ES2833426T3 - Procedimiento para la preparación de materiales compuestos de mampostería - Google Patents

Procedimiento para la preparación de materiales compuestos de mampostería Download PDF

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Abstract

Un procedimiento para la preparación de un material compuesto de mampostería, que comprende: (a) mezclar al menos un tipo de composición mineral absorbible en forma particulada, con al menos un tipo de composición de cemento y una cantidad de agua para obtener de este modo una primera mezcla; teniendo al menos el 50% en peso de las partículas de la composición mineral absorbible un tamaño menor que aproximadamente 2 mm; en el que la composición mineral absorbible es piedra caliza; teniendo la composición mineral absorbible una absorbancia líquida de al menos 25% en peso medido por las Normas Británicas BS EN 1925:1999 o BS EN 13755:2008; estando el cemento presente en la primera mezcla en una cantidad entre 5 y 15% en peso, y estando dicha cantidad de agua entre aproximadamente 15 y 30% en peso del peso total de la primera mezcla; (b) transferir la primera mezcla en un molde con una forma predeterminada; (c) aplicar presión entre aproximadamente 5 y 20 N/mm2 a una tasa de carga entre aproximadamente 0,5 y 2 N/mm2/seg sobre la primera mezcla para drenar al menos 10% en volumen de líquido de la primera mezcla, proporcionando de este modo una primera mezcla drenada; dicho drenaje de al menos 10% en volumen de líquido indica un drenaje de al menos 10% en volumen de la cantidad total de componentes líquidos en dicha primera mezcla antes de la aplicación de dicha presión; y (d) curar dicha primera mezcla drenada en condiciones de curado que permitan obtener dicho material compuesto de mampostería, teniendo el material compuesto de mampostería un contenido de agua de hasta 10% en peso de agua.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la preparación de materiales compuestos de mampostería
Campo tecnológico
La invención se refiere a la reconstitución de piedra caliza particulada en materiales compuestos de mampostería.
Técnica previa
Son enumeradas a continuación referencias consideradas relevantes como antecedentes del tópico desvelado actualmente.
[1] Vella and Cemillri, Xjenza 2005, 10, 47-54
[2] Galetakis and Raka, Minerals Engineering 2004, 17, 355-357
[3] Galetakis et al., Construction and Building Materials 2012, 26, 122-130
[4] Turgut, Materials and Structures 2008, 41, 805-813
[5] Turgut, Journal of Cleaner Production 2012, 37, 361-367
[6] AT 229213 B relates to a mortar mix for the production of limestone concrete.
[7] Turgut, Building and Environment 2007, 42, 3801-3807 presents a parametric experimental study which investigates the potential use of limestone powder wastes (LPW) and wood sawdust wastes (WSW) combination for producing a lightweight composite as a building material
[8] DE 19526541 A relates to mineral, fibre-reinforced composite materials and to processes for their production.
[9] GB 1197438 A relates to concrete mixes, suitable for use in the production os concrete articles by a pressing process.
No se debe inferir por el reconocimiento de las referencias anteriores en la presente memoria que estas sean de alguna manera relevantes para la patentabilidad del tópico actualmente desvelado.
Antecedentes
La creciente demanda de materiales de construcción ha provocado un aumento de la actividad de extracción de piedra caliza natural en todo el mundo. Los residuos de piedra caliza particulada, que tienen varios grados de tamaño de partícula, son un subproducto resultante del procedimiento de extracción [1]. Tales subproductos particulados son usados como aditivos en las industrias del hormigón y pavimentación, usando las fracciones finas y gruesas de la piedra caliza particulada. Sin embargo, las fracciones de tamaño intermedio, que constituyen el principal producto de desecho de extracción de piedra caliza, típicamente requieren un procesamiento adicional de reducción del tamaño de partícula para poder usar también la piedra caliza como aditivos para materiales de ingeniería.
En los últimos años han sido realizados diversos estudios que abordan la utilización de residuos en polvo de piedra caliza como materia prima para productos de construcción, como mezclas de hormigón, aditivos añadidos para pavimentación, aditivos para mezclas de mampostería, etc. Estos típicamente involucran la mezcla de polvos finos de piedra caliza con arena o material añadido adicional, junto con diferentes aglutinantes y aditivos [2-5].
Comúnmente, las composiciones a base de cemento son usadas como aglutinantes para los polvos o añadidos de piedra caliza, lo que requiere la adición de agua para facilitar el procesamiento y endurecimiento de las mezclas. Diversas investigaciones centradas en las propiedades de tales mezclas mostraron que el uso de una relación alta de agua a cemento de las composiciones analizadas [2-3] produjo una alta contracción y fluencia del hormigón endurecido en ladrillos de construcción a base de piedra caliza.
Con la creciente producción de residuos en polvo a base de piedra caliza y el deseo de materiales de construcción sustentables, existe la necesidad de procedimientos que utilicen residuos de piedra caliza particulada de tamaño intermedio, así como productos que los comprendan.
Descripción general
La presente invención tiene como objetivo proporcionar procedimientos para la preparación de materiales compuestos de mampostería, es decir, materiales usados en estructuras de ingeniería de edificios, tales como bloques de construcción, tejas, losas de pavimento, etc.
