ES2825053T3 - Nuevas composiciones de hormigón - Google Patents
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Abstract
Hormigón que comprende en partes en peso: 100 de cemento Portland; de 50 a 200 de una arena que presenta una única gradación con un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 5 mm, o una mezcla de arenas, presentando la arena más fina un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 1 mm y presentando la arena más gruesa un D10 a D90 comprendido entre 1 y 4 mm; de 10 a 50 de un material particulado sustancialmente no puzolánico seleccionado de entre caliza triturada, carbonato de calcio precipitado y una mezcla de los mismos que presenta un tamaño de partícula medio menor que 15 μm y que presenta un área de superficie BET comprendida entre 2 y 10 m2/g; en el que los tamaños medios de partícula y las distribuciones de partículas finas se miden en dispersión acuosa por granulometría láser; de 0.1 a 10 de un superplastificante reductor de agua; y de 10 a 30 de agua; cuyo hormigón está sustancialmente libre de humo de sílice; presentando dicho hormigón una resistencia a la compresión mayor que 100 MPa en 28 días.
Description
DESCRIPCIÓN
Nuevas composiciones de hormigón
La presente invención se refiere a nuevas composiciones de hormigón y a su utilización.
El humo de sílice como aditivo en cementos es conocido desde la década de 1980. Desde entonces, la extensión de su utilización ha crecido y se considera ahora generalmente como un material indispensable en la producción de hormigón de alto rendimiento (HPC), particularmente hormigón de ultra alto rendimiento (UHPC) si se garantizan propiedades, tales como resistencia a la compresión, adecuadas para su utilización en métodos de construcción modernos.
El hormigón de alto rendimiento presenta generalmente una resistencia a la compresión en 28 días de 50 a 100 MPa. El hormigón de ultra alto rendimiento presenta generalmente una resistencia a la compresión en 28 días mayor que 100 MPa y generalmente mayor que 120 MPa.
El humo de sílice, también conocido como microsílice, es un subproducto en la producción de silicio o aleaciones de ferrosilicio. Su constituyente principal es dióxido de sílice amorfo. Las partículas individuales presentan generalmente un diámetro de aproximadamente 5 a 10 nm. Las partículas individuales se aglomeran para formar aglomerados de 0.1 a 1 |jm y a continuación, se agregan entre sí para dar agregados de 20 a 30 jm . El humo de sílice presenta generalmente un área de superficie BET de 10 - 30 m2/g. Se conoce como material puzolánico reactivo.
Se describe una puzolana en Lea's Chemistry of Cement and Concrete, 4a edición, publicado por Arnold como un material inorgánico, natural o sintético, que se endurece en agua cuando se mezcla con hidróxido de calcio (cal) o con un material que puede liberar hidróxido de calcio (tal como clínker de cemento Portland). Una puzolana es generalmente un material silíceo o silíceo y aluminoso que, por sí solo, presenta poco o ningún valor cementoso pero que es capaz, en presencia de humedad, de reaccionar químicamente con el hidróxido de calcio a temperatura ambiental para formar compuestos que presentan propiedades cementosas.
Se entenderá, por tanto, que el humo de sílice participa activamente en el proceso de fraguado de mezclas de hormigón que lo contienen y está implicado activamente en la formación de compuestos cementosos que unen entre sí los diversos materiales particulados y de ese modo contribuyen a la resistencia del hormigón resultante. El documento WO 2005/077857 describe un hormigón de muy alto rendimiento que comprende una mezcla de arenas de bauxita calcinadas de diferentes granulometrías y humo de sílice en el que se añade carbonato de calcio ultra fino que presenta valores de superficie específica definidos (mayores de 10 m2/g) e índice de forma (al menos 0.3, donde el índice de forma es la razón del grosor de partícula con respecto a la longitud de partícula, medido mediante microscopía electrónica de barrido de efecto de campo) con el fin de mejorar la blancura del hormigón. El diámetro medio de las partículas ultrafinas de carbonato de calcio es de aproximadamente 70 nm.
El documento WO 2005/077857 también describe un hormigón de muy alto rendimiento libre de humo de sílice que comprende una mezcla de arenas de bauxita calcinadas de diferentes granulometrías y caliza ultrafina con un área de superficie BET de 20 m2/g.
El documento WO 2006/134080 A1 describe la utilización de partículas de carbonato de calcio en la producción de materiales de construcción tales como yeso, estuco, revoco de cemento, mortero y hormigón que presentan propiedades mejoradas. Las propiedades mejoradas descritas incluyen buenas propiedades de absorción acústica y alta resistencia a la abrasión, pero no incluyen resistencia a la compresión.
La presente invención busca reemplazar sustancialmente todo el humo de sílice puzolánico por hormigón por material no puzolánico al tiempo que se mantienen las propiedades deseables y combinaciones de las mismas; dichas propiedades incluyen resistencia a la compresión; la invención busca proporcionar hormigón de ultra alto rendimiento que presenta, por ejemplo, una resistencia a la compresión adecuada a pesar de la falta de humo de sílice. La invención busca también proporcionar hormigón que presenta un tiempo de fraguado más corto.
