de adición de cemento. Cuando la compuerta se cierra (indicando la finalización de la adición de cemento), un sensor de proximidad magnético detecta el estado cerrado y dispara el inicio del flujo de dióxido de carbono.
En ciertas realizaciones en las que la mezcladora es una mezcladora fija, por ejemplo, en una operación de fraguado en seco o prefabricado de casete húmedo, la mezcladora está configurada para mezclar hormigón y entregarlo a un componente de retención, por ejemplo, una tolva, que además suministra el hormigón a un molde, opcionalmente a través de una caja de alimentación. Se puede agregar dióxido de carbono adicional a la mezcla de cemento hidráulico en la tolva y/o caja de alimentación, si se desea. Véase la Solicitud de Patente U.S. No. 13/660.447. En ciertas realizaciones, no se agrega dióxido de carbono adicional a la mezcla (aparte del dióxido de carbono en la atmósfera) después de que el hormigón sale de la mezcladora.
La adición de dióxido de carbono puede afectar la capacidad de compactación y, por lo tanto, la resistencia del objeto final, por ejemplo, el objeto prefabricado. En el caso de una operación de fraguado húmedo, la fluidez también es una consideración. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono a la mezcla de hormigón, los componentes de la mezcla de hormigón y, opcionalmente, otros ingredientes tales como uno o más aditivos, se ajustan de manera que el nivel deseado de compactabilidad (resistencia) y/o la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, hormigón, se logren, generalmente un nivel de compactabilidad (resistencia) y/o fluidez similar al nivel que estaría presente sin la adición de dióxido de carbono, de modo que el producto final después de que el hormigón se vierta en el molde y se compacte tenga una resistencia deseada, como una resistencia deseada a 1, 7, 28 y/o 56 días, y/o para que la fluidez tenga el valor deseado. En el caso de la mezcladora prefabricada, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar para que la compactabilidad y/o la resistencia a 1-, 7-, 28 y/o 56 días de la mezcla final de hormigón esté dentro de 50, 40, 30, 20, 10, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5 o 0,1 % del valor o valores que se alcanzarían sin la adición de dióxido de carbono, o esté dentro del 50, 40, 30, 20, 10, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5, o 0,1 % de un valor deseado predeterminado. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la compactabilidad y/o resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final esté dentro del 10 % de la capacidad de compactación y/o resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final que se lograría sin la adición de dióxido de carbono. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la compactabilidad y/o resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final esté dentro del 5 % de la capacidad de compactación y/o resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final que se lograría sin la adición de dióxido de carbono. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la compactabilidad y/o resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final esté dentro del 2 % de la capacidad de compactación y/o resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final que se lograría sin la adición de dióxido de carbono. También se pueden usar otros límites e intervalos de compactabilidad y/o resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final, como se describe en esta invención. Se puede usar cualquier procedimiento de medición adecuado para determinar la compactabilidad y/o la resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final, y las técnicas estándar son bien conocidas en la técnica. En ciertas realizaciones, además de la compactabilidad deseada y/o la resistencia a 1, 7 y/o 28 días de la mezcla de hormigón final, se logran una o más características adicionales, tales como que la contracción esté dentro de ciertos intervalos deseados, o por encima o por debajo de ciertos números de umbral, según lo determinado por los procedimientos estándar en la técnica. En todos los casos, si la operación es una operación de fraguado húmedo, adicionalmente o alternativamente, la fluidez puede ser modulada, por ejemplo, mediante el uso de uno o más aditivos, por ejemplo, para que la fluidez esté dentro de 50, 40, 30, 20, 10, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5 o 0,1 % del valor o valores que se alcanzarían sin la adición de dióxido de carbono, o dentro de 50, 40, 30, 20, 10, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5 o 0,1 % de un valor predeterminado. Se puede usar cualquier aditivo adecuado, como se describe en esta invención. En ciertas realizaciones, el aditivo comprende un retardador de fraguado. En ciertas realizaciones, el aditivo comprende un carbohidrato, tal como un sacárido, por ejemplo, un azúcar o un derivado de azúcar. En ciertas realizaciones, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en fructosa, glucoheptonato de sodio y gluconato de sodio. En ciertas realizaciones, el aditivo es gluconato de sodio, por ejemplo, gluconato de sodio suministrado para lograr un porcentaje, por peso de cemento, de 0,05-0,8 %, 0,1-0,8 %, o 0,1 -0,6 %, o 0,1-0,5 %, o 0,2 -0,5 %, o 0,2-3 %, o 0,2-2 %, o 0,2-1 %. En ciertas realizaciones, también se usa un segundo aditivo, tal como cualquiera de los aditivos descritos en esta invención.
En ciertas realizaciones, la mezcladora es una mezcladora transportable. "Mezcladora transportable", como se usa ese término en esta invención, incluye mezcladoras en los que los componentes de una mezcla de cemento hidráulico se sitúan en un local y la mezcla de cemento hidráulico se transporta a otro local que es remoto desde el primer local, y a continuación se usa. Una mezcladora transportable es transportada, por ejemplo, por carretera o ferrocarril. Como se usa en esta invención, una mezcladora transportable no es una mezcladora como las que se usan en operaciones de hormigón prefabricado. Por lo tanto, en ciertas realizaciones, la mezcladora puede ser el tambor de un camión de mezcla preparada donde se prepara una mezcla de hormigón para su entrega a un lugar de trabajo. En este caso, la mezcladora está configurada para mezclar hormigón y entregarlo a un lugar de trabajo, y la adición de dióxido de carbono a la mezcla de hormigón, los componentes de la mezcla de hormigón y, opcionalmente, otros ingredientes como uno o más aditivos, se ajustan de modo que se alcance un nivel de flujo deseado de la mezcla de cemento hidráulico, es decir, hormigón, generalmente un nivel de flujo que sea similar al nivel que estaría presente sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada, y para que el producto final después de verterlo en el lugar de trabajo tenga el tiempo de endurecimiento deseado, la resistencia, la contracción y otras características deseadas. En el caso de la mezcladora de mezcla preparada, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar para que la fluidez de la mezcla de hormigón final esté dentro de 50, 40, 30, 20, 10, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5, o 0,1 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar para que la fluidez de la mezcla de hormigón final esté dentro del 10 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar para que la fluidez de la mezcla de hormigón final esté dentro del 5 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar para que la fluidez de la mezcla de hormigón final esté dentro del 2 % de la fluidez que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o una fluidez predeterminada. También se pueden usar otros límites e intervalos de fluidez, como se describe en esta invención. Se puede utilizar cualquier procedimiento de medición adecuado para determinar la fluidez, como la conocida prueba de asentamiento. En ciertas realizaciones, además de la fluidez deseada, se logran una o más características adicionales, tales como la contracción y/o resistencia, como la resistencia a la compresión, en una o más veces después de verter el hormigón dentro de ciertos intervalos deseados, o por encima o por debajo de ciertos números de umbral, según lo determinado por los procedimientos estándar en la técnica. La adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia final a 1, 7, 28 y/o 56 días de la mezcla de hormigón final esté dentro del 50, 40, 30, 20, 10, 8, 5, 4, 3, 2, 1, 0,5 o 0,1 % del valor o valores que se alcanzarían sin la adición de dióxido de carbono, o un valor de resistencia predeterminado. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia a 1,7, 28 y/o 56 días de la mezcla de hormigón final esté dentro del 10 % de la resistencia a 1, 7, 28 y/o 56 días de la mezcla final de hormigón que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o un valor de resistencia predeterminado. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia final a 1, 7, 28 y/o 56 días la mezcla de hormigón final esté dentro del 5 % de la resistencia a 1, 7, 28 y/o 56 días de la mezcla de hormigón final que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o un valor de resistencia predeterminado. En ciertas realizaciones, la adición de dióxido de carbono, componentes de la mezcla de hormigón y/o componentes adicionales tales como uno o más aditivos, se pueden ajustar de modo que la resistencia final a 1, 7, 28 y/o 56 días la mezcla de hormigón final esté dentro del 2 % de la resistencia a 1, 7, 28 y/o 56 días de la mezcla de hormigón final que se lograría sin la adición de dióxido de carbono, o un valor de resistencia predeterminado. También se pueden usar otros límites e intervalos de resistencia a 1, 7, 28 y/o 56 días de la mezcla de hormigón final, como se describe en esta invención. Se puede usar cualquier procedimiento de medición adecuado para determinar la resistencia a 1, 7, 28 y/o 56 días de la mezcla de hormigón final, y las técnicas estándar son bien conocidas en la técnica. En ciertas realizaciones, además de la resistencia deseada a 1,7, 28 y/o 56 días de la mezcla de hormigón final, se logran una o más características adicionales, como que la contracción esté dentro de ciertos intervalos deseados, o por encima o debajo de ciertos números de umbral, según lo determinado por los procedimientos estándar en la técnica. Se puede usar cualquier mezcla adecuada, como se describe en esta invención. En ciertas realizaciones, el aditivo comprende un retardador de fraguado. En ciertas realizaciones, el aditivo comprende un carbohidrato, tal como un sacárido, por ejemplo, un azúcar. En ciertas realizaciones, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en fructosa, glucoheptonato de sodio y gluconato de sodio. En ciertas realizaciones, el aditivo es gluconato de sodio, por ejemplo, gluconato de sodio en un porcentaje de 0,01-2 %, o 0,01-1 %, o 0,01­ 0,8 %, o 0,01-0,5 %, o 0,01-0,1 %, o 0,1- 0,8 %, o 0,1-0,6 %, o 0,1-0,5 %, o 0,2-0,5 %, o 0,2-3 %, o 0,2-2 %, o 0,2-1 %. En ciertas realizaciones, el aditivo es fructosa, por ejemplo, fructosa en un porcentaje de 0,01-2 %, o 0,01-1 %, o 0,01-0,8 %, o 0,01-0,5 %, o 0,01-0,1 %, o 0,1-0,8 %, o 0,1-0,6 %, o 0,1-0,5 %, o 0,2-0,5 %, o 0,2-3 %, o 0,2-2 %, o 0,2-1 %. En ciertas realizaciones también se usa un segundo aditivo, como cualquier de las mezclas descritas en esta invención.
Se apreciará que, tanto en el caso de un fraguado húmedo (como mezcla preparada) o un fraguado en seco, diferentes mezclas pueden requerir un tratamiento diferente para lograr la fluidez y/o la compactabilidad deseadas, y que los tipos de mezclas se pueden probar en tratamiento anticipado y adecuado, por ejemplo, tipo apropiado y/o porcentaje de mezcla determinado. En ciertos casos, puede no ser necesario el aditivo; de hecho, con ciertos tipos de mezclas y concentraciones de dióxido de carbono, la compactabilidad (resistencia) o la fluidez pueden estar dentro de límites aceptables; por ejemplo, la resistencia puede incluso mejorarse en ciertos tipos de mezclas a ciertos niveles de adición de dióxido de carbono. Además, el punto en el procedimiento donde se introducen los ingredientes puede afectar una o más características del producto, como se puede determinar en las pruebas de rutina y el ajuste de la mezcla.
La mezcladora está abierta (p. ej., el tambor de un camión de mezcla preparada o una mezcladora prefabricada con varios puntos de fuga). La mezcladora puede ser una de una pluralidad de mezcladoras, en las que se mezclan diferentes porciones de una mezcla de cemento hidráulico, o puede ser una sola mezcladora donde la mezcla de cemento hidráulico completa, como una mezcla de hormigón, excepto en algunos casos agua adicional, es mezclada.
Procedimientos de entrega de dióxido de carbono Se puede usar cualquier mezcladora adecuada para mezclar hormigón en una operación para producir hormigón para usar en objetos, como para producir materiales de construcción.
El dióxido de carbono se entrega a la mezcladora como un líquido que, a través de la manipulación adecuada de la entrega, como la selección del caudal y/o el orificio, se convierte en una mezcla de dióxido de carbono gaseoso y dióxido de carbono sólido en el momento de la entrega, por ejemplo, en proporción de aproximadamente 1:1. El dióxido de carbono gaseoso está inmediatamente disponible para su absorción en la mezcla de cemento, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico, mientras que el dióxido de carbono sólido sirve efectivamente como un suministro de dióxido de carbono gaseoso con retraso en el momento a medida que el sólido se sublima gradualmente a gas. Un tambor de camión de mezcla preparada está abierto a la atmósfera y tiene un espacio superior relativamente pequeño en comparación con la masa de hormigón, que generalmente es de 6 a 10 metros cúbicos cuando el camión está cargado a su capacidad, que es lo más frecuente posible. El tiempo de mezcla en el sitio de procesamiento por lotes puede ser relativamente corto. Por lo tanto, el uso de agua de mezcla carbonatada y CO2 líquido se puede usar para asegurar que la dosis deseada de CO2 está entregada. Por ejemplo, en una operación de mezcla preparada en la que se desea una entrega de dióxido de carbono del 1,5 %: El volumen de gas a añadir es de -2,66 m3 de gas/m3 de hormigón (suponiendo 350 kg/m3 de cemento siendo carbonatado al 1,5 %). El agua de mezcla se representa típicamente por agua agregada y exceso de humedad contenida en el agregado. Si el agua de mezcla libre (-160 L/m3) está carbonatada con CO2 utilizando la tecnología de carbonatación existente, como la utilizada en la industria de los refrescos, hasta 10 g de CO2/L de agua, esto representa aproximadamente 1/3 de la entrega de dióxido de carbono objetivo de 1,5 % epc. El contacto con el cemento da como resultado una rápida carbonatación del CO2 disuelto, y el agua está lista rápidamente para la disolución adicional de dióxido de carbono una vez que está en el camión y en contacto con el cemento. El uso de dióxido de carbono en el agua de la mezcla reduce el dióxido de carbono total que se agregará al camión a 3,66 kg de CO2 (o aproximadamente 1,85 m3 gas/m3 de hormigón). Esta cantidad aún puede ser demasiado alta para ser administrada universalmente en forma de gas a presión atmosférica. Por lo tanto, la inyección de CO2 líquido en el camión se puede utilizar para equilibrar el suministro de dióxido de carbono. La inyección de CO2 líquido de los 3,66 kg restantes de CO2/m3 en el camión se puede hacer usando un caudal controlado que se basa en sensores y una tasa de absorción de CO2 calibrada. Ver Mecanismos de control como se describe en esta invención. Tras la entrega a través de una boquilla, el líquido se transforma en una mezcla de dióxido de carbono sólido y gaseoso. El suministro de líquido puede resultar, por ejemplo, en 1,75 kg de nieve de CO2 sólido (con una densidad de 1560 kg/m3) y 1,9 kg de gas CO2 (0,96 m3 de gas). El gas está inmediatamente disponible para su absorción por el agua de la mezcla, mientras que el CO2 sólido sirve como una entrega de CO2 retrasada, ya que el sólido se sublima gradualmente a gas. Este procedimiento reduce el volumen gaseoso inyectado en el camión a aproximadamente el 29 % del volumen necesario si toda la entrega de CO2 hubiese sido a través de CO2 gaseoso. En algunos casos, parte de la mezcla de hormigón, por ejemplo, el agregado, también puede estar húmeda. En ese caso, se usa menos agua de mezcla y, en consecuencia, más dióxido de carbono líquido. Los sensores de humedad, por ejemplo, para detectar el contenido de humedad del agregado, se pueden utilizar para proporcionar información que permita el ajuste, incluso lote por lote. Esta estrategia puede permitir mayores tasas de absorción y una mayor eficiencia.
Las realizaciones ejemplares incluyen un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) situar componentes de la mezcla de cemento hidráulico en una mezcladora y mezclar los componentes; y (ii) entregar CO2 líquido a través de una abertura en un conducto dentro de la mezcladora de tal manera que haga que el CO2 líquido forme una mezcla de CO2 gaseoso y sólido que a continuación entran en contacto con la mezcla de cemento hidráulico. El suministro del líquido puede controlarse de tal manera, por ejemplo, ajustando el caudal y/u orificio, u otros medios adecuados, para formar una mezcla de dióxido de carbono gaseoso a sólido en una proporción en el intervalo de 1:10 a 10:1, o 1:5 a 5:1, o 1:3 a 3:1, o 1:2 a 2:1, o 1:1,5 a 1,5:1, o 1:1,2 a 1,2 a 1. La mezcla de cemento hidráulico comprende agua y el agua puede cargarse con CO2 antes de la entrega a la mezcladora como se describe en esta invención, por ejemplo a un nivel de al menos 2 g de CO2 /L de agua, o al menos 4 g de CO2 /L de agua, o al menos 6 g de CO2 /L de agua, o al menos 8 g de CO2 /L de agua, o al menos 9 g de CO2 /L de agua, o al menos 10 g de CO2 /L de agua. La mezcladora puede ser cualquier mezcladora adecuada, como una mezcladora estacionaria o una mezcladora transportable, por ejemplo, el tambor de un camión de hormigón preparado. Cuando la mezcladora es el tambor de un camión de hormigón preparado, el CO2 líquido puede suministrarse a la mezcladora en una planta de procesamiento por lotes, o puede suministrarse a la mezcladora durante el transporte del lote a un sitio de trabajo, o incluso en el sitio de trabajo en sí, o una combinación de los mismos. El procedimiento puede incluir además monitorear una característica de la mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente de un aparato de mezcla de cemento hidráulico, o un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico, y modular el flujo de CO2 líquido según la característica monitoreada. Por ejemplo, la concentración de CO2 , la temperatura, el contenido de humedad, la reología, el pH o una combinación de los mismos se pueden controlar, como se detalla en otra parte en esta invención. Cuando el CO2 se controla, se puede controlar en una porción de gas fuera de la mezcladora, por ejemplo, en un punto de fuga o de derrame.
Las realizaciones ejemplares también incluyen un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto componentes de la mezcla de cemento hidráulico con agua cargada con CO2 , donde el agua se carga con CO2 a un nivel de al menos 2 g/L, 3 g/L, 4 g/L, 6 g/L, 8 g/L, 9 g/L o 10 g/L, y mezclar los componentes y el agua. Las realizaciones incluyen además un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico carbonatado que comprende (i) determinar una dosis de CO2 para ser entregado a la mezcla de cemento hidráulico; y (ii) administrar al menos 10, 20, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o 100 % de la dosis de CO2 como CO2 disuelto en agua de mezcla para la mezcla de cemento hidráulico. El suministro de agua de mezcla cargada con dióxido de carbono como se describe puede combinarse con el suministro de dióxido de carbono líquido. En esta invención se describe un aparato para carbonatar una mezcla de cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) una mezcladora para mezclar la mezcla de cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico; (ii) una fuente de CO2 líquido; y (iii) un conducto que conecta operativamente la fuente de CO2 líquido a la mezcladora, donde el conducto comprende un orificio a través del cual el CO2 líquido sale del conducto a la mezcladora. El conducto puede incluir un sistema para regular el flujo del CO2 líquido donde el sistema, el orificio o ambos están configurados para suministrar el CO2 líquido como una combinación de CO2 sólido y gaseoso, como por ejemplo regulando el caudal del CO2 líquido y/o configuración de orificios, como para producir una proporción de CO2 sólido a gaseoso en el intervalo de 1:10 a 10:1, o 1:5 a 5:1, o 1:3 a 3:1, o 1:2 a 2:1, o 1:1,5 a 1,5:1, o 1:1.2 a 1,2 a 1, por ejemplo, entre 1:3 y 3:1, o entre 1:2 y 2:1. La mezcladora puede ser una mezcladora transportable, como el tambor de un camión de mezcla preparada. La fuente de CO2 líquido y el conducto puede permanecer en una instalación de dosificación después de cargar el transportable, o puede acompañar a la mezcladora transportable cuando la mezcladora transportable transporta la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico. El aparato puede incluir además un sistema para suministrar agua cargada con CO2 a la mezcladora que comprende una fuente de agua cargada con CO2 y un conducto conectado operativamente a la fuente y configurado para entregar el agua a la mezcladora, que en algunos casos puede incluir además un cargador para cargar el agua con CO2. En ciertos casos, la mezcladora es transportable y el sistema para suministrar agua cargada con CO2 a la mezcladora se puede separar de la mezcladora durante el transporte, por ejemplo, si la mezcladora es el tambor de un camión de mezcla preparada, el sistema para entregar y, opcionalmente, cargar agua cargada con CO2 permanece en la instalación de dosificación.
En esta invención se describe un aparato para producir una mezcla de cemento carbonatado, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) una mezcladora para mezclar la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico; y (ii) al menos dos de (a) una fuente de CO2 gaseoso conectada operativamente a la mezcladora y configurada para suministrar CO2 gaseoso a la mezcladora; (b) una fuente de CO2 líquido conectada operativamente a la mezcladora y configurada para suministrar CO2 líquido a la mezcladora y liberar el CO2 líquido en la mezcladora como una mezcla de CO2 gaseoso y sólido; y (c) una fuente de agua carbonatada conectada operativamente a la mezcladora y configurada para suministrar agua carbonatada a la mezcladora.
E. Reacondicionamiento de aparatos existentes
En ciertas realizaciones, los procedimientos de la invención incluyen procedimientos para reacondicionar un aparato de mezcla de cemento hidráulico existente para permitir el contacto de la mezcla de cemento hidráulico que se mezcla con dióxido de carbono. Como se usa en esta invención, el término "reacondicionar" se usa en su sentido generalmente aceptado para significar instalar piezas o equipos nuevos o modificados en algo fabricado o construido previamente. El reacondicionamiento puede alterar el aparato existente para realizar una función para la cual no fue originalmente diseñado o fabricado. En el caso de esta invención, un aparato de mezcla de cemento hidráulico para ser reacondicionado no está construido originalmente para permitir la adición de dióxido de carbono a una mezcla de cemento hidráulico durante el proceso de mezclado de la mezcla de cemento hidráulico. Preferentemente, el reacondicionamiento requiere poca o ninguna modificación del aparato existente. El reacondicionamiento puede incluir la entrega a un sitio donde se encuentra un aparato de mezcla de cemento hidráulico preexistente, los componentes necesarios para modificar el aparato de mezcla de cemento hidráulico existente para permitir la exposición de una mezcla de cemento hidráulico a dióxido de carbono durante la mezcla. Las instrucciones para uno o más procedimientos en el reacondicionamiento también se pueden transportar o transmitir al sitio del aparato de mezcla de cemento hidráulico existente.
El reacondicionamiento puede incluir la instalación de componentes necesarios para modificar el aparato de mezcla de cemento hidráulico existente para permitir la exposición de una mezcla de cemento hidráulico a dióxido de carbono durante la mezcla. Los componentes pueden incluir un conducto para la entrega de dióxido de carbono a una mezcladora para mezclar cemento hidráulico. Los componentes pueden incluir además una fuente de dióxido de carbono. En los sistemas en los que se incluye un sistema de control, el reacondicionamiento puede incluir la modificación del sistema de control existente del aparato de mezcla de cemento hidráulico para realizar funciones apropiadas para la adición controlada de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico. Las instrucciones para tales modificaciones también pueden transmitirse o enviarse al sitio del controlador del aparato de mezcla de cemento hidráulico existente. Dichas modificaciones pueden incluir, por ejemplo, modificar la configuración del controlador existente para incluir el momento de la apertura y el cierre de una válvula de suministro de gas para suministrar un flujo de dióxido de carbono a una velocidad predeterminada durante un tiempo predeterminado desde la fuente de dióxido de carbono a través del conducto hasta la mezcladora en una determinada etapa de las operaciones del aparato de mezcla hidráulica. También pueden incluir la modificación del controlador para modificar el tiempo y/o la cantidad de agua añadida a la mezcla de cemento hidráulico, la adición de aditivo y cualquier otro parámetro adecuado. Alternativamente, o además de modificar el controlador existente, la modificación puede incluir proporcionar uno o más controladores nuevos al aparato de mezcla de cemento hidráulico preexistente. La actualización puede incluir el transporte del nuevo controlador o controladores al sitio del aparato de mezcla de cemento hidráulico existente. Además, se pueden instalar uno o más sensores, tales como sensores para detectar las posiciones y/o estados de uno o más componentes del aparato de mezcla de cemento hidráulico existente, que no formaban parte del equipo original fabricado. El reacondicionamiento puede incluir el transporte de uno o más sensores al sitio del aparato de mezcla de cemento hidráulico existente. Los actuadores, que pueden ser actuadores en el aparato reacondicionado, por ejemplo, una válvula de suministro de gas, o en el equipo original, por ejemplo, para mover o iniciar o detener varias operaciones, como la adición de agua, pueden conectarse operativamente al controlador reacondicionado para modificar las operaciones del aparato de mezcla de cemento hidráulico según los requisitos de contacto de la mezcla de cemento hidráulico con dióxido de carbono. El reacondicionamiento puede incluir el transporte de uno o más sensores al sitio del aparato de mezcla de cemento hidráulico existente.
III. Procedimientos
En ciertas realizaciones, la invención proporciona procedimientos para producir una mezcla de cemento carbonatado en una operación de mezcla en un aparato de mezcla de cemento que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento que comprende aglutinante de cemento y agregado en una mezcladora con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla de cemento; (ii) controlar una característica del aglutinante de cemento, la mezcla de cemento, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento o la mezcladora, o un componente del aparato de mezcla de cemento; y (iii) modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla de cemento, o una combinación de los mismos según la característica monitoreada en la etapa (ii). En algunos casos, solo se modula la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono; en otros casos, solo se modula otra característica de la operación de mezcla de cemento; y en otros casos, ambos son modulados.
El aglutinante de cemento es un cemento hidráulico y comprende un cemento Portland. "Mezcla de cemento", como se usa ese término en esta invención, incluye una mezcla de un aglutinante de cemento, que comprende cemento Portland, con agregado; "hormigón" es generalmente sinónimo de "mezcla de cemento", como esos términos se usan en esta invención.
La operación de mezcla puede ser cualquier operación en la que se produce una mezcla de cemento/hormigón para cualquiera de los diversos usos conocidos en la técnica para dicha mezcla. Por lo tanto, la operación de mezcla de cemento puede ser una operación en una mezcladora en una instalación prefabricada para producir una mezcla de cemento para usar en una operación de fraguado en seco o húmeda. En otras realizaciones, la operación de mezcla de cemento puede ser una operación en una mezcladora para una operación de mezcla preparada, por ejemplo, el tambor de un camión de mezcla preparada. También se puede usar cualquier otra operación adecuada de mezcla de cemento, siempre que sea susceptible de agregar dióxido de carbono a la mezcla de cemento durante la mezcla, por ejemplo, una mezcladora in situ en un sitio de construcción. Por lo tanto, ejemplos adicionales incluyen molinos o mezcladoras continuas de doble eje que se pueden usar para hormigón compactado con rodillo (mezcla seca) o CTB (base tratada con cemento) para la estabilización de carreteras, que son aplicaciones de mezcla continua en lugar de lote. Si bien algunos de los aspectos de la proporción del agua podrían no ser alcanzables, todavía existe la posibilidad de agregar CO2 durante la etapa de mezcla.