Por lo tanto, en uno de sus aspectos, la invención proporciona un procedimiento para la preparación de un material compuesto de mampostería de acuerdo con la reivindicación 1 en las reivindicaciones adjuntas. La invención proporciona un procedimiento para la preparación de material compuesto de mampostería, que comprende:
(a) mezclar al menos un tipo de composición mineral absorbible en forma particulada, con al menos un tipo de composición de cemento y una cantidad de agua para obtener de este modo una primera mezcla; teniendo al menos el 50% en peso de las partículas de la composición mineral absorbible un tamaño menor que aproximadamente 2 mm; en el que la composición mineral absorbible es piedra caliza; teniendo la composición mineral absorbible una absorbancia líquida de al menos 25% en peso medida por las Normas Británicas BS EN 1925:1999 o BS EN 13755:2008; estando el cemento presente en la primera mezcla en una cantidad entre 5 y 15% en peso, y dicha cantidad de agua está entre aproximadamente 15 y 30% en peso del peso total de la primera mezcla;
(b) transferir la primera mezcla a un molde que tiene una forma predeterminada;
(c) aplicar presión entre 5 y 20 N/mm2 a una tasa de carga de entre aproximadamente 0,5 y 2 N/mm2/seg en la primera mezcla para drenar al menos 10% en volumen de líquido de la primera mezcla, proporcionando de este modo una primera mezcla drenada; dicho drenaje de al menos 10% en volumen de líquido indica el drenaje de al menos 10% en volumen de la cantidad total de componentes líquidos en dicha primera mezcla antes de la aplicación de dicha presión y
(d) curar dicha primera mezcla drenada en condiciones de curado que permiten obtener dicho material compuesto de mampostería, teniendo el material compuesto de mampostería un contenido de agua de hasta 10% en peso de agua.
En algunas realizaciones, al menos 15% de líquido es drenado de la primera mezcla en la etapa (c).
En algunas realizaciones, la primera mezcla en la etapa (a) tiene un peso inicial, la primera mezcla drenada tiene un peso intermedio después de la etapa (c), en el que dicho peso intermedio es menor en al menos 2,5% de dicho peso inicial.
El componente principal del material compuesto de mampostería es la composición mineral absorbible en forma particulada; en el que la composición mineral absorbible es piedra caliza. El término composición mineral se refiere a cualquier composición de materia compuesta de materiales minerales, tal como minerales a base de carbonato, silicatos, aluminatos, óxidos, etc., y cualquiera de sus mezclas. Por lo tanto, según lo descrito en la presente memoria, dicho al menos un tipo de composición mineral absorbible comprende al menos uno de los minerales a base de carbonato, silicatos, aluminatos, óxidos y cualquiera de sus mezclas.
La composición mineral absorbible de la invención es caracterizada por tener una absorbancia líquida de al menos el 25% en peso de la composición mineral. En el contexto de la presente divulgación, la composición mineral absorbible es capaz de absorber y retener al menos el 25% en peso de líquido (por ejemplo agua) sobre la base de su peso inicial. Por tanto, las composiciones minerales adecuadas para llevar a cabo la invención son aquellas definidas por tener la capacidad de absorción deseada, es decir, que son composiciones minerales absorbibles que tienen una absorbancia líquida de al menos el 25% en peso.
Como puede apreciar un experto en la técnica, la capacidad de absorción de la composición mineral absorbible puede ser determinada mediante cualquier técnica adecuada conocida en la materia. De acuerdo con la invención, la capacidad de absorción de la composición mineral absorbible es determinada según las Normas Británicas BS EN 1925:1999 ( Natural stone test methods: Determination of waterabsorption coefficient by capillary) o BS EN 13755:2008 ( Natural stone test methods: Determination of water absorption at atmospheric pressure).
La composición mineral absorbible es piedra caliza (tal como piedra caliza Globigerina).
En particular, la al menos una composición mineral absorbible es piedra caliza en forma de particulada. La piedra caliza es una roca sedimentaria, compuesta principalmente por diferentes relaciones de cristales de carbonato de calcio (CaCO3). La calcita (carbonato de calcio trigonal) es el polimorfo cristalino predominante que compone la piedra caliza natural [3], con cantidades traza de aragonito (carbonato de calcio ortorrómbico), vaterita (carbonato de calcio hexagonal), dolomita (MgCa (CO3)) y cuarzo.
Los ejemplos no limitantes de tipos de piedra caliza son la piedra caliza Globigerina, piedra caliza Tura, piedra caliza Mokattam, beige noir, mármol negro Ashford, piedra caliza Aymestry, piedra de Bath, piedra de Beer, Blackrock, piedra caliza Blisworth, piedra caliza carbonífera, piedra caliza Charlestown, piedra caliza coralina, piedra de Cotswold, piedra de Headington, piedra caliza Coniston, piedra de Ketton, piedra caliza Lincolnshire, piedra caliza Portland, piedra de Istria, piedra caliza Solnhofen, piedra caliza Jura, piedra caliza Capri, Meleke, piedra de Jerusalén, formación Brassfield, piedra caliza Columbus, Coquina, piedra caliza Indiana, piedra caliza Harrodsburg, piedra caliza Kaibab, piedra caliza Kasota, piedra caliza Keyser, piedra caliza St. Louis, piedra caliza Keystone, piedra caliza Greenbrier, piedra caliza Algonquin, piedra caliza Eramosa, piedra caliza Wallabi, piedra Oamaru y otras.
En algunas realizaciones, la piedra caliza es piedra caliza Globigerina.
Otros tipos de composiciones minerales absorbibles según lo descrito en la presente memoria pueden ser varios tipos de minerales de silicato o aluminato.