La presente invención proporciona, por consiguiente, un hormigón que comprende en partes relativas en peso: 100 de cemento Portland;
de 50 a 200 (preferentemente de 80 a 170, más preferentemente de 100 a 150) de una arena que presenta una única gradación con un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 5 mm, o una mezcla de arenas (preferentemente dos arenas), presentando la arena más fina un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 1 mm y presentando la arena más gruesa un D10 a D90 comprendido entre 1 y 4 mm;
de 10 a 50 (por ejemplo, de 20 a 40) de un material particulado sustancialmente no puzolánico seleccionado de entre caliza triturada, carbonato de calcio precipitado y mezclas de los mismos que presentan un tamaño de partícula medio menor que 15 jm y que presentan un área de superficie BET comprendida entre 2 y 10 m2/g;
de 0.1 a 10 de un superplastificante reductor de agua; y
de 10 a 30 de agua;
cuyo hormigón está sustancialmente libre de humo de sílice;
presentando dicho hormigón una resistencia a la compresión mayor que 100 MPa en 28 días.
La resistencia a la compresión de 100 MPa se logra generalmente con o sin curado térmico. Se prefiere el curado térmico para desarrollar una mayor resistencia. La resistencia a la compresión es preferentemente mayor que 120 MPa, más preferentemente mayor que 150 MPa. La arena es generalmente una arena de sílice o caliza, una bauxita calcinada o un residuo metalúrgico particulado; la arena fina puede comprender también un material mineral denso duro triturado, por ejemplo, una escoria vitrificada triturada. Una mezcla preferida de arenas comprende una mezcla de arenas (preferentemente, dos arenas), presentando la arena más fina un D10 a D90 de entre 0.063 y 1 mm y presentando la arena más gruesa un D10 a D90 comprendido entre 1 y 2 mm.
El hormigón según la invención es preferentemente un hormigón autocompactante. Presenta preferentemente un tiempo de fraguado Vicat de desde 2 hasta 16 horas, por ejemplo, desde 4 hasta 8 horas. E1HPC y UHPC presentan generalmente mayor retracción por fraguado debido a su mayor contenido en cemento. La retracción total puede reducirse mediante la inclusión, generalmente de 2 a 8, preferentemente de 3 a 5, por ejemplo, aproximadamente 4 partes, de cal viva, cal calcinada u óxido de calcio en la mezcla antes de la adición de agua.
El material sustancialmente no puzolánico (a continuación, en la presente memoria denominado no puzolánico) presenta preferentemente un tamaño de partícula medio de menos de 10 pm, por ejemplo, menos de 8 pm, preferentemente menos de 5 pm, por ejemplo, de 1 a 4 pm. El tamaño de partícula medio es generalmente mayor que 0.1 pm.
El material no puzolánico es carbonato de calcio particulado seleccionado de entre caliza triturada, carbonato de calcio precipitado y una mezcla de los mismos. Es preferentemente un carbonato de calcio triturado. El carbonato de calcio triturado puede ser, por ejemplo, Durcal® 1.
El área de superficie BET (determinada por métodos conocidos) del material no puzolánico, por ejemplo, carbonato de calcio triturado, es de 2 -10 m2/g, generalmente menor que 8 m2/g, por ejemplo, de 4 a 7 m2/g, preferentemente menor que 6 m2/g.
El carbonato de calcio precipitado (PCC) es también un material sustancialmente no puzolánico. El PCC está disponible en una variedad de tamaños de partícula y formas cristalinas (por ejemplo, calcita o aragonita que pueden ser romboédricas, aciculares o escalenoédricas). Por ejemplo, puede utilizarse PCC que presenta un tamaño de partícula mayor que 1 pm, preferentemente de forma escalenoédrica (tal como PCC medio disponible de Specialty Minerals Inc (SMI) que presenta una mediana de tamaño de partícula comprendida entre 1.4 y 3 pm y es escalenoédrico).
Puede utilizarse también PCC que presenta un tamaño de partícula menor que 1 pm, por ejemplo, de 0.3 a 0.7 pm (PCC fino que presenta una mediana de tamaño de partícula de 0.3 a 0.7 pm está disponible de Solvay).
Puede utilizarse PCC ultrafino (denominado algunas veces nano PCC) que presenta, por ejemplo, un tamaño de partícula menor que 0.07 pm. En el PCC ultrafino, las partículas individuales (primarias) pueden presentar un tamaño de partícula de aproximadamente 20 nm. Las partículas individuales se aglomeran en conglomerados que presentan un tamaño (secundario) de aproximadamente 0.1 a 1 pm. Los conglomerados forman por sí mismos aglomerados que presentan un tamaño (ternario) mayor que 1 pm.
Cuando se utiliza PCC ultrafino que presenta un tamaño de partícula de, por ejemplo, menos de 0.07 pm, es preferentemente acicular o escalenoédrico; el índice de forma es preferentemente menor que 0.3, preferentemente menor que 0.2, por ejemplo, de 0.2 a 0.1. Los ejemplos incluyen aragonita acicular o calcina escalenoédrica, que presenta generalmente un tamaño de partícula medio de desde 200 hasta 350 nm, preferentemente con una superficie específica de 6 a 10 m2/g (por ejemplo, productos Socal disponibles de Solvay).
Se utiliza caliza triturada, carbonato de calcio precipitado o una mezcla de los mismos como material no puzolánico.
El tiempo de fraguado acortado en el hormigón según la invención es en comparación con un hormigón similar que contiene humo de sílice, en lugar de material no puzolánico.
El hormigón según la invención se utiliza generalmente en asociación con medios de fortalecimiento, por ejemplo, fibras metálicas y/u orgánicas y/u otros elementos de fortalecimientos descritos a continuación en la presente memoria.
Las composiciones de la invención comprenden preferentemente fibras metálicas y/u orgánicas. La cantidad en volumen de fibras está generalmente comprendida entre el 0.5 y el 8% la relación con el volumen del hormigón fraguado. La cantidad de fibras metálicas, expresada en cuanto al volumen del hormigón fraguado final, es generalmente menor que 4%, por ejemplo, comprendida entre el 0.5 y el 3.5%, preferentemente de manera aproximada el 2%. La cantidad de fibras orgánicas, expresada en la misma base, está generalmente comprendida entre el 1 y el 8%, preferentemente entre el 2 y el 5%. Cuando se incluyen dichas fibras, el hormigón según la invención es preferentemente un hormigón de ultra alto rendimiento: dichos hormigones presentan preferentemente una resistencia a la compresión mayor que 120 MPa, por ejemplo, mayor que 140 MPa.
Las fibras metálicas se seleccionan generalmente de entre fibras de acero, tales como fibras de acero de alta resistencia, fibras de acero amorfas o fibras de acero inoxidable. Opcionalmente, las fibras de acero pueden recubrirse con un metal no ferroso tal como cobre, zinc, níquel (o sus aleaciones).
La longitud individual (1) de las fibras metálicas es generalmente de por lo menos 2 mm y es preferentemente de 10-30 mm. La razón 1/d (siendo d el diámetro de las fibras) está generalmente comprendida entre 10 y 300, preferentemente entre 30 y 300 y más preferentemente entre 30 y 100.
Pueden utilizarse fibras que presentan una geometría variable: pueden estar onduladas, corrugadas o con forma de gancho en los extremos. La rugosidad de las fibras también puede variarse y/o pueden utilizarse fibras de sección transversal variable; las fibras pueden obtenerse mediante cualquier técnica adecuada, incluyendo, trenzando o cableando varios alambres de metal, para formar un ensamblaje retorcido.
La unión entre las fibras y la matriz puede promoverse por varios medios, que pueden utilizarse individualmente o en combinación.
La unión de las fibras metálicas en la matriz cementosa puede promoverse tratando la superficie de las fibras. Este tratamiento de las fibras puede llevarse a cabo mediante uno o más de los siguientes procesos: ataque con ácido de las fibras; o deposición de un compuesto mineral sobre las fibras, especialmente depositando sílice o un fosfato de metal. El ataque con ácido puede llevarse a cabo, por ejemplo, poniendo en contacto las fibras con un ácido, seguido por neutralización.
Puede depositarse sílice poniendo en contacto las fibras con un compuesto de silicio, tal como un silano, un siliconato o un sol de sílice. Se entenderá que la sílice o el fosfato se confinan entonces sustancialmente en la superficie de las fibras metálicas en la matriz de hormigón y no se dispersan uniformemente en la matriz.
Se conocen tratamientos de fosfatación y se describen, por ejemplo, en el artículo de G. LORIN titulado “The Phosphatizing of Metals” (1973), Pub.Eyrolles.
En general, se deposita un fosfato de metal utilizando un proceso de fosfatación, que comprende introducir fibras metálicas predecapadas en una disolución acuosa que comprende un fosfato de metal, preferentemente fosfato de manganeso o fosfato de zinc, y a continuación, filtrar la disolución con el fin de recuperar las fibras: las fibras se enjuagan entonces, se neutralizan y se enjuagan de nuevo. A diferencia del proceso de fosfatación habitual, las fibras obtenidas no presentan que someterse a un acabado de tipo grasiento; sin embargo, pueden impregnarse opcionalmente con un aditivo, o bien con el fin de proporcionar una protección anticorrosión o bien para hacer que sea más fácil su procesamiento con un medio cementoso. El tratamiento de fosfatación también puede llevarse a cabo recubriendo o pulverizando una disolución de fosfato de metal sobre las fibras.
Cuando están presentes fibras metálicas en la composición de la invención, se utiliza preferentemente un agente modificador de la viscosidad (por ejemplo, Kelco-Crete, un polisacárido aniónico, de CP Kelco) para impedir o reducir la falta de homogeneidad en la distribución de las fibras debido al asentamiento de las fibras.
Las fibras orgánicas incluyen fibras de poli(alcohol vinílico) (PVA), fibras de poliacrilonitrilo (PAN), fibras de polietileno (PE), fibras de polietileno de alta densidad (HDPE), fibras de polipropileno (PP), homo- o copolímeros, fibras de poliamida o poliimida. También pueden utilizarse mezclas de estas fibras. Las fibras orgánicas de refuerzo utilizadas en la invención pueden clasificarse como: fibras reactivas de alto módulo, fibras no reactivas de bajo módulo y fibras reactivas. El término “módulo”, tal como se utiliza en esta memoria incluyendo las reivindicaciones adjuntas, se refiere a módulo de Young (módulo de elasticidad).
También puede utilizarse una mezcla de fibras metálicas y orgánicas: se obtiene de ese modo un material compuesto “híbrido”, que comprende fibras de diversas naturalezas y/o longitudes, cuyo comportamiento mecánico puede adaptarse dependiendo del rendimiento requerido.
La presencia de fibras orgánicas hace posible modificar el comportamiento del hormigón al calor o el fuego. La fusión de las fibras orgánicas hace posible desarrollar vías a través de las cuales puede escapar vapor o agua
a presión cuando se expone el hormigón a altas temperaturas.
Las fibras orgánicas pueden estar presentes como monohilo o multihilo; el diámetro del mono- o multihilo es preferentemente de desde 10 pm hasta 800 pm. Las fibras orgánicas pueden utilizarse también en forma de estructuras tejidas o no tejidas o de un hilo híbrido que comprende un filamento diferente.
La longitud individual de las fibras orgánicas está comprendida preferentemente entre 5 mm ay 40 mm, más preferentemente entre 6 y 12 mm; las fibras orgánicas son preferentemente fibras de PVA.
La cantidad óptima de fibras orgánicas utilizadas depende generalmente de la geometría de la fibra, su naturaleza química y sus propiedades mecánicas intrínsecas (por ejemplo, módulo elástico, umbral de fluidez, resistencia mecánica).
La razón l/d, siendo d el diámetro de las fibras y l la longitud, está comprendida generalmente entre 10 y 300, preferentemente entre 30 y 90.
La utilización de combinaciones de fibras que presentan propiedades diferentes permite la modificación de las propiedades del hormigón que las contiene.
La adherencia de una fibra polimérica a una matriz de hormigón puede promoverse mediante diversos métodos utilizados solos o en combinación. La adherencia se promueve utilizando fibras reactivas: la adherencia puede potenciarse mediante tratamiento térmico del hormigón, por ejemplo, mediante curado. La adherencia también puede promoverse mediante tratamiento de superficie de las fibras.
La razón R de la longitud promedio L de las fibras con respecto al tamaño de grano D de la arena es generalmente de por lo menos 5, particularmente cuando la arena presenta un tamaño de grano máximo de 1 mm.
El cemento en el hormigón de la invención es generalmente un cemento gris o blanco que contiene poco o nada de humo de sílice de modo que el hormigón está sustancialmente libre de humo de sílice. Cementos adecuados son los cementos Portland libres de humo de sílice descritos en Lea's Chemistry of Cement and Concrete. Los cementos Portland incluyen escoria; puzolana; ceniza volante; esquisto calcinado; caliza; y cementos compuestos (los cementos compuestos que contienen poco o nada de humo de sílice). Un cemento preferido para su utilización en la invención es CEM 1 (generalmente PMS).
Se prefiere cemento blanco para la producción de materiales arquitectónicos y para molduras, tales como muebles y esculturas en los que el aspecto del material puede ser importante. La ausencia de humo de sílice, que puede conferir un aspecto gris (el humo de sílice puede ser blanco o gris), y la utilización de materiales no puzolánicos blancos, permite la producción de materiales de buen aspecto. Dichos materiales arquitectónicos pueden comprender fibras de plástico o vidrio que no disminuyen la blancura del aspecto.
Para aplicaciones estructurales en donde el color y el aspecto no son tan importantes, pueden utilizarse fibras metálicas y, por ejemplo, cemento gris.
La razón en peso de agua/cemento de la composición según la invención puede variar si se utilizan sustitutos de cemento, más particularmente materiales puzolánicos. La razón se define como la razón en peso de la cantidad de agua con respecto al peso añadido del cemento y cualquier material puzolánico: está comprendida generalmente entre aproximadamente el 8% y el 25%, preferentemente entre el 13% y el 25%. La razón de agua/cemento puede ajustarse utilizando, por ejemplo, superplastificantes y/o agentes reductores de agua.
En el Concrete Admixtures Handbook, Properties Science and Technology, V.S. Ramachandran, Noyes Publicaciones, 1984:
Un reductor de agua se define como un aditivo que reduce la cantidad de agua de mezclado del hormigón para una trabajabilidad dada de normalmente el 10 - 15%. Los reductores de agua incluyen, por ejemplo, lignosulfonatos, ácidos hidroxicarboxílicos, hidratos de carbono y otros compuestos orgánicos especializados, por ejemplo, glicerol, poli(alcohol vinílico), metil-siliconato de sodio y aluminio, ácido sulfanílico y caseína.