La característica monitoreada puede ser cualquier característica adecuada que proporcione retroalimentación útil para informar la modulación de la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono u otra característica de la operación de la mezcla de cemento. En ciertas realizaciones, la característica monitoreada es (a) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla (por ejemplo, coordinar la entrega de dióxido de carbono con la entrega de aglutinante de cemento; puede lograrse detectando la ubicación de la mezcla de cemento o cronometrando la secuencia de mezcla, que se puede ingresar al controlador), (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en la vecindad del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) reología de la mezcla de cemento, (h) contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) pH de la mezcla de cemento. La ubicación del agua en el aparato de mezcla también se controlará, por ejemplo, para determinar cuándo se completa la adición de agua. Estas características y procedimientos y aparatos para monitorearlos se describen en otra parte de esta invención. Cuando se monitorea la masa del aglutinante de cemento, la cantidad total de dióxido de carbono que se agregará a la mezcla de cemento puede modularse para que concuerde con una exposición deseada predeterminada, por ejemplo, si se desea una exposición de dióxido de carbono/cemento de 1,5 %, la masa exacta utilizada en un lote particular se puede usar para determinar el dióxido de carbono total exacto que se agregará al lote (que se puede usar tal cual o modificado en respuesta a otras características que se controlan). Cuando se supervisa la ubicación del aglutinante de cemento o el agua en el aparato de mezcla, la modulación del flujo de dióxido de carbono puede ser un simple encendido/apagado, por ejemplo, cuando se determina que la mezcla de cemento y/o el agua han entrado en la mezcladora, el flujo de dióxido de carbono puede activarse en ese momento o en un momento predeterminado después de ese momento. En ciertas realizaciones, la característica monitoreada en la etapa (ii) comprende el contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, por ejemplo, en un punto de fuga de la mezcladora. En esta realización, y/o en otras realizaciones en las que se controla el contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases, la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono se puede modular cuando el contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases alcanza un valor umbral, y/o cuando la tasa de cambio del contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases alcanza un valor umbral. La modulación puede ser un aumento en la velocidad de adición de dióxido de carbono a la mezcla de cemento, una disminución o incluso una parada total. En ciertas realizaciones, la característica monitoreada es la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento. Por ejemplo, se puede controlar la temperatura de una pared de la mezcladora. La exposición de la mezcla de cemento a dióxido de carbono se puede modular cuando la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, o una combinación de una pluralidad de tales temperaturas, alcanza un valor umbral y/o cuando la tasa de cambio de la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento alcanza un valor umbral. Si la temperatura se usa como una medida para el valor umbral, puede ser una temperatura absoluta, o puede ser una temperatura relativa a la temperatura de la mezcla antes de la adición de dióxido de carbono, por ejemplo, una temperatura que es un cierto número de grados por encima de la temperatura inicial, por ejemplo 10-50 °C por encima del valor inicial, o 10-40 °C por encima del valor inicial, o 10­ 30 °C por encima del valor inicial. La diferencia exacta entre la temperatura inicial y la temperatura umbral puede predeterminarse para una receta de mezcla particular determinando la relación entre la carbonatación y la temperatura para esa receta, o para ese aglutinante de cemento particular en relación con otros componentes de esa receta.
En ciertas realizaciones, se monitorean una pluralidad de características del aglutinante de cemento, la mezcla de cemento, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento o la mezcladora, o un componente del aparato de mezcla de cemento, por ejemplo, al menos 2, 3, 4, 5, 6, 7, 8, 9 o 10 características, por ejemplo, al menos 2 características. En ciertas realizaciones, son monitoreados al menos 2 de (a) masa de aglutinante de cemento añadido a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente de los aparatos de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) la reología de la mezcla de cemento, (h) el contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) el pH de la mezcla de cemento. En ciertas realizaciones, son monitoreados al menos 3 de (a) masa de aglutinante de cemento añadido a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente de los aparatos de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) la reología de la mezcla de cemento, (h) el contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) el pH de la mezcla de cemento. En ciertas realizaciones, son monitoreados al menos 4 de (a) masa de aglutinante de cemento añadido a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente de la mezcla Aparatos en contacto con la mezcla de cemento, (g) la reología de la mezcla de cemento, (h) el contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) el pH de la mezcla de cemento. En ciertas realizaciones, son monitoreados al menos 5 de (a) masa de aglutinante de cemento añadido a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente de los aparatos de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) la reología de la mezcla de cemento, (h) el contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) el pH de la mezcla de cemento. En ciertas realizaciones, son monitoreados al menos 6 de (a) masa de aglutinante de cemento añadido a la mezcla de cemento, (b) ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente de la mezcla Aparatos en contacto con la mezcla de cemento, (g) la reología de la mezcla de cemento, (h) el contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) el pH de la mezcla de cemento.
En ciertas realizaciones, el procedimiento, alternativamente, o adicionalmente, incluye controlar el tiempo de exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono, el caudal del dióxido de carbono, o ambos.
Cuando una característica adicional de la operación de mezcla se modula en respuesta al monitoreo, puede ser cualquier característica adecuada. En ciertas realizaciones, la característica adicional incluye (a) si se agrega o no un aditivo a la mezcla de cemento, (b) tipo de aditivo agregado a la mezcla de cemento, (c) momento de adición de aditivo a la mezcla de cemento, (d) cantidad de aditivo agregada a la mezcla de cemento, (e) cantidad de agua agregada a la mezcla de cemento, (f) momento de adición de agua a la mezcla de cemento, (g) enfriamiento de la mezcla de cemento durante o después de la adición de dióxido de carbono, o una combinación de los mismos. Si se usa un aditivo, puede ser cualquier aditivo adecuado para ajustar una característica de la mezcla de cemento, por ejemplo, un aditivo para ajustar la reología (fluidez) de la mezcla, por ejemplo, en una operación de fraguado húmedo. En esta invención se describen ejemplos de aditivos adecuados, por ejemplo, carbohidratos o derivados de carbohidratos, tales como gluconato de sodio.
La característica puede ser monitoreada por cualquier medio adecuado, tal como por uno o más sensores. Dichos sensores pueden transmitir información sobre la característica a un controlador que procesa la información y determina si se requiere una modulación de la exposición al dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla y, de ser así, transmite una señal a uno o más actuadores para llevar a cabo la modulación de la exposición al dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla. El controlador puede estar en el sitio de la operación de mezcla o puede ser remoto. Tales sensores, controladores y actuadores se describen adicionalmente en otra parte de esta invención. Si se utiliza un controlador, puede almacenar y procesar la información obtenida con respecto a la característica monitoreada en la etapa (ii) para un primer lote de mezcla de cemento y ajustar las condiciones para un segundo lote de mezcla de cemento posterior basado en el procesamiento. Por ejemplo, el controlador puede ajustar la segunda receta de la mezcla, por ejemplo, la cantidad de agua utilizada o el momento de la adición de agua, o la exposición al dióxido de carbono en el segundo lote para mejorar la absorción de dióxido de carbono, o mejorar la reología u otras características de la mezcla, por ejemplo, por adición y/o cantidad de un aditivo, y/o momento de adición del aditivo. En tales realizaciones en las que se ajustan una o más condiciones de una segunda operación de mezcla, en ciertas realizaciones una o más condiciones de la segunda operación de mezcla incluye (a) la cantidad total de dióxido de carbono agregado a la mezcla de cemento, (b) la tasa de adición de dióxido de carbono, (c) momento de adición de dióxido de carbono a la mezcla de cemento, (d) si se agrega o no un aditivo a la mezcla de cemento, (e) tipo de aditivo agregado a la mezcla de cemento, (f) momento de adición del aditivo a la mezcla de cemento, (g) cantidad de aditivo agregado a la mezcla de cemento, (h) cantidad de agua agregada a la mezcla de cemento, (i) momento de adición de agua a la mezcla de cemento, (j) enfriamiento de la mezcla de cemento durante o después de la adición de dióxido de carbono, o una combinación de los mismos. El controlador también puede recibir información adicional sobre una o más características de la mezcla de cemento medida después de que la mezcla de cemento abandone la mezcladora, y ajusta las condiciones para el segundo lote de mezcla de cemento en función del procesamiento que comprende además la información adicional. En ciertas realizaciones, una o más características de la mezcla de cemento medida después de que la mezcla de cemento abandona la mezcladora comprende (a) reología de la mezcla de cemento en uno o más instantes, (b) resistencia de la mezcla de cemento en uno o más instantes, (c) contracción de la mezcla de cemento, (d) absorción de agua de la mezcla de cemento, o una combinación de los mismos. Otras características incluyen módulo elástico, densidad y permeabilidad. Se puede medir cualquier otra característica adecuada, como se conoce en la técnica. La característica monitoreada puede depender de los requisitos para un lote de mezcla particular, aunque también se pueden monitorear otras características para proporcionar datos al controlador para futuros lotes en los que se requerirían esas características.
En realizaciones en las que un controlador ajusta las condiciones para una segunda operación de mezcla basada en la entrada de una primera operación de mezcla, la segunda operación de mezcla puede estar en la misma instalación de mezcla o puede estar en una instalación de mezcla diferente. En ciertas realizaciones, el controlador, uno o más sensores, uno o más actuadores, o una combinación de los mismos, transmite información sobre las características monitoreadas y las condiciones moduladas a un controlador central que recibe información de una pluralidad de controladores, sensores, actuadores o una combinación de los mismos, cada uno de los cuales transmite información desde una mezcladora separada al controlador central. Así, por ejemplo, una primera instalación de mezcla puede tener un primer sensor para monitorear una primera característica de la primera operación de mezcla, y una segunda instalación de mezcla puede tener un segundo sensor para monitorear una segunda característica de una segunda operación de mezcla, y ambos pueden enviar información sobre la primera y segunda características a un controlador central, que procesa la información y transmite una señal a la primera, segunda o incluso una tercera operación de mezcla para ajustar las condiciones en función de las señales primera y segunda de los sensores primero y segundo. La información adicional que se transmitirá típicamente al controlador central incluye componentes de mezcla para las mezclas en las operaciones de mezcla primera y segunda (por ejemplo, tipo y cantidad de aglutinante de cemento, cantidad de agua y proporción a/c, tipos y cantidades de agregado, si el agregado era húmedo, seco, aditivos y similares) cantidad, velocidad y momento de adición de dióxido de carbono, y cualquier otra característica de la primera y segunda operaciones de mezcla que sería útil para determinar las condiciones para modular futuras operaciones de mezcla en función de las características logradas en operaciones de mezcla pasadas. Cualquier cantidad de operaciones de mezcla puede ingresar información al controlador central, por ejemplo, al menos 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8 , 9 o 10 operaciones de mezcla, o al menos 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o 100 operaciones de mezcla. El controlador central también puede recibir cualquier otra información que pueda ser adecuada para informar las decisiones con respecto a las operaciones de mezcla para optimizar una o más condiciones de la operación de mezcla y/o de la mezcla de cemento producida en la operación. Por ejemplo, el controlador central puede recibir información de experimentos realizados con varios tipos de cementos (por ejemplo, varios tipos de cementos Portland) carbonatados en diversas condiciones, y/o expuestos a diversos aditivos, como en diferentes momentos o en diferentes concentraciones, y similares, y las características resultantes de la mezcla de cemento, tales como reología en uno o más instantes, resistencia en uno o más instantes, y similares. Cualquier otra información adecuada, como la información publicada en la bibliografía, u obtenida de cualquier manera, puede ingresarse en el controlador central. La información que recibe el controlador central puede procesarse y usarse para ajustar las operaciones de mezcla de cemento en cualquier operación de mezcla a la que el controlador central pueda transmitir salidas. Por lo tanto, el controlador central puede aprender de numerosas operaciones de mezcla para optimizar las operaciones futuras y, con el tiempo, puede acumular una base de datos para informar las decisiones en las operaciones de mezcla en un sitio de mezcla, incluso si una receta de mezcla y/o condiciones particulares nunca se han utilizado en ese sitio. El controlador central puede coincidir con recetas de mezclas pasadas o predecir condiciones óptimas para una nueva receta de mezclas basadas en algoritmos adecuados utilizando información en su base de datos, o ambas.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para carbonatar una mezcla de cemento en una mezcladora que no es completamente hermética de tal manera que se logre una eficiencia de carbonatación de al menos 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98, o 99 %, donde la eficiencia de la carbonatación es la cantidad de dióxido de carbono retenido en la mezcla de cemento por la cantidad total de dióxido de carbono a la que se expone la mezcla de cemento durante la mezcla. La mezcladora puede tener puntos de fuga y otros aspectos que la hacen menos hermética, como se ve en una mezcladora típica para una operación prefabricada. La mezcladora puede ser, por ejemplo, el tambor de un camión de mezcla preparado que tiene una gran abertura hacia la atmósfera exterior. Dicha eficiencia se puede lograr, por ejemplo, mediante el uso de cualquiera de los procedimientos para modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono como se detalla anteriormente.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento hidráulico que comprende una primera porción de agua y cemento hidráulico en una mezcladora con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla de cemento hidráulico; y (ii) agregar una segunda porción de agua a la mezcla de cemento hidráulico. En algunos aspectos de esta realización, el contacto comprende dirigir un flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico. La segunda porción de agua puede agregarse a la mezcla de cemento hidráulico durante dicho flujo o después de que dicho flujo haya cesado, por ejemplo, después de que dicho flujo haya cesado. El procedimiento puede incluir agregar agregado a la mezcla de cemento hidráulico para producir una mezcla de hormigón; en ciertas realizaciones, el agregado comprende parte o la totalidad de la primera porción de agua. El agregado se puede agregar antes del contacto con el dióxido de carbono. En ciertas realizaciones, el procedimiento incluye (iii) agregar un aditivo a la mezcla de cemento hidráulico, tal como un aditivo que module la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico. En realizaciones en las que se agrega un aditivo para modular la fluidez, el aditivo se puede agregar en una cantidad para lograr una fluidez en un intervalo predeterminado de fluidez, tal como un intervalo predeterminado de fluidez que se determina permitiendo un margen desde la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico sin la adición de dióxido de carbono. El aditivo se puede seleccionar del grupo que consiste en un superplastificante de policarboxilato, un HRWR de naftaleno o cualquier combinación de los mismos. En ciertas realizaciones, el aditivo contiene gluconato de sodio, sacarosa, glucosa, melaza, jarabe de maíz, EDTA o una combinación de los mismos. En ciertas realizaciones, el aditivo contiene gluconato de sodio. En ciertas realizaciones, el aditivo contiene sacarosa. En ciertas realizaciones, el aditivo contiene glucosa. En ciertas realizaciones, el aditivo contiene melaza. En ciertas realizaciones, el aditivo contiene jarabe de maíz. En ciertas realizaciones, el aditivo contiene EDTA. La mezcla de cemento comprende cemento Portland. En ciertas realizaciones, la mezcla de cemento hidráulico que comprende la primera porción de agua comprende una cantidad de agua de modo que la proporción de agua a cemento (proporción a/c) es igual o menor que 0,5. En ciertas de estas realizaciones, la primera porción de agua comprende una cantidad de agua de modo que la proporción a/c está en el intervalo de 0,1 a 0,5. El dióxido de carbono al que está expuesta la mezcla de cemento hidráulico puede ser al menos 50 % puro. La mezcla de cemento hidráulico se pone en contacto con dióxido de carbono haciendo fluir dióxido de carbono sobre la superficie de la mezcla de cemento hidráulico que se mezcla. El flujo de dióxido de carbono dirigido a la mezcla de cemento hidráulico, es decir, la superficie de la mezcla dura 5 minutos o menos, por ejemplo, el flujo de dióxido de carbono dirigido a la mezcla de cemento hidráulico puede durar de 0,5 a 5 minutos. En ciertas realizaciones, en las que se introduce dióxido de carbono sólido en la mezcla de cemento, el dióxido de carbono sólido se sublima a dióxido de carbono gaseoso y el suministro puede extenderse a más de 20, 30, 40, 50 o 60 minutos. El procedimiento puede comprender además controlar una característica de la mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente de un aparato de mezcla de cemento hidráulico, o un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico, y modular el flujo de dióxido de carbono según la característica monitoreada. Por ejemplo, el procedimiento puede comprender además controlar una concentración de dióxido de carbono en una porción de gas adyacente a la mezcla de cemento hidráulico, tal como en una porción de gas en la mezcladora, o en una porción de gas fuera de la mezcladora, o en ambos. La concentración de dióxido de carbono puede ser monitoreada por un sensor. El sensor puede transmitir una señal a un controlador. El controlador puede procesar la señal y transmitir una señal a un actuador según los resultados del procesamiento, como una válvula controlable para controlar el flujo de dióxido de carbono para contactar la mezcla de cemento hidráulico. Además de, o en lugar de, dióxido de carbono, se puede controlar una temperatura de la mezcla de cemento hidráulico, la mezcladora u otro componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, se puede controlar la temperatura de la mezcladora o la temperatura de la mezcla de cemento hidráulico dentro de la mezcladora se puede monitorear, o se puede monitorear la temperatura de una porción de la mezcla de cemento hidráulico que se transporta fuera de la mezcladora. El contacto de la mezcla de cemento hidráulico con dióxido de carbono se puede modular según la temperatura monitoreada, por ejemplo, cuando la temperatura monitoreada, o una combinación de temperaturas monitoreadas, excede un valor umbral. El valor umbral puede ser un valor determinado en relación con la temperatura inicial de la mezcla de cemento hidráulico antes de la adición de dióxido de carbono, tal como una temperatura umbral o intervalo de temperaturas con respecto a la temperatura inicial como se describe en esta invención. Alternativamente, el valor umbral puede ser un valor absoluto. La temperatura puede ser monitoreada por un sensor. El sensor puede transmitir una señal a un controlador. El controlador puede procesar la señal y transmitir una señal a un actuador según los resultados del procesamiento. El actuador puede comprender una válvula controlable para controlar el flujo de dióxido de carbono que va a contactar la mezcla de cemento hidráulico. El procedimiento de poner en contacto el cemento hidráulico con dióxido de carbono puede incluir, en cualquiera de estas realizaciones, controlar el contacto de la mezcla de cemento hidráulico con el dióxido de carbono para controlar un nivel deseado de carbonatación, como un nivel como se describe en esta invención, por ejemplo, al menos 0,5 o 1 %. En ciertas realizaciones, la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono se modula para proporcionar una eficiencia de absorción de dióxido de carbono de al menos 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98 o 99 %, por ejemplo, al menos 70 %.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento hidráulico que comprende agua y cemento hidráulico en una mezcladora con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla de cemento hidráulico, donde el dióxido de carbono se pone en contacto con la superficie de la mezcla de cemento hidráulico dirigiendo un flujo de dióxido de carbono a la superficie de la mezcla desde el exterior de la mezcla, y donde el flujo dura menos de 5 min. En ciertas realizaciones, la mezcla de cemento hidráulico comprende agregado. La mezcla de cemento hidráulico puede comprender además un aditivo. En ciertas realizaciones, la mezcladora es una mezcladora transportable, tal como un tambor de un camión de mezcla preparada. En ciertas realizaciones, la mezcladora es una mezcladora para hormigón prefabricado. El procedimiento puede comprender además controlar el flujo del dióxido de carbono según la retroalimentación de uno o más sensores que controlan una característica seleccionada del grupo que consiste en una característica de la mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente de un aparato de mezcla de cemento hidráulico, o un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento hidráulico en una mezcladora con dióxido de carbono mientras se mezcla la mezcla de cemento hidráulico; y (ii) agregar un aditivo a la mezcla de cemento hidráulico. El contacto puede lograrse dirigiendo un flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico. En ciertas realizaciones, el aditivo es un aditivo que modula la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico. En ciertas de estas realizaciones, el aditivo se puede agregar en una cantidad para lograr una fluidez en un intervalo predeterminado de fluidez, tal como un intervalo predeterminado de fluidez determinado al permitir un margen de la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico sin la adición de dióxido de carbono, por ejemplo, como se describe en otra parte de esta invención. En ciertos aspectos de la realización, el aditivo se selecciona del grupo que consiste en un superplastificante de policarboxilato, un HRWR de naftaleno o cualquier combinación de los mismos.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento hidráulico en una mezcladora con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla de cemento hidráulico, donde el dióxido de carbono se expone a la mezcla de cemento hidráulico cuando la proporción a/c de la mezcla de cemento hidráulico es menor o igual a 0,4. En ciertas realizaciones, el contacto se logra dirigiendo un flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico. En ciertos aspectos de esta realización, la proporción a/c de la mezcla de cemento hidráulico es 0,05-0,4. El procedimiento puede comprender además controlar una característica de la mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente de un aparato de mezcla de cemento hidráulico, o un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico, y modular el flujo de dióxido de carbono según la característica monitoreada. El procedimiento puede comprender (ii) agregar un aditivo a la mezcla de cemento hidráulico, tal como un aditivo que modula la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, un aditivo para modular la fluidez del tipo y/o cantidad como se describe en otra parte de esta invención.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento hidráulico en una mezcladora con dióxido de carbono mientras la mezcla de cemento hidráulico es efectuada en un primer local, y (ii) transportar la mezcla de cemento hidráulico a un segundo local donde se utiliza la mezcla de cemento hidráulico. En ciertos aspectos de esta realización, dicho contacto se logra dirigiendo un flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico. El segundo local puede estar al menos a 0,1 millas del primer local. El segundo local puede estar al menos a 0,5 millas del primer local. El procedimiento puede comprender monitorear una característica de la mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente de un aparato de mezcla de cemento hidráulico, o un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico, y modular el flujo de dióxido de carbono según la característica monitoreada. El procedimiento puede comprender (ii) agregar un aditivo a la mezcla de cemento hidráulico, tal como un aditivo que modula la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto una mezcla de cemento hidráulico en una mezcladora con dióxido de carbono mientras la mezcla de cemento hidráulico se efectúa con un flujo de dióxido de carbono dirigido a la mezcla de cemento hidráulico, (ii) monitorear una característica de la mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente de un aparato de mezcla de cemento hidráulico o un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico; y (iii) modular la exposición de la mezcla de cemento hidráulico al dióxido de carbono según la característica monitoreada en la etapa (ii). El procedimiento puede comprender controlar una concentración de dióxido de carbono en una porción de gas adyacente a la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, una porción de gas en la mezcladora, o una porción de gas fuera de la mezcladora. La concentración de dióxido de carbono puede ser monitoreada por un sensor. El sensor puede transmitir una señal a un controlador. El controlador puede procesar la señal y transmitir una señal a un actuador según los resultados del procesamiento, por ejemplo, un actuador que comprende una válvula para controlar el flujo de dióxido de carbono para contactar la mezcla de cemento hidráulico. El procedimiento puede comprender controlar la temperatura de la mezcla de cemento hidráulico, la mezcladora u otro componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico que se controla. Se puede controlar una temperatura de la mezcladora, o se puede controlar una temperatura de la mezcla de cemento hidráulico dentro de la mezcladora, o se puede controlar una temperatura de una porción de la mezcla de cemento hidráulico que se transporta fuera de la mezcladora, o cualquier combinación de los mismos. El contacto de la mezcla de cemento hidráulico con dióxido de carbono se puede modular según la temperatura monitoreada. El contacto de la mezcla de cemento hidráulico con el dióxido de carbono se puede modular cuando la temperatura que se monitorea o una combinación de temperaturas que se monitorea excede un valor umbral, como un valor determinado en relación con la temperatura inicial de la mezcla de cemento hidráulico antes de la adición de dióxido de carbono, como un valor umbral como se describe en otra parte de esta invención. Alternativamente, el valor umbral puede ser un valor absoluto. La temperatura puede ser monitoreada por un sensor. El sensor puede transmitir una señal a un controlador. El controlador puede procesar la señal y transmitir una señal a un actuador según los resultados del procesamiento. El actuador puede comprender una válvula controlable para controlar el flujo de dióxido de carbono que va a contactar la mezcla de cemento hidráulico.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para producir una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) poner en contacto una primera porción de mezcla de cemento hidráulico que comprende una primera porción de agua y cemento hidráulico en una mezcladora mientras se produce la mezcla de cemento hidráulico; y (ii) agregar una segunda porción de mezcla de cemento hidráulico a la primera porción. En ciertos aspectos de esta realización, dicho contacto se logra dirigiendo un flujo de dióxido de carbono a la primera porción de mezcla de cemento hidráulico.
En ciertas realizaciones, la invención proporciona un procedimiento para adaptar un aparato de mezcla de cemento hidráulico existente que comprende una mezcladora, que comprende conectar operativamente al aparato de mezcla de cemento hidráulico existente un sistema para poner en contacto una mezcla de cemento hidráulico dentro de la mezcladora con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla del cemento hidráulico. En ciertos aspectos de esta realización, el sistema para contactar la mezcla de cemento hidráulico en la mezcladora con dióxido de carbono comprende un sistema para dirigir un flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento hidráulico mientras se efectúa la mezcla del cemento hidráulico. El procedimiento también puede comprender conectar operativamente una fuente de dióxido de carbono a un conducto para suministrar el dióxido de carbono a la mezcladora. El procedimiento también puede comprender conectar operativamente el conducto a la mezcladora. El sistema puede comprender un actuador para modular el suministro de dióxido de carbono desde la fuente de dióxido de carbono a través del conducto. El sistema puede comprender un sistema de control para controlar el actuador, conectado operativamente al actuador. El sistema de control puede comprender un temporizador y un transmisor para enviar una señal al actuador en función de la temporización del temporizador. El procedimiento puede comprender conectar el actuador a un sistema de control existente para el aparato de mezcla de cemento hidráulico. El procedimiento puede comprender modificar el sistema de control existente para controlar el actuador. El actuador puede estar conectado operativamente o configurado para estar conectado operativamente al conducto, la mezcladora, un sistema de control para la mezcladora, o a una fuente de dióxido de carbono, o una combinación de los mismos. El actuador puede controlar una válvula para controlar el suministro de dióxido de carbono a la mezcladora. El procedimiento puede comprender agregar al aparato de mezcla de cemento hidráulico existente uno o más sensores conectados operativamente a, o configurados para estar conectados operativamente a un sistema de control, para monitorear una o más características de la mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento hidráulico, un componente del aparato de mezcla de cemento hidráulico o un componente expuesto a la mezcla de cemento hidráulico, por ejemplo, uno o más sensores es un sensor para controlar la concentración de dióxido de carbono de un gas o una temperatura.
IV. Aparatos y Sistemas
Se describen aparatos y sistemas. Los aparatos pueden incluir uno o más conductos para suministrar dióxido de carbono desde una fuente de dióxido de carbono a una mezcladora, una fuente de dióxido de carbono, una mezcladora, uno o más sensores, uno o más controladores, uno o más actuadores, todo como se describe en esta invención.
Por ejemplo, un aparato para la adición de dióxido de carbono a una mezcla que comprende cemento hidráulico puede comprender una mezcladora para efectuar la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, y un sistema para suministrar dióxido de carbono a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico en la mezcladora durante el mezclado. El sistema para suministrar dióxido de carbono puede configurarse para suministrar dióxido de carbono a la superficie de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico durante el mezclado. El sistema puede incluir una fuente de dióxido de carbono, un conducto que conecta de manera operativa la fuente y la mezcladora para suministrar dióxido de carbono a la mezcladora, un sistema de medición para medir el flujo de dióxido de carbono en el conducto y una válvula ajustable para ajustar el caudal. Además, el aparato puede incluir uno o más sensores para detectar el contenido de dióxido de carbono del gas en la mezcladora o fuera de la mezcladora. El aparato también puede incluir uno o más sensores para detectar la temperatura de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla hidráulica de cemento, o la mezcladora u otro componente. El aparato puede incluir además un controlador que está conectado operativamente al uno o más sensores, por ejemplo, a uno o más sensores de temperatura, uno o más sensores de dióxido de carbono, o una combinación de los mismos, y que está configurado para recibir datos de uno o más sensores. El controlador puede estar configurado para mostrar los datos, por ejemplo, para que un operador humano pueda ajustar el flujo u otros parámetros basados en los datos. El controlador puede configurarse para realizar una o más operaciones en los datos y enviar la salida a uno o más actuadores en función de los resultados de una o más operaciones. Por ejemplo, el controlador puede configurarse para enviar la salida a una válvula ajustable, lo que hace que module el flujo de dióxido de carbono en el conducto, por ejemplo, para detener el flujo después de que se haya logrado una temperatura particular o una concentración de dióxido de carbono, o ambas.
En esta invención se describe un sistema para adaptar una mezcla de cemento existente, por ejemplo, un aparato de mezcla de cemento hidráulico para permitir que el dióxido de carbono se ponga en contacto con una mezcla de cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico durante el mezclado. El sistema puede configurarse para ser transportado desde un sitio alejado del sitio de la mezcla de cemento existente, por ejemplo, un aparato de mezcla de cemento hidráulico al sitio de la mezcla de cemento existente, por ejemplo, un aparato de mezcla de cemento hidráulico.
En esta invención se describe un aparato para carbonatar una mezcla de cemento que comprende un aglutinante y agregado de cemento en un aparato de mezcla de cemento durante una operación de mezcla, que comprende (i) una mezcladora para efectuar la mezcla de cemento; (ii) un sistema para poner en contacto la mezcla de cemento en la mezcladora con dióxido de carbono conectado operativamente a la mezcladora y que comprende un actuador para modular un flujo de dióxido de carbono a la mezcladora; (iii) un sensor posicionado y configurado para monitorear una característica de la operación de mezcla; y transmitir información sobre la característica a un controlador; (iv) el controlador, donde el controlador está configurado (por ejemplo, programado) para procesar la información y determinar si o no y/o en qué grado modular el flujo de dióxido de carbono a la mezcladora y transmitir una señal al actuador para modular el flujo de dióxido de carbono a la mezcladora. Además del actuador para modular un flujo de dióxido de carbono, o en lugar de él, el sistema puede incluir uno o más actuadores para modular otra característica del sistema, y el controlador puede configurarse para determinar si o no y en qué grado modular la otra característica y transmitir una señal al actuador para modular la otra característica.
La mezcladora puede ser cualquier mezcladora adecuada siempre que pueda configurarse con los elementos restantes del aparato, tales como las mezcladoras descritas en esta invención. En ciertas realizaciones, la mezcladora es una mezcladora de estacionaria, tal como una mezcladora usada en una operación de prefabricado. En ciertos aspectos, la mezcladora es una mezcladora transportable, como el tambor de un camión de mezcla preparada. En los aspectos en los que la mezcladora es transportable, uno o más de los elementos del sistema de control para poner en contacto la mezcla de cemento con dióxido de carbono, detectar una característica, controlar una o más características como el flujo de dióxido de carbono y los actuadores, pueden configurarse para ser transportado junto con la mezcladora, o puede configurarse para ser desmontable de la mezcladora, por ejemplo, para permanecer en una estación de procesamiento por lotes para un camión de mezcla preparada. Véanse, por ejemplo, las figuras 3 y 4, que muestran elementos del sistema de suministro de dióxido de carbono en forma no transportable o transportable. Los elementos del sistema de control pueden ser igualmente transportables o no transportables. Se apreciará que algunas partes del sistema pueden transportarse mientras otras permanecen en, por ejemplo, la estación de procesamiento por lotes. Por ejemplo, todo el dióxido de carbono puede ser entregado en la estación de procesamiento por lotes, pero ciertas características de la mezcla de cemento, por ejemplo, reología, pueden ser monitoreadas mientras el camión está en camino al sitio de trabajo y, si es necesario, la mezcla de cemento puede ser modulada basado en el monitoreo, por ejemplo, mediante la adición de un aditivo, o agua, etc.
El sistema para poner en contacto la mezcla de cemento en la mezcladora con dióxido de carbono puede ser cualquier sistema adecuado, tal como los sistemas descritos en esta invención. En ciertas realizaciones, el sistema está configurado para suministrar dióxido de carbono gaseoso a la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, el sistema está configurado para suministrar dióxido de carbono líquido a la mezcla de cemento de tal manera que el dióxido de carbono líquido se convierte en dióxido de carbono sólido y gaseoso a medida que se entrega a la mezcla de cemento, como se describe en esta invención. El sistema puede estar configurado para suministrar dióxido de carbono a la superficie de la mezcla de cemento que se mezcla, o debajo de la superficie, o una combinación de los mismos. En el caso de un camión de mezcla preparada, el sistema para poner en contacto el cemento en la mezcladora con dióxido de carbono puede compartir un conducto con el sistema de suministro de agua, por medio de una unión T en el conducto, de modo que se pueda utilizar agua o dióxido de carbono entregado a un conducto común final. Véanse los ejemplos 2 y 6.
El sensor puede ser cualquier sensor adecuado siempre que esté configurado y posicionado para transmitir información relevante al controlador. En ciertos aspectos, la característica de la operación de mezcla que es monitoreada por el sensor comprende una característica del aglutinante de cemento, la mezcla de cemento, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento o la mezcladora, o un componente del aparato de mezcla de cemento. En ciertos aspectos, el sensor está configurado y posicionado para monitorear (a) la masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (b) la ubicación del aglutinante de cemento en el aparato de mezcla, (c) el contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (d) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora, (e) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en la vecindad del aparato de mezcla, (f) temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento, (g) reología de la mezcla de cemento, (h) contenido de humedad de la mezcla de cemento, o (i) pH de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, la característica monitoreada por el sensor comprende el contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora; esto puede ser monitoreado por un solo sensor o por una pluralidad de sensores situados en varios lugares de fuga, en cuyo caso el controlador usa información de la pluralidad de sensores. El controlador puede configurarse para enviar una señal al actuador para modular el flujo de dióxido de carbono cuando el contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases alcanza un valor umbral. Alternativamente, o además, el controlador puede configurarse para enviar una señal al actuador para modular el flujo de dióxido de carbono cuando una tasa de cambio del contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases alcanza un valor umbral. En ciertos aspectos, la característica monitoreada por el sensor comprende la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento. El controlador puede configurarse para enviar una señal al actuador para modular el flujo de dióxido de carbono cuando la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento alcanza un valor umbral. Alternativamente, o además, el controlador puede configurarse para enviar una señal al actuador para modular el flujo de dióxido de carbono cuando una tasa de cambio de la temperatura de la mezcla de cemento o un componente del aparato de mezcla en contacto con la mezcla de cemento alcanza un valor umbral.
En ciertos aspectos, el aparato comprende una pluralidad de sensores configurados para controlar una pluralidad de características del aglutinante de cemento, la mezcla de cemento, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento o la mezcladora, o un componente del aparato de mezcla de cemento, por ejemplo, al menos 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8 , 9 o 10 características, por ejemplo, al menos 2 de (i) masa de aglutinante de cemento añadido a la mezcla de cemento, (ii) ubicación del aglutinante de cemento en la mezcladora, (iii) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (iv) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases que sale de la mezcladora, (v) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gas en la vecindad de la mezcladora, (vi) temperatura de la mezcla de cemento o un componente en contacto con la mezcla de cemento, (vii) reología de la mezcla de cemento, (viii) contenido de humedad de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, una pluralidad de sensores está configurada y posicionada para monitorear al menos 3 de (i) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (ii) ubicación del aglutinante de cemento en la mezcladora, (iii) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (iv) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases que sale de la mezcladora, (v) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades de la mezcladora, (vi) temperatura de la mezcla de cemento o un componente en contacto con la mezcla de cemento, (vii) reología de la mezcla de cemento, (viii) contenido de humedad de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, una pluralidad de sensores está configurada y posicionada para monitorear al menos 4 de (i) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (ii) ubicación del aglutinante de cemento en la mezcladora, (iii) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (iv) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases que sale de la mezcladora, (v) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades de la mezcladora, (vi) temperatura de la mezcla de cemento o un componente en contacto con la mezcla de cemento, (vii) reología de la mezcla de cemento, (viii) contenido de humedad de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, una pluralidad de sensores está configurada y posicionada para monitorear al menos 5 de (i) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (ii) ubicación del aglutinante de cemento en la mezcladora, (iii) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (iv) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases que sale de la mezcladora, (v) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades de la mezcladora, (vi) temperatura de la mezcla de cemento o un componente en contacto con la mezcla de cemento, (vii) reología de la mezcla de cemento, (viii) contenido de humedad de la mezcla de cemento. En ciertos aspectos, una pluralidad de sensores está configurada y posicionada para monitorear al menos 6 de (i) masa de aglutinante de cemento agregado a la mezcla de cemento, (ii) ubicación del aglutinante de cemento en la mezcladora, (iii) contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases dentro de la mezcladora en contacto con la mezcla de cemento, (iv) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases que sale de la mezcladora, (v) contenido de dióxido de carbono de la mezcla de gases en las proximidades de la mezcladora, (vi) temperatura del cemento mezcla o un componente en contacto con la mezcla de cemento, (vii) reología de la mezcla de cemento, (viii) contenido de humedad de la mezcla de cemento.
Además de estos sensores, o alternativamente, el aparato puede incluir uno o más sensores para controlar el tiempo de exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono, el caudal del dióxido de carbono, o ambos. Por ejemplo, un sensor puede indicar cuándo se ha abierto una válvula para suministrar dióxido de carbono y, por ejemplo, el caudal del dióxido de carbono, y un circuito temporizador en el controlador puede determinar la dosis total de dióxido de carbono.
Los sensores pueden estar conectados al controlador o pueden transmitir información de forma inalámbrica, o cualquier combinación de los mismos.
El aparato puede incluir adicionalmente, o alternativamente, un actuador configurado para modular una característica adicional de la operación de mezcla, donde el actuador está conectado operativamente al controlador y donde el controlador está configurado para enviar una señal al actuador para modular la característica adicional basada en el procesamiento de información de uno o más sensores. Este actuador se puede configurar para modular la adición de aditivo a la mezcla de cemento, el tipo de aditivo agregado a la mezcla de cemento, el momento de la adición de aditivo a la mezcla de cemento, la cantidad de aditivo agregado a la mezcla de cemento, la cantidad de agua agregada a la mezcla de cemento, momento de adición de agua a la mezcla de cemento o el enfriamiento de la mezcla de cemento durante o después de la adición de dióxido de carbono. En ciertos aspectos, el aparato comprende una pluralidad de tales actuadores, tales como al menos 2, 3, 4, 5, 6 , 7 u 8 de tales actuadores.
Los actuadores pueden conectarse al controlador o pueden recibir señales del controlador de forma inalámbrica.
El controlador puede ser cualquier controlador adecuado siempre que pueda configurarse para recibir información de uno o más sensores, procesar la información para determinar si se requiere una salida y transmitir señales a uno o más actuadores, según sea necesario, según el procesamiento; por ejemplo, un ordenador. Por ejemplo, el controlador puede ser un Controlador Lógico Programable (PLC), opcionalmente con una Interfaz hombre-máquina (HMI), como se describe en otra parte de esta invención. El controlador puede estar ubicado en el sitio con la mezcladora, o puede ser remoto, por ejemplo, un controlador remoto físico o un controlador basado en la nube. En ciertos aspectos, el controlador está configurado para almacenar y procesar la información obtenida con respecto a la característica monitoreada por el sensor para un primer lote de mezcla de cemento y para ajustar las condiciones para un segundo lote de mezcla de cemento posterior basado en el procesamiento para optimizar uno o más aspectos de la operación de mezcla. Por ejemplo, el controlador puede ajustar la segunda receta de la mezcla, por ejemplo, la cantidad de agua utilizada o el momento de la adición de agua, o la exposición al dióxido de carbono en el segundo lote para mejorar la absorción de dióxido de carbono o para mejorar la reología u otras características de la mezcla. En aquellos aspectos en los que se ajustan una o más condiciones de una segunda operación de mezcla, en ciertos aspectos una o más condiciones de la segunda operación de mezcla incluye (a) la cantidad total de dióxido de carbono agregado a la mezcla de cemento, (b) la tasa de adición de dióxido de carbono, (c) tiempo de adición de dióxido de carbono a la mezcla de cemento, (d) si se agrega o no un aditivo a la mezcla de cemento, (e) tipo de aditivo agregado a la mezcla de cemento, (f) momento de adición de aditivo a la mezcla de cemento, (g) cantidad de aditivo agregado a la mezcla de cemento, (h) cantidad de agua agregada a la mezcla de cemento, (i) momento de adición de agua a la mezcla de cemento, (j) enfriamiento de la mezcla de cemento durante o después de la adición de dióxido de carbono o una combinación de los mismos. El controlador también puede recibir información adicional sobre una o más características de la mezcla de cemento medida después de que la mezcla de cemento abandone la mezcladora, y ajusta las condiciones para el segundo lote de mezcla de cemento en función del procesamiento que comprende además la información adicional. En ciertos aspectos, una o más características de la mezcla de cemento medida después de que la mezcla de cemento abandona la mezcladora comprende (a) reología de la mezcla de cemento en uno o más instantes, (b) resistencia de la mezcla de cemento en uno o más instantes, (c) contracción de la mezcla de cemento, (d) absorción de agua de la mezcla de cemento o una combinación de los mismos. Otras características incluyen contenido de agua, análisis de dióxido de carbono para confirmar la absorción de dióxido de carbono, contenido de calcita (por ejemplo, según lo determinado por espectroscopía infrarroja), módulo elástico, densidad y permeabilidad. Se puede medir cualquier otra característica adecuada, como se conoce en la técnica.
En los aspectos en los que un controlador ajusta las condiciones para una segunda operación de mezcla basada en la entrada de una primera operación de mezcla, la segunda operación de mezcla puede estar en la misma instalación de mezcla o en una instalación de mezcla diferente. En ciertos aspectos, el controlador, uno o más sensores, uno o más actuadores, o una combinación de los mismos, transmite información sobre las características monitoreadas y las condiciones moduladas a un controlador central que recibe información de una pluralidad de controladores, sensores, actuadores o una combinación de los mismos, cada uno de los cuales transmite información desde una mezcladora separada y la operación de mezcla al controlador central. En estos aspectos, el aparato puede incluir un segundo controlador que es el controlador central, o el controlador central puede ser el único controlador para el aparato. Así, por ejemplo, una primera instalación de mezcla puede tener un primer sensor para monitorear una primera característica de la primera operación de mezcla, y una segunda instalación de mezcla puede tener un segundo sensor para monitorear una segunda característica de una segunda operación de mezcla, y ambos pueden enviar información sobre la primera y segunda características a un controlador central, que procesa la información y transmite una señal a la primera, segunda o incluso tercera, cuarta, quinta, etc., operación de mezcla para ajustar las condiciones basadas en la primera y segunda señales desde el primer y segundo sensores. La información adicional que se transmitirá típicamente al controlador central incluye componentes de mezcla para las mezclas en las operaciones de mezcla primera y segunda (por ejemplo, tipo y cantidad de aglutinante de cemento, cantidad de agua y proporción a/c, tipos y cantidades de agregado, si el agregado era húmedo, seco, aditivos y similares) cantidad, velocidad y momento de adición de dióxido de carbono, y cualquier otra característica de la primera y segunda operaciones de mezcla que sería útil para determinar las condiciones para modular futuras operaciones de mezcla en función de las características logradas en operaciones de mezcla pasadas. Cualquier cantidad de operaciones de mezcla puede ingresar información al controlador central, por ejemplo, al menos 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8 , 9 o 10 operaciones de mezcla, o al menos 15, 20, 25, 30, 40, 50, 60, 70, 80, 90 o 100 operaciones de mezcla. El controlador central también puede recibir cualquier otra información que pueda ser adecuada para informar las decisiones con respecto a las operaciones de mezcla para optimizar una o más condiciones de la operación de mezcla y/o de la mezcla de cemento producida en la operación. Por ejemplo, el controlador central puede recibir información de experimentos realizados con varios tipos de cementos (por ejemplo, varios tipos de cementos Portland) carbonatados en diversas condiciones, y/o expuestos a diversos aditivos, como en diferentes momentos o en diferentes concentraciones, y similares, y las características resultantes de la mezcla de cemento, tales como reología en uno o más instantes, resistencia en uno o más instantes, y similares. Cualquier otra información adecuada, como la información publicada en la bibliografía, u obtenida de cualquier manera, puede ingresarse en el controlador central, por ejemplo, automáticamente y/o a través de una interfaz hombre-máquina. La información que recibe el controlador central puede procesarse y usarse para ajustar las operaciones de mezcla de cemento en cualquier operación de mezcla a la que el controlador central pueda transmitir salidas. Por lo tanto, el controlador central puede aprender de numerosas operaciones de mezcla para optimizar las operaciones futuras y, con el tiempo, puede acumular una base de datos para informar las decisiones en las operaciones de mezcla en un sitio de mezcla, incluso si una receta de mezcla y/o condiciones particulares nunca se han utilizado en ese sitio, o incluso predecir las condiciones óptimas para una receta de mezcla que no se ha utilizado en ninguno de los sitios a los que está conectado el controlador. El controlador central puede coincidir con recetas de mezclas pasadas o predecir condiciones óptimas para una nueva receta de mezclas basadas en algoritmos adecuados utilizando información en su base de datos, o ambas.
En ciertos aspectos en los que el controlador ajusta una segunda operación de mezcla en función de las características monitoreadas en una primera operación de mezcla, una o más características de la operación de mezcla pueden comprender la cantidad total de dióxido de carbono agregado a la mezcla de cemento, la tasa de adición de dióxido de carbono, el tiempo de adición de dióxido de carbono a la mezcla de cemento, si se agrega o no un aditivo a la mezcla de cemento, tipo de aditivo agregado a la mezcla de cemento, momento de adición de aditivo a la mezcla de cemento, cantidad de aditivo agregado a la mezcla de cemento, cantidad de agua añadida a la mezcla de cemento, momento de adición de agua a la mezcla de cemento, enfriamiento de la mezcla de cemento durante o después de la adición de dióxido de carbono o una combinación de los mismos.
El controlador puede ser configurado, por ejemplo, programado, para recibir y procesar información sobre una o más características de la mezcla de cemento medida después de que la mezcla de cemento abandone la mezcladora, y para transmitir señales a uno o más actuadores configurados para ajustar las condiciones para el segundo lote de mezcla de cemento basado en el procesamiento para mejorar el contacto con el dióxido de carbono u otra característica de la operación de mezcla en la segunda operación de mezcla. Una o más características de la mezcla de cemento medida después de que la mezcla de cemento sale de la mezcladora puede ser la reología de la mezcla de cemento en uno o más instantes, la resistencia de la mezcla de cemento en uno o más instantes, la absorción de agua, la contracción y similares. La característica monitoreada puede depender de los requisitos para un lote de mezcla particular, aunque también se pueden monitorear otras características para proporcionar datos al controlador para futuros lotes en los que esas características serían necesarias.
El uso de un aparato que incluye un sistema de control, ya sea para una sola operación de mezcla o para una pluralidad de operaciones de mezcla, puede producir eficiencias muy altas de absorción de dióxido de carbono (proporción de dióxido de carbono o derivados de dióxido de carbono en la mezcla de cemento con respecto al dióxido de carbono total entregado). En ciertos aspectos, el aparato está configurado para controlar uno o más actuadores de manera que se logre una eficiencia de carbonatación de al menos 60, 70, 80, 90, 95, 96, 97, 98, 99 o 99,5 %. Estas altas eficiencias permiten un mayor secuestro de gases de efecto invernadero sin fugas a la atmósfera, así como una operación más económica.
En esta invención se describe un controlador para controlar una operación de mezcla de cemento que comprende la carbonatación de la mezcla de cemento en una mezcladora exponiendo la mezcla de cemento a dióxido de carbono, donde el controlador comprende (i) un puerto de entrada para recibir una señal de un sensor que monitorea un característica de la operación de mezcla de cemento; (ii) un procesador para procesar la señal del sensor y formular una señal de salida para modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o para modular una característica de la mezcla de cemento; y (iii) un puerto de salida para transmitir la señal de salida a un actuador que modula la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o que modula una característica de la mezcla de cemento. Los puertos de entrada y salida pueden configurarse para conectarse al sensor o actuador, o para recibir una señal inalámbrica, o puede usarse una combinación de dichos puertos. En ciertos aspectos, el puerto de entrada está configurado para recibir una pluralidad de señales de una pluralidad de sensores, y el procesador está configurado para procesar la pluralidad de señales y formular una señal de salida para modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o para modular una característica de la mezcla de cemento. Por lo tanto, el puerto de entrada puede incluir una pluralidad de puertos separados que están conectados a varios sensores, o un puerto inalámbrico que está configurado para recibir señales de una pluralidad de sensores, o una combinación de uno o más puertos cableados e inalámbricos para uno o más sensores. El controlador puede configurarse para formular una pluralidad de señales de salida para modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono o para modular una característica de la mezcla de cemento y el puerto de salida está configurado para transmitir la pluralidad de señales. Similar a un puerto de entrada para una pluralidad de señales, este puede ser un puerto de salida cableado con una pluralidad de puertos, un puerto inalámbrico configurado para enviar una pluralidad de señales, o una combinación de puertos cableados e inalámbricos para enviar una o más señales cada uno.
El controlador puede configurarse para procesar cualquier señal de cualquier sensor adecuado, como se describe en esta invención, y enviar la salida a cualquier actuador adecuado, como se describe en esta invención. El controlador también puede configurarse para enviar información a un controlador central, o puede ser un controlador central que esté configurado para recibir entrada y enviar salida a una pluralidad de operaciones de mezcla, también como se describe en esta invención.
En esta invención se describe una red que comprende una pluralidad de operaciones de mezcla de cemento separadas espacialmente, como al menos 2, 3, 4, 5, 6 , 7, 8 , 9 o 10, o al menos 20, 30, 40, 50, 70, o 100 operaciones de mezcla separadas, cada una de las cuales comprende al menos un sensor para monitorear al menos una característica de su operación, y comprende una unidad central de procesamiento, a la cual cada sensor envía su información y que almacena y/o procesa la información. Alternativamente, o además, la información sobre al menos una característica de la operación de mezcla puede ingresarse manualmente en la unidad central de procesamiento, por ejemplo, a través de una HMI. Una o más de las operaciones de mezcla puede ser una operación de mezcla en la que la mezcla de cemento es carbonatada, por ejemplo, como se describe en esta invención, tal como una operación de mezcla en la que el cemento es carbonatado, es decir, expuesto al dióxido de carbono de tal manera que el dióxido de carbono es absorbido por la mezcla de cemento durante la operación de mezcla. Las operaciones de mezcla también pueden incluir sensores u otros medios por los cuales se controlan una o más características de la mezcla de cemento, antes, durante o después de la mezcla, por ejemplo, también como se describe en esta invención, que transmiten información al procesador central. El procesador central también puede configurarse para enviar señales a una o más de las operaciones de mezcla, u otras operaciones de mezcla, en función del procesamiento de las señales.
En esta invención se describe un aparato para producir una mezcla de cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) una mezcladora para mezclar una mezcla de cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico; y (ii) un sistema para exponer la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico al dióxido de carbono durante la mezcla, donde el sistema está configurado para suministrar dióxido de carbono a la superficie de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico.
En esta invención se describe un aparato para mezclar cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) una mezcladora para mezclar cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico; (ii) un sistema para contactar la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico con dióxido de carbono dirigido a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico conectada operativamente a la mezcladora; (iii) un sensor situado y configurado para controlar una o más características de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases en contacto con la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, un componente de una mezcla de cemento, por ejemplo, aparato de mezcla de cemento hidráulico, o un componente expuesto a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico; y (iv) un actuador conectado operativamente al sensor para modular el flujo del dióxido de carbono basado en la característica monitoreada. El sistema para contactar la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico con dióxido de carbono puede comprender un sistema para contactar la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico con un flujo de dióxido de carbono dirigido a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico.
En esta invención se describe un aparato para adaptar una mezcla de cemento existente, por ejemplo, una mezcladora de cemento hidráulico que comprende un conducto configurado para conectarse operativamente a una fuente de dióxido de carbono y a la mezcladora, para suministrar dióxido de carbono desde la fuente a la mezcladora. El aparato puede comprender la fuente de dióxido de carbono. El aparato puede comprender un actuador para controlar el suministro de dióxido de carbono desde una fuente de dióxido de carbono a través del conducto, donde el actuador está conectado operativamente o está configurado para estar conectado operativamente a un sistema de control. El aparato puede comprender además el sistema de control. El sistema de control puede comprender un temporizador y un transmisor para enviar una señal al actuador en función de la temporización del temporizador. El sistema de control puede ser un sistema de control existente para la mezcladora. El aparato puede comprender instrucciones para modificar el sistema de control existente para controlar el actuador. El actuador puede estar conectado operativamente o configurado para estar conectado operativamente al conducto, la mezcladora, un sistema de control para la mezcladora, o a una fuente de dióxido de carbono, o una combinación de los mismos. El actuador puede controlar una válvula para controlar el suministro de dióxido de carbono a la mezcladora. El aparato puede comprender uno o más sensores conectados operativamente o configurados para conectarse operativamente al sistema de control para controlar una o más características de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases adyacente a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico o un componente en contacto con la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico. Uno o más sensores pueden ser un sensor para controlar la concentración de dióxido de carbono de un gas o una temperatura.
En esta invención se describe un sistema para exponer una mezcla de cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico dentro de una mezcladora transportable a dióxido de carbono que comprende (i) una fuente de dióxido de carbono que es más del 50 % de dióxido de carbono puro; (ii) una mezcladora transportable para mezclar cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico; y (iii) un conducto conectado operativamente a la fuente de dióxido de carbono y a la mezcladora para suministrar dióxido de carbono desde la fuente de dióxido de carbono a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico. El sistema puede comprender además un actuador conectado operativamente al conducto para controlar el flujo del dióxido de carbono. El actuador puede comprender una válvula. El sistema puede comprender un controlador conectado operativamente al actuador, donde el controlador está configurado para operar el actuador en función de parámetros predeterminados, en la retroalimentación de uno o más sensores, o una combinación de los mismos. En ciertos aspectos, la fuente de dióxido de carbono y el conducto están alojados en una unidad portátil que se puede mover de un sitio de mezcla preparada a otro, para proporcionar dióxido de carbono a más de un camión de mezcla preparada.
En esta invención se describe un sistema para exponer una mezcla de cemento, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico dentro de una mezcladora a dióxido de carbono que comprende (i) una fuente de dióxido de carbono; (ii) la mezcladora para hacer la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico; (iii) un conducto conectado operativamente a la fuente de dióxido de carbono y a la mezcladora para suministrar dióxido de carbono desde la fuente de dióxido de carbono a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico; (iv) un sensor posicionado y configurado para monitorear una o más características de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico, una mezcla de gases adyacente a la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico o un componente en contacto con la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico; y (v) un actuador conectado operativamente al sensor y al sistema para exponer la mezcla de cemento, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico al dióxido de carbono, donde el actuador está configurado para alterar la exposición de la mezcla de cemento, por ejemplo, la mezcla de cemento hidráulico al dióxido de carbono basado en la característica monitoreada por el sensor. La mezcladora puede ser una mezcladora estacionaria. La mezcladora puede ser una mezcladora transportable.
V. Composiciones
En esta invención se describen composiciones, por ejemplo, composiciones que pueden producirse mediante los procedimientos descritos en esta invención. En ciertos aspectos, la mezcla de hormigón es fluida, es decir, capaz de mezclarse en la mezcladora y verterse para el propósito previsto. En ciertos aspectos, la composición es una mezcla de hormigón carbonatado seco que es fluido y compactable, por ejemplo, suficientemente fluido y compactable para ser situado en un molde para un producto de hormigón prefabricado, que comprende cemento hidráulico, por ejemplo, OPC y dióxido de carbono y/o productos de reacción de dióxido de carbono con el OPC y/u otros componentes de la mezcla, y, opcionalmente, uno o más de los agregados y un aditivo, como un aditivo para modular la compactabilidad de la mezcla de hormigón carbonatado, y/o un acelerador de resistencia. En ciertos aspectos, el aditivo comprende un retardador de fraguado, tal como un azúcar o un derivado de azúcar, por ejemplo, gluconato de sodio. La composición puede ser una mezcla de hormigón carbonatado húmedo que sea fluida y vertible, por ejemplo, suficientemente fluida y vertible para ser vertida en un molde en un sitio de construcción, puede comprender cemento hidráulico, por ejemplo, OPC, y dióxido de carbono y/o productos de reacción de dióxido de carbono con el OPC y/u otros componentes de la mezcla, y, opcionalmente, uno o más de los agregados y un aditivo, como un aditivo para modular la fluidez de la mezcla de hormigón carbonatado, y/o un acelerador de resistencia. El aditivo puede comprender un retardador de fraguado, tal como un azúcar o un derivado de azúcar, por ejemplo, gluconato de sodio.
En esta invención se describe una mezcla de cemento que comprende productos de reacción de dióxido de carbono gaseoso o dióxido de carbono, tales como carbonatos y dióxido de carbono sólido. El dióxido de carbono sólido puede estar presente en una cantidad mayor que 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,7, 2,0, o 2,5 % epc o 0,01-5 %, 0,01-2 %, 0,01-1 %, 0,01-0,5 %, 0,1-5 %, 0,1-2 %, 0,1-1 %, o 0,1-0,5 %. Los productos de reacción de dióxido de carbono gaseoso o dióxido de carbono pueden estar presentes en una cantidad mayor que 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,7, 2,0 o 2,5 % epc, o 0,01­ 5 %, 0,01-2 %, 0,01-1 %, 0,01-0,5 %, 0,1-5 %, 0,1-2 %, 0,1-1 %, o 0,1- 0,5 %. Los productos de reacción de dióxido de carbono incluyen ácido carbónico, bicarbonato y todas las formas de carbonato de calcio (p. ej., carbonato de calcio amorfo, vaterita, aragonita y calcita), así como otros productos formados por la reacción de dióxido de carbono con varios componentes de la mezcla de cemento. El dióxido de carbono sólido se forma a partir de la liberación de dióxido de carbono líquido en la mezcla.
La mezcla de cemento puede contener un aditivo, como cualquier aditivo como se describe en esta invención, por ejemplo, un carbohidrato o derivado de carbohidrato, como el gluconato de sodio. El aditivo puede estar presente en una cantidad mayor que 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,7, 2,0, o 2,5 %; o mayor que 0,01, 0,05, 0,1, 0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,7, 2,0 o 2,5 % y menor que 0,05, 0,1,0,2, 0,3, 0,4, 0,5, 0,6, 0,7, 0,8, 0,9, 1,0, 1,1, 1,2, 1,3, 1,4, 1,5, 1,7, 2,0, 2,5 o 3,0 %, por ejemplo, cualquier intervalo que pueda expresarse como mayor que y menos que cantidades. Intervalos ejemplares incluyen 0,01-3,0 %, 0,01-1,5 %, 0,01-1 %, 0,01-0,5 %, 0,01-0,4 %, 0,01-0,2 %, 0,01-0,1 %, 0,1-3,0 %, 0,1-1,5 %, 0,1- 1 %, 0,1-0,5 %, 0,1­ 0,4 %, 0,1-0,2 % o 0,1-0,1 %.
Se ha encontrado que la adición de dióxido de carbono a una mezcla de cemento durante la mezcla da como resultado la formación de nanocristales de carbonato de calcio. Trabajos anteriores han demostrado que la adición de carbonato de calcio nanocristalino exógeno (por ejemplo, carbonato de calcio con un tamaño de partícula en un intervalo de 50­ 1 2 0 nm) a una mezcla de hormigón mejoró la hidratación de la mezcla; sin embargo, cuando se usa carbonato de calcio suministrado de manera exógena, se necesita una gran cantidad, como 10 % epc, para lograr el efecto deseado, probablemente debido a la aglomeración de los nanocristales agregados. Por el contrario, en esta invención, los nanocristales de carbonato de calcio se forman in situ, sin aglomerarse, y así se logra una dispersión mucho mayor. Por ejemplo, la incidencia de nanocristales individuales discretos de menos de 500 nm, o menos de 400 nm, o menos de 300 nm, o menos de 200 nm de tamaño de partícula en las composiciones de la invención puede ser superior a 10, 20, 30, 40, 50, 60 u 80 % del carbonato de calcio en la composición. Cuando comienza la formación de cristales, el tamaño del cristal para al menos 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición puede ser inferior a 100, 80, 60, 50, 40 o 30 nm. Además, la composición polimórfica de los cristales puede variar, dependiendo del tiempo que haya reaccionado la composición, el momento de la adición de dióxido de carbono, el uso de aditivos modificadores de cristales y similares. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es carbonato de calcio amorfo, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5 -50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es vaterita, 0,01­ 50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5-50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es aragonita, 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5-50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1 , 5, 1 0 , 2 0 , 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es calcita, o 0 ,0 1 ­ 99,9 %, 0,1-99,9 %, 1-99 %, 5-99,9 %, 10-99,9 %, 30-99,9 %, 50-99,9 %, 0,01-90 %, 0,1-90 %, 1-90 %, 5-90 %, 10­ 90 %, 30-90 %, 50-90 %, 0,01-80 %, 0,1-80 %, 1-80 %, 5-80 %, 10-80 %, 30-80 %, 50-80 %. También puede estar presente cualquier combinación de carbonato de calcio amorfo, vaterita, aragonita y/o calcita, por ejemplo, en los porcentajes indicados.
Las composiciones también pueden incluir uno o más materiales cementosos suplementarios (SCM) y/o reemplazos de cemento, como se describe en otra parte de esta invención. En ciertos aspectos, una composición incluye, además del cemento, uno o más SCMS y/o reemplazos de cemento, por ejemplo escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales (como metacaolín, lutita calcinada, arcilla calcinada, vidrio volcánico, ceniza o tobas zeolíticas, ceniza de cáscara de arroz, tierra de diatomeas y lutita calcinada), residuos de vidrio, piedra caliza, plástico reciclado/desechado, llantas de desecho, cenizas de desechos sólidos municipales, cenizas de madera, polvo de horno de cemento o arena de fraguado, en un porcentaje adecuado de la composición epc, como 0,1-50 %, o 1-50 %, o 5-50 %, o 10-50 %, o 20-50 %, o 1-40 %, o 5-40 %, o 10-50 % o 20-40 % epc. En ciertos aspectos, la composición incluye un SCM y en algunos de estos aspectos el SCM es cenizas volantes, escorias, humo de sílice o una puzolana natural. En ciertos aspectos, el SCM es ceniza volante. En ciertos aspectos, el SCM es escoria.
En esta invención se describe una mezcla de cemento fluido, por ejemplo, una composición de mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) una mezcla de cemento húmedo, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico que comprende cemento hidráulico y agua en una proporción a/c de no más de 0,4, o 0,3, o 0,2 y (ii) dióxido de carbono o producto de carbonatación en una cantidad de al menos 0,05 % en peso de cemento (epc). La composición está en un estado mezclable y/o fluido, por ejemplo, el fraguado y el endurecimiento no han progresado hasta el punto en que la mezcla ya no puede mezclarse por el aparato donde se forma. La composición puede comprender además (ii) un aditivo para modular la fluidez de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico. El aditivo puede ser un superplastificante de policarboxilato, un HRWR de naftaleno o una combinación de los mismos.
En esta invención se describe una mezcla de cemento fluido, por ejemplo, una composición de mezcla de cemento hidráulico que comprende (i) una mezcla de cemento húmedo, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico que comprende cemento hidráulico y agua; (ii) dióxido de carbono o producto de carbonatación en una cantidad de al menos 0,05 % epc; (iii) un aditivo para modular la fluidez de la mezcla de cemento hidráulico húmedo. En ciertos aspectos, el aditivo comprende un superplastificante de policarboxilato, un HRWR de naftaleno o cualquier combinación de los mismos.
En esta invención se describe una mezcla de cemento, por ejemplo, una composición de mezcla de cemento hidráulico, que puede ser una mezcla de cemento fluido, que comprende (i) una mezcla de cemento húmedo, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico que comprende cemento hidráulico y agua; (ii) dióxido de carbono en forma sólida, líquida y/o gaseosa, o en solución acuosa como ácido carbónico o bicarbonato, en una cantidad de 0 ,0 1 ­ 2 % epc; (iii) carbonato de calcio sólido en una cantidad de 0 ,0 1 - 2 % epc; y (iii) un material cementoso suplementario y/o reemplazo de cemento. En ciertos aspectos, el dióxido de carbono comprende dióxido de carbono en forma sólida. Durante el mezclado y posterior fraguado y endurecimiento, se producen diversas composiciones intermedias, de modo que las composiciones iniciales pueden contener principalmente dióxido de carbono en forma gaseosa, líquida, sólida o en solución con poca formación de carbonato de calcio, y las composiciones posteriores pueden contener principalmente carbonato de calcio con poco dióxido de carbono en forma gaseosa, líquida, sólida o en solución. En ciertos aspectos, el reemplazo de SCM y/o cemento comprende 0,1-50 %, o 1-50 %, o 5-50 %, o 10-50 %, o 20-50 %, o 1-40 %, o 5- 40 %, o 10-50 %, o 20-40 % epc en la composición. En ciertos aspectos, el reemplazo de SCM y/o cemento es escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales (como metacaolín, lutita calcinada, arcilla calcinada, vidrio volcánico, cenizas o tobas zeolíticas, ceniza de cáscara de arroz, tierra de diatomeas, y lutita calcinada), piedra caliza, vidrio de desecho, plástico reciclado/desechado, llantas de desecho, cenizas de desechos de sólidos municipales, cenizas de madera, polvo de horno de cemento o arena de fraguado, o una combinación de los mismos. En ciertos aspectos, se usa un SCM y en ciertas de estas realizaciones, el SCM es escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice o puzolana natural, o una combinación de los mismos. En ciertos aspectos, el SCM es escoria de alto horno. En ciertas realizaciones, el SCM es cenizas volantes. En ciertos aspectos, el SCM es humo de sílice. En ciertos aspectos, el SCM es una puzolana natural. En ciertos aspectos, el cemento hidráulico es cemento Portland. La composición puede comprender además un aditivo. En ciertos aspectos, el aditivo es un carbohidrato o derivado de carbohidrato, como el gluconato de sodio. El aditivo puede estar presente en cualquier concentración adecuada, como 0,01-2 %, o 0,01-1 %, o 0,01-0,5 %, o 0,01-0,4 %, o 0,01-0,3 %, o 0,01­ 0,2 %, o 0,01- 0,1 %. La composición polimórfica del carbonato de calcio puede incluir cualquiera de los polimorfos descritos en esta invención. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es carbonato de calcio amorfo, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5 -50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es vaterita, o 0,01-50 %, 0,1­ 50 %, 1-50 %, 5-50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es aragonita, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5-50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es calcita, o 0,01-99,9 %, 0,1-99,9 %, 1-99 %, 5-99,9 %, 10-99,9 %, 30-99,9 %, 50-99,9 %, 0,01-90 %, 0,1-90 %, 1-90 %, 5-90 %, 10-90 %, 30­ 90 %, 50-90 %, 0,01-80 %, 0,1-80 %, 1-80 %, 5-80 %, 10-80 %, 30-80 %, 50-80 %. También puede estar presente cualquier combinación de carbonato de calcio amorfo, vaterita, aragonita y/o calcita, por ejemplo, en los porcentajes indicados.
En esta invención se describe una mezcla de cemento fraguado o endurecido, por ejemplo, una composición de mezcla de cemento hidráulico tal como un hormigón fraguado o endurecido, que comprende (i) productos de reacción formados en una mezcla de cemento húmedo, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico que comprende cemento hidráulico y agua, como productos de reacción de una mezcla de cemento Portland; (iii) carbonato de calcio en una cantidad de 0,01-5 % epc, o 0,01-2 % epc, donde el carbonato de calcio está presente como cristales o partículas donde al menos 10, 20, 50, 70 o 90 % de las partículas son de menos de 1 um, o menos de 500 nm, o menos de 400 nm, o menos de 2 0 0 nm en dimensión media; y (iii) un material de cemento suplementario y/o reemplazo de cemento y/o productos de reacción de material de cemento suplementario o reemplazo de cemento. En ciertos aspectos, el reemplazo de SCM y/o cemento comprende 0,1-50 %, o 1-50 %, o 5-50 %, o 10-50 %, o 20-50 %, o 1-40 %, o 5- 40 %, o 10-50 %, o 20-40 % epc en la composición. En ciertos aspectos, el reemplazo de SCM y/o cemento es escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales (como metacaolín, lutita calcinada, arcilla calcinada, vidrio volcánico, cenizas o tobas zeolíticas, ceniza de cáscara de arroz, tierra de diatomeas, y lutita calcinada), piedra caliza, vidrio de desecho, plástico reciclado/desechado, llantas de desecho, cenizas de desechos de sólidos municipales, cenizas de madera, polvo de horno de cemento o arena de fraguado, o una combinación de los mismos. En ciertos aspectos, se usa un SCM y en ciertas realizaciones, el SCM es escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice o puzolana natural, o una combinación de los mismos. En ciertos aspectos, el SCM es escoria de alto horno. En ciertos aspectos, el SCM es ceniza volante. En ciertos aspectos, el SCM es humo de sílice. En ciertos aspectos, el SCM es una puzolana natural. En ciertos aspectos, el cemento hidráulico o los productos de reacción son cemento Portland o productos de reacción de cemento Portland. La composición puede comprender además un aditivo. En ciertos aspectos, el aditivo es un carbohidrato o derivado de carbohidrato, como el gluconato de sodio. El aditivo puede estar presente en cualquier concentración adecuada, como 0,01-2 %, o 0,01-1 %, o 0,01­ 0,5 %, o 0,01-0,4 %, o 0,01-0,3 %, o 0,01-0,2 %, o 0,01- 0,1 %. La composición polimórfica del carbonato de calcio puede incluir cualquiera de los polimorfos descritos en esta invención. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es carbonato de calcio amorfo, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5 -50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es vaterita, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5-50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es aragonita, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5­ 50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % del carbonato de calcio en la composición es calcita, o 0,01-99,9 %, 0,1-99,9 %, 1-99 %, 5-99,9 %, 10-99,9 %, 30-99,9 %, 50-99,9 %, 0,01-90 %, 0,1-90 %, 1-90 %, 5-90 %, 10-90 %, 30-90 %, 50-90 %, 0,01-80 %, 0,1-80 %, 1-80 %, 5-80 %, 10-80 %, 30-80 %, 50­ 80 %. También puede estar presente cualquier combinación de carbonato de calcio amorfo, vaterita, aragonita y/o calcita, por ejemplo, en los porcentajes indicados.
En esta invención se describe una mezcla de cemento, por ejemplo, una composición de mezcla de cemento hidráulico, que puede ser una mezcla de cemento fluido, que comprende (i) una mezcla de cemento húmedo, por ejemplo, una mezcla de cemento hidráulico que comprende cemento hidráulico y agua; (ii) carbonato de calcio que es nanocristalino donde la incidencia de nanocristales individuales discretos de menos de 500 nm, o menos de 400 nm, o menos de 300 nm, o menos de 200 nm, o menos de 100 nm, o menos de 50 nm de tamaño de partícula es superior al 10, 20, 30, 40, 50, 60 u 80 % del carbonato de calcio; y (iii) un material cementoso suplementario y/o reemplazo de cemento. Se apreciará que el carácter nanocristalino de la composición en su conjunto puede determinarse analizando el carácter nanocristalino de una o más muestras representativas. En ciertos aspectos, el carbonato de calcio nanocristalino comprende 0,01-5 %, o 0,01-2 %, o 0,01-1 %, o 0,01-0,5 %, o 0,01-0,4 %, o 0,01-0,3 %, o 0,01-0,02 %, o 0,01-0,1 % de la composición epc. En ciertos aspectos, el reemplazo de SCM y/o cemento comprende 0,1-50 %, o 1-50 %, o 5-50 %, o 10-50 %, o 20-50 %, o 1-40 %, o 5- 40 %, o 10-50 %, o 20-40 % epc. En ciertos aspectos, el reemplazo de SCM y/o cemento es escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales (como metacaolín, lutita calcinada, arcilla calcinada, vidrio volcánico, cenizas o tobas zeolíticas, ceniza de cáscara de arroz, tierra de diatomeas, y lutita calcinada), piedra caliza, vidrio de desecho, plástico reciclado/desechado, llantas de desecho, cenizas de desechos de sólidos municipales, cenizas de madera, polvo de horno de cemento o arena de fraguado, o una combinación de los mismos. En ciertos aspectos, se usa un SCM y en ciertas de estas realizaciones, el SCM es escoria de alto horno, cenizas volantes, humo de sílice o puzolana natural, o una combinación de los mismos. En ciertos aspectos, el SCM es escoria de alto horno. En ciertos aspectos, el SCM es ceniza volante. En ciertos aspectos, el SCM es humo de sílice. En ciertos aspectos, el SCM es una puzolana natural. En ciertos aspectos, el cemento hidráulico es cemento Portland. La composición puede comprender además un aditivo. En ciertos aspectos, el aditivo es un carbohidrato o derivado de carbohidrato, como el gluconato de sodio. El aditivo puede estar presente en cualquier concentración adecuada, como 0,01-2 %, o 0,01-1 %, o 0,01-0,5 %, o 0,01-0,4 %, o 0,01-0,3 %, o 0,01-0,2 %, o 0,01- 0,1 %. La composición polimórfica de los nanocristales puede incluir cualquiera de los polimorfos descritos en esta invención. En ciertos aspectos, al menos 1,5, 10, 20, 30, 40 o 50 % de los nanocristales de carbonato de calcio en la composición son nanocristales de carbonato de calcio amorfos, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5-50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % de los nanocristales de carbonato de calcio en la composición son nanocristales de vaterita, o 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5 -50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % de los nanocristales de carbonato de calcio en la composición son nanocristales de aragonita, 0,01-50 %, 0,1-50 %, 1-50 %, 5- 50 %, 10-50 % o 20-50 %. En ciertos aspectos, al menos 1, 5, 10, 20, 30, 40 o 50 % de los nanocristales de carbonato de calcio en la composición son nanocristales de calcita, o 0,01-99,9 %, 0,1-99,9 %, 1-99 %, 5 -99,9 %, 10-99,9 %, 30-99,9 %, 50-99,9 %, 0,01-90 %, 0,1-90 %, 1-90 %, 5-90 %, 10-90 %, 30-90 %, 50 -90 %, 0,01-80 %, 0,1-80 %, 1-80 %, 5-80 %, 10-80 %, 30-80 %, 50­ 80 %. También puede estar presente cualquier combinación de carbonato de calcio amorfo, vaterita, aragonita y/o calcita, por ejemplo, en los porcentajes indicados. Se apreciará que la composición polimórfica de la composición en su conjunto puede estimarse mediante la composición polimórfica de una o más muestras representativas de la composición.
EJEMPLOS DE REFERENCIA
Ejemplo de referencia 1
Este ejemplo de referencia describe el contacto de una mezcla de cemento hidráulico húmedo (hormigón) con dióxido de carbono durante la mezcla del hormigón.
Se llevó a cabo una serie de pruebas para contactar la mezcla de hormigón húmedo con dióxido de carbono durante la mezcla del hormigón.
En un primer experimento, 20 kg de hormigón premezclado en bolsas (Quikrete o Shaw), se mezclaron con agua en una mezcladora Hobart. El contenido de cemento del hormigón no se conocía, pero se suponía que era del 12-14 %. Se usó un valor del 14 % en los cálculos posteriores. Se agregaron 0,957 kg de agua, que era el 57 % del agua final, para una proporción a/c de 0,34 y la mezcladora se cubrió con una tapa suelta. La mezcla de hormigón fue mezclada durante 1 minuto. A continuación, una mezcla de gases que contiene dióxido de carbono a una concentración de 99,5 % (dióxido de carbono de grado comercial de Air Liquide, 99,5 % CO2, UN1013, CAS: 124-38-9) se entregó para contactar la superficie del hormigón mezclado a través de un tubo de aproximadamente %" de diámetro interno cuya abertura estaba ubicada aproximadamente a 10 cm de la superficie del hormigón mezclado, a un caudal de 2 0 litros por minuto (LPM) durante 40-80 segundos, para una cantidad total de dióxido de carbono de 13,3 L (40 segundos) a 26,7 L (80 segundos). El agua restante, 0,713 kg, se agregó para llevar la mezcla a una proporción a/c de 0,6 mientras que la mezcla de hormigón continuó mezclándose después de la adición de dióxido de carbono durante aproximadamente 2 minutos, durante un tiempo de mezcla total de aproximadamente 4 minutos, con adición de dióxido de carbono durante 40, 60 u 80 segundos durante la mezcla. En general, el procedimiento de mezcla fue el siguiente: mezclar la mezcla seca y agregar la primera adición de agua durante 15 segundos; mezclar por el resto de un minuto; entregar CO2 mientras se mezcla durante 40, 60 u 80 segundos; cuando la entrega fue de 40 segundos hubo 20 segundos adicionales de mezcla post-CO2 para llevar la etapa a un minuto, cuando la entrega fue de 60 u 80 segundos, la siguiente etapa comenzó inmediatamente después de que el CO2 fue interrumpido; agregar la segunda adición de agua y mezclar dos minutos. En una prueba se añadió un 5 % adicional de agua. Estas pruebas se realizaron con la mezcla preenvasada Shaw, que requería más agua y se suponía que contenía más cemento (17 %). Las dos adiciones de agua fueron 1,15 kg (58 % dando 0,34 a/c estimado) y 0,850 kg (para dar un total de 2,0 kg de agua y 0,59 a/c estimado). En el caso del 5 % de agua añadida, solo se aplicó en la segunda adición (1,150 kg o 55 %, a continuación 0,950 kg para un total de 2,1 kg y estimado 0,62 a/c). Se prepararon mezclas de hormigón de control con la misma proporción final a/c y tiempo de mezcla, pero sin adición de dióxido de carbono. El hormigón mezclado se vertió en cilindros y se realizaron pruebas de resistencia a los 7 días. Los resultados se muestran en las figuras 4 y 5, donde las barras representan el intervalo de datos (de mayor a menor) y el punto en el medio corresponde al promedio. Las mezclas de hormigón que habían estado expuestas al dióxido de carbono mostraron resistencias a los 7 días comparables a los controles.
En un segundo experimento, se prepararon varios lotes. En cada lote, se mezclaron aproximadamente 20 kg de hormigón premezclado en bolsa (mezcla preparada en bolsa BOMIX) con agua en una mezcladora Hobart. Se desconocía el contenido de cemento del hormigón, pero se suponía que era del 20 %. Se añadió una primera adición de agua de 0,6 kg (30 % del agua total) para una proporción a/c de 0,15 y se cubrió la mezcladora con una tapa suelta. La mezcla de hormigón se mezcló durante un total de 1 minuto. A continuación, una mezcla de gases que contiene dióxido de carbono a una concentración de 99,5 % (dióxido de carbono de grado comercial de Air Liquide, 99,5 % CO2, UN1013, CAS: 124-38-9) se entregó para contactar la superficie del hormigón de mezcla a través de un tubo de aproximadamente %" de diámetro interno cuya abertura se encontraba aproximadamente a 1 0 cm de la superficie del hormigón de mezcla, a diversos caudales para diferentes lotes, durante 60 segundos, para dar diferentes dosis totales de dióxido de carbono para diferentes lotes. Se añadió el agua restante de 1,4 kg para llevar la mezcla a una proporción a/c de 0,5, mientras que la mezcla de hormigón continuó mezclándose después de la adición de dióxido de carbono durante aproximadamente 2 minutos, durante un tiempo de mezcla total de aproximadamente 4 minutos, con adición de dióxido de carbono durante 60 segundos durante la mezcla (premezcla de un minuto, 60 segundos dosis de CO2 , a continuación se agregó el resto del agua y se terminó con dos minutos mezclando durante 4 minutos en total). Se prepararon mezclas de hormigón de control con la misma proporción final a/c y tiempo de mezcla, pero sin adición de dióxido de carbono. El hormigón mezclado se vertió en 5 cilindros de 4 kg (100 mm de diámetro por 200 mm, o 4 pulgadas por 8 pulgadas) y se realizaron pruebas de resistencia a los 7, 14 y 28 días. La dosis de dióxido de carbono se expresa por cilindro y fue de 5, 10, 15, 20, 25 o 30 g por cilindro, dependiendo del lote, que fue 0,6, 1,3, 1,9, 2,5, 3,1 o 3,8 % dióxido de carbono epc, respectivamente. Los resultados se muestran en las figuras 6 , 7 y 8. Las mezclas de hormigón que habían estado expuestas al dióxido de carbono mostraron resistencias a la compresión a los 7 días comparables a los controles, con una tendencia a aumentar la resistencia a los 7 días con el aumento de la dosis de dióxido de carbono (figura 6 ). Las resistencias a la compresión a los 14 días fueron comparables o inferiores a las de los controles a dos dosis, 15 y 20 g (figura 7). Las resistencias a la compresión a los 2 8 días fueron comparables al control, con una tendencia a aumentar la resistencia a los 28 días al aumentar la dosis de dióxido de carbono (figura 8 ).
En un tercer experimento, se agregó agua adicional para compensar la fluidez reducida (asentamiento) observada en las mezclas de hormigón en contacto con dióxido de carbono en los experimentos anteriores. Se prepararon mezclas de hormigón como en el segundo experimento, excepto que las dosis de dióxido de carbono utilizadas fueron 15 g por cilindro (1,9 % de dióxido de carbono epc). Además, en un conjunto de lotes tanto de control como de dióxido de carbono, la segunda adición de agua se incrementó para dar una cantidad total de agua total que se incrementó en un 4,7 % con respecto a la adición de agua predeterminada. Se realizaron pruebas de resistencia a la compresión a los 7, 14 y 28 días. Los resultados se muestran en la figura 9. Incluso con el agua adicional, la mezcla de hormigón en contacto con dióxido de carbono mostró una resistencia a los 28 días comparable al control.
En un cuarto experimento, se investigaron varias cantidades de agua adicionales. Se prepararon mezclas de hormigón como en el segundo experimento, excepto que las dosis de dióxido de carbono utilizadas fueron 10 o 15 g por cilindro (1,3 o 1,9 % de dióxido de carbono epc, respectivamente). Además, en conjuntos de lotes tanto de control como de dióxido de carbono, la segunda adición de agua se incrementó para dar una cantidad total de agua total que era 2100, 2200, 2300, 2400 o 2500 ml/20 kg de mezcla seca, en comparación con 2000 ml/kg para los lotes de control. La cantidad de agua en la primera adición fue del 60 % del agua total, de manera que la a/c en el tiempo del dióxido de carbono era incrementada a medida que aumentaba el agua de la mezcla. Se realizaron pruebas de resistencia a la compresión a los 7 y 28 días. Los resultados se muestran en las figuras 10-13. También se realizaron pruebas de asentamiento y los resultados se muestran en la figura 14. El agua adicional compensó parcialmente la disminución del asentamiento con la adición de dióxido de carbono, especialmente a la dosis más baja de dióxido de carbono. La resistencia a los 7 días fue comparable al control para la mayoría de las dosis de agua.
Ejemplo de referencia 2
Este ejemplo de referencia describe la adaptación de un camión de mezcla preparada existente con un sistema para poner en contacto una mezcla de hormigón húmedo en el tambor del camión con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla de hormigón.
Se acondicionó un camión de hormigón premezclado para la entrega de dióxido de carbono a la mezcla de hormigón mezclado. Se introdujo un tubo de goma flexible de aproximadamente %" de diámetro en el sitio de mezcla preparada y el camión de mezcla preparada se ajustó colocando un tubo de goma flexible para la entrega de dióxido de carbono en paralelo con la tubería existente para la entrega de agua para permitir la entrega de dióxido de carbono al tambor del camión en el extremo superior del tambor mientras se mezclaba una mezcla hidráulica de cemento, por ejemplo, hormigón, en el tambor. La apertura del tubo se colocó de 0,5 a 2 m del hormigón en el camión. El camión era una mezcladora de tránsito de seis metros cúbicos. Una fuente de dióxido de carbono se unió al tubo de goma flexible. En este ejemplo de referencia, la fuente de dióxido de carbono era un suministro de dióxido de carbono líquido, un calentador (etilenglicol), un tanque intermedio de gas, un equipo de medición de gas y una salida de gas, para suministrar dióxido de carbono con una concentración de al menos 99 %. El remolque de suministro de gas tomó dióxido de carbono líquido, medido por un regulador de presión y lo pasó por un intercambiador de calor donde el glicol líquido (anticongelante) caliente lo calentó para convertir el dióxido de carbono líquido en gas. El gas se almacenó en los tanques receptores en un carro móvil que se puede sacar del remolque a un lugar dentro de la planta. Se usó una pantalla táctil para programar la dosis correcta de dióxido de carbono que se administrará durante el procedimiento de fabricación del hormigón. Se utilizaron válvulas y sensores para medir el gas correctamente. Se utilizaron mangueras para conectar entre el remolque, el carro y los colectores se unen a la máquina de fabricación de hormigón para entregar la dosis de gas en el lugar correcto. En ensayos industriales, la línea de gas tenía un diámetro de 3/4".
En otra modificación del camión de mezcla preparada, el camión se modificó conectando la fuente de dióxido de carbono al tambor a través de la liberación de la línea de agua. La línea de agua pasa del tanque de agua del camión a una unión T. Subiendo desde la T, el agua se envía al tambor. Bajando desde la T, un desagüe vacía la línea en el suelo. El suministro de agua se cierra cuando no está en uso, conectando esencialmente la salida al tambor. Al reservar el suministro de gas en la salida, en este ejemplo de referencia, se evitó el enfoque de línea paralela y solo fue necesario usar un suministro de dióxido de carbono y un conducto para conectarse a la unión T.
Ejemplo de referencia 3
Este ejemplo de referencia describe el uso de dióxido de carbono para contactar una mezcla de hormigón mezclado en un camión de mezcla preparada.
Se usó el camión de mezcla preparada modernizado descrito en el Ejemplo de referencia 2. Los componentes de un lote de hormigón se agregaron al tambor del camión, incluida la mezcla de cemento y el agregado. Mientras se mezclaba la mezcla de cemento hidráulico, se introdujo dióxido de carbono en una mezcla gaseosa que tenía al menos 99 % de dióxido de carbono en el tambor a un caudal de 750, 1500 o 2250 litros por minuto durante 180 segundos, para una dosis total de dióxido de carbono de 0,5 %, 1,0 % o 1,5 % epc, respectivamente. El tambor permaneció abierto a la atmósfera durante la adición de dióxido de carbono. Después de que se detuvo el flujo de dióxido de carbono, se agregó agua adicional al hormigón mezclado para llevar la proporción a/c del hormigón a 0,45. El camión recibió el hormigón y el dióxido de carbono en el compartimiento de lotes, y entregó el hormigón a una construcción adyacente donde se realizaron las pruebas y se hicieron muestras. Se realizaron pruebas de temperatura, asentamiento y contenido de aire, y se hicieron cilindros para resistencia y resistencia a la flexión.
En un segundo ejemplo de mezcla, se añadió dióxido de carbono antes de que se agregara agua adicional a la mezcla, y el agua en la mezcla durante la adición de dióxido de carbono se debió al agua en la mezcla agregada, que había estado expuesta al agua antes de la adición. El agregado estaba húmedo y con la adición del agregado húmedo, el contenido de agua de la mezcla de cemento hidráulico resultante (hormigón) tenía una proporción a/c de 0,17. La mezcla final de agua se logró agregando agua al camión manualmente para lograr la consistencia deseada.
Ejemplo de referencia 4
Este ejemplo de referencia describe la adaptación de una mezcladora de bandeja estacionaria utilizada para mezclar hormigón para su uso en una operación de hormigón prefabricado con un sistema para poner en contacto el hormigón mezclado en la mezcladora con dióxido de carbono. Se conectó una línea de gas a un suministro de dióxido de carbono y se dirigió a una mezcladora de bandeja para mezclar hormigón para entregarlo a un molde. La línea se configuró para permitir un flujo controlable de dióxido de carbono desde el dióxido de carbono a la mezcladora durante un momento predeterminado durante el procesamiento de la mezcla húmeda.
Ejemplo de referencia 5
Este ejemplo de referencia describe el uso de dióxido de carbono para contactar una mezcla de hormigón mezclado en una mezcladora estacionaria y verter el hormigón en moldes para productos de hormigón prefabricados. Se usó una mezcladora de bandeja modificada como se describe en el Ejemplo de referencia 4 para suministrar dióxido de carbono a una mezcla de hormigón húmedo en una mezcladora mientras el hormigón se mezclaba, durante 3 minutos, para obtener una dosis de dióxido de carbono de 0,5 % a 2,5 % epc. La línea de gas estaba a aproximadamente 1 m del hormigón.
Ejemplo de referencia 6
Este ejemplo de referencia describe el uso de dióxido de carbono para hacer mezcla de hormigón en dos operaciones diferentes de mezcla preparada.
En una primera operación, se utilizó la siguiente mezcla:
30 MPa con un asentamiento máximo de 4"
• Agregado de 20 mm - 2780 kg
• Arena - 2412 kg
• Arena lavada - 615 kg
• Cemento tipo 10 GU - 906 kg
• Cenizas volantes - 192 kg
• Visco 2100 - 850 ml
• ViscoFlow - 1650 ml
• Agua - 334 litros
El dióxido de carbono se agregó a través de una manguera de goma de %" de diámetro sujeta al costado del camión y dispuesta en el tambor de mezcla para suministrar CO2 a la superficie del hormigón de la mezcla durante 180 segundos (controlado manualmente), a dosis baja, media o alta, para lograr 0,43, 0,55 y 0,64 % de CO2 epc, respectivamente. Debido a que el agregado estaba húmedo, se añadió CO2 a la mezcla antes de la adición final de agua; el a/c de la mezcla cuando se agregó CO2 se calculó en 0,16. El agua final se agregó inmediatamente después de la adición de CO2.
La adición de CO2 redujo considerablemente el asentamiento a medida que avanzaba el tiempo desde la llegada al sitio, vea la figura 15. El hormigón carbonatado mostró una resistencia reducida a los 7 días en comparación con el control, aumentando la resistencia con el tiempo, de modo que para el día 56 el hormigón carbonatado era más fuerte que el no carbonatado en todas las dosis probadas. Véase la figura 16. La adición de CO2 causó un aumento en la temperatura del cemento húmedo que dependía de la dosis, como se muestra en la TABLA 2.
TABLA 2
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También se realizaron pruebas rápidas de penetración de cloruro (RCPT, utilizando el Procedimiento de Prueba Estándar ASTM C1202 para la Indicación Eléctrica de la Capacidad del Hormigón para Resistir la Penetración de Iones Cloruro) y pruebas de resistencia a la flexión. Véase la figura 17. Aunque la RCPT aumentó con la carbonatación (figura 17A), dado que el hormigón de control estaba en el extremo superior de bajo (generalmente considerado 1000 a 2 0 0 0 coulombs) y el hormigón carbonatado estaba en el extremo inferior de moderado (generalmente considerado de 2000 a 4000 coulombs) la diferencia no se consideró significativa. La resistencia a la flexión disminuyó ligeramente con la carbonatación (figura 17B).
En una segunda operación, se prepararon mezclas para alcanzar un objetivo de asentamiento predeterminado de 5 pulgadas, con agua adicional agregada a los lotes carbonatados según era necesario para lograr el asentamiento deseado. Se utilizó la siguiente mezcla:
Arena - 770 kg/m3
Piedra 20 mm - 1030 kg/m3
Cemento GU - 281 kg/m3
Cenizas volantes (F) - 55 kg/m3
Agua - 165 L/m3
Daracem 50-1400 ml/m3
Darex II - 200 ml/m3
Total - 2301 kg
Agua en lotes de CO2 aumentaron (cantidad desconocida añadida después de terminar la inyección de CO2 ) para lograr el asentamiento deseado.
Se introdujo CO2 en el tambor de mezcla del camión de mezcla preparada a través de una manguera conectada en una unión T a una línea de agua existente que se descargaba en el tambor de mezcla. Como en la operación anterior, debido a que el agregado estaba húmedo, se añadió CO2 a la mezcla antes de la adición final de agua; el a/c de la mezcla cuando se agregó CO2 se calculó en 0,16. El agua final se agregó inmediatamente después de la adición de CO2. Se utilizaron dos dosis de CO20,5 % y 1,0 % epc, así como un control no carbonatado. Se agregó agua adicional al hormigón carbonatado para lograr el asentamiento deseado. El hormigón se usó en una operación de prefabricado en el sitio y llegó 20-25 minutos después de que comenzó la mezcla.
El uso de agua adicional llevó el asentamiento del hormigón carbonatado a niveles comparables al control no carbonatado, como se muestra en la TABLA 3:
TABLA 3
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Para el 0,5 % de hormigón carbonatado, dos mediciones posteriores de asentamiento, a los 20 minutos y 35 minutos después de la llegada al sitio de trabajo, fueron ambas de 5 pulgadas. No se obtuvieron mediciones adicionales para la muestra de 1 , 0 %.
Las resistencias a la compresión de los lotes se muestran en la figura 18. El 0,5 % de la mezcla de CO2 mostró un 85 % de resistencia en comparación con el control a 1 día, una resistencia equivalente a los 7 y 28 días y un 106 % de resistencia de control a los 56 días. El 1,0 % de la mezcla de CO2 mostró 71 % de resistencia en comparación con el control y 94 % a los 28 y 56 días. El agua adicional agregada para lograr el asentamiento deseado probablemente redujo la resistencia a la compresión del hormigón.
En una tercera operación, se usó un aditivo, gluconato de sodio, para restaurar la fluidez. Se utilizó la siguiente mezcla:
Arena - 770 kg/m3
Piedra 20 mm - 1030 kg/m3
Cemento GU - 336 kg/m3
Agua - 163 L/m3
Daracem 55-1350 ml/m3
Se introdujo CO2 en el tambor de mezcla del camión de mezcla preparada a través de una manguera conectada en una unión T a una línea de agua existente que se descargaba en el tambor de mezcla. Como en la operación anterior, debido a que el agregado estaba húmedo, se añadió CO2 a la mezcla sin una primera adición de agua, y antes de la adición final de agua; el a/c de la mezcla cuando se agregó CO2 se calculó en 0,16. El agua final se agregó inmediatamente después de la adición de CO2. Se utilizaron dos dosis de CO2 1,0 % y 1,5 % epc, así como un control no carbonatado. Se añadió gluconato de sodio al 1,5 % del lote de CO2 a una dosis de 0,05 % epc, después de la adición de CO2. El hormigón se usó en una operación de prefabricado en el sitio y llegó 20-25 minutos después de que comenzó la mezcla.
El uso del gluconato de sodio llevó el asentamiento del hormigón carbonatado al 1,0 % hacia niveles comparables al control no carbonatado, como se muestra en la TABLA 4:
TABLA 4
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Para el hormigón carbonatado al 1,0 % (con gluconato de sodio), las mediciones posteriores de asentamiento, a los 20 minutos después de llegar al sitio de trabajo, fueron de 5,5 pulgadas. Para el hormigón carbonatado al 1,5 % (sin gluconato de sodio), las mediciones posteriores de asentamiento, a los 15 minutos después de la llegada al sitio de trabajo, fueron de 3,0 pulgadas. La absorción de dióxido de carbono de la dosis de 1,0 % fue de 0,44 % epc, para una eficiencia del 44 %. El dióxido de carbono de la dosis del 1,5 % fue 1,69 % epc, o 113 % de eficiencia.
Las resistencias a la compresión de los lotes se muestran en la figura 19. El hormigón al 1,0 % (con gluconato de sodio) tenía una resistencia a la compresión de 96, 107 y 103 % de control a 1, 28 y 56 días, respectivamente. El hormigón al 1,5 % (sin gluconato de sodio) tenía una resistencia a la compresión de 98, 117 y 109 % de control a 1, 28 y 56 días, respectivamente. El hormigón con 1,5 % de CO2 tuvo un asentamiento reducido, pero aún era utilizable.
Este ejemplo de referencia ilustra que la carbonatación puede reducir el asentamiento en la mezcla húmeda utilizada en operaciones de mezcla preparada. Dependiendo de la mezcla, el asentamiento puede ser tal que sean necesarias medidas correctivas, como el uso de agua adicional, el uso de aditivos, o ambos; como se ilustra en este ejemplo de referencia, estas medidas pueden restaurar el asentamiento a niveles aceptables sin una alteración importante en la resistencia del hormigón.
Ejemplo de referencia 7
Este ejemplo de referencia describe el uso de un aditivo para modular la compactabilidad/resistencia de una mezcla de hormigón fraguado en seco. Se realizaron varias pruebas diferentes.
El trabajo identificó que la carbonatación del hormigón fresco antes de la formación redujo la masa de un producto de mezcla seca carbonatada producido industrialmente en ciertas mezclas. Los productos de mezcla en seco se hacen a una dimensión constante, por lo que una masa más baja dio como resultado una densidad más baja que puede contribuir a una menor resistencia. Una investigación de laboratorio buscó nuevos aditivos para abordar el problema de la densidad. El gluconato de sodio se estudió en un programa de laboratorio. En hormigón convencional, se sabe que los azúcares son retardadores de fraguado. El trabajo investigó su uso junto con hormigón fresco carbonatado para ver si el gluconato de sodio actuaría en relación con los productos de reacción que causan el problema de densidad.
En una primera prueba, el diseño de la mezcla fue una mezcla de hormigón seco con las siguientes proporciones
• 1,75 kg de cemento
• 15,05 kg de agregado fino SSD (superficie saturada seca)
• 7,00 kg SSD de agregado grueso (superficie saturada seca)
• 1,19 kg de agua de mezcla
• El agua deseada era 6,05 % en masa del hormigón
Los aditivos utilizados fueron: 1) Gluconato de sodio para mejorar la densidad: se preparó como una solución de 36,8 g de gluconato de sodio por 100 ml de agua. Se dosificó en el hormigón como una masa de gluconato de sodio sólido en peso de cemento; 2) Rainbloc 80 - un aditivo de repelencia al agua para Unidades de Mampostería de Hormigón; y 3) ProCast 150 - un aditivo para usar en unidades de mampostería de hormigón. Los dos aditivos comerciales se dosificaron en base a ml/ 1 0 0 kg de materiales cementosos según las especificaciones del fabricante.
Las muestras se mezclaron según el siguiente procedimiento:
• El agregado se introduce primero y se mezcla hasta que sea homogéneo.
• El cemento se introduce y se mezcla durante 30 s hasta que sea homogéneo.
• Se agrega agua de mezcla durante 15 segundos.
• El hormigón se mezcla durante un total de 4 minutos a partir de la adición de agua.
• En el caso de lotes de CO2 se utilizó la siguiente secuencia modificada:
• 1 minuto mezclando todos los materiales
• Se registra la temperatura inicial.
• Gas CO2 se inyecta sobre la superficie del hormigón de mezcla a 100 LPM durante el tiempo requerido según el plan de prueba. El gas se retiene nominalmente en el recipiente mediante el uso de una cubierta que acomoda el movimiento del mecanismo de mezcla. La mezcla continúa durante el suministro de gas.
• Se registra la temperatura final.
• Se introducen aditivos para mezclar - siempre después de la carbonatación
• Mezclar por tiempo adicional para lograr un total de 4 minutos de mezcla.
Se formaron muestras de hormigón según el siguiente procedimiento
• El hormigón se formó en moldes cilíndricos estándar de 100 mm de diámetro.
• Se introdujeron 3,5 kg de materiales de mezcla seca en los moldes y se compactaron usando un pistón neumático especialmente diseñado que aplica 95-100 psi de presión directamente bajo vibración sobre la sección transversal de la masa de hormigón.
• Se usó una llana de acero para eliminar cualquier exceso de material de la parte superior del molde y nivelar la superficie de la muestra de prueba.
• Se registró la masa del cilindro.
• Las muestras de prueba se colocaron para curar en un baño de agua de cal, según ASTM C192
El primer ensayo produjo cuatro hormigones: 1) Control; 2) Control con gluconato de sodio al 0,05 %; 3) CO2; 4) CO2 con gluconato de sodio al 0,05 %. La unidad de masa del cilindro (masa de un volumen constante de hormigón) se entendió como una estimación de la densidad del producto. Se produjeron 6 muestras.
Con la densidad de control como estándar, el control con gluconato de sodio tenía una densidad relativa del 98,8 %, el hormigón carbonatado era 94,0 % y el hormigón carbonatado con gluconato de sodio era 93,4 %. Por lo tanto, la adición de 0,05 % sg para controlar reduce la densidad del cilindro 1,2 %, la aplicación de CO2 reduce la densidad del cilindro en un 6 % y la adición de 0,05 % sg a hormigón tratado con CO2 no mejoró la densidad del cilindro. La dosis es muy baja.
En una segunda prueba, se usaron las mismas condiciones para la preparación de la muestra que para la primera prueba, con las siguientes condiciones de carbonatación y gluconato de sodio:
• Sin carbonato con 0, 0,24 % y 0,48 % de gluconato de sodio
• CO2 durante 1 minuto con gluconato de sodio al 0,06 %, 0,12 %, 0,24 % y 0,48 %
• CO2 durante 2 minutos con gluconato de sodio al 0,10 %, 0,24 %, 0,48 % y 0,72 %
En la figura 20 se muestran los efectos de varias dosis de gluconato de sodio sobre la densidad, que se puede considerar un sustituto para la resistencia. La aplicación de CO2 disminuyó la masa unitaria del cilindro (sustituto para la densidad). Aumentar la cantidad de CO2 absorbido por el hormigón aumentó proporcionalmente las cantidades de gluconato de sodio para compensar la deficiencia de densidad. El aumento de la dosis de gluconato de sodio aumentó la densidad de todos los hormigones en el intervalo considerado. La masa unitaria del cilindro de hormigón de control aumentó un 1,7 % a una dosis de gluconato de sodio al 0,48 %. Por 1 min de CO2 las dosificaciones de gluconato de sodio de 0,24 % y 0,48 % resultaron en una masa de cilindro equivalente al control. Por 2 minutos de CO2 la masa del cilindro era el 99 % del control a una dosis de gluconato de sodio del 0,48 % y coincidía con la masa del cilindro de control cuando la dosis alcanzaba el 0,72 %
En una tercera prueba, se usaron las mismas condiciones para la preparación de la muestra que para la primera prueba, con carbonatación a 50 LPM durante 90 segundos y las siguientes condiciones de gluconato de sodio:
• Control
• CO2 con gluconato de sodio al 0,24 %
• CO2 con gluconato de sodio al 0,30 %
• CO2 con gluconato de sodio al 0,36 %
• CO2 con gluconato de sodio al 0,42 %
Se midió la masa del cilindro (densidad, suponiendo que todos los cilindros tengan el mismo volumen) y se midió la resistencia a la compresión a 1 , 3 y 7 días. Las densidades de los cilindros se muestran en la figura 2 1. La aplicación de CO2 disminuyó la masa unitaria del cilindro (sustituto para la densidad). El aumento de la dosis de gluconato de sodio aumentó la densidad en el intervalo considerado. El efecto estabilizado de alguna manera a las dosis más altas sugirió que la dosis preferida está potencialmente en el intervalo de 0,30 % a 0,42 %. Sin gluconato, la masa del cilindro de un producto carbonatado es aproximadamente un 7 % menor que el control. Una dosis de gluconato del 0,30 % llevó la masa al 3 % bajo el control. Una dosis de 0,42 % llevó la masa a 4 % menos que el control. Las resistencias a la compresión de las muestras tratadas con gluconato de sodio fueron comparables a las de la muestra de control a dosis de 0,30 % y superiores.
En un cuarto ensayo, se usaron las mismas condiciones para la preparación de la muestra que para el primer ensayo. La carbonatación fue a 50 LPM durante 90 segundos y las siguientes condiciones de gluconato de sodio:
• Control
• CO2
• CO2 con gluconato de sodio al 0,30 %
• CO2 con gluconato de sodio al 0,42 %
Todos los hormigones contenían Rainbloc (0,32 %). Se añadió con la mezcla de agua. La unidad de masa del cilindro (masa de un volumen constante) se midió como una prueba de densidad del producto. Se produjeron 6 muestras. La resistencia se midió a 1 , 3 y 7 días. Las densidades de los cilindros se muestran en la figura 2 2. La aplicación de CO2 redujo la densidad (en un 6 %) y la resistencia del producto de hormigón. El uso de gluconato de sodio mejoró la densidad y la resistencia. Un 0,3 % de gluconato de sodio fue suficiente para hacer hormigón carbonatado con 98,5 % de la densidad del control y resistencia equivalente. Un 0,42 % de gluconato de sodio produjo hormigón carbonatado con una densidad y resistencia equivalentes al control. La dosis óptima para esta combinación de cemento y proporciones de diseño de mezcla parece ser del orden de 0,42 % de gluconato de sodio en peso de cemento.
En un cuarto ensayo, se usaron las mismas condiciones para la preparación de la muestra que para el primer ensayo. La carbonatación fue a 50 LPM durante 90 segundos y las siguientes condiciones de gluconato de sodio:
• Control
• CO2
• CO2 con gluconato de sodio al 0,30 %
• CO2 con gluconato de sodio al 0,42 %
• CO2 con gluconato de sodio al 0,30 % con post-adición de CO2 de Procast.
A diferencia de los días anteriores, el cemento era una mezcla 70/30 de cemento blanco y OPC. Todos los lotes contenían Rainbloc (0,32 %) y Procast 150 (0,64 %). El Rainbloc se agregó con el agua de la mezcla mientras que el Procast 150 se probó como parte del agua de la mezcla y como una adición después del tratamiento con dióxido de carbono. La resistencia se midió en 1 (2 muestras) y 7 días (4 muestras). Las densidades de los cilindros se muestran en la figura 23. El tratamiento de carbonatación produjo un producto de hormigón compactado que fue 7 % menos denso que el control. La densidad se mejoró agregando gluconato de sodio. Una dosis de gluconato de sodio al 0,30 % mejoró la densidad al 97 % del control. Un aumento adicional al 0,42 % produjo un producto de hormigón con una densidad del 96 %. En comparación con el ensayo anterior que no incluía Procast, está claro que la dosis óptima es sensible a la presencia de otros aditivos. Agregar el Procast después del tratamiento con dióxido de carbono proporcionó una mejor densidad del producto. El momento de la adición de aditivos con respecto a la aplicación de dióxido de carbono es importante.
Este ejemplo de referencia ilustra que un aditivo, el gluconato de sodio, puede devolver la densidad y la resistencia a la compresión de las muestras de mezcla seca carbonatada a las de las muestras no carbonatadas, que el efecto depende de la dosis, y que el momento de la entrega de aditivos adicionales agregados a la mezcla puede afectar el desarrollo de la resistencia.
Ejemplo de referencia 8
Este ejemplo de referencia ilustra los efectos de varios aditivos en la trabajabilidad de la mezcla de mortero carbonatada, preparada como para una operación de fraguado húmedo.
Se preparó una mezcla de mortero que contenía 535 g de cemento Portland (Holcim GU), 1350 g de arena y 267,5 g de agua. Se introdujo gas CO2 a 20 LPM mientras se mezclaba. El tiempo de suministro de CO2 dependía de la absorción deseada de CO2 , por ejemplo, para lograr 1,1 % epc, el suministro tomó de 3 a 4,5 min.
Se utilizaron tres aditivos: gluconato de sodio, fructosa, glucoheptonato de sodio. Los aditivos se añadieron al mortero carbonatado a dosis de 0,05, 0,10 y 0,20 % en peso de cemento. Las dosis reflejan la masa sólida de aditivo entregado en una solución. Los morteros se carbonataron mientras se mezclaban hasta una absorción de aproximadamente 1,9 % en peso de cemento. El aditivo se añadió después de la carbonatación: después de la carbonatación se midió la temperatura de la muestra, a continuación, se añadió el aditivo y la muestra se mezcló para homogeneizar.
El asentamiento del mortero producido se midió como una evaluación de la trabajabilidad. El asentamiento se midió inmediatamente después del final de la mezcla usando un Aparato de Prueba de Cono de Mini Asentamiento de Acrílico Transparente para Equipos de Prueba de Cemento y Mortero (NL SCIENTIFIC INSTRUMENTS SDN. BHD. Malasia.). Las muestras fueron niveladas en dos levantamientos, TK.
La carbonatación disminuyó en gran medida el asentamiento del mortero, mientras que cada uno de los aditivos, añadidos después de la carbonatación mejoró el asentamiento. El asentamiento carbonatado coincidió con el control tras la adición de 0,05 % de fructosa, 0,10 % de gluconato de sodio o 0,2 % de glucoheptonato de sodio. Véase la figura 24.
En una segunda prueba, se prepararon mezclas de mortero y se carbonataron como anteriormente, y se añadió fructosa o gluconato de sodio antes (Pre), durante (Medio) o después (Post) carbonatación, y la absorción de CO2 y el asentamiento se midieron en la mezcla de mortero. Se observó que la adición de aditivo Antes o Durante la carbonatación no corrigió apreciablemente la disminución del asentamiento causada por la carbonatación, mientras que la adición del aditivo Después de la carbonatación mejoró enormemente el asentamiento (la aparente mejora en el asentamiento de la premuestra de gluconato de sodio puede ser atribuido a la absorción anómalamente baja de dióxido de carbono de esta muestra); Esto era cierto tanto para el gluconato de sodio como para la fructosa. Véase la figura 25.
Ejemplo de referencia 9
Este ejemplo de referencia ilustra el efecto del momento de adición de la mezcla en el desarrollo de la trabajabilidad y la resistencia en una mezcla de mortero carbonatado, como en una operación de fraguado húmedo.
En una primera prueba, se preparó una mezcla de mortero que contenía 535 g de cemento Portland (Holcim GU), 1350 g de arena y 267,5 g de agua. Se introdujo gas CO2 a 20 LPM mientras se mezclaba. El tiempo de suministro de CO2 dependía de la absorción deseada de CO2 , por ejemplo, para lograr 1,1 % epc, el suministro tomó de 3 a 4,5 min. Los cubos de mortero se crearon con el Procedimiento de Prueba Estándar C109M-12 para la Resistencia a la Compresión de los Morteros de Cemento Hidráulico. Todas las muestras contenían 0,10 % epc PCE (Mighty 21ES de Kao Chemicals) para ayudar al fraguado de cubos.
Se añadió gluconato de sodio antes o después de la carbonatación, a 0, 0,025, 0,05 y 0,075 % epc. La resistencia a la compresión a las 24 horas se midió a las 24 horas y se comparó con el control no carbonatado. Véase la figura 26. El gluconato de sodio agregado después de la carbonatación no afectó la resistencia a la compresión de 24 horas, mientras que el gluconato de sodio agregado antes de la carbonatación mejoró la resistencia a la compresión de 24 horas, pero se encontró que la mezcla estaba rígida. La mezcla con gluconato de sodio añadido después de la carbonatación fue viable, pero el desarrollo de la resistencia se vio afectado negativamente.
En una segunda prueba, el mortero fue preparado y carbonatado con o sin gluconato de sodio, agregado antes o después de la carbonatación, como en la primera prueba, excepto que el cemento era cemento Lehigh. Los resultados fueron similares a los del mortero preparado con cemento Holcim: Cuando se agrega después de CO2 el aditivo fue un retardador y resultó en resistencias más bajas a las 24 horas. Cuando se agrega antes del CO2 el efecto retardante no fue evidente y la resistencia a las 24 h fue del -90 % del control con dosis de SG relativamente pequeñas.
Ejemplo de referencia 10
Este ejemplo de referencia ilustra los efectos de la temperatura del sistema sobre la absorción de dióxido de carbono en una mezcla húmeda.
En una primera prueba, se realizó un experimento para observar el efecto de la temperatura inicial de los materiales sobre el comportamiento de carbonatación de la pasta de cemento fresca. Se consideraron tres temperaturas iniciales, 7 °C, 15 °C y 25 °C (las temperaturas reales fueron ± 2 °C). Las mediciones incluyen la temperatura del mortero, el mini-asentamiento (asentamiento vertical y extensión lateral), la absorción de dióxido de carbono y la resistencia del cubo.
Se preparó una mezcla de mortero que contenía 535 g de cemento Portland (Holcim GU), 1350 g de arena y 267,5 g de agua. La mezcla se llevó a 7, 15 o 25 °C y se introdujo gas CO2 a 20 LPM mientras se mezclaba. El tiempo de suministro de CO2 dependía de la absorción deseada de CO2 , por ejemplo, para lograr 1,1 % epc, la entrega tomó de 3 a 4,5 min. Se midió la absorción de CO2 en varios instantes. Las mediciones de asentamiento también se tomaron en varios instantes.
El efecto de la temperatura sobre la tasa de absorción de dióxido de carbono se muestra en la figura 27, donde la línea y los puntos superiores son para 25 °C, la línea y los puntos medios son para 15 °C, y la línea y los puntos inferiores son para 7 °C. La tasa de absorción de dióxido de carbono aumentó a medida que aumentó la temperatura; la tasa fue de 0,087 % epc/min a 7 °C, 0,231 epc/min a 15 °C y 0,331 epc/min a 25 °C. La tasa de absorción de dióxido de carbono aumentó 278 % a medida que la temperatura aumentó de 7 a 25 °C.
El efecto de la temperatura sobre el asentamiento se muestra en la figura 43. Hubo poco efecto sobre la trabajabilidad con la absorción del mortero preparado a 7 °C (línea superior y puntos). La trabajabilidad del mortero preparado a 15 °C disminuyó rápidamente al aumentar la absorción (línea y puntos inferiores). La trabajabilidad del mortero preparado a 25 °C estuvo entre la de los otros dos morteros que disminuyeron con la absorción, pero tomaron absorciones más altas que la muestra de 15 °C para alcanzar la trabajabilidad cero (línea y puntos medios).
En un segundo experimento, se midió el efecto de la temperatura del dióxido de carbono (calentado o sin calentar (frío) o forma (hielo seco), en algunos casos combinado con el uso de agua helada, sobre la absorción de dióxido de carbono en un sistema de pasta de cemento. El cemento, el agua de mezcla (sin tratar o agua helada) y la mezcla se mezclaron durante 30 segundos en la mezcladora, y se evaluaron las propiedades iniciales y la temperatura de la pasta. La pasta fue a continuación carbonatada mientras se mezclaba en la mezcladora. Carbonato mientras se mezcla en la mezcladora, usando gas calentado, gas no calentado (gas frío) o hielo seco. Evaluar las propiedades finales y la temperatura de la pasta. La figura 28 muestra los resultados del estudio. Los gases calentados o fríos parecían proporcionar una absorción aproximadamente equivalente. Las mezclas con temperatura fría (agua de mezcla fría, hielo seco) no dieron una mejor absorción de dióxido de carbono.
Ejemplo de referencia 11
Este ejemplo de referencia ilustra el efecto beneficioso de los compuestos que contienen calcio añadidos antes de la carbonatación en el desarrollo de resistencia a las 24 horas en una mezcla de mortero carbonatado.
Se preparó una mezcla de mortero que contenía 535 g de cemento Portland (Holcim GU), 1350 g de arena y 267,5 g de agua. Se introdujo gas CO2 a 20 LPM mientras se mezclaba. El tiempo de suministro de CO2 dependía de la absorción deseada de CO2 , por ejemplo, para lograr 1,1 % epc, el suministro tomó de 3 a 4,5 min. Los cubos de mortero se crearon con el procedimiento de Prueba Estándar C109M-12 para la Resistencia a la Compresión de los Morteros de Cemento Hidráulico. Un plastificante (0,10 % Mighty 21ES 0,10 % Sika VF) con o sin Ca (OH)2 (2,0 % en peso) se añadió antes de la carbonatación, y se midieron los efectos sobre la resistencia a la compresión de 24 horas. Los resultados se muestran en la figura 29. La carbonatación disminuyó la resistencia de 24 horas del mortero. El uso de un plastificante mejoró la resistencia de los morteros carbonatados y de control. La adición adicional de Ca(OH)2 disminuyó la resistencia a las 24 horas del producto de control, pero aumentó aún más la resistencia a las 24 horas del producto carbonatado.
En un segundo experimento, CaO (1,5 %), NaOH (2,2 %), Ca(NO2)2 o CaCl2 (3,0 %) se añadieron antes de la carbonatación a una mezcla de mortero como se indicó anteriormente. Se muestran los resultados en la figura 30. Todos los compuestos de calcio mostraron beneficios para el desarrollo de resistencia en la mezcla de mortero carbonatado, en relación con la mezcla de mortero carbonatado sin adición de aditivo.
Ejemplo de referencia 12
Este ejemplo de referencia ilustra que el momento de la adición de un aditivo utilizado para fines convencionales, en este caso un aireador, en relación con la carbonatación, puede ser importante para retener el efecto del aditivo.
Se usó una suspensión de hidróxido de calcio como sistema de prueba. Se mezclaron 20 g de Ca(OH)2 con 40 g de agua para formar una suspensión. Se inyectó gas CO2 en la suspensión a 5 LPM. La temperatura, un indicador de la absorción de dióxido de carbono, se midió durante un período de 9 minutos. La suspensión simple no contenía aditivo, mientras que la suspensión con un aireador contenía 2,5 % (en masa de Ca(OH)2 de una solución líquida de hidrocarburos utilizada para la aireación en el hormigón (AirEx-L, Euclid Chemical). El contenido de carbono se cuantificó utilizando un analizador de carbono con detección por infrarrojo de combustión (Eltra CS 800, Eltra GmbH, Alemania). El % de aumento neto de CO2 se calculó en comparación con un sistema base no carbonatado que contiene los componentes.
Después de 10 minutos de carbonatación, la suspensión sin aditivo mostró absorción de CO2 que era el 25,5 % de la masa sólida original, mientras que la mezcla con el aditivo de aireación tenía una absorción que era del 36,2 %; así, el aditivo tensioactivo aumentó la absorción de CO2 en un 42,1 %.
En una segunda prueba, varios tensioactivos fueron probados por sus efectos sobre la absorción de CO2. Se usó una mezcla de mortero estándar, como en el Ejemplo de referencia 8 , y los tensioactivos se dosificaron a 0,10 % epc. CO2 como inyectado durante 6 minutos durante la mezcla. Se midieron las temperaturas iniciales y finales y el aumento neto en contenido de CO2 se midió como anteriormente. Los resultados se muestran en la TABLA 5.
TABLA 5
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En una tercera prueba, los lotes de mortero como los anteriores, que contienen 0,1 % epc de un agente de aireación tensioactivo (Euclid AirEx-L), o ningún agente tensioactivo (control) fueron expuestos al CO2 durante la mezcla durante 0, 2, 4 o 6 minutos, y se midió la absorción de CO2. Hubo una mayor absorción en el mortero tratado con aireador que en el control, mortero no tratado en todos los instantes, pero la mejora relativa fue mayor en los tiempos de exposición bajos: hubo un aumento del 117 % en la absorción de CO2 en comparación con el control a los 2 minutos, un aumento del 104 % en la absorción de CO2 a los 4 minutos y un aumento del 28 % en la absorción del CO2 a los 6 min.
En una cuarta prueba, el efecto de la adición de CO2 se probó antes o después de la adición de un aireador en la densidad del mortero. Un peso unitario más bajo indicaba un mayor contenido de aire. Se utilizaron cuatro aireadores: Euclid Air-Ex-L, Grace Darex ii, BASF MB-AE 90, y Grace Darex AEA ED. Los resultados se muestran en la figura 31. En todos los casos, la adición del aireador pre-tratamiento con CO2 condujo a un aumento de la densidad, mientras que la adición del aireador postratamiento con CO2 resultó en una densidad igual a la del mortero no tratado.
Este ejemplo de referencia ilustra que el tiempo de tratamiento con CO2 relativo a la adición de un aireador afecta la tasa de absorción y la densidad de CO2. Si se desea mantener el efecto de densidad del aireador, se debe agregar después de la adición de CO2. En algunos casos, se podría usar una estrategia de dos dosis donde se usa una dosis temprana de aireador para mejorar la absorción de CO2 , a continuación, una dosis posterior para lograr los efectos deseados sobre la densidad.
Ejemplo de referencia 13
Este ejemplo de referencia describe pruebas de carbonatación en una operación de mezcla seca prefabricada. Las pruebas se realizaron en una instalación prefabricada en la que una mezcla de hormigón se carbonataba en diferentes etapas del procedimiento de fraguado, en algunos casos utilizando un aditivo de gluconato de sodio a diversas concentraciones. Se midieron los efectos de la carbonatación, con y sin aditivo, sobre la resistencia y la absorción de agua.
Se usó la mezcla de hormigón mostrada en la TABLA 6.
TABLA 6
Diseño de Bloque Estándar
Componente Nombre Cantidad
Agregado grueso Birdseye Gravel 685 lb Agregado fino Meyers Mat Torp Sand 4320 lb
Agregado fino Silica Sand/Wedron 430 1250 lb
Cemento Illinois Product 1 0 0 0 lb
Aditivo Rainbloc 80 50 oz
Contenido de agua deseado 6,5 %
Los agregados, cemento y agua se agregaron a una mezcladora planetaria. Se hizo fluir dióxido de carbono en la mezcladora a través de un tubo de goma de % de pulgada de diámetro durante 180 s a un caudal para lograr la carbonatación deseada. En algunas corridas, se añadió dióxido de carbono tanto en la mezcladora como en la caja de alimentación. En una ejecución preliminar, inicialmente se agregó toda el agua, pero en las siguientes, se agregó agua adicional aproximadamente a la mitad de los 180 s según una evaluación de la consistencia de la mezcla antes de completar la mezcla y se agregó agua adicional según fue necesario para lograr un aspecto de mezcla deseado. Los lotes con dióxido de carbono suministrados al hormigón requirieron agua adicional casi en proporción a la cantidad de gas de dióxido de carbono suministrado. La mezcla de hormigón se situó en un molde para producir bloques de 8 pulgadas, que se probaron para densidad, resistencia a la compresión a los 7, 28 y 56 días, y absorción de agua (todo según ASTM C140, 5 bloques por prueba). La carbonatación del hormigón también se determinó: Las muestras para analizar el contenido de dióxido de carbono del hormigón se crearon tomando una muestra nueva de la línea de producción, secando el hormigón en una placa caliente para eliminar el agua y posteriormente tamizando el material a través de un tamiz de 160 pm. Se examinaron muestras de los materiales crudos para determinar cuánto de cada componente pasa un tamiz de 160 pm y el contenido de carbono del material que pasa. Esta información, junto con el diseño de la mezcla de hormigón, permite el cálculo de un contenido teórico de carbono de control contra el cual se pueden comparar las muestras analizadas. El contenido de carbono se cuantificó utilizando un analizador de carbono con detección por infrarrojo de combustión. El % de aumento neto de CO2 se calculó en comparación con un sistema base no carbonatado que contiene los componentes.
En una primera prueba, se probó la carbonatación tanto en la caja de alimentación como en la mezcladora o simplemente en la caja de alimentación. Las variaciones examinadas se resumen en la TABLA 7, a continuación. También se presentan datos para los controles, que se prepararon en otros días (muestras 500 y 700).
TABLA 7
Variables de Producción de Bloques Estándar y Contenido de Agua Código Condición Modo Dosis total (% epc) a/c Fracción de agua 0600 Control No carbonatado - 0,392 6,64 % 0601 CO2 Caja de alimentación 0,5 % 0,5 % 0,422 8,32 % 0602 CO2 Mezcladora 0,5 % 0,5 % 0,430 8,25 % 0603 CO2 Mezcladora 1,0 % 1 , 0 % 0,440 8,08 % 0604 CO2 Mezcladora 1,0 %, Caja de 1,5 % 0,450 8,23 % Variables de Producción de Bloques Estándar y Contenido de Agua
Código Condición Modo Dosis total (% epc) a/c Fracción de agua alimentación 0,5 %
0605 CO2 Mezcladora 1,5 % 1,5 % 0,455 8,39 % 0500 Control No carbonatado - 0,406 8 , 8 8 % 0700 Control No carbonatado - 0,426 7,45 %
La figura 32 muestra los resultados de las pruebas de absorción de dióxido de carbono, resistencia a la compresión, absorción de agua y densidad para los bloques producidos en esta prueba.
La eficiencia de la absorción de dióxido de carbono fue mayor en la dosis de 1,5 % epc donde el dióxido de carbono se entregó solo a la mezcladora (lote 0605); la administración del 0,5 % de la dosis en la caja de alimentación fue consistentemente menos eficiente que la administración de la misma dosis en la mezcladora (lote 0601 en comparación con el lote 0602; lote 0604 en comparación con el lote 0605). Se logró una eficiencia de absorción de dióxido de carbono del 93 % con una dosis de CO2 del 1,5 % entregada únicamente en la mezcladora (lote 0605). En consecuencia, en pruebas posteriores, se utilizó una dosis de 1,5 % de CO2 , entregado únicamente en la mezcladora.
La adición de CO2 a la mezcla mejoró constantemente la resistencia a la compresión a los 7, 28 y 56 días, en todas las dosis probadas, independientemente de si el CO2 fue agregado en la mezcladora, la caja de alimentación, o ambos. La resistencia a la compresión promedio general de los dos conjuntos de control (no carbonatados) (0500 y 0700) fue 2843, 3199 y 3671 psi a los 7, 28 y 56 días, respectivamente. A los 7 días, los primeros cuatro lotes hechos con CO2 (0601, 0602, 0603 y 0604) mostraron un beneficio de resistencia del 30-36 % sobre el control promedio, y el lote final carbonatado (0605) fue un 18 % más fuerte. El beneficio de resistencia se mantuvo a los 28 días con un beneficio de las primeras cuatro condiciones carbonatadas que van desde 29037 % y el lote final es 19 % mejor que el control promedio. Los resultados a los 56 días indicaron que el beneficio de resistencia había aumentado a 30-45 % para los primeros cuatro fraguados y 36 % para el fraguado final.
La absorción de agua se redujo a través de la carbonatación. Las mezclas 0601 a 0603 tenían una absorción de agua aproximadamente un 35 % menor que la del control no carbonatado (0500 y 0700), y las mezclas 0604 y 0605, en las que un 1,5 % de CO2 fue agregado, tenía una absorción de agua de aproximadamente 18 % más bajo que el control.
La densidad de las mezclas carbonatadas variaba con la cantidad de dióxido de carbono agregado. La densidad de los dos lotes más bajos de CO2 (0,5 %) (0601 y 0602) fue aproximadamente 2,5 % más alto que el control, pero la densidad de los lotes carbonatados a una dosis de 1,0 o 1,5 % (0603, 0604 y 0605) fue equivalente a la densidad del control.
En general, esta prueba indicó que la carbonatación de esta mezcla en una operación prefabricada que produce bloques de 8 pulgadas indicó que se podía lograr una eficiencia de absorción de dióxido de carbono de más del 90 %, produciendo bloques que eran más fuertes que los no carbonatados en todas las dosis de dióxido de carbono e instantes probados, que culminó en una resistencia a los 56 días que promedió más del 30 % más que el control. La absorción de agua de los bloques carbonatados fue consistentemente menor que el control, y los bloques carbonatados a 1,0 y 1,5 % de dosis de CO2 tenían una densidad equivalente a los bloques no carbonatados.
En una segunda prueba, se usó la mezcla de la TABLA 8 , con una dosis de 1,5 % de CO2 , administrado en la mezcladora y, además, se administraron cinco dosis diferentes de un aditivo de gluconato de sodio: 0,1, 0,2, 0,3, 0,4 y 0,5 % epc. El gluconato de sodio se suministró en solución de agua, se disolvió en un galón de agua (0,1, 0,2 y 0,3 %) o en dos galones de agua (0,4 y 0,5 %). El aditivo de gluconato de sodio se añadió aproximadamente 75 segundos después de que se inició el suministro de dióxido de carbono a la mezcladora, y tardó aproximadamente 90 segundos en agregarse. El aditivo se añadió manualmente durante el ciclo de mezcla. La adición de aditivo se inició durante la adición de dióxido de carbono para no extender el ciclo de mezcla. Se midieron la carbonatación, la resistencia a la compresión, la densidad y la absorción de agua.
Las variables investigadas y el contenido de agua se resumen en la TABLA 8. Los resultados globales se resumen en la figura 32.
TABLA 8
Bloque estándar, con gluconato de sodio
Código Condición Modo Dosis de CO2 (% epc) - Gluconato de sodio a/c Fracción de agua 0700 Control - - - 0,425 7,35 % 0701 CO2 Mezcladora 1,5 0,5 % 0,413 8 , 1 2 % 0702 CO2 Mezcladora 1,5 0,4 % 0,413 7,85 % 0703 CO2 Mezcladora 1,5 0,3 % 0,424 7,99 % 0704 CO2 Mezcladora 1,5 0 , 2 % 0,426 7,87 % 0705 CO2 Mezcladora 1,5 0 , 1 % 0,433 7,81 % 0706 Control - - - 0,426 7,45 %
La eficiencia del suministro de CO2 para lotes producidos en esta prueba osciló entre 78 % y 94 %, en todos los lotes. Los parámetros de inyección de gas se mantuvieron constantes y se encontró que la eficiencia promedio era de aproximadamente un 85 %.
Se demostró que la resistencia era sensible a la dosis de mezcla. Véase la figura 33. La resistencia de control se puede tomar al 100 % en todas las edades y las resistencias carbonatadas se muestran en comparación relativa. Para las dosis más bajas, la resistencia del hormigón carbonatado fue equivalente a la resistencia de control a los 7 y 28 días. Para una dosis del 0,4 % hubo un beneficio de resistencia del 12 % a los 7 días y un rendimiento equivalente a los 28 y 56 días. Para una dosis de 0,5 % hubo un beneficio de resistencia del 34 % a los 7 días, 28 % a los 28 días y 25 % a los 56 días. Estos resultados indican que hay una cierta cantidad de aditivo requerida en el hormigón más allá de la cual se puede obtener un beneficio de resistencia.
Se muestra que la absorción de agua se redujo nuevamente para los productos carbonatados. Todas las mezclas carbonatadas se dosificaron con 1,5 % de CO2 epc y tuvo absorciones similares. La absorción de agua se redujo 12 % para la dosis más baja y 31 % para la dosis de aditivo más alta. La densidad mostró cierta dependencia de la dosificación del aditivo. El tratamiento de carbonatación con la pequeña dosis de aditivo disminuyó la densidad de 131 a 128,5 lb/ft3 (aunque se puede observar que la resistencia se mantuvo equivalente al control). La densidad aumentó con la dosis de aditivo y se encontró una densidad equivalente con una dosis de 0,3 % y la densidad fue 1,3 % más alta para la dosis de aditivo más alta.
Este ejemplo de referencia ilustra que se puede agregar dióxido de carbono a una mezcla de hormigón prefabricado en una operación de fraguado en seco en la etapa de mezcla y los productos formados son generalmente más fuertes, muestran menor absorción de agua y densidad equivalente en comparación con los productos no carbonatados. La adición de un aditivo de gluconato de sodio dio como resultado un efecto dependiente de la dosis en la concentración, absorción de agua y densidad, e indicó que se puede lograr una dosis óptima de mezcla para optimizar estos parámetros.
Ejemplo de referencia 14
En este ejemplo de referencia, se usó el mismo equipo prefabricado en la misma instalación que en el Ejemplo de referencia 13, pero usando tres mezclas de hormigón diferentes: una mezcla de piedra caliza, una mezcla liviana y una mezcla de arenisca. Este ejemplo de referencia ilustra la importancia de ajustar los parámetros de la mezcla de carbonatación a mezclas con diferentes características.
Se utilizaron tres diseños de mezcla diferentes, que se muestran en las TABLAS 9, 10 y 11.
TABLA 9
Diseño de Mezcla de Bloques de Piedra Caliza
Componente Nombre Cantidad Agregado grueso Sycamore FA-5 3152 lb
Agregado grueso Sycamore FM-20 5145 lb
Agregado fino Silica Sand/Wedron 430 745 lb
Cemento Illinois Product 351 lb
Diseño de Mezcla de Bloques de Piedra Caliza
Componente Nombre Cantidad Cemento White Cement 819 lb
Aditivo Rainbloc 80 59 oz
Aditivo Frocast 150 117 oz Contenido de agua deseado 8 , 6 %
TABLA 10
Diseño de Mezcla de Bloques Ligeros
Componente Nombre Cantidad Agregado grueso Birdseye Gravel 1030 lb
Agregado grueso Gravelite 1500 lb
Agregado fino Screening Sand 2 2 0 0 lb
Agregado fino Meyers Mat Torp Sand 1500 lb
Cemento Illinois Product 725 lb
Aditivo Rainbloc 80 34 oz
Contenido de agua deseado 7,9 %
TABLA 11
Diseño de Mezcla de Bloques de Arenisca
Componente Nombre Cantidad Agregado grueso Sycamore FA-20 3750 lb
Agregado fino Meyers Mat Torp Sand 1800 lb
Cemento Illinois Product 730 lb
Aditivo Rainbloc 80 37 oz
Contenido de agua deseado 7,0 %
Prueba de Mezcla de Piedra Caliza. En una primera prueba, se usó la mezcla de piedra caliza de la TABLA 9. Las condiciones fueron las de la segunda prueba del Ejemplo de referencia 13, con CO2 añadido a una dosis del 1,5 % en la mezcladora. Se probó la adición de gluconato de sodio al 0,4 %. La adición del aditivo Procast que normalmente es parte de la secuencia de mezcla para el diseño de la mezcla de piedra caliza se retrasó para agregarse después de que se completó la inyección de dióxido de carbono. Las variables investigadas y el contenido de agua se resumen en la TABLA 12. Los resultados globales se resumen en la figura 34.
TABLA 12
Variables de Producción de Mezcla de Piedra Caliza y Contenido de Agua Código Diseño de Mezcla Condición Modo Dosis de CO2 (% epc) Aditivo a/c Fracción de agua 0805 Caliza Control - - - 0,225 7,75 % 0806 Caliza CO2 Mezcladora 1,5 0,4 % 0,514 8,53 %
El diseño de la mezcla de piedra caliza se examinó solo en una producción limitada, en parte debido a la dificultad percibida de evaluar con precisión la cantidad neta de dióxido de carbono absorbido frente al alto contenido de carbono del fondo de piedra caliza, al menos cuando se utilizan los métodos y procedimientos analíticos actuales.