La composición mineral absorbible, que es piedra caliza, usada en los procedimientos de la invención está en forma particulada, es decir, partículas sueltas, en las que al menos el 50% en peso de las partículas de material mineral absorbible tienen un tamaño menor que aproximadamente 2 mm. En algunas realizaciones, al menos el 50% en peso de las partículas de material mineral absorbible tienen un tamaño menor que 1 mm, un tamaño menor que 0,5 mm, un tamaño menor que 0,25 mm o incluso un tamaño menor que 0,125 mm.
Cabe señalar que el tamaño de partícula puede ser medido mediante cualquier procedimiento conocido por un experto en la técnica. El término tamaño de partícula se refiere a los diámetros medidos de las partículas. En el caso de partículas no esféricas (por ejemplo, partículas alargadas), el término se refiere a la longitud del eje más largo de la partícula.
Las partículas de la composición mineral absorbible son mezcladas con al menos un tipo de composición cementicia y una cantidad de agua para formar una primera mezcla. Las composiciones de cemento, dentro del contexto de la presente invención, se refieren a composiciones de materia que experimentan cementación hidráulica, son mezclas de cemento que se endurecen después de la hidratación, lo que produce una reacción química entre el polvo de cemento anhidro y el agua. Una mezcla de cemento típica comprende principalmente óxido de calcio (CaO o cal viva) y yeso (CaSO4 '2 H2O), así como varios aditivos de silicato de calcio y alúmina de calcio.
En algunas realizaciones, dicha al menos un tipo de composición de cemento es seleccionada de cemento Portland ASTM C150 tipo I, cemento Portland ASTM C150 tipo II, cemento Portland ASTM C150 tipo III, cemento Portland ASTM C150 tipo IV, cemento Portland ASTM C150 tipo V, cemento Portland EN 197-1, cemento compuesto Portland EN 197-1, cemento de alto horno, cemento puzolánico y cemento Portland blanco.
En otras realizaciones, la composición de cemento es cemento compuesto Portland EN 197-1 (CEM II).
De acuerdo con la invención, la composición de cemento constituye entre 5 y 15% en peso del peso total de la primera mezcla.
Como se señaló anteriormente, la composición mineral absorbible y la composición de cemento son mezcladas con una cantidad de agua. En el caso de la presente invención, la relación de agua a cemento de la composición es de al menos 1:1, típicamente al menos 1,5:1, y preferentemente al menos 2:1 (es decir, 2 partes de agua por 1 parte de cemento). Por tanto, es añadida agua a la mezcla, lo que da como resultado un porcentaje en peso de agua mayor al porcentaje en peso de la composición de cemento en la primera mezcla. Sin estar sujeto por la teoría, tal contenido de alto de agua produce una distribución más homogénea de los componentes en la mezcla y facilita una mejor procesabilidad de la mezcla.
De acuerdo con la invención, dicha cantidad de agua es de entre aproximadamente 15 y 30% en peso del peso total de la primera mezcla.
Una vez formada, la primera mezcla es transferida a un molde (o una pluralidad de moldes), con una forma predeterminada. La forma del molde puede ser cualquier forma deseada, simétrica (tal como un cubo o un cilindro) o asimétrica, y puede o no comprender perforaciones para permitir el drenaje de líquido de la mezcla contenida en el molde. Además, la superficie interior del molde puede estar revestida con una capa de material absorbente, tal como fieltro o papel. El molde está hecho típicamente de un material de alta resistencia, tal como metal, cerámica, materiales compuestos, etc.
La primera mezcla puede ser transferida al molde en una operación única, es decir, transferir una cantidad única de mezcla para llenar el volumen interno entero del molde; o por lotes, en el que después de cada lote la mezcla es ligeramente comprimida, hasta que el volumen del molde se llena completamente con la mezcla.
A continuación, es aplicada presión a la primera mezcla contenida en el molde para drenar el líquido de la mezcla. La presión se puede aplicar en forma uniaxial, biaxial o hidrostática, bajo una tasa de carga constante, y mantener durante un período de tiempo a fin de drenar al menos 10% en volumen, típicamente al menos 15% en volumen, de líquido de la primera mezcla, de este modo se obtiene la mezcla drenada. En algunas realizaciones, la presión se mantiene durante un período de tiempo suficiente para drenar al menos el 20% en volumen de líquido de la primera mezcla. En otras realizaciones, la presión es mantenida hasta que al menos el 25% en volumen de líquido es drenado de la primera mezcla. Se debe entender que la cantidad de líquido drenado es relativa a la cantidad de componentes líquidos introducidos en la primera mezcla; es decir, en los procedimientos de la invención, al menos 10% en volumen de líquido se refiere a al menos 10% en volumen de la cantidad total de componentes líquidos en la primera mezcla antes de la aplicación de la compresión.
El líquido drenado comprende predominantemente agua; sin embargo, también puede comprender oligoelementos de componentes solubles, parcialmente solubles o suspendidos que existen en la primera mezcla. Cuando se hace referencia al drenaje de al menos 10% en volumen de líquido para obtener una mezcla drenada, el término líquido se refiere a la cantidad total de material drenado de la mezcla, a saber, agua y oligoelementos de componentes solubles, parcialmente solubles o suspendidos.
De acuerdo con la invención, dicha presión es de entre aproximadamente 5 y 20 N/mm2 y es aplicada a una tasa de carga de entre aproximadamente 0,5 y 2 (N/mm2)/seg.
Después de completar la aplicación de presión, la mezcla drenada se cura, a saber, se deja endurecer, en condiciones de curado que permiten obtener dicho material compuesto de mampostería.