Los superplastificantes pertenecen a una nueva clase de reductores de agua químicamente diferentes de los reductores de agua normales y capaces de reducir el contenido de agua en aproximadamente el 30%. Los superplastificantes se han clasificado ampliamente en cuatro grupos: condensado de naftaleno-formaldehído sulfonado (SNF) (generalmente una sal de sodio); o condensado de melamina-formaldehído sulfonado (SMF); lignosulfonatos modificados (MLS); y otros. Los superplastificantes más recientes incluyen compuestos policarboxílicos tales como poliacrilatos. El superplastificante es preferentemente un superplastificante de nueva generación, por ejemplo, un copolímero que contiene polietilenglicol como cadena de injerto y funciones carboxílicas en la cadena principal tal como un éter policarboxílico. También pueden utilizarse policarboxilatopolisulfonatos de sodio y poliacrilatos de sodio. La cantidad de superplastificante requerida depende generalmente
de la reactividad del cemento. Cuando menor es la reactividad menor es la cantidad de superplastificante requerida. Con el fin de reducir el contenido de álcali total, el superplastificante puede utilizarse como una sal de calcio en vez de una sal de sodio.
Pueden añadirse otros aditivos a la composición según la invención, por ejemplo, un agente desespumante (por ejemplo, polidimetilsiloxano). Estos también incluyen siliconas en forma de una disolución, un sólido o preferentemente en forma de una resina, un aceite o una emulsión, preferentemente en agua. Más particularmente adecuadas son siliconas que comprenden restos (RSiO0.5) y (R2SiO).
En estas fórmulas, los radicales R, que pueden ser iguales o diferentes, son preferentemente hidrógeno o un grupo alquilo de 1 a 8 átomos de carbono, prefiriéndose el grupo metilo. El número de restos está comprendido preferentemente entre 30 y 120.
La cantidad de un agente de este tipo en la composición es generalmente de como máximo 5 partes en peso con respecto al cemento.
El hormigón puede prepararse mediante procedimientos conocidos, incluyendo mezclar los componentes sólidos y agua, conformar (moldeo, colada, inyección, bombeo, extrusión, calandrado) y a continuación, endurecer. Pueden presentar también una resistencia a la compresión Rc de por lo menos 120 MPa
La composición de cemento puede comprender un agente de refuerzo con una conformación anisotrópica y un tamaño promedio de 1 mm como máximo, preferentemente 500 pm como máximo. Los agentes de refuerzo presentan generalmente una conformación de laminilla.
La cantidad de agente de refuerzo es preferentemente del 2.5% y el 35%, generalmente del 5 al 25% en volumen de la arena y el material no puzolánico.
Por el tamaño del agente de refuerzo quiere decirse el tamaño promedio de su dimensión más grande.
Los agentes pueden ser productos naturales o sintéticos.
Los agentes de refuerzo como laminillas pueden seleccionarse de entre laminillas de mica, laminillas de talco, laminillas de silicatos compuestos (arcillas), laminillas de vermiculita, laminillas de alúmina. Es posible utilizar una combinación de agentes de refuerzo en la composición de hormigón según la invención.
Los agentes de refuerzo pueden comprender en la superficie un recubrimiento de polímero orgánico que comprende un material seleccionado de entre: poli(alcohol vinílico), silanos, siliconatos, resinas de siloxano o poliorganosiloxanos o productos de reacción entre (i) al menos un ácido carboxílico que contiene de 3 a 22 átomos de carbono, (ii) al menos una amina alifática o aromática polifuncional o una amina sustituida, que contiene de 2 a 25 átomos de carbono y (iii) un agente de reticulación que es un complejo de metal hidrosoluble, que contiene por lo menos un metal seleccionado de entre zinc, aluminio, titanio, cobre, cromo, hierro, zirconio y plomo, por ejemplo tal como se describe en el documento EP-A-0372804.
El grosor del recubrimiento está comprendido generalmente entre 0.01 pm y 10 pm, preferentemente entre 0.1 pm y 1 pm.
Los látex incluyen látex de estireno-butadieno, látex acrílicos, látex de estireno-acrílicos, látex metacrílicos, látex carboxilados y fosfonados. Se prefieren los látex que presentan funciones complejantes de calcio.
Puede obtenerse un recubrimiento orgánico de polímero mediante tratamiento de los agentes de refuerzo en un lecho fluidizado o utilizando una mezcladora de tipo FORBERG en presencia de uno de los compuestos anteriormente definidos.
Los compuestos preferidos incluyen poliorganosiloxano H240, resinas de siloxano Rhodorsil 878, 865 y 1830 PX, 403/60/Ws y WB LS 14 Manalox, todos comercializados por RHODIA Chimie, siliconatos de potasio.
Un tratamiento de este tipo se prefiere para agentes de refuerzo que son productos naturales.
Con el fin de preparar el hormigón según la invención, los constituyentes y las fibras de refuerzo, cuando van a incluirse, se mezclan con agua. Puede adoptarse el siguiente orden de mezclado, por ejemplo: mezclado de los constituyentes pulverulentos de la matriz (por ejemplo, durante 2 minutos); introducción del agua y una fracción, por ejemplo, la mitad, de las mezclas; mezclado (por ejemplo, durante 1 minuto); introducción de la fracción restante de las mezclas; mezclado (por ejemplo, durante 3 minutos); introducción de las fibras de refuerzo y los constituyentes adicionales; mezclado (por ejemplo, durante 2 minutos).
El hormigón puede someterse a un curado térmico para mejorar sus propiedades mecánicas. El curado se realiza generalmente a una temperatura d temperatura ambiental (por ejemplo, de 20°C a 90°C), preferentemente entre 60°C y 90°C. La temperatura de curado debe ser menor que el punto de ebullición del agua a la presión ambiental. La temperatura de curado es generalmente menor que 100°C. El tratamiento en autoclave en el que se realiza el curado a presiones elevadas permite que se usen mayores temperaturas de curado.
El tiempo de curado puede ser, por ejemplo, de 6 horas a 4 días, preferentemente de aproximadamente 2 días. El curado se inicia después del fraguado, generalmente por lo menos un día después de que se haya iniciado el fraguado y preferentemente en hormigón que presenta de 2 días a aproximadamente 7 días de edad a 20°C. El curado puede realizarse en condiciones húmedas o secas o en ciclos que alternan ambos entornos, por ejemplo, un curado de 24 horas en un entorno húmedo seguido por un curado de 24 horas en un entorno seco.
La inclusión de polvo de cuarzo en la composición de hormigón es ventajosa cuando el hormigón va a curarse a una alta temperatura.
Los medios de fortalecimiento utilizados en asociación con el hormigón según la invención también incluyen los siguientes.
El hormigón puede estar pretensado, mediante alambres unidos o mediante tendones unidos, o postensado, mediante tendones no unidos individuales o mediante cables o mediante vainas o barras, comprendiendo el cable un ensamblaje de alambres o comprendiendo tendones.
El pretensado, ya sea en forma de pretensionado o en forma de postensado, es particularmente muy adecuado para productos realizados a partir del hormigón según la invención. Los cables de pretensionado de metal presentan una resistencia a la tracción muy alta, infrautilizada, ya que la resistencia a la tracción inferior de la matriz que los contiene no permite que las dimensiones de los elementos estructurales de hormigón se optimicen. Se entenderá que los medios de fortalecimiento, incluyendo las fibras, pueden utilizarse individualmente o en combinación.
La reducción en el volumen obtenida, debido a este aumento en la resistencia mecánica, permite la producción de elementos prefabricados. Existe entonces la posibilidad de presentar elementos de hormigón de tramo largo que pueden transportarse fácilmente debido a su ligereza; esto es particularmente muy adecuado para la construcción de estructuras grandes en las que se emplea ampliamente la utilización de postensado. En el caso de este tipo de estructura, la solución proporciona ahorros particularmente favorables en cuanto a los tiempos de duración de la obra y el ensamblaje.
Además, en el caso de un curado térmico, la utilización de pretensado o postensado reduce significativamente la retracción.
También pueden presentar una resistencia a la compresión Rc de por lo menos 150 MPa.
En el mezclado de los componentes del hormigón según la invención, los materiales particulados distintos del cemento pueden introducirse como polvos secos premezclados o suspensiones acuosas concentradas o diluidas. El material particulado sustancialmente material no puzolánico en los hormigones según la invención, se distribuye preferentemente de manera sustancialmente uniforme por todo el hormigón. El hormigón según la invención puede: (a) no contener sustancialmente bauxita, por ejemplo, menos del 5%, por ejemplo, menos del 2%, más preferentemente menos del 1%, lo más preferentemente menos del 0.5%, en peso con respecto al peso del cemento. A menos que se especifique otra cosa, en esta memoria incluyendo las reivindicaciones adjuntas:
los valores de resistencia a la compresión se miden después del curado en húmedo durante 28 días a 20°C, sobre una muestra de prueba cilíndrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm;
las resistencias a la flexión se miden sobre muestras de prueba con forma de prisma que miden 7 x 7 x 28 o 4 x 4 x 16 cm soportadas en una flexión de 4 puntos sobre una máquina IBERTEST UMIB CO-300 clase A; la expresión “sustancialmente libre de humo de sílice” significa que contiene menos del 5%, por ejemplo, menos del 2%, más preferentemente menos del 1%, lo más preferentemente menos del 0.5% en peso con respecto al peso del cemento;
los porcentajes, a menos que se especifique lo contrario, son en peso;
las áreas de superficie de los materiales se miden mediante el método BET utilizando un aparato Beckman
Coulter SA 3100 con nitrógeno como gas adsorbido;
los valores de asentamiento (dinámico, con impactos (normalmente 20) a intervalos de aproximadamente 1 segundo, o estático, sin impactos) se miden sobre una mesa de impactos circular (diámetro 300 mm, grosor 5.99 mm, peso aproximadamente 4.1 kg) con una caída de aproximadamente 12 mm. Se preparan muestras de prueba utilizando un molde cónico aplanado, peso 50 mm, diámetro superior 70 mm, diámetro inferior 100 mm, según la norma ASTM C230; los valores estáticos (antes de o sin impactos) se miden después de que la muestra haya dejado de moverse tras el desmoldeo.
Los tamaños de partícula medios y las distribuciones de partículas finas, por ejemplo, el material particulado no puzolánico, por ejemplo, carbonato de calcio, se miden en dispersión acuosa por granulometría láser utilizando un instrumento Malvern Mastersizer 2000 que funciona tal como sigue:
el ruido de fondo se determina con una potencia de laser de al menos el 80%, para verificar que se obtiene una curva exponencial decreciente; la muestra se mide entonces utilizando una concentración que produce un oscurecimiento de entre el 10 y el 20%, velocidad de bomba 2000 rpm, velocidad de agitador 800 rpm, sin agitación ultrasónica con medición durante 30 segundos y luego, sobre la misma muestra, con agitación ultrasónica utilizando los siguientes parámetros: (a) inicialmente, velocidad de bomba 2500 rpm, velocidad de agitador 1000 rpm, ultrasonidos 100% (30 vatios) y, después de 3 minutos (b) velocidad de bomba 2000 rpm, velocidad de agitador 800 rpm, ultrasonidos 0%, dejando 10 segundos en condiciones de funcionamiento (b) medición durante 30 segundos
los tamaños de partícula menores que 0.1 pm se miden generalmente utilizando microscopía electrónica.
La invención se ilustra mediante los siguientes ejemplos no limitativos. En los ejemplos, los materiales utilizados están disponibles de los siguientes proveedores:
(1) Cemento HTS Lafarge Francia Le Teil.
(2) 980 NS (humo de sílice) SEPR, Francia
(3) Carga de caliza ultrafina Durcal 1 OMYA, Francia
Durcal 1 presenta un valor BET de aproximadamente 5 m2/g y un tamaño de partícula medio de aproximadamente 2.5 pm.
(4) Carga de caliza Durcal 5 : OMYA, Francia
Durcal 5 presenta un valor BET de 2.10 m2/g y un tamaño de partícula medio de aproximadamente 7 pm.
(5) Arena Be01 : Sifraco, Francia
(6) Superplastificante F2 : Chryso, Francia
(7) PCC ARW200 (BET 22.27 m2/g) : Solvay, Francia
(8) Cemento blanco : Lafarge Francia Le Teil
(9) FS MST blanco : SEPR, Francia
(10) Carga silícea Millisil® C400 : Sifraco, Francia
C400 presenta un valor BET de 1.61 m2/g y un tamaño de partícula medio de aproximadamente 11 pm.
(11) Carga silícea Sikron® C800 : Sifraco, Francia
C800 presenta un valor BET de 5.98 m2/g y un tamaño de partícula medio de aproximadamente 2.6 pm.
(12) Mezcla A2 : Chryso, Francia
(13) Fibras de PVA : Kuraray, Japón
(14) Kelco-Crete K400 : CP Kelco, EE. UU.
(15) Fibras metálicas (acero) : Sodetal, Francia
(16) PCC Socal P2 y P3 : Solvay, Francia
Ejemplo 1
Se hizo una comparación entre un hormigón que contenía humo de sílice (designado SFC) y un hormigón (designado D1) que presentaba las siguientes composiciones:
en el que el humo de sílice se reemplazó por Durcal 1, un carbonato de calcio triturado. Se añadieron fibras de acero (diámetro 0.175 mm, longitud 13 mm, Sodetal, Francia) en una cantidad para proporcionar el 2% en volumen
en el hormigón fraguado.
Se mezclaron en primer lugar los polvos en una mezcladora de alta velocidad de cizalladura (Eirich) y entonces se preparó la mezcla de hormigón en una mezcladora Skako.
Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla 1.
Tabla 1
(1) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba cilindrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(2) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba cilindrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(3) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba con forma de prisma (7 x 7 x 28 cm).
(4) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba con forma de prisma (7 x 7 x 28 cm).
Ejemplo 2
Se hizo una comparación, utilizando el procedimiento descrito en el ejemplo 1, entre una mezcla que presentaba la composición facilitada a continuación en la que el humo de sílice se reemplazó por (a) una mezcla del 20% en peso de carbonato de calcio precipitado (PCC) y el 80% de Durcal 1 y (b) el 100% de PCC.
Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla 2.
Tabla 2
(1) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba cilíndrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(2) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba cilíndrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
Ejemplo 3
Se hizo una comparación, utilizando el procedimiento descrito en el ejemplo 1, entre una mezcla que contenía
fibras y mezclas correspondientes, cuyas composiciones se proporcionan a continuación, en las que se reemplazó el humo de sílice por lo siguiente:
C800 (carga de sílice) 100% no según la invención
Durcal 1 (carga de carbonato de calcio) 100%
C800 50% Durcal 1 50% no según la invención
C800 75% Durcal 1 25% no según la invención
Cada una de las mezclas utilizada contenía el 4% (en volumen con respecto al volumen de la mezcla) de fibras de poli(alcohol vinílico) (PVA) (diámetro 0.2 mm, longitud 12 mm).
Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla 3.
Tabla 3
(1) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba cilíndrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(2) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba cilíndrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
Ejemplo 4
Se utilizaron los siguientes materiales.
Los polvos y las mezclas de hormigón se prepararon en una mezcladora Rayneri. Se midieron los tiempos de fraguado, los valores de esparcimiento y las resistencias a la compresión y a la flexión (a las 48 h y después del curado térmico). Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla 4.
Tabla 4
(1) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba cilindrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(2) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y a continuación, curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba cilindrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(3) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba con forma de prisma (4 x 4 x 16 cm).
(4) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y a continuación, curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba con forma de prisma (4 x 4 x 16 cm).
Ejemplo 5
Se utilizaron los siguientes materiales.
Los polvos y las mezclas de hormigón se prepararon en una mezcladora Rayneri. Se midieron los tiempos de fraguado, los valores de esparcimiento y la resistencia a la compresión y a la flexión. Los resultados obtenidos se muestran en la siguiente tabla 5.
Tabla 5
Ejemplo 6
Se utilizaron los siguientes materiales.
Los polvos y las mezclas de hormigón se prepararon en una mezcladora Rayneri. Los resultados obtenidos se
muestran en la siguiente tabla 6.
Tabla 6
(1) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba cilindrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(2) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba cilindrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(3) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba con forma de prisma (4 x 4 x 16 cm).
Tabla 6
(1) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, sobre una muestra de prueba cilíndrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(2) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba cilíndrica que presenta un diámetro de 7 cm y una altura de 14 cm.
(3) Después del curado en húmedo durante dos días a 20°C, y luego curado en húmedo durante 2 días a 90°C sobre una muestra de prueba con forma de prisma (4 x 4 x 16 cm).
Claims (10)
1. Hormigón que comprende en partes en peso:
100 de cemento Portland;
de 50 a 200 de una arena que presenta una única gradación con un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 5 mm, o una mezcla de arenas, presentando la arena más fina un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 1 mm y presentando la arena más gruesa un D10 a D90 comprendido entre 1 y 4 mm;
de 10 a 50 de un material particulado sustancialmente no puzolánico seleccionado de entre caliza triturada, carbonato de calcio precipitado y una mezcla de los mismos que presenta un tamaño de partícula medio menor que 15 |jm y que presenta un área de superficie BET comprendida entre 2 y 10 m2/g; en el que los tamaños medios de partícula y las distribuciones de partículas finas se miden en dispersión acuosa por granulometría láser;
de 0.1 a 10 de un superplastificante reductor de agua; y
de 10 a 30 de agua;
cuyo hormigón está sustancialmente libre de humo de sílice;
presentando dicho hormigón una resistencia a la compresión mayor que 100 MPa en 28 días.
2. Hormigón según la reivindicación 1, que comprende asimismo cal viva, cal calcinada u óxido de calcio.
3. Hormigón según la reivindicación 1 o 2, en la que el material no puzolánico comprende una caliza triturada.
4. Hormigón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende una caliza triturada, cuarzo triturado o un carbonato de calcio precipitado o una mezcla de los mismos.
5. Hormigón según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, que comprende fibras orgánicas o metálicas.
6. Hormigón según la reivindicación 5, que comprende del 0.5 al 3.5% de fibras metálicas en volumen con respecto al volumen del hormigón fraguado.
7. Hormigón según la reivindicación 5, que comprende del 2 al 5% de fibras orgánicas en volumen con respecto al volumen del hormigón fraguado.
8. Hormigón según la reivindicación 5, 6 o 7, que presenta una resistencia a la compresión de más de 120 MPa en 28 días.
9. Mezcla de cemento que comprende:
100 de cemento Portland;
de 50 a 200 de una arena que presenta una única gradación con un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 5 mm, o una mezcla de arenas, presentando la arena más fina un D10 a D90 comprendido entre 0.063 y 1 mm y presentando la arena más gruesa un D10 a D90 comprendido entre 1 y 4 mm;
de 10 a 50 de un material particulado sustancialmente no puzolánico seleccionado de entre caliza triturada, carbonato de calcio precipitado y una mezcla de los mismos que presenta un tamaño de partícula medio menor que 15 jm y que presenta un área de superficie BET comprendida entre 2 y 10 m2/g; en el que los tamaños medios de partícula y las distribuciones de partículas finas se miden en dispersión acuosa por granulometría láser; si no es líquida de 0.1 a 10 de un superplastificante reductor de agua; y
opcionalmente caliza calcinada o dolomía calcinada;
cuya mezcla de cemento está sustancialmente libre de humo de sílice.
10. Utilización de la mezcla de cemento según la reivindicación 9 para la fabricación de un hormigón autocompactante que presenta una resistencia a la compresión mayor que 100 MPa en 28 días.
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