Los datos de resistencia a la compresión mostraron que los bloques de piedra caliza carbonatada promediaron 2349 psi a los 7 días y eran ligeramente más débiles (7 %) que los bloques de control. La resistencia a los 28 días fue de 2518 psi y 14 % más baja que el control. La resistencia a los 56 días promedió 2762 psi y un 9 % más débil que el control, aunque esta brecha podría reducirse al 6 % si se eliminara un punto atípico. La dosis de aditivo en esta prueba se determinó usando el cemento Illinois Product y no se realizaron pruebas anticipadas en el cemento Federal White utilizado en el diseño de la mezcla de piedra caliza. El posterior desarrollo de laboratorio ha dejado en claro que el efecto y la dosis del aditivo son sensibles al tipo de cemento. La integración de la tecnología de carbonatación puede requerir una pequeña serie de ensayos de investigación para determinar si se desea el aditivo y cuál debe ser la dosis adecuada. El éxito en la demostración del uso del aditivo, para el cemento Illinois Product, en el laboratorio antes del piloto sugiere que se podría lograr una evaluación de optimización preliminar para cualquier mezcla para la que los materiales estuvieran disponibles.
En términos de absorción de agua, se encontró que el bloque de piedra caliza carbonatada tenía una absorción más alta y una densidad más baja que los bloques de control. La absorción aumentó un 18 % y la densidad disminuyó un 2 %. Los resultados concuerdan con la menor resistencia de los bloques de piedra caliza carbonatada y respaldan la necesidad de ajustar los insumos utilizados al carbonatar esta mezcla.
Prueba de mezcla ligera. En una segunda prueba, se usó la mezcla ligera de la TABLA 10. Las condiciones fueron las de la segunda prueba del Ejemplo de referencia 13, con CO2 añadido a una dosis del 1,5 % en la mezcladora. Se probó la adición de gluconato de sodio a tres niveles diferentes, 0,35, 0,4 y 0,45 %. Las variables investigadas y el contenido de agua se resumen en la TABLA 13. Los resultados globales se resumen en la figura 35.
TABLA 13
Variables de Producción de Diseño de Mezcla Ligera y Contenido de Agua
Código Diseño de Mezcla Condición Modo Dosis de CO2 (% epc) Aditivo a/c Fracción de agua 0801 Ligera Control - - - 0,745 6,96 %
0901 Ligera CO2 Mezcladora 1,5 - 0,691 12,25 %
0902 Ligera CO2 Mezcladora 1,5 0,35 % 0,703 13,79 %
0802 Ligera CO2 Mezcladora 1,5 0,40 % 0,758 8,80 %
0903 Ligera CO2 Mezcladora 1,5 0,45 % 0,707 13,99 %
Los resultados preliminares sugieren que un aumento en el contenido de CO2 similar al que se observó para el Bloque estándar ocurrió para mezclas Ligeras carbonatadas en todos los casos. Sin embargo, debido a las dificultades inherentes para realizar la cuantificación de carbono para estos diseños de mezcla, no se realizó un análisis definitivo y los números reales obtenidos, en algunos casos superiores al 1 0 0 %, no son confiables.
Los datos de resistencia a la compresión para la mezcla ligera se resumen en la figura 36. La prueba rompió tres bloques del fraguado de control y cinco bloques de cada uno de los fraguados carbonatados. La resistencia de control (sin carbonato, sin gluconato de sodio) se puede tomar al 1 0 0 % en todas las edades y las resistencias carbonatadas (con y sin gluconato de sodio) se muestran en comparación relativa. El lote carbonatado sin gluconato de sodio estaba ligeramente por detrás del control a los 7 días, pero a partir de entonces desarrolló una resistencia más rápida. Se encontró que los lotes de aditivo eran más fuertes en la primera medición y mantuvieron al menos este nivel o beneficio durante el resto del programa de prueba.
La producción de bloques livianos encontró una cantidad óptima o casi óptima de aditivo. Sin el aditivo utilizado, la resistencia estaba 11 % por debajo de la resistencia de control a los 7 días, 5 % por delante a los 28 días y 10 % por delante a los 56 días. El hormigón carbonatado con baja dosis de aditivo fue 22 %, 42 % y 41 % más fuerte que el control no carbonatado a los 7, 28 y 56 días respectivamente. La dosis de 0,40 % produjo hormigón que era 76 %, 94 % y 84 % más fuerte en las tres edades, mientras que la dosis de 0,45 % de aditivo resultó en mejoras de 21 %, 32 % y 33 %. Estos resultados son diferentes a los del Bloque Estándar en el Ejemplo de Referencia 13, donde una dosis óptima de gluconato de sodio no se alcanzó necesariamente incluso al 0,5 %, e ilustra la utilidad de la prueba previa, o de otro modo, la optimización de la dosis de aditivo y otras condiciones específicas para un diseño de mezcla específico. Vea el Ejemplo de referencia 15 para una prueba adicional de esto.
La inyección de CO2 tuvo poco efecto sobre la densidad de bloque ligero o la absorción de agua cuando no se usó gluconato de sodio. A través de las dosificaciones de aditivo, las absorciones de agua disminuyeron aproximadamente 10 % para las dosis de 0,35 % y 0,45 % y 34 % para la dosis media de 0,4 %, en comparación con el control no carbonatado sin gluconato de sodio. Por el contrario, la densidad aumentó cuando se usó gluconato de sodio. Subió 1-2 % para dosis altas y bajas y 7 % más alto para la dosis media, en comparación con el control no carbonatado sin gluconato de sodio. Mientras que los bloques carbonatados de dosis media fueron los más fuertes y tuvieron la absorción de agua más baja, también tuvieron la densidad más alta. Se encontraron resultados prometedores de resistencia y absorción con las otras dos dosis de aditivo y se acompañó de un pequeño aumento de densidad. El uso de aditivos generalmente se beneficiará de la prueba previa u otro trabajo predictivo para optimizar las condiciones para obtener el resultado deseado, por ejemplo, en el caso de bloques livianos, una combinación de resistencia, densidad, absorción de agua y otras propiedades, según se desee.
Prueba de mezcla de arenisca. En una tercera prueba, se usó la mezcla de arenisca de la TABLA 11. Las condiciones fueron las de la segunda prueba del Ejemplo de referencia 13, con CO2 añadido a una dosis del 1,5 % en la mezcla. Se ensayó la adición de 0,35, 0,4 y 0,45 % de gluconato de sodio. Las variables investigadas y el contenido de agua se resumen en la TABLA 14. Los resultados globales se resumen en la figura 37.
TABLA 14
Variables de Producción de Diseño de Mezcla de Arenisca y Contenido de Agua Código Diseño de Mezcla Condición Modo Dosis de CO2 (% epc) Aditivo a/c Fracción de agua 0803 Arenisca Control - - - 0,672 6,55 % 0904 Arenisca CO2 Mezcladora 1,5 - 0,697 6,93 % 0905 Arenisca CO2 Mezcladora 1,5 0,35 % 0,736 7,00 % 0804 Arenisca CO2 Mezcladora 1,5 0,40 % 0,710 7,29 % 0906 Arenisca CO2 Mezcladora 1,5 0,45 % 0,718 7,02 %
El análisis preliminar de las muestras de arenisca encontró que el contenido de CO2 era mayor en todas las mezclas carbonatadas en relación con el control. Se verificó que la eficiencia promedio del suministro de CO2 para lotes producidos oscilaba entre 20 % y 90 % a un 1,5 % en peso de dosis de CO2 en cemento. Del análisis preliminar, el lote 0905 parece contener una cantidad menor de CO2 capturado en comparación con otros lotes producidos en condiciones similares. Actualmente se está realizando un análisis adicional para confirmar este resultado. La eficiencia promedio del suministro de CO2 teniendo en cuenta todos los lotes de Arenisca es de aproximadamente el 6 6 %, sin embargo, aumenta a aproximadamente el 81 % si el lote 0905 se omite del cálculo.
Los datos de resistencia a la compresión para la mezcla de arenisca se resumen en la figura 38. La prueba rompió tres bloques de control y cinco bloques carbonatados. Los datos se trazan para mostrar cada ruptura individual con la resistencia a la compresión promedio resaltada. Los bloques carbonatados de arenisca sin aditivo tenían una resistencia funcionalmente equivalente a la resistencia de control (carbonatada, sin aditivo) (4 % de retraso a los 7 días, 2 % de avance a los 28 días y 5 % de retraso a los 56 días). De las tres dosis de aditivo, la resistencia aumentó con la dosificación del aditivo, lo que sugiere que la dosis estaba alcanzando un estado óptimo en el intervalo considerado. El beneficio de la resistencia a los 7 días fue del 7 %, 9 % y 63 % en las tres dosis de aditivo consideradas. El beneficio a los 28 días fue del 8 %, 22 % y 63 % respectivamente. A los 56 días fue del 9 %, 8 % y 58 % respectivamente. El aumento de la resistencia con la dosis de aditivo en el intervalo de dosificaciones refleja los datos con el Bloque Estándar del Ejemplo de Referencia 13 donde parece cruzarse alguna cantidad "umbral" de aditivo en relación con la cantidad de dióxido de carbono presente en el hormigón.
El tratamiento de carbonatación sin usar el aditivo aumentó la absorción de agua en un 12 % y disminuyó la densidad en un 3 %. El uso de aditivo volvió a alinear las métricas con el control a la dosis más baja y ofreció una mejora significativa a la dosis más alta. La absorción de agua se redujo un 19 % y la densidad se incrementó un 3 % para los bloques carbonatados con una dosis del 0,45 % del aditivo. Al igual que con otras mezclas, las propiedades finales deseadas de los bloques determinarán si se usa un aditivo, como gluconato de sodio, y en qué condiciones, por ejemplo, a qué concentración, que se puede predeterminar mediante pruebas preliminares o por otros medios.
Este ejemplo de referencia ilustra la importancia de adaptar las condiciones de carbonatación, por ejemplo, el uso de aditivo, al diseño exacto de la mezcla que se está considerando, en el sentido de que las tres mezclas utilizadas mostraron diferentes respuestas al gluconato de sodio como un aditivo, y también tenían requisitos diferentes. Por ejemplo, en la mezcla liviana, la densidad es una consideración importante y puede dictar que se use una dosis de aditivo más baja que la que produce el desarrollo de la resistencia máxima y/o la absorción mínima de agua. Para otras mezclas, otras consideraciones pueden desempeñar un papel dominante en la determinación de las condiciones de carbonatación, como el uso de aditivos.
Ejemplo de referencia 15
Este ejemplo de referencia ilustra el uso de un aditivo de gluconato de sodio con un diseño de mezcla de peso medio, donde la dosis de aditivo se predeterminó en función de los resultados de los lotes probados en los ejemplos de referencia 13 y 14.
Se usó un diseño de mezcla de Peso Medio en la misma instalación y con el mismo equipo que en los ejemplos de referencia 13 y 14. El diseño de la mezcla se da en la TABLA 15.
TABLA 15
Figure imgf000062_0001
Se descubrió que la mejor dosis de gluconato de sodio en las mezclas estándar, ligera y de arenisca utilizadas en los ejemplos de referencia 13 y 14 estaba relacionada linealmente con el contenido de cemento. Véase la figura 39. Basado en esta relación, y ajustado por el hecho de que la dosis de CO2 debía ser del 1,0 % en lugar del 1,5 % utilizada en el Estándar, Ligero y Arenisca, se usó una dosis de gluconato de sodio del 0,25 % epc. Los bloques se produjeron como se describe en el Ejemplo de referencia 13, con gluconato de sodio no carbonatado- (control), gluconato de sodio no carbonatado+, gluconato de sodio carbonatado- y gluconato de sodio carbonatado , y se analizaron para determinar la resistencia a la compresión y la densidad. Los bloques también se presentaron para pruebas de terceros que también incluyeron la absorción de agua (Nelson Testing Laboratories, Schaumberg, IL).
La resistencia a la compresión y los resultados de masa a los 7, 28 y 56 días se resumen en la figura 40. La dirección de las flechas representa el momento de medición, a los 7 a 56 días. Los bloques no carbonatados con gluconato de sodio fueron ligeramente más densos y fuertes que los bloques no carbonatados sin gluconato de sodio en todos los instantes probados, mientras que los bloques carbonatados sin gluconato de sodio fueron más bajos en resistencia y masa que los no carbonatados sin gluconato de sodio, y los carbonatados con gluconato de sodio fueron ambos más fuertes y más ligeros que los no carbonatados sin gluconato de sodio.
Los resultados de las pruebas de terceros se muestran en la figura 41. Se utilizaron tres conjuntos de datos de bloque, y todos los lotes cumplieron con la especificación ASTM C90. CO2 solo hizo que los bloques fueran un 6 % más débiles que el control, pero el uso de CO2 más gluconato de sodio lo hizo un 8 % más fuerte que el control. CO2 solo aumentó la absorción de agua en un 7 % en comparación con el control, pero el CO2 más gluconato de sodio dio como resultado bloques con una absorción de agua 4 % menor en comparación con el control. La contracción aumentó para ambos CO2 y CO2 más conjuntos de gluconato, pero para el lote de gluconato de sodio fue efectivamente equivalente al control.
Este ejemplo de referencia demuestra que una dosis predeterminada de gluconato de sodio para una nueva mezcla, basada en resultados anteriores, fue suficiente para producir bloques carbonatados comparables en masa y contracción, mayor resistencia a la compresión y menor absorción de agua que los bloques no carbonatados sin gluconato de sodio.
Ejemplo de referencia 16
Los siguientes protocolos se usaron en los EJEMPLOS de referencia 17 a 21, con modificaciones como se indica en ejemplos particulares.
Mezcla de mortero
1. Preparar el recipiente de mezcla humedeciendo los lados con un paño húmedo, asegurarse de eliminar el agua del recipiente antes de introducir los materiales crudos.
2. Pesar la cantidad de agua necesaria para su prueba y agregar el agua al recipiente de mezcla vacío y húmedo.
3. Agregar arena a la mezcladora
4. Mezclar arena y agua durante 30 segundos en Velocidad # 2
5. Raspar los lados del recipiente con una espátula de goma previamente húmeda para eliminar cualquier material que se pegue a los lados del recipiente de mezcla.
6 . Agregar los materiales cementosos necesarios al recipiente de mezcla
7. Mezclar arena, agua y materiales cementosos durante 30 segundos a la velocidad # 2
8. Registrar el momento que se agregan materiales cementosos a la mezcla
9. Raspar los lados del recipiente de mezcla con una espátula de goma previamente húmeda
10. Registrar la temperatura
11. Si no está carbonatando, ir a la etapa 14
1 2. Carbonatar a un caudal de 2 0 litros por minuto durante el tiempo deseado.
13. Registrar la temperatura final
14. Raspar los lados del recipiente con una espátula de goma previamente húmeda
15. Introducir los aditivos necesarios - la secuencia de mezcla y los detalles de dosificación de los aditivos y adiciones pueden variar según la prueba. Registrar el tiempo y la dosis.
16. Después de agregar cada aditivo o azúcar, mezclar durante 30 segundos
17. Medir el asentamiento utilizando el cono de asentamiento japonés. Registrar el asentamiento y la propagación (dos mediciones).
18. Para la retención del asentamiento, volver al recipiente, esperar, mezclar 30 segundos antes del próximo asentamiento.
19. Producir una muestra para calorimetría.
20. Llenar tres moldes de cubos de mortero con mortero (Procedimiento ASTM C109/C109M - 12 Procedimiento de Prueba Estándar para la Resistencia a la Compresión de Morteros de Cemento Hidráulico)
21. Cubrir los cubos de mortero con una bolsa de basura plástica o un paño húmedo y desmoldar solo después de que hayan transcurrido 18 /- 8 horas.
22. Romper los cubos a las 24 horas /- 30 minutos (usar el momento en que se introdujo cemento en la mezcla como un indicador de cuándo se deben romper las muestras)
Mezcla de hormigón
• Mojar dentro de la mezcladora, agregar toda la piedra y arena, mezclar 30 segundos para homogeneizar • Agregar todos los materiales cementosos, mezclar un minuto para homogeneizar
• Agregar toda el agua del lote durante un período de 30 segundos, mezclar todos los materiales durante un minuto • Tomar la temperatura inicial
• Lote de control - mezclar durante 4 minutos y tomar la temperatura final. Agregar aditivos según sea necesario, mezclar un minuto
• Mezcla carbonatada - inyectar gas CO2 a 80 LPM, cerrar la mezcladora, mezclar mientras carbonata durante el tiempo requerido
• Retirar la cubierta y registrar la temperatura final, agregar los aditivos según sea necesario, mezclar un minuto • Registrar asentamiento (ASTM C143) y fraguar 6 cilindros de resistencia a la compresión (ASTM C192)
• Tomar dos muestras para horneada de cuantificación de humedad/carbono, una muestra para calorimetría • Desmoldar los cilindros después de 28 /- 8 horas y colocarlos en un tanque de curado con baño de agua de cal a una temperatura de 23 °C /- 3 °C
• Probar la resistencia a la compresión 24 horas (3 muestras) y 2 a los 7 días (2 muestras)
Ejemplo de referencia 17
En este ejemplo de referencia, se comparó la absorción de dióxido de carbono de los cementos de dos fuentes diferentes, Lehigh y Holcim.
Mezcla de mortero hecha bajo un flujo de 20 LPM de gas CO2. Las muestras se retiraron del lote de mortero cada 60 s hasta el punto de 8 minutos. Se midió el contenido de dióxido de carbono y se construyó una curva que relaciona la duración de la exposición al gas CO2 a la cantidad aproximada de absorción de CO2. Se compararon dos cementos. El diseño de la mezcla fue 1350 g de arena EN, 535 g de cemento, 267,5 g de agua. a/c = 0,5.
Los resultados se muestran en la figura 42. La absorción de dióxido de carbono aumentó con el tiempo, como se esperaba, pero la tasa de aumento fue diferente para los dos cementos diferentes. Con una a/c de 0,5, la pasta de mortero puede absorber dióxido de carbono, pero exceder el 1 % de absorción tomaría de 3 a 5 minutos, dependiendo del tipo de cemento utilizado.
Este ejemplo de referencia ilustra que una a/c de 0,5 permite la absorción de dióxido de carbono, pero a una velocidad que puede no ser compatible con los tiempos de mezcla en algunos entornos, y que la fuente del cemento puede afectar las propiedades de una mezcla de cemento hidráulico hecha con cemento con respecto a la absorción de dióxido de carbono.
Ejemplo de referencia 18
En este ejemplo de referencia, se estudió el efecto de la proporción a/c sobre la absorción de dióxido de carbono,
En un primer estudio, una prueba fue realizada con mortero. La mezcla total fue de 990 g de arena Ottawa, 440 g de cemento, con 206 g de agua total, Se mezclaron agua, arena y cemento, y el agua se agregó en dos etapas, Fue suministrado CO2 varias veces a 10 LPM después de la primera adición de agua, lo que llevó la mezcla a 0,1 o 0,45 a/c, y el agua restante se agregó y se completó la mezcla. Se midió la absorción de carbono en varios instantes, como se muestra en la figura 44. La velocidad de absorción de dióxido de carbono fue mayor para la pasta con a/c de 0,1 en el momento de la reacción que para a/c de 0,45.
En un segundo estudio, se realizaron una serie de pruebas en mortero. Mezcla de mortero hecha bajo un flujo de 20 LPM de gas CO2. Se midió el contenido de dióxido de carbono y se construyó una curva que relaciona la a/c de la mezcla de mortero en el momento de la adición de dióxido de carbono con la cantidad aproximada de absorción de CO2. El diseño de la mezcla fue 1350 g de arena EN, 535 g de cemento (Holcim GU), 267,5 g de agua. a/c total = 0,5. Se añadió agua en dos etapas. Una porción antes de la carbonatación, la porción restante después de 1 min de carbonatación. La cantidad antes de la carbonatación varió del 10 % al 100 % del total (a/c = 0,05 a 0,50). El efecto de la a/c sobre la carbonatación a 1 minuto se muestra en la figura 45 y la TABLA 16.
TABLA 16
Efecto de a/c en mortero sobre la absorción de dióxido de carbono a/c inicial Absorción Relativo al nivel 0,05
0,50 0,00
0,05 1,98 100 %
0,10 1,56 79 %
0,15 1,52 77 %
0,20 1,29 65 %
0,25 1,32 67 %
0,30 1,24 63 %
0,35 0,77 39 %
0,40 0,78 40 %
0,45 0,48 24 %
0,50 0,35 18 %
Los sistemas de mortero más secos mostraron mayores tasas de absorción que los sistemas húmedos. La absorción de 1,98 % a 0,05 de a/c disminuyó a 0,35 % a a/c de 0,50.
En una tercera prueba, se preparó una mezcla de hormigón de prueba con adiciones de agua dividida. La mezcla total fue de 300 kg/m3 de cemento, 60 de cenizas volantes, 160 de agua, 1030 de piedra, 832 de arena. El agua se añadió en dos etapas. CO2 suministrado durante 180 segundos a 80 LPM después de la primera adición de agua. El agua restante se agregó y se completó la mezcla. La a/c en la adición de dióxido de carbono fue 0,1, 0,15 o 0,45. Los resultados se muestran en la figura 46. Al igual que con los morteros, la absorción de carbono aumentó con menor a/c cuando se entrega el dióxido de carbono.
Ejemplo de referencia 19
Este ejemplo de referencia ilustra que el aumento de temperatura durante la carbonatación de una mezcla de cemento hidráulico está altamente correlacionado con el grado de carbonatación y puede usarse como un indicador del grado de carbonatación en un sistema específico.
En una primera prueba, el mortero usado en la segunda prueba del Ejemplo de referencia 17 también tuvo mediciones de temperatura tomadas en varios instantes. Los resultados se muestran en la figura 47. Hubo una relación lineal entre el grado de carbonatación y el aumento de temperatura en este sistema, donde se varió la a/c y la exposición al dióxido de carbono se mantuvo constante.
En una segunda prueba, se estudió la temperatura frente a la absorción de dióxido de carbono en morteros preparados con tres cementos diferentes, Holcim GU, Lafarge Quebec y Lehigh. El mortero fue preparado a a/c = 0,5 y carbonatado por varias veces a 20 LPM de CO2. Los resultados se muestran en la figura 48. También hubo una relación lineal entre el grado de carbonatación y el aumento de la temperatura en este sistema, donde la a/c se mantuvo constante a 0,5 y el tiempo de exposición al dióxido de carbono fue variado. La relación fue relativamente constante sobre diferentes tipos de cemento. Las pendientes de la línea difieren en las dos pruebas, que se realizaron en dos sistemas diferentes, lo que refleja la especificidad del aumento de temperatura con la carbonatación a un sistema en particular.
Estos resultados indican que, en un sistema bien caracterizado, el aumento de temperatura puede usarse como un indicador indirecto de la absorción de dióxido de carbono.
Ejemplo de referencia 20
Este ejemplo de referencia ilustra los efectos de diferentes aditivos sobre el asentamiento y la resistencia a la compresión en el hormigón.
En una primera prueba, se añadió gluconato de sodio al 0, 0,1 % o 0,2 % a una mezcla de hormigón después de la carbonatación y se midieron los efectos a 1 , 1 0 y 2 0 minutos después de la mezcla, y se compararon con el hormigón no carbonatado de control. Los resultados se muestran en la figura 49 y en la Tabla 17. El asentamiento del hormigón carbonatado es menos de la mitad del control en 1 minuto y disminuye a ningún asentamiento en 10 minutos. La adición de gluconato de sodio al 0 , 1 % después de la carbonatación dio un asentamiento igual al control a 1 min, 80 % a 10 min y 50 % a 20 min. Agregar 0,2 % también proporcionó un asentamiento más alto que la dosis más baja en todos los intervalos, antes de ser el 75 % del control a los 20 min.
TABLA 17
Figure imgf000065_0001
En una segunda prueba, se probaron los efectos de la fructosa a diversas concentraciones en el asentamiento inicial de una mezcla de hormigón. Se añadió fructosa después de la carbonatación. La mezcla total fue de 4,22 kg de cemento, 1 kg de cenizas volantes, 3,11 kg de agua, 16,96 kg de piedra, 14,21 kg de arena. Los resultados se muestran en la figura 50. La carbonatación redujo el asentamiento del hormigón. En respuesta, se añadió fructosa después de la carbonatación en proporciones de 0,05, 0,10 y 0,20 % en peso de cemento. Las dosis reflejan la masa sólida de aditivo entregado en una solución. El contenido de CO2 se cuantificó como 1,3 %, 1,4 % y 1,5 % en peso de cemento para los tres lotes carbonatados, respectivamente. Un 0,20 % de fructosa fue suficiente para restaurar el asentamiento para que fuera equivalente al control. Sin embargo, la fructosa tuvo un efecto retardador de la resistencia, como se muestra en la figura 51. La resistencia a las 24 horas fue significativamente menor que el control no carbonatado, pero las resistencias a los 7 días fueron aceptables, con mayores resistencias asociadas con mayores contenidos de fructosa.
Ejemplo de referencia 21
En este ejemplo de referencia, se probaron una variedad de cementos diferentes en una mezcla de mortero para determinar las variaciones en respuesta a la carbonatación.
Se probaron seis cementos: Holcim GU (Hol), Lafarge Quebec (LQc), Lafarge Brookfield (LBr), Lehigh (Leh), Illinois Product (Ipr) y Northfield Fed White (NWh). Las propiedades y las químicas de los diferentes cementos se dan en la TABLA 18.
TABLA 18
Propiedades y químicas de diferentes cementos.
Figure imgf000065_0002
Métrica Hol LQc LBr Leh IPr NWh
Área de superficie - Blaine (m2/kg) 423 417 392 425 501 408
Propiedades y químicas de diferentes cementos.
Métrica Hol LQc LBr Leh IPr NWh
CaO libre (%) 0,31 0,94 0,16 1,45 1,45 1,47
CaO (%) 62,22 60,56 62,68 61,55 62,61 65,36 Na2Oe (%) 0,28 0,38 0,18 0 , 11 0,41 0,08
SiO2 (%) 20,30 19,18 2 0 , 1 0 19,53 19,12 21,41
Al2O3 (%) 4,62 4,72 5,24 4,45 5,47 4,38
TiO2 (%) 0 , 2 2 0 , 21 0,26 0,32 0,29 0,08
P2O5 (%) 0,14 0,26 0,05 0,25 0,13 0 , 01
Fe2O3 (%) 2,50 2,74 2,27 3,00 2,23 0 , 2 0
MgO (%) 2 , 21 2,80 1,48 3,21 2,70 0,90
Na2O (%) 0 , 2 2 0,32 0 , 11 0,06 0,34 0,06
K2O (%) 0,92 0,84 1,09 0,70 1 , 01 0,28
Mn2O3 (%) 0,05 0,09 0,07 0,18 0,19 0 , 01
SrO (%) 0,08 0,24 0,06 0,04 0,07 0,03
SO3 (%) 3,63 3,79 4,10 2,96 3,88 3,94
BaO (%) 0,06 0,05 0,13 0,05 0,05 0,08
ZnO (%) 0,04 0,07 0 , 0 0 0 , 0 2 0 , 01 0 , 0 0
Cr2O3 (%) 0 , 01 0,03 0 , 01 0 , 01 0 , 01 0 , 0 0
Pérdida por ignición a 975 °C (%) 2,52 4,08 2,38 3,54 1,98 3,00
La mezcla de mortero era EN 196 Arena 1350 g, Cemento 535 g, Agua 267,5 g, Proporción a/c 0,5. Se añadió CO2 al recipiente de mezcla a 20 LPM durante 0, 2, 4, 6 y 8 minutos. Fueron medidos el cambio de temperatura, asentamiento, extensión de flujo, absorción de CO2 , y la resistencia de cubo a las 24 horas. Los resultados se dan en la TABLA 19.
TABLA 19
Figure imgf000066_0001
Figure imgf000067_0002
Hubo una variación considerable entre los morteros hechos de los diferentes cementos en asentamiento y resistencia. El cemento Illinois Product fue notable por su mayor resistencia a la compresión en todos los instantes probados. Sin estar limitado por la teoría, esto puede deberse a su mayor área de superficie (ver TABLA 18), que le permite absorber dióxido de carbono con un impacto relativamente menos proporcional en el desarrollo de la resistencia. La resistencia frente a la superficie de las mezclas de mortero carbonatado con diversas áreas de superficie se muestra en la figura 52.
Ejemplo de referencia 22
En este ejemplo de referencia, se agregaron varios aditivos a las mezclas de pasta de cemento expuestas a dióxido de carbono y se determinaron sus efectos sobre el asentamiento después de la mezcla. La mezcla de pasta era 500 g de cemento, 250 g de agua. Cemento Holcim GU. Se dosificó 1 % epc de CO2, con mezcla durante un minuto. Los resultados se muestran en la TABLA 20.
TABLA 20
Figure imgf000067_0001
Figure imgf000068_0001
Ejemplo de referencia 23
En este ejemplo de referencia, se utilizaron sensores de dióxido de carbono y humedad en una operación de mezcla.
Se realizó una operación de prefabricado utilizando los siguientes componentes de mezcla:
Figure imgf000068_0002
Se utilizaron dos sensores de dióxido de carbono, el Sensor 1 situado junto a una escotilla de acceso a la mezcladora y el Sensor 2 situado en la posición de expulsión de la mezcladora, en una puerta que se descarga en una correa. La dosis de CO2 se incrementó o disminuyó según el exceso, tal como lo detectaron los dos sensores.
Están involucrados en una estrategia de inyección de dos etapas.
1. Llenado - alto caudal para llenar la mezcladora con CO2
2. Suministro - caudal más bajo para mantener un suministro a medida que el CO2 es absorbido por el hormigón.
El PLC se programó de la siguiente manera para realizar cambios basados en las lecturas de los sensores de CO2 :
El sensor 1 se situará en la puerta, el sensor 2 se situará en la salida de la mezcladora (medir cada sensor por separado)
Si el sensor 1 excede X ppm durante el flujo 1, ir al flujo 2
Si el sensor 1 excede X ppm durante el flujo 2, reducir el flujo reduciendo el porcentaje
Si el sensor 2 excede Y ppm alguna vez, reducir el momento máximo de mezcla reduciendo el tiempo
Si cualquiera de los sensores supera las 5000 ppm durante más de 5 minutos, aparecerá una alarma emergente en la pantalla
Si cualquiera de los sensores supera las 5000 ppm durante más de 10 minutos, apagar el sistema
Si cualquiera de los sensores supera los 9000 ppm, apagar el sistema
X e Y eran programables bajo cada receta (esto permite cambiar si una planta tiene un alto contenido de línea base de CO2 debido al polvo, etc.). El flujo 1 era programable y era el flujo que se usaba para llenar el espacio superior rápidamente (generalmente -1500 LPM). El PLC calculó el flujo 2 y se basó en el tiempo máximo de mezcla, dosis de CO2 y el total ya en el espacio superior. El tiempo máximo de mezcla fue programable y fue el tiempo total de inyección deseado. El porcentaje de reducción y el tiempo de reducción fueron programables y se determinaron por qué porcentaje reducir el caudal (reduciendo así la dosis total de CO2 dosis) o el tiempo máximo de mezcla (aumentando así el caudal para inyectar en un tiempo más corto).
El sistema se usó en varios lotes y los resultados se muestran en la figura 53. La línea superior de la figura 53 indica el CO2 real dosificado, y la segunda línea indica el CO2 detectado en la mezcla. La eficiencia de la absorción varió del 60 al 95 %. Las dos líneas inferiores indican los valores máximos detectados en el sensor 1 (todos los lotes, incluido el lote 3) y el sensor 2 (lotes 4-10). Los valores promedio pueden producir un mejor resultado.
Este ejemplo de referencia demuestra que los sensores de dióxido de carbono pueden usarse para ajustar el flujo de dióxido de carbono en una operación de mezcla de cemento, produciendo eficiencias de absorción de hasta un 95 %.
Ejemplo de referencia 24
Este ejemplo de referencia demuestra el uso de dióxido de carbono sólido (hielo seco) como modo de suministro de dióxido de carbono en la mezcla de hormigón.
Una partícula sólida de dióxido de carbono se sublimará cuando esté en contacto con el agua de la mezcla, liberando así gas dióxido de carbono durante el período de tiempo requerido para consumir la partícula. Para lograr una dosificación prolongada de dióxido de carbono, por ejemplo, en un camión de mezcla preparada, se puede agregar dióxido de carbono sólido en la masa y cantidad deseadas, y en forma y tamaño apropiados, para proporcionar efectivamente una dosis dada de dióxido de carbono durante un intervalo de tiempo deseado. La forma y el tamaño del dióxido de carbono sólido determinarán el área superficial total del sólido; cuanto mayor es el área de superficie, mayor es la tasa de sublimación del hielo seco.
Se utilizaron dos procedimientos de dosificación. En el primero, se usó hielo seco en forma de pastillas de una pulgada. En el segundo, se cortó una losa cuadrada con una sección transversal de 2" por 2" a la longitud apropiada para proporcionar la dosis deseada. La mezcla se realizó en una mezcladora de tambor pequeño (17 litros) o en una mezcladora de tambor grande (64 litros), y la mezcla se realizó con una cubierta a menos que se indique lo contrario.
Sum inistro de pastillas:
Se usó un diseño de mezcla de 400 kg/m3 de cemento, 175 kg/m3 de agua, 1040 kg/m3 de piedra, y 680 kg/m3 de arena. El cemento en un lote era de 26,14 kg.
En un primer lote, se añadió CO2 al 0,5 % epc, dosis de pastillas (34 g) con los otros materiales de mezcla y el hormigón se mezcló durante 2 minutos. Se observó que la absorción era del 014 % epc, y se observó un aumento de temperatura de 1 °C. Las pastillas de hielo seco no se habían sublimado completamente después de 2 minutos de mezcla.
En un segundo lote, se añadió CO2 al 1,0 % epc, dosis de pastillas ( 6 8 g) con los otros materiales de mezcla y el hormigón se mezcló durante 4 minutos. La absorción de CO2 fue de 0,3 % epc con un aumento de temperatura de 1 °C. Después de 4 minutos de mezcla, todas las pastillas de hielo seco se habían sublimado por completo.
En un tercer lote, se añadió CO2 al 2,75 % epc, dosis de pastillas (186 g) con los otros materiales de mezcla y el hormigón se mezcló durante 4 minutos. La absorción de CO2 fue de 0,6 % epc con un aumento de temperatura de 2 °C; todas las pastillas de hielo seco se sublimaron después de 4 minutos de mezcla.
Con el uso de pastillas, la absorción aumentó con el aumento de la dosis de pastillas, y las pastillas de este tamaño y en estas dosis tomaron de 2 a 4 minutos para sublimarse por completo. La absorción de CO2 fue de baja eficiencia, y la absorción de gas estuvo asociada con el endurecimiento de la mezcla.
Sum inistro de losas:
En una primera prueba, se utilizó el mismo diseño de mezcla que para las pruebas de pastillas. La losa de 2*2" se cortó a 5,5" de largo para una dosis de 2 % de CO2 epc. En un primer lote, se añadió agua en dos adiciones. Se realizó una primera adición de agua a a/c de 0,2, se añadió la losa de hielo seco y se mezcló durante 40 segundos. Se añadió agua final a la cantidad total de agua y el hormigón se mezcló durante 6 minutos adicionales. La absorción del CO2 fue de un 0,95 % y no se observó aumento de temperatura. En un segundo lote, se realizaron 4 adiciones en serie de losas de hielo seco. Se añadió toda el agua a la mezcla (a/c 0,44) y a continuación se añadió una losa de hielo seco para una dosis de 2 % epc. El hormigón se mezcló durante 6 min. La absorción de CO2 fue de un 0,67 % y no se observó aumento de temperatura. Se añadió una losa adicional de hielo seco a la mezcla, a 2 % epc para una dosis total de 4 % epc, y se realizaron otros 6 minutos de mezcla. La absorción de CO2 fue de un 1,67 % y no se observó aumento de temperatura. Se añadió una losa adicional de hielo seco a la mezcla, a 2 % epc para una dosis total de 6 % epc, y se realizaron otros 6 minutos de mezcla. La absorción de CO2 fue de un 2,33 % y se observó un aumento de temperatura de 3,5 °C. Se añadió una losa adicional de hielo seco a la mezcla, a 6 % epc para una dosis total de 12 % epc, y se realizaron otros 6 minutos de mezcla. La absorción de CO2 fue de un 3,44 % y se observó un aumento de temperatura de 5 °C. En esta prueba, en la que la mezcla se realizó a toda velocidad, todo el dióxido de carbono se sublimó por completo al final de cada tiempo de mezcla. Las pruebas posteriores se realizaron a una velocidad inferior representativa de un camión en tránsito en lugar de un camión en la etapa de mezcla inicial.
En una segunda prueba, se utilizó el mismo diseño de mezcla que para las pastillas, excepto que la proporción final de agua fue de 200 kg/m3. Se realizó una mezcla lenta (~ 1 RPM) en una mezcladora de 65L, con una losa de hielo seco añadida 2 minutos después del contacto inicial de cemento y agua, para una dosis de 2 % epc. La mezcla continuó durante un total de 36 min. La absorción de CO2 fue de un 0,95 % y se observó un aumento de temperatura de 3,5 °C. El asentamiento de la mezcla de hormigón antes de la adición de CO2 fue de 6 " y 3" después de 36 minutos de mezcla bajo CO2.
En una tercera prueba, se utilizó el mismo diseño de mezcla que para las pruebas de pastillas. Se añadió agua a una a/c inicial de 0 ,2 , se añadió una losa de hielo seco para una dosis de 0 , 2 % epc, y la mezcla de hormigón fue mezclada durante 40 segundos a velocidad máxima (45 rpm), a continuación, se agregó el resto del agua, a a/c de 0,45 y la mezcla fue mezclada durante 36 min de mezcla lenta (tránsito, ~ 1 RPM) del lote en una mezcladora de 65L. La absorción de CO2 fue de un 0,75 % y se observó un aumento de temperatura de 1,5 °C. El asentamiento fue de 5,5" después de 36 minutos de mezcla. Se supuso que un asentamiento de control (sin dióxido de carbono) era ~ 6 ". A continuación, se añadió otro 2 % en peso de losa de hielo seco, y el hormigón se mezcló a alta velocidad durante 11 minutos adicionales. La absorción de CO2 fue de un 1,66 %. El asentamiento disminuyó de 5,5" a 2,5".
En una cuarta prueba, se utilizó el mismo diseño de mezcla que para las pruebas de pastillas, excepto que el agua fue de 195 kg/m3. Se corrieron dos lotes en los que se añadió hielo seco a una dosis de 2 % epc 2 minutos después del contacto inicial de cemento y agua. En el primer lote, el hormigón se mezcló con cubierta en una mezcla de tránsito rápido (~2 RPM) durante 30 min. La absorción de CO2 fue de un 1,3 % epc, y se observó un aumento de temperatura de 5 °C. El asentamiento fue de 0" después de la mezcla, en comparación con el asentamiento de 6,5" en el control (sin dióxido de carbono). En el segundo lote, la mezcla se realizó sin la cubierta en una mezcla de tránsito rápido durante 29 minutos. La absorción de CO2 fue de un 0,7 % epc, y se observó un aumento de temperatura de 0 , 2 °C. El asentamiento fue de 3" después de 29 minutos de mezcla, en comparación con el asentamiento de 6,5" en el control (sin dióxido de carbono).
Este ejemplo de referencia demuestra que el tamaño y la forma del hielo seco se pueden usar para controlar el suministro, y que se pueden manipular varios tiempos de adición, tasas de mezcla, contenido de agua y otras variables para modular la cantidad de dióxido de carbono absorbido por el hormigón y el efecto del dióxido de carbono en factores como el asentamiento.
Ejemplo de referencia 25
Este ejemplo de referencia ilustra el uso de dióxido de carbono en dosis bajas para proporcionar hidratación acelerada, desarrollo y fraguado temprano de la resistencia, con un impacto mínimo en la reología y la resistencia a edad avanzada.
Pruebas con mortero
En un primer conjunto de pruebas, se prepararon morteros. Los morteros se prepararon con 1350 g de arena, 535 g de cemento y 267,5 g de agua, y se homogeneizaron en una mezcladora tipo paleta mezclando a baja velocidad durante ~2 min, a continuación, se extrajeron muestras para análisis y calorimetría de CO2. El mortero fue a continuación expuesto a gas CO2 a un caudal de -0,15 LPM durante 2 minutos y se extrajeron muestras adicionales. Este mismo mortero fue expuesto a 3-7 rondas sucesivas de carbonatación total, con muestras extraídas entre cada ronda.
En una prueba, se usó cemento Holcim GU. Los niveles de carbonatación del mortero logrados en las siguientes rondas de exposición al dióxido de carbono fueron 0, 0,05, 0,10, 0,20, 0,48 y 0,70 % epc. La figura 54 presenta datos sobre las curvas de potencia de calorimetría isotérmica para los diferentes niveles de carbonatación, mostrando que al carbonatar el mortero la tasa de hidratación del cemento podría acelerarse (las curvas se desplazan hacia la izquierda y se vuelven más pronunciadas con la carbonatación). La evolución total del calor también mejoró a edades tempranas con la carbonatación de los morteros (figura 55). Además, el inicio del fraguado inicial y final se aceleró por carbonatación, como lo indican las mediciones del penetrómetro y se muestran en la figura 56. Para estas mediciones, el mortero se preparó de la siguiente manera: 5 veces el tamaño del lote en Hobart (lote normal ampliado 500 % para usar en una mezcladora más grande) 1337,5 g de agua, 2675 g de cemento, 5175 g de arena. Combinado en mezcladora Hobart y homogeneizado. Carbonatado a 1,0 LPM durante 5 rondas de 2 minutos (es decir, muestras de 0, 2, 4, 6 , 8 , 10 minutos). Medición del penetrómetro realizada en la última muestra (10 minutos de exposición total a CO2 ). La dosis esperada para 1 LPM durante 10 min es de aproximadamente 20 g de CO2 , para una dosis total es de aproximadamente 0,74 % epc. De Eltra: absorción de dióxido de carbono estimada en 0,10 % epc. La baja absorción puede deberse al espacio superior/caudal. A continuación, se fundió un Control para comparación. 2 veces tamaño de lote en Kitchen Aid (mezcladora más pequeña): 1070 g de cemento, 535 g de agua, 2070 g de arena.
Se observaron resultados similares para morteros preparados con cemento Lafarge Brookfield GU dosificado a 0, 0,07 0,14 y 0,22 % epc de dióxido de carbono, como se muestra para hidratación en la figura 57, así como el desarrollo temprano de resistencia como se muestra en la figura 58.
Pruebas de hormigón
Las pruebas se extendieron a hormigones. En un experimento típico, se preparó un lote de hormigón con las siguientes proporciones: 16,0 kg de arena, 23,80 kg de piedra, 9,18 kg de cemento, 3,15 kg de agua. El hormigón se homogeneizó en una mezcladora de tambor mezclando a baja velocidad por ~ 2 min y se extrajeron muestras para análisis y calorimetría de CO2. El hormigón fue a continuación expuesto a gas CO2 a un caudal de ~2,0 LPM durante 2 minutos y se extrajeron muestras adicionales. Este mismo hormigón fue expuesto a tres rondas sucesivas de carbonatación en total, con muestras extraídas entre cada ronda. La absorción de CO2 total para las rondas posteriores fue de 0, 0,10, 0,15 y 0,20 % epc.
En una primera serie, se usó cemento LaFarge Brookfield GU en el hormigón. Las curvas de calorimetría muestran la aceleración del hormigón. Véase la figura 59. Las curvas de energía de calorimetría muestran una mayor cantidad de calor liberado a todas las edades en el hormigón carbonatado. Véase la figura 60. El desarrollo temprano de resistencia también se aceleró en los hormigones carbonatados. Véase la figura 61. Además, las mediciones del tiempo de fraguado confirmaron que la aceleración de hidratación observada se tradujo en un fraguado inicial acelerado (500 psi) y final (4000 psi) en el hormigón carbonatado. La figura 62 muestra lecturas de penetrómetro a lo largo del tiempo para hormigón carbonatado (aproximadamente 0 , 2 0 % epc absorción de CO2) en comparación con los no carbonatados.
Se obtuvieron resultados similares en una segunda serie, donde el hormigón se produjo con cemento St. Mary's B; por ejemplo, la carbonatación a 0,08, 0,17 y 0,35 % epc produjo una mayor resistencia a la compresión de 8 horas y 12 horas en comparación con el control no carbonatado. Véase la figura 63.
Se produjeron otros hormigones utilizando cemento St. Mary's HE y cemento GU Holcim (carbonatados a un solo nivel de absorción de CO2). Los hormigones se carbonataron a una exposición constante de dióxido de carbono suministrado a una velocidad de 0,10-0,15 % epc por minuto durante tres minutos (2 minutos con flujo de dióxido de carbono y un minuto de cubierta colocada al mezclar después del suministro) para una dosis total de 0,20-0,30 % de dióxido de carbono epc. El nivel de carbonatación fue 0,15 % epc en la mezcla Holcim GU y 0,26 % epc en la mezcla St Mary's HE. Ver TABLA 21
TABLA 21
Figure imgf000071_0001
En una prueba industrial, se entregó al laboratorio un camión con 2 m3 de hormigón, con un diseño mixto de 1930 kg de arena, 2240 kg de piedra, 630 kg de cemento GU LaFarge Brookfield y 238 kg de agua. Primero se extrajo una muestra de hormigón no carbonatado del camión para fundir muestras de control. A continuación, el camión se sometió a 6 dosis separadas de CO2 0,05 % epc. Se retiró suficiente hormigón para satisfacer las demandas de fraguado después de cada dosis (~60L). Las propiedades frescas del hormigón se muestran en la TABLA 22.
TABLA 22
Figure imgf000072_0001
En general, la resistencia a la compresión de las muestras de hormigón aumentó con cada ronda adicional de carbonatación. Esto fue más evidente en edades tempranas (hasta un 74 % de aumento a las 12 horas) pero persistió hasta edades más avanzadas (5 % de aumento de la resistencia de compresión a los 7 días). Véanse las figuras 64 (12 horas), 65 (16 horas), 66 (24 horas) y 67 (7 días).
Este ejemplo de referencia ilustra que el uso de bajas dosis de dióxido de carbono en mezclas de mortero y hormigón puede acelerar el desarrollo de fraguado y resistencia en comparación con las mezclas de mortero y hormigón no carbonatados.
Ejemplo de referencia 26
Este ejemplo de referencia demuestra el uso de gluconato de sodio en una mezcla de hormigón seco, ya sea carbonatado o no carbonatado.
La mezcla era 200 g de piedra, 1330 g de arena, 330 g de cemento Holcim GU y 130 g de agua. El ciclo de mezcla fue:
Mezclar agregados y agua por 30 segundos
Agregar cemento y mezclar 30s
60s de mezcla, con carbonatación si se requiere
agregar aditivos y mezclar 30s
Cilindros compactos con martillo Proctor
Las dosis empleadas fueron 0, 0,02 %, 0,04 % y 0,06 % de gluconato de sodio en masa de cemento.
La figura 68 muestra la absorción de CO2 de muestras carbonatadas. Las masas de los cilindros preparadas, una representación de la densidad ya que todos los volúmenes de los cilindros son sustancialmente iguales, mostraron que la carbonatación resultó en un déficit de masa del 8,4 % en comparación con el control, pero que la adición de gluconato de sodio aumentó la masa de las muestras carbonatadas, proporcional a la dosis, de modo que a una dosis de 0,06 % de gluconato de sodio, el déficit de masa se redujo a 5,5 %, mientras que ninguna de las tres dosis de gluconato de sodio tuvo un efecto en la compactación de las muestras de control. Véanse las figuras 69 y 70. El retraso se cuantificó mediante calorimetría determinando la cantidad de energía liberada durante las primeras 6 horas después del inicio de la mezcla. La carbonatación causó una disminución en la energía liberada, al igual que la adición de gluconato de sodio; en las muestras carbonatadas, la reducción de la energía liberada fue del 19 % con la dosis más alta de gluconato de sodio, mientras que, en las muestras no carbonatadas, la reducción de la energía liberada fue del 53 % con la dosis más alta de gluconato de sodio. Véanse las figuras 71 y 72.
Ejemplo de referencia 27
Este ejemplo de referencia demuestra los efectos de aumentar la cal libre en la absorción e hidratación de dióxido de carbono.
En una primera prueba, los morteros se prepararon con CaO agregado (1,5 % epc), NaOH (2,2 % epc) o CaCl 2 (3 % epc), carbonatado y comparado con el control. Se usó una mezcla de mortero estándar de 535 g de cemento, 2350 g de arena y 267,5 g de agua. La arena y el agua se combinaron y mezclaron durante 30 segundos, seguido de la adición de cemento (con polvo agregado si se usa) y una mezcla adicional de 60 segundos. Se registró la temperatura inicial, a continuación, el mortero se mezcló durante 60 s bajo flujo de CO2 de 20 LPM, se detuvo la mezcla y se registró la temperatura y se extrajo la muestra para análisis de CO2 , a continuación, la mezcla y la exposición a CO2 se reanudaron durante otros 60s y se realizó el muestreo, para un total de 5 min de exposición a CO2. En la figura 73 se muestran los resultados. La adición de las especies alcalinas, cal libre (CaO) o NaOH, aumentó la tasa de absorción de CO2 , mientras que la adición de CaCl 2 disminuyó la tasa de absorción. Las tasas de absorción fueron: 0,34 % absorción/min de CO2 (sin aditivo); 0,56 % absorción/min de CO2 (CaO), un aumento del 6 6 %; 0,69 % absorción/min de CO2 (NaOH), un aumento del 104 %; y 0,23 % absorción/min de CO2 (CaCl2), una disminución del 34 %.
En una segunda prueba, se compararon dos morteros de prueba, un mortero convencional y otro que incluía una adición de 1,5 % de CaO epc. Las mezclas de mortero fueron como en la primera prueba. El cemento utilizado tenía un contenido de cal libre de un 0,31 % epc antes de la adición de CaO adicional; esto se considera un bajo nivel de cal libre. El mortero de mezcla se sometió a 0, 30, 60 o 90 s de CO2 a 20 LPM, y la hidratación se midió por calorimetría. La liberación de energía se siguió hasta 24 horas a intervalos de 6 horas.
Los resultados se presentan en la figura 74. Cuando se comparó el control (sin adición de CaO) con morteros carbonatados versus no carbonatados, la liberación de energía con 30 segundos de CO2 fue 19 % mayor en los carbonatados en comparación con los no carbonatados a las 6 horas, disminuyendo a 7 % más bajo a las 24 horas; liberación de energía con 60s de CO2 fue 23 % mayor en los carbonatados en comparación con los no carbonatados a las 6 horas, disminuyendo a 12 % más bajo a las 24 horas; liberación de energía con 90s de CO2 fue 21 % mayor en los carbonatados en comparación con los no carbonatados a las 6 horas, disminuyendo a 17 % más bajo a las 24 horas. Véase la figura 75. En general, la adición de CaO a la mezcla aumentó tanto la absorción de CO2 para un tiempo dado de exposición, y aumentó la liberación de energía en un tiempo dado, en comparación con las muestras sin adición de CaO. Cuando se comparó con un mortero de control que no contenía CaO agregado, los morteros con CaO agregado mostraron liberación de energía al 97-99 % del control en todos los instantes en muestras no carbonatadas; en muestras expuestas a 30s de CO2 , los morteros con CaO agregado mostraron una liberación de energía 20 % mayor que los morteros sin CaO agregado a las 6 horas, disminuyendo a 11 % más a las 24 horas, y la absorción de CO2 fue 56 % mayor que en morteros sin CaO agregado; en muestras expuestas a 60s de CO2 , los morteros con CaO agregado mostraron una liberación de energía 33 % mayor que los morteros sin CaO agregado a las 6 horas, disminuyendo a 15 % más a las 24 horas, y la absorción fue 151 % mayor que en los morteros sin CaO agregado; en muestras expuestas a 90s de CO2 , los morteros con CaO agregado mostraron una liberación de energía 23 % mayor que los morteros sin CaO agregado a las 6 horas, disminuyendo a 9 % más a las 24 horas, y la absorción fue 151 % mayor que en los morteros sin CaO agregado. Véase la figura 76.
Este ejemplo de referencia demuestra que la adición de cal libre (CaO) a un mortero mejora tanto la tasa de absorción de dióxido de carbono como la hidratación, en comparación con el mortero sin cal libre añadida

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Un procedimiento para producir una mezcla de cemento carbonatado en una operación de mezcla en un aparato de mezcla de cemento que comprende: (i) poner en contacto una mezcla de cemento que comprende aglutinante de cemento y agua en una mezcladora con dióxido de carbono mientras se efectúa la mezcla de cemento, donde la mezcla se expone a una dosis de dióxido de carbono de 0,01 a 1,5 % en peso de cemento (epc) y donde:
- el dióxido de carbono está en forma líquida y se entrega a la mezcla de cemento de manera que forme una mezcla de dióxido de carbono sólido y gaseoso;
- la mezcla de cemento comprende cemento Portland;
- la duración del flujo de dióxido de carbono a la mezcla de cemento es menor o igual a 5 minutos; y
- el dióxido de carbono se entrega a la superficie de la mezcla de cemento en una mezcladora que está abierta a la atmósfera.
2. El procedimiento de la reivindicación 1, donde la dosis de dióxido de carbono es 0,01 % a 0,5 % epc.
3. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, donde la dosis de dióxido de carbono es de 0,01 % a 0,3 % epc.
4. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior donde la mezcladora es un tambor de camión de mezcla preparada.
5. El procedimiento de la reivindicación 1, donde el dióxido de carbono se suministra a la superficie de la mezcla de cemento a una distancia de la superficie de la mezcla de cemento de al menos 5 cm, en promedio.
6. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior donde el nivel de exposición del cemento al dióxido de carbono se basa en el tipo de cemento.
7. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior donde la mezcla de cemento carbonatado tiene una resistencia a la compresión de 1 día que es al menos 5 % mayor que la resistencia a la compresión de la misma mezcla de cemento sin carbonatación.
8. El procedimiento de cualquier reivindicación anterior, donde el procedimiento comprende: (ii) controlar el contenido de dióxido de carbono de una mezcla de gases que sale de la mezcladora; y (iii) modular la exposición de la mezcla de cemento al dióxido de carbono cuando dicho contenido de dióxido de carbono alcanza un valor umbral.
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