En algunas realizaciones, dichas condiciones de curado son al menos una de temperatura elevada, humedad elevada, y un período de tiempo. En tales realizaciones, el período de curado puede ser de entre aproximadamente 5 y 30 días. En otras realizaciones, el período de curado puede ser de aproximadamente 7 a 28 días.
En otras realizaciones, la temperatura de curado elevada puede estar entre aproximadamente 20 y 120 °C.
Los procedimientos de la invención pueden comprender, mediante algunas realizaciones, una etapa de desmolde de la primera mezcla drenada del molde después de aplicar dicha presión (es decir, una etapa (c') entre las etapas (c) y (d)). Por lo tanto, en algunas realizaciones, la mezcla drenada es curada tras el desmolde.
El control del contenido de agua en el material compuesto de mampostería también puede ser determinado por la diferencia de peso entre el peso inicial, es decir, el peso de la primera mezcla después de completar la mezcla, y el peso intermedio del material compuesto de mampostería después de completar la compresión. Por lo tanto, en un aspecto de la invención, el procedimiento es caracterizado por un peso intermedio que es menor en al menos un 2,5% del peso inicial. En el contexto de la presente divulgación se debe entender que la diferencia entre el peso inicial y el peso intermedio se debe al drenaje del líquido de la primera mezcla resultante de la compresión aplicada sobre la primera mezcla. Es decir, en algunas realizaciones, la diferencia de peso de al menos el 2,5% entre el peso inicial y el peso intermedio es igual al drenaje de al menos el 10% de líquido de la primera mezcla, con relación a la cantidad de componentes líquidos introducidos en la primera mezcla antes de la compresión.
De acuerdo con la invención, el contenido de agua en el material compuesto de mampostería es de hasta el 10% en peso del peso total del material compuesto de mampostería.
En algunas otras realizaciones, el contenido de agua en el material compuesto de mampostería (es decir, después del curado) es de hasta 7,5% en peso, hasta 5% en peso, hasta 2,5% en peso o incluso hasta 1% en peso del peso total del material compuesto de mampostería.
Una vez obtenido mediante los procedimientos de la invención, el material compuesto de mampostería de la invención también puede ser procesado para obtener material compuesto de mampostería reconstituido. Por lo tanto, los procedimientos de la invención pueden comprender además un ciclo de reconstitución para procesar adicionalmente el material compuesto de mampostería. En algunas realizaciones, dicho ciclo de reconstitución puede comprender las etapas de:
(e) triturar el material compuesto de mampostería obtenido en la etapa (d) a un tamaño de partícula entre aproximadamente 0,35 y 2 mm, para obtener de este modo el material compuesto de mampostería triturado;
(f) mezclar el material compuesto de mampostería triturado con agua y al menos un aglutinante de cemento (por ejemplo, cemento Portland), para obtener de este modo una segunda mezcla,
(g) aplicar presión en la segunda mezcla para drenar al menos 10% en volumen del líquido de la segunda mezcla para obtener de este modo una segunda mezcla drenada;
(h) curar dicha segunda mezcla drenada en condiciones que permitan obtener un material compuesto de mampostería reconstituido,
En algunas realizaciones, al menos 15% de líquido se drena de la segunda mezcla en la etapa (g).
En otras realizaciones, la relación de peso entre el agua y dicho aglutinante de cemento en la segunda mezcla es de al menos aproximadamente 1:1, 1,5:1, o incluso 2:1.
El ciclo de reconstitución, en algunas realizaciones, se puede repetir al menos una vez. En otras realizaciones, el ciclo de reconstitución (es decir, las etapas (e)-(h)) se repite entre 1 y 5 veces, por ejemplo, 1, 2, 3, 4 o 5 veces.
El ciclo de reconstitución también puede comprender una etapa de desmolde de la segunda mezcla drenada del molde (es decir, etapa (g ') entre las etapas (g) y (h)).
En algunas realizaciones, el contenido de agua en el material compuesto de mampostería reconstituido (es decir, después del curado) es de hasta 10% en peso, hasta 7,5% en peso, hasta 5% en peso o incluso hasta 2,5% en peso.
Las primeras y/o segundas mezclas, en algunas realizaciones, pueden comprender además al menos un aditivo para controlar o cambiar las propiedades de la primera mezcla, la segunda mezcla o el material compuesto de mampostería.
Estos aditivos pueden ser, por ejemplo, agentes de control de la viscosidad, tensioactivos, estabilizantes, aceleradores del endurecimiento, inhibidores del endurecimiento y otros.
Según lo descrito en la presente memoria, es proporcionado un material compuesto de mampostería preparado mediante un procedimiento según lo descrito en la presente memoria.
Según lo descrito en la presente memoria, es proporcionado un material compuesto de mampostería que comprende al menos un tipo de composición mineral absorbible de la cual al menos el 50% en peso es de partículas con un tamaño menor que 2 mm, al menos un tipo de composición de cemento y hasta un 10% en peso de agua, el material compuesto de mampostería tiene una resistencia a fallas por compresión de al menos 7 N/mm2 a una tasa de carga de 0,1 (N/mm2)/seg.
Según lo descrito en la presente, el material compuesto de mampostería tiene una resistencia a fallas por compresión entre aproximadamente 7 N/mm2 y 30 N/mm2 a una tasa de carga de 0,1 (N/mm2)/seg.
Según lo descrito en la presente, el material compuesto de mampostería tiene una densidad entre aproximadamente 1800 y 2200 Kg/m3.
Según lo descrito en la presente, dicho al menos un tipo de composición mineral absorbible comprende al menos uno de minerales a base de carbonato, silicatos, aluminatos, óxidos y cualquiera de sus mezclas.
La composición mineral absorbible es piedra caliza (tal como piedra caliza Globigerina).
De acuerdo con algunas realizaciones, dicha al menos un tipo de composición de cemento es seleccionada de cemento Portland ASTM C150 Tipo I, cemento Portland ASTM C150 Tipo II, cemento Portland ASTM C150 Tipo III, cemento Portland ASTM C150 Tipo IV, cemento Portland ASTM C150 Tipo V, cemento Portland EN 197-1, cemento compuesto Portland EN 197-1 (CEM II), cemento de alto horno, cemento puzolánico y cemento Portland blanco.
En otras realizaciones, la composición de cemento es cemento compuesto Portland EN 197-1 (CEM II).
Según lo descrito en la presente, el al menos un tipo de cemento es de una cantidad de entre aproximadamente 5 y 15% en peso del peso total del material compuesto de mampostería.
Según lo descrito - pero no reivindicado - en la presente, es proporcionado un procedimiento para la preparación de un material compuesto de mampostería, que comprende:
(a) mezclar al menos un tipo de composición mineral absorbible en forma particulada, con al menos un tipo de composición de cemento y una cantidad de agua para obtener de este modo una primera mezcla; teniendo al menos 50% en peso de las partículas de la composición mineral absorbible un tamaño menor que aproximadamente 2 mm;
(b) transferir la primera mezcla a un molde que tiene una forma predeterminada;
(c) aplicar presión en la primera mezcla para drenar al menos 10% de líquido de la primera mezcla, proporcionando de este modo una primera mezcla drenada;
(d) curar dicha primera mezcla drenada en condiciones de curado que permiten obtener dicho material compuesto de mampostería,
comprendiendo el material compuesto de mampostería hasta 10% en peso de agua, y teniendo una resistencia a fallas por compresión de al menos 7 N/mm2 a una tasa de carga de 0,1 (N/mm2)/seg.
Según lo descrito en la presente, es proporcionada una estructura que comprende el material compuesto de mampostería según lo descrito en la presente.
Como se usa en la presente memoria, la forma singular "un", "una" y "el/la" incluyen referencias en plural a menos que el contexto indique claramente lo contrario. El término "aproximadamente" se considera que abarca una desviación del ±10% del valor de un parámetro mencionado específicamente, tal como temperatura, presión, concentración, etc. Siempre que se indique en la presente un intervalo numérico, se considera que incluye cualquier número citado (fraccional o entero) dentro del intervalo indicado.
Las frases "variando/que varía entre" un primer número indicado y un segundo número indicado y "variando/que varía de" un primer número indicado "a" un segundo número indicado son usadas en la presente indistintamente y están destinadas a incluir los primeros y segundos números indicados y todos los números fraccionarios y enteros entre estos. Cabe señalar que cuando son descritas diversas realizaciones usando un intervalo dado, el intervalo se da como tal simplemente por conveniencia y brevedad y no se debe interpretar como una limitación inflexible del alcance de la invención. Por consiguiente, se debe considerar que la descripción de un intervalo ha desvelado específicamente todos los posibles subintervalos así como valores numéricos individuales dentro de ese intervalo.
Breve descripción de las figuras
Con el fin de comprender mejor el tópico descrito en la presente memoria y para ejemplificar cómo puede ser llevado a cabo en la práctica, son descritas a continuación realizaciones, a modo de ejemplo no limitante únicamente, con referencia a las Figuras adjuntas, en las que:
La Fig. 1 muestra la distribución de tamaño de partícula de las partículas de piedra caliza y del residuo de piedra caliza particulada triturada.
La Fig. 2 muestra la resistencia a fallas por compresión en diferentes períodos de curado del material compuesto de mampostería de la invención.
Descripción detallada de realizaciones
La resistencia a fallas por compresión de todas las muestras probadas descritas a continuación fue probada a una tasa de carga constante de 0,1 (N/mm2)/seg.
Muestras de referencia
Conjunto de referencia 1 (muestras 1-4)
El conjunto de referencia 1 incluye composiciones que comprenden un aglutinante cementicio, así como material añadido convencional típicamente usado en bloques de mampostería.
Las mezclas de las composiciones presentadas en la Tabla 1 fueron moldeadas en moldes de 150x150x150 mm, revestidos con un revestimiento de cartón. Fue colocado un tubo de PVC perforado en el centro de cada molde para ayudar al drenaje del agua durante la compactación.
Los materiales secos fueron colocados en un mezclador y después el agua fue vertida lentamente durante la mezcla. La piedra caliza en polvo usada es caracterizada por una fracción de aproximadamente 50% en peso de la muestra que tiene un tamaño de partícula comprendido entre 0,045 mm y 0,063 mm. Después, fue llevada a cabo la mezcla durante aproximadamente 10 minutos. Después, las mezclas fueron inicialmente compactadas manualmente en los moldes.
Tabla 1: Conjunto de referencia 1 - Composiciones de mezcla
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Después de la compactación inicial, las mezclas fueron comprimidas de acuerdo con los parámetros de compresión indicados en la Tabla 2.
Tabla 2: Conjunto de referencia 1 - parámetros de compresión y resultados de prueba
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Después del desmolde, fue observado que se produjo un agrietamiento considerable de la superficie, probablemente debido a la contracción de la superficie de la mezcla. El mayor porcentaje de grietas superficiales se produjo en la superficie expuesta del cubo de prueba; sin embargo, fueron observadas pequeñas grietas superficiales en las caras moldeadas del cubo.
Las muestras fueron pesadas antes del curado en horno, cada muestra fue curada en horno durante un período de 10 días a una temperatura controlada de 34 °C. Cada muestra fue pesada diariamente para determinar la pérdida de agua durante el curado. Las muestras fueron retiradas del horno después de diez días de curado y fueron dejadas curar al aire durante siete días más, durante este período fue observado que el peso de la muestra aumentó nuevamente, lo que indica que el material puede ser higroscópico.
La prueba de los cubos fue llevada a cabo en una máquina trituradora de cubos. Los cubos se colocaron en la máquina de prueba con el tubo de drenaje ubicado horizontalmente a través de la muestra, orientado hacia afuera desde la máquina de compresión. Mediante la colocación de la muestra de esta manera fue asegurado que la muestra puede ser cargada a través de dos de las caras paralelas del cubo, y también permitió la observación de los efectos de dejar el tubo de drenaje dentro del bloque de prueba. Los resultados de las pruebas se dan en la Tabla 4 a continuación.
La Tabla 4 muestra la densidad relativa de cada mezcla en comparación con la densidad de la piedra caliza Globigerina (1750 kg/m3). Puede ser observado que las mezclas con menor proporción de agua usadas durante la mezcla obtuvieron una mayor densidad de muestra. Además, el uso de una fuerza de compresión mayor durante la compactación también produce un bloque de mayor densidad. La densidad de los cubos individuales puede tener un efecto directo sobre la resistencia a la compresión durante la prueba.
Puede ser observado que las muestras de referencia del conjunto 1 tienen un intervalo de resistencias a la compresión que varían entre 1,36 N/mm2 y 3,89 N/mm2 La muestra con la mayor densidad (muestra 3), que tiene la mayor carga de compactación, con el menor contenido de agua, usando un aglutinante de cemento 5%, en efecto proporcionó la mayor resistencia a la compresión. De manera similar, la muestra 4 fue sometida a una carga de compactación idéntica y tiene el mismo contenido de agua; sin embargo, el cemento ha sido reemplazado por poliacrilamida. La pérdida de resistencia resultante es de aproximadamente 22%.
Conjunto de referencia 2 (muestra 5)
El conjunto de referencia 2 incluyó una composición a base de piedra caliza en polvo sin ningún material añadido. Las muestras fueron producidas sin realizar ninguna prueba de compresión después del moldeo. Fue usada una composición que comprende 5815 g de piedra caliza en polvo, 675 g de cemento Portland (CEM II) y 1500 ml de agua. La piedra caliza en polvo usada es caracterizada por una fracción de aproximadamente 50% en peso de la muestra que tiene un tamaño de partícula comprendido entre 0,045 mm y 0,063 mm.
Fueron llenados moldes de prueba cúbicos en tres capas y apisonados extensamente para eliminar el aire atrapado. El molde se dejó reposar durante 2 días antes de desmoldar el cubo. El cubo estaba muy húmedo al tacto, y después de otros 5 días de curado al aire, el cubo todavía estaba húmedo al tacto, lo que indica que todavía estaba presente una cantidad sustancial de agua en el cubo. El cubo después se sometió a una fuerza de compresión a la falla, la falla ocurrió a una carga de 77,8 kN (3,45 N/mm2), sustancialmente menor que todas las demás muestras que tienen un porcentaje equivalente de cemento, como se mostrará a continuación. Se calculó que la densidad es 1778 kg/m3. La falta de una carga de compactación produjo una resistencia a la compresión muy baja, con un modo de falla diferente en comparación con los cubos de mayor resistencia (analizado más adelante). Se observaron cavidades de aire en el cubo solidificado.
Muestras comprimidas (muestras 6-11)
Las muestras cúbicas (numeradas de 6 a 11) de aprox. 150x150x150 mm fueron preparadas a partir de diferentes mezclas y sometidas a diferentes parámetros de compresión después del moldeo y diferentes condiciones de curado. Los datos sobre las muestras 6-11 son proporcionados en la Tabla 3.
Tabla 3: Parámetros de preparación de las muestras 6-11
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La piedra caliza en polvo usada es caracterizada por una fracción de aproximadamente el 50% en peso de la muestra que tiene un tamaño de partícula comprendido entre 0,045 mm y 0,063 mm. Fueron medidas la resistencia al aplastamiento y la densidad de cada muestra. Los resultados son proporcionados en la Tabla 4.
Tabla 4: Resultados de resistencia al aplastamiento y densidad para las muestras 1-11
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A partir de los resultados, es evidente que el aumento del contenido de cemento y agua aumentó la resistencia a la compresión de la mezcla. Además, el aumento de la carga de compactación parece aumentar la resistencia a la compresión de la mezcla. La disminución del contenido de cemento de 15% a 10%, pero con el aumento de la carga de compactación de 150 kN a 300 kN también proporciona un aumento relativo en la resistencia a la compresión de la muestra, 6,09 en comparación con 8,36 N/m
Residuos de piedra caliza triturada
En las pruebas 1-11 detalladas anteriormente fue usada piedra caliza natural en polvo como la principal composición mineral absorbible de la mezcla. Como también se desea reciclar residuos de construcción a base de piedra caliza y para producir un material resistente y duradero adecuado para su reutilización en la industria de la construcción, fueron analizadas muestras con residuos de construcción a base de piedra caliza triturada.
Por tanto, los residuos de construcción a base de piedra caliza fueron triturados bajo diferentes parámetros para obtener residuos a base de piedra caliza en polvo de diversos tamaños de partículas, como se muestra en la Fig. 1.
Para todas las muestras, el tamaño promedio de partícula obtenido fue mayor que el usado para la preparación de las muestras 1-11 anteriores, con una fracción predominante de partículas entre 0,063 y 0,125 mm.
Fueron llevadas a cabo varias pruebas para establecer los efectos del tamaño de partícula sobre la resistencia al aplastamiento de la muestra. Las muestras resultantes produjeron un nivel aceptable de resistencia al aplastamiento, lo que sugiere que los tamaños de partículas relativamente gruesos obtenidos del procedimiento de trituración no tienen un efecto perjudicial sobre la resistencia al aplastamiento de la materia reconstituida.
Efecto de la presión y el tiempo de curado sobre la resistencia al aplastamiento (muestras 12-19)
Otro parámetro investigado fue el efecto de la presión aplicada durante el procedimiento de consolidación, y el efecto que tiene la presión sobre el drenaje libre del agua libre en la mezcla.
Fueron preparadas muestras moldeadas en cilindros de acero de 100 mm de diámetro. Las muestras consistieron en polvo de piedra caliza clasificada reciclada, cemento CEMII y agua. La dimensión física reducida de la muestra permitió retirar el tubo de drenaje central de PVC usado en las muestras cúbicas de 150 mm. Este enfoque de compactación también fue favorecido por el hecho de que las cargas de compresión usadas durante las pruebas también fueron aplicadas en la misma dirección que las fuerzas de compactación iniciales usadas para producir la muestra. Fue usado un revestimiento absorbente de agua para facilitar el drenaje del agua libre en la mezcla. En promedio, 10 al 15% de líquido fue drenado de las mezclas durante la aplicación de la compresión.
Las muestras fueron curadas durante diferentes períodos de tiempo; cada muestra cilíndrica, una vez que alcanzó el tiempo de curado requerido, fue orientada para asegurar una superficie lo más paralela posible, de este modo se evita cualquier concentración de tensión no deseada durante la prueba. La tasa de carga usada durante la prueba fue de 0,1 (N/mm2)/seg.
Fueron producidos ocho especímenes (muestras 12-19), cada uno analizado después de 3, 7, 14 y 28 días de curado. Además de estas pruebas, fueron llevadas a cabo diversas pruebas usando residuos de piedra caliza Globigerina triturados como principal constituyente de la mezcla, de diferentes distribuciones y tamaños de partículas, el tamaño varió entre 0,35 mm y 2 mm. Los resultados de las pruebas son presentados en la Tabla 5 y la Fig. 2. Todas las muestras fueron comprimidas a una carga de 100 kN. Las muestras fueron analizadas en una máquina de compresión y cargadas a una tasa de 0,1 (N/mm2)/seg.
Tabla 5 : Resultados de aplastamiento y densidad para muestras 12-19
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A partir de la Tabla 5 puede ser observado que las muestras sometidas a una carga de compactación prolongada presentan una mayor resistencia a la compresión durante las pruebas unitarias. La tensión de falla más baja obtenida mediante la prueba de muestras que han sido curadas durante un período de 28 días varía de 9,75 N/mm2 (carga de compactación alcanzada y descargada) a 14,67 N/mm2 (carga de compactación mantenida durante un período de 30 minutos en la muestra antes de liberar).
Fue evaluada la resistencia a la compresión del material compuesto de mampostería de la invención en comparación con bloques de piedra caliza de cantera.
Han sido obtenidos varios bloques de piedra caliza de una cantera conocida. Cada bloque de piedra caliza fue etiquetado y fueron extraídos varios cilindros de 100 mm de diámetro. Todas las muestras de prueba fueron cortadas a una altura de 100 mm, y la fuerza de compresión fue aplicada perpendicularmente a los planos del lecho de la piedra caliza. A partir de las pruebas realizadas fue observado que la resistencia a la compresión de la piedra de construcción Globigerina variaba entre 11,57 N/mm2 y 15,78 N/mm2, lo que da un promedio de 13,89 N/mm2. Cuando se compara con los compuestos de la invención, puede ser observado que las resistencias a la compresión de las composiciones de la invención son al menos comparables, y en algunas muestras incluso superiores, a las de los bloques de piedra caliza natural consultados.
Reconstitución del material compuesto de mampostería
Fue evaluada la determinación de la repetibilidad del procedimiento de reciclado/reconstitución (es decir ciclo de reconstitución). Varios cilindros del material de mampostería de la invención fueron preparados y probados hasta su falla. El material resultante fue reprocesado nuevamente, recomprimido y probado hasta su falla. Este procedimiento se repitió tres veces (es decir, el material reciclado fue triturado, clasificado, mezclado y reconstituido nuevamente). Los resultados son proporcionados en las Tablas 6-8. Las proporciones de agua, cemento y piedra caliza fueron ajustadas durante el ciclo de reconstitución posterior, para mantener una relación constante de agua, cemento y piedra caliza como en el material de mampostería original usado en cada conjunto de muestras. El drenaje de líquido para cada muestra de reconstitución fue promediado para que esté entre 10% y 15%.
Tabla 6: Resultados de la prueba de aplastamiento para las muestras después del 1er ciclo de reconstitución (estrés por compresión promedio de la muestra de 12,05 N/mm2; densidad promedio de las muestras - 2038 kg/m3)
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Tabla 7: Resultados de la prueba de aplastamiento para las muestras después del 2do ciclo de reconstitución (estrés por compresión promedio de la muestra de 12,03 N/mm2; densidad promedio de las muestras -1979 kg/m3)
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Tabla 8: Resultados de la prueba de aplastamiento para las muestras después del 3er ciclo de reconstitución (estrés por compresión promedio de la muestra de 11,98 N/mm2; densidad promedio de las muestras -1935 kg/m3)
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Es evidente a partir de las Tablas 6-8 que el material compuesto de mampostería sometido a repetidas reconstituciones tiene un buen desempeño, con una resistencia a fallas al menos comparable a la de los bloques de piedra caliza natural consultados.

Claims (9)

  1. REIVINDICACIONES
    i . Un procedimiento para la preparación de un material compuesto de mampostería, que comprende:
    (a) mezclar al menos un tipo de composición mineral absorbible en forma particulada, con al menos un tipo de composición de cemento y una cantidad de agua para obtener de este modo una primera mezcla; teniendo al menos el 50% en peso de las partículas de la composición mineral absorbible un tamaño menor que aproximadamente 2 mm; en el que la composición mineral absorbible es piedra caliza; teniendo la composición mineral absorbible una absorbancia líquida de al menos 25% en peso medido por las Normas Británicas BS EN 1925:1999 o BS EN 13755:2008; estando el cemento presente en la primera mezcla en una cantidad entre 5 y 15% en peso, y estando dicha cantidad de agua entre aproximadamente 15 y 30% en peso del peso total de la primera mezcla;
    (b) transferir la primera mezcla en un molde con una forma predeterminada;
    (c) aplicar presión entre aproximadamente 5 y 20 N/mm2 a una tasa de carga entre aproximadamente 0,5 y 2 N/mm2/seg sobre la primera mezcla para drenar al menos 10% en volumen de líquido de la primera mezcla, proporcionando de este modo una primera mezcla drenada; dicho drenaje de al menos 10% en volumen de líquido indica un drenaje de al menos 10% en volumen de la cantidad total de componentes líquidos en dicha primera mezcla antes de la aplicación de dicha presión; y
    (d) curar dicha primera mezcla drenada en condiciones de curado que permitan obtener dicho material compuesto de mampostería, teniendo el material compuesto de mampostería un contenido de agua de hasta 10% en peso de agua.
  2. 2. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que al menos 15% del líquido es drenado de la primera mezcla en la etapa (c).
  3. 3. El procedimiento de la reivindicación 1 o 2, en el que la primera mezcla en la etapa (a) tiene un peso inicial, la primera mezcla drenada tiene un peso intermedio después de la etapa (c), en el que el peso intermedio es menor en al menos 2,5% que dicho peso inicial.
  4. 4. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en el que dicho al menos un tipo de composición de cemento es seleccionado de cemento Portland ASTM C150 Tipo I, cemento Portland ASTM C150 Tipo II, cemento Portland ASTM C150 Tipo III, cemento Portland ASTM c 150 Tipo IV, cemento Portland ASTM C150 Tipo V, cemento Portland EN 197-1, cemento compuesto Portland EN 197-1 (CEM II), cemento de alto horno, cemento puzolánico y cemento Portland blanco, y sus mezclas.
  5. 5. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en el que dicho procedimiento además comprende una etapa (c') entre las etapas (c) y (d), de desmolde de la primera mezcla drenada del molde.
  6. 6. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en el que dichas condiciones de curado son al menos una de temperatura elevada, un período de tiempo y presión elevada, opcionalmente en el que dicho período de tiempo es de entre aproximadamente 5 y 30 días, y/o dicha temperatura elevada está entre aproximadamente 20 y 120 °C.
  7. 7. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en el que dicha primera mezcla además comprende al menos un aditivo, opcionalmente en el que dicho al menos un aditivo es seleccionado de agentes de control de la viscosidad, tensioactivos, estabilizantes, aceleradores del endurecimiento, inhibidores del endurecimiento, y sus mezclas.
  8. 8. El procedimiento de una cualquiera de las reivindicaciones 1-7, que además comprende un ciclo de reconstitución que comprende las etapas de:
    (e) triturar el material compuesto de mampostería obtenido en la etapa (d) a un tamaño de partícula entre aproximadamente 0,35 y 2 mm, para obtener de este modo el material compuesto de mampostería triturado;
    (f) mezclar el material compuesto de mampostería triturado con agua y al menos un aglutinante de cemento, para obtener de este modo una segunda mezcla,
    (g) aplicar presión en la segunda mezcla para drenar al menos 10% en volumen del líquido de la segunda mezcla para obtener de este modo una segunda mezcla drenada; dicho drenaje de al menos 10% en volumen de líquido indica el drenaje de al menos 10% en volumen de la cantidad total de componentes líquidos en dicha segunda mezcla antes de la aplicación de dicha presión; y
    (h) curar dicha segunda mezcla drenada en condiciones que permitan obtener un material compuesto de mampostería reconstituido,
    opcionalmente en el que (1) al menos 15% en volumen del líquido es drenado de la segunda mezcla en la etapa (g) y/o (2) el contenido de agua en el material compuesto de mampostería reconstituido es de hasta 10% en peso.
  9. 9. El procedimiento de la reivindicación 8, que además comprende una etapa (g') entre las etapas (g) y (h), de desmolde de la segunda mezcla drenada del molde.
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