ES2840400T3

ES2840400T3 - Puzolana de tipo hialoclastita, sideromelano o taquilita, cemento y hormigón que utilizan la misma y procedimiento de producción y utilización de la misma

Info

Publication number: ES2840400T3
Application number: ES17909930T
Authority: ES
Inventors: Romeo Ilarian Ciuperca
Original assignee: Individual
Current assignee: Individual
Priority date: 2017-05-15
Filing date: 2017-11-20
Publication date: 2021-07-06
Anticipated expiration: 2037-11-20
Also published as: EP3789358A1; EP3507256A4; EP3789358B1; EP4647408A1; US20220153643A1; CA3063548A1; EP3507256B1; DK3507256T3; US20200262752A1; WO2018212786A1; US11242286B2; US11858847B2; EP3507256A1; PT3507256T; ES3042254T3; EP3789358C0

Abstract

Material cementoso que comprende un cemento hidráulico e hialoclastita, en el que la hialoclastita comprende del 43 % al 53 % en peso de SiO2 y en el que la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 40 μm.

Description

DESCRIPCIÓN

Puzolana de tipo hialoclastita, sideromelano o taquilita, cemento y hormigón que utilizan la misma y procedimiento de producción y utilización de la misma

SECTOR DE LA INVENCIÓN

La presente invención se define en las reivindicaciones adjuntas y se refiere, en general, a una puzolana natural. Más particularmente, la presente invención se refiere a un material cementoso que comprende un cemento hidráulico e hialoclastita, en el que la hialoclastita comprende del 43 % al 53 % en peso de SiO²y en el que la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 40 pm. La presente invención se refiere, además, a un procedimiento de producción de un material cementoso que comprende combinar cemento hidráulico e hialoclastita.

Otros ejemplos describen hormigón o mortero que contiene hialoclastita, sideromelano o taquilita, o un material cementoso que contiene hialoclastita, sideromelano o taquilita. Ejemplos adicionales describen un material cementoso basado en sideromelano o un material cementoso basado en taquilita.

También se describe un procedimiento de producción de hormigón con una puzolana basada en hialoclastita, una puzolana basada en sideromelano o una puzolana basada en taquilita. En otros ejemplos, es un procedimiento de producción de hormigón o mortero con cemento Portland y una puzolana basada en hialoclastita, una puzolana basada en sideromelano o una puzolana basada en taquilita. También se describe un procedimiento de producción de hormigón que comprende un material cementoso basado en hialoclastita, sideromelano o taquilita. Ejemplos adicionales describen un procedimiento de curado de hormigón que comprende una puzolana basada en hialoclastita, una puzolana basada en sideromelano o una puzolana basada en taquilita, o un material cementoso basado en hialoclastita, un material cementoso basado en sideromelano o un material cementoso basado en taquilita.

ESTADO DE LA TÉCNICA ANTERIOR

El hormigón se remonta, como mínimo, a la época romana. La invención del hormigón permitió a los romanos construir diseños de edificios, tales como arcos, bóvedas y cúpulas, que no habrían sido posibles sin la utilización de hormigón. El hormigón romano, u opus caementicium, se producía a partir de un mortero hidráulico y árido o pumita. El mortero hidráulico se producía a partir de cal viva, yeso o puzolana. La cal viva, también conocida como cal fundente, es óxido de calcio; el yeso es sulfato de calcio dihidratado y la puzolana es una ceniza volcánica arenosa fina (con propiedades que fueron descubiertas por primera vez en Pozzuoli, Italia). El hormigón producido con ceniza volcánica como agente puzolánico tardaba en fraguar y ganar resistencia. De la forma más probable, el hormigón se desarrollaba en múltiples capas en formas que tenían que permanecer en su lugar durante mucho tiempo. Aunque el hormigón tardaba en fraguar y ganar resistencia, durante largos periodos de tiempo lograba una gran resistencia y era extremadamente duradero. En la actualidad todavía existen estructuras de hormigón romano en pie como testimonio de la calidad del hormigón producido hace más de 2000 años.

El hormigón moderno se compone de uno o varios cementos hidráulicos, áridos gruesos y áridos finos. Opcionalmente, el hormigón moderno puede incluir otros materiales cementosos, cargas inertes, aditivos que modifican las propiedades y agentes colorantes. El cemento hidráulico es normalmente cemento Portland. Otros materiales cementosos incluyen ceniza volante, cemento con escoria y otros materiales puzolánicos naturales conocidos. El término “puzolana” se define en el documento ACI 116R como “...un material silíceo o silíceo y aluminoso, que en sí mismo posee poco o ningún valor cementoso pero que, en forma finamente dividida y en presencia de humedad, reacciona químicamente con hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades cementosas”.

El cemento Portland es el cemento hidráulico más comúnmente utilizado en la actualidad en todo el mundo. El cemento Portland se produce normalmente a partir de caliza. El hormigón o mortero producido con cemento Portland fragua de manera relativamente rápida y gana una resistencia a la compresión relativamente alta en un tiempo relativamente corto. Aunque se han realizado mejoras significativas en el proceso y la eficiencia de la fabricación de cemento Portland, todavía es un proceso industrial relativamente costoso y altamente contaminante.

La ceniza volante es un subproducto de la combustión de carbón pulverizado en centrales de generación de energía eléctrica. Cuando el carbón pulverizado se enciende en una cámara de combustión, se queman el carbono y los materiales volátiles. Cuando se mezcla con cal y agua, la ceniza volante forma un compuesto similar al cemento Portland. Según el tipo de carbón a partir del cual se deriva la ceniza volante, se producen dos clasificaciones de la ceniza volante. La ceniza volante de clase F se produce normalmente quemando antracita o carbón bituminoso que cumple con los requisitos aplicables. Esta clase de ceniza volante tiene propiedades puzolánicas y tendrá cantidades mínimas de dióxido de silicio, óxido de aluminio y óxido de hierro del 70 %. La ceniza volante de clase F se utiliza, en general, en cemento hidráulico a tasas de dosificación del 15 % al 30 % en peso, siendo la parte restante cemento Portland. La ceniza volante de clase C se produce normalmente a partir de lignito o carbón subbituminoso que cumple con los requisitos aplicables. Esta clase de ceniza volante, además de propiedades puzolánicas, también tiene algunas propiedades cementosas. La ceniza volante de clase C se utiliza en cemento hidráulico a tasas de dosificación del 15 % al 40 % en peso, siendo la parte restante cemento Portland.

Recientemente, la industria del hormigón de EE.UU. ha utilizado un promedio de 15 millones de toneladas de ceniza volante a una proporción de sustitución de cemento Portland promedio de aproximadamente el 16 % en peso. Dado que la ceniza volante es un subproducto de la industria de generación de energía eléctrica, las propiedades variables de la ceniza volante han sido siempre una gran preocupación para los usuarios finales en la industria del hormigón. Tradicionalmente, se han utilizado depuradores húmedos y sistemas de desulfuración de gas de escape (“FGD”, flue gas desulfurization) para controlar las emisiones de SO²y SO³de la central eléctrica. El residuo de tales sistemas consiste en una mezcla de sulfito, sulfato de calcio y ceniza volante en agua. Al utilizar reactivos basados en sodio para reducir las emisiones perjudiciales a partir del gas de escape, se forman sulfato y sulfito de sodio. Estos productos de reacción sólidos se incorporan en una corriente de partículas y se recogen con la ceniza volante en dispositivos de control de partículas. Existe la posibilidad de que el reactivo basado en sodio reaccione con otros componentes de las fases de gas y con las partículas de ceniza en el gas de escape y en el dispositivo de control de partículas. Todos los productos de estas reacciones tienen la posibilidad de tener impacto en la ceniza volante resultante. Evidencias anecdóticas han mostrado que la ceniza volante que contiene componentes basados en sodio tiene un efecto impredecible y perjudicial en el hormigón. Por consiguiente, la industria del hormigón corre un gran riesgo de utilizar un producto que es impredecible en cuanto a su rendimiento. Junto con el cierre de muchas centrales eléctricas de carbón, que da como resultado una menor disponibilidad de la ceniza volante, la industria del hormigón se enfrenta a una escasez drástica de una puzolana familiar.

En el hormigón se pueden utilizar puzolanas naturales conocidas para sustituir la creciente escasez de ceniza volante. Sin embargo, los depósitos de puzolanas naturales conocidas son limitados y, en general, están lejos de los mercados de la construcción. Las puzolanas naturales pueden ser puras o procesadas. La norma A^sT^mC-618 definió las puzolanas naturales de clase N como “puzolanas naturales puras o calcinadas que cumplen con los requisitos aplicables para la clase tal como se dan a conocer en el presente documento, tales como alguna tierra diatomácea; chert opalino y esquistos; tobas y cenizas volcánicas o pumicitas, pudiéndose procesar o no cualquiera de ellos mediante calcinación; y diversos materiales que requieren calcinación para inducir propiedades satisfactorias, tales como algunas arcillas y esquistos”.

Otras puzolanas naturales conocidas incluyen tierra de Santorini, pozzolana, traquita, tras renano, gaize, tobas volcánicas, pumicitas, tierra diatomácea y esquistos opalinos, ceniza de cáscara de arroz y metacaolín. La tierra de Santorini se produce a partir de un depósito natural de ceniza volcánica de composición dacítica en la isla de Tera en el mar Egeo, también conocida como Santorini, que se formó aproximadamente en el año 1600-1500 a.C. después de una tremenda erupción volcánica explosiva (Marinatos 1972). La pozzolana se produce a partir de un depósito de ceniza de pumita o toba compuesta por traquita encontrada cerca de Nápoles y Segni en Italia. La pozzolana es un producto de una erupción volcánica explosiva en el año 79 d.C. en el monte Vesubio, que destruyó Herculano, Pompeya y otros pueblos junto con la bahía de Nápoles. El depósito cerca de Pozzuoli es la fuente del término “puzolana” proporcionado a todos los materiales que tienen propiedades similares. Durante siglos se han utilizado tobas similares de un menor contenido de sílice, y se encuentran en las proximidades de Roma. En los Estados Unidos, las tobas volcánicas y las pumicitas, la tierra diatomácea y los esquistos opalinos se encuentran principalmente en Oklahoma, Nevada, Arizona y California. La ceniza de cáscara de arroz (“RHA”, rice husk ash) se produce a partir de las cáscaras de arroz, que son las vainas producidas durante el descascarillado del arroz. Las cáscaras de arroz tienen aproximadamente el 50 % de celulosa, el 30 % de lignina y el 20 % de sílice. El metacaolín (Al²O³:²SiO²) es una puzolana natural que se produce calentando arcillas que contienen caolín en un intervalo de temperatura de aproximadamente 600 a 900 °C (de 1100 a 1650 °F) por encima del cual recristaliza, convirtiéndolo en mullita (Al⁶Si²O¹³) o espinela (MgA^O⁴) y sílice amorfa (Murat, Ambroise y Pera 1985). La reactividad del metacaolín depende de la cantidad de caolinita contenida en el material de arcilla original. La utilización de metacaolín como aditivo de mineral puzolánico se conoce desde hace muchos años, pero ha crecido rápidamente desde aproximadamente 1985.

Las puzolanas naturales fueron investigadas en este país por Bates, Phillips y Wig ya en 1908 (Bates, Phillips y Wig 1912) y después por Price (1975), Meissner (1950), Mielenz, Witte y Glantz (1950), Davis (1950) y otros. Mostraron que los hormigones que contienen materiales puzolánicos mostraron determinadas propiedades deseables, tales como menor coste, menor aumento de la temperatura y trabajabilidad mejorada. Según Price (1975), un ejemplo de la primera utilización a gran escala de cemento puzolánico Portland, que se componía de partes iguales de cemento Portland y una pumicita riolítica, es el acueducto de Los Ángeles en 1910-1912. Las puzolanas naturales, por su propia definición, tienen un alto contenido de sílice o alúmina y sílice en forma pura o calcinada.

En general, la ceniza volante tiene la ventaja de que puede reducir la demanda de agua de la matriz cementosa. Esto reduce la contracción plástica y permite una mejor trabajabilidad. En general, las puzolanas naturales conocidas y el vapor de sílice aumentan la demanda de agua en la matriz cementosa; en algunos casos, hasta el 110 % - 115 % de la del cemento Portland. Una mayor demanda de agua crea propiedades indeseables del hormigón, tales como menor desarrollo de resistencia y mayor contracción plástica. Se desea que las puzolanas tengan una demanda de agua que sea menor que o igual a la del cemento Portland. Sin embargo, este es un acontecimiento extremadamente raro para las puzolanas naturales conocidas.

La Patente US 9611 174 B2 describe una composición puzolánica para su utilización en hormigón, que comprende ceniza volante y una puzolana natural, tal como pumita o perlita.

La reacción álcali-sílice (“ASR”, alkali-silica reaction), más comúnmente conocida como “cáncer del hormigón”, es una reacción que se produce con el tiempo en el hormigón entre la pasta de cemento altamente alcalina y la sílice no cristalina (amorfa) reactiva encontrada en muchos áridos comunes, siempre que esté presente suficiente humedad. Esta reacción provoca la expansión del árido alterado mediante la formación de un gel soluble y viscoso de silicato de sodio (Na²SiÜ³■ n H²O, también indicado como Na²H²SiÜ⁴■ n H²O, o N-S-H (silicato de sodio hidratado), dependiendo de la convención adoptada). Este gel higroscópico se hincha y aumenta de volumen cuando absorbe agua. El gel que se hincha ejerce una presión expansiva dentro del árido silíceo, que provoca la fisuración y la pérdida de resistencia del hormigón, lo que conduce finalmente a su fallo. La ASR puede provocar un grave agrietamiento en el hormigón, lo que da como resultado problemas estructurales críticos que pueden incluso forzar la demolición de una estructura particular.

Por tanto, sería deseable tener una puzolana natural que no necesite ser calcinada para convertirse en activa. También sería deseable tener una puzolana natural que tenga una demanda de agua inferior o igual a la del cemento Portland. También sería deseable tener una puzolana natural con propiedades tan buenas como las de la ceniza volante o mejores que las mismas. También sería deseable tener una puzolana natural que reduzca la ASR en el hormigón. Sería deseable tener una puzolana natural que tenga propiedades de mitigación de la ASR mejores que las del cemento Portland o iguales a las mismas. También sería deseable tener una puzolana natural con una densidad relativa similar a la del cemento Portland que pueda sustituir al cemento Portland en base de uno a uno. También sería deseable tener una puzolana natural que produzca un hormigón con propiedades de fraguado relativamente rápido y ganancia de resistencia. También sería deseable tener una puzolana natural que, cuando se combine con cemento Portland, produzca un hormigón con una resistencia a la compresión última superior o igual a la del hormigón basado en cemento Portland únicamente.

CARACTERÍSTICAS DE LA INVENCIÓN

La presente invención está definida en las reivindicaciones adjuntas.

La presente invención satisface las necesidades anteriores al dar a conocer una puzolana natural que tiene propiedades mejoradas y una menor demanda de agua que las puzolanas naturales conocidas.

La presente invención comprende un material cementoso. El material cementoso comprende un cemento hidráulico e hialoclastita, en el que la hialoclastita comprende del 43 % al 53 % de SiO²y tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm. En una realización, la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 20 pm. En otra realización, la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 10 pm. En aún otra realización, la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 5 pm.

El material cementoso puede comprender del 50 % al 90 % en peso de cemento hidráulico y del 10 % al 50 % en peso de hialoclastita. En otra realización, la hialoclastita comprende del 10 % al 99 % en peso de la forma amorfa. En algunas realizaciones, el cemento hidráulico comprende cemento Portland.

La presente invención también se refiere a un material basado en cemento que comprende el material cementoso descrito anteriormente con árido y agua para hidratar el cemento hidráulico. El material cementoso puede comprender, además, del 50 al 99 % en peso de cemento Portland y del 1 al 50 % en peso de hialoclastita.

En otra realización descrita, la presente invención comprende un procedimiento. El procedimiento comprende la producción de un material cementoso que comprende combinar cemento hidráulico e hialoclastita, en el que la hialoclastita comprende del 43 % al 53 % en peso de SiO²y en el que la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 40 pm.

El procedimiento comprende combinar árido, un material cementoso y agua, en el que el material cementoso comprende cemento hidráulico e hialoclastita. La hialoclastita comprende del 43 % al 53 % en peso de SiO²y tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm.

También se describe un procedimiento, comprendiendo el procedimiento triturar roca de hialoclastita, de tal manera que la hialoclastita triturada tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen de aproximadamente 40 pm. En un ejemplo, el procedimiento puede comprender triturar roca de hialoclastita para dar un polvo y tamizar el polvo con un tamiz de 325 de malla, en el que de aproximadamente el 80 % a aproximadamente el 100 % en volumen del polvo pasa a través del tamiz.

También se describe una composición que comprende sideromelano que tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 40 pm. En un ejemplo adicional, el material cementoso comprende un cemento hidráulico y sideromelano, en el que el sideromelano tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm. En aún otro ejemplo, el material basado en cemento comprende árido, un material cementoso que comprende un cemento hidráulico y sideromelano en forma de polvo y agua suficiente para hidratar el material cementoso.

Un ejemplo adicional describe un procedimiento que comprende combinar árido, un material cementoso y agua, en el que el material cementoso comprende cemento hidráulico y sideromelano, en el que el sideromelano tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm.

En otro ejemplo, se describe un procedimiento que comprende triturar roca de sideromelano, de tal manera que el sideromelano triturado tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen de aproximadamente 40 pm.

En un ejemplo adicional, es un procedimiento que comprende triturar roca de sideromelano para dar un polvo y tamizar el polvo con un tamiz de 325 de malla, en el que de aproximadamente el 80 % a aproximadamente el 100 % en volumen del polvo pasa a través del tamiz.

En un ejemplo descrito, es una composición que comprende taquilita que tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 40 pm. En un ejemplo adicional, se describe un material cementoso que comprende un cemento hidráulico y taquilita, en el que la taquilita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm.

Aún en otro ejemplo descrito, es un material basado en cemento que comprende árido, un material cementoso que comprende un cemento hidráulico y taquilita en forma de polvo y agua suficiente para hidratar el material cementoso. También se describe un procedimiento que comprende combinar árido, un material cementoso y agua, en el que el material cementoso comprende cemento hidráulico y taquilita, en el que la taquilita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm.

En otro ejemplo descrito, es un procedimiento que comprende triturar roca de taquilita, de tal manera que la taquilita triturada tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen de aproximadamente 40 pm.

En un ejemplo descrito adicional, el procedimiento comprende triturar roca de taquilita para dar un polvo y tamizar el polvo con un tamiz de 325 de malla, en el que de aproximadamente el 80 % a aproximadamente el 100 % en volumen del polvo pasa a través del tamiz.

En otro ejemplo, el procedimiento comprende colocar en una forma o un molde una composición cementosa que comprende un cemento hidráulico; árido; agua suficiente para hidratar el cemento hidráulico; y una puzolana natural seleccionada entre hialoclastita, sideromelano, taquilita o combinaciones o mezclas de los mismos, en el que la puzolana natural tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm y que permite que la composición cementosa cure, como mínimo, parcialmente.

Por consiguiente, un objetivo de la presente invención es dar a conocer un hormigón o mortero mejorado.

Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer un material cementoso mejorado.

Un objetivo adicional de la presente invención es dar a conocer un material cementoso complementario mejorado. Aún otro objetivo de la presente invención es dar a conocer una puzolana con una menor demanda de agua que la del cemento Portland.

Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer una puzolana con una densidad relativa aproximadamente igual a la del cemento Portland, de modo que pueda sustituir al cemento Portland en base de uno a uno.

Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer una puzolana natural mejorada.

Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer una puzolana natural que reduzca la ASR en el hormigón. Otro objetivo de la presente invención es dar a conocer una puzolana natural seleccionada entre hialoclastita, sideromelano, taquilita o combinaciones o mezclas de los mismos.

Estos y otros objetivos, características y ventajas de la presente invención resultarán evidentes después de una revisión de la siguiente descripción detallada de las realizaciones descritas y las reivindicaciones adjuntas.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LAS REALIZACIONES DESCRITAS

La hialoclastita es una brecha de tipo toba hidratada, normalmente rica en vidrio volcánico negro, formada durante erupciones volcánicas bajo el agua, bajo el hielo o donde los flujos subaéreos alcanzan el mar u otros cuerpos de agua. Tiene el aspecto de fragmentos angulares de un tamaño desde aproximadamente un milímetro hasta unos pocos centímetros. También pueden encontrarse fragmentos más grandes hasta del tamaño de lava almohadillada. En las masas de hialoclastita se encuentran varios minerales que incluyen, pero sin limitarse a los mismos, sideromelano, taquilita, palagonita, olivino, piroxeno, magnetita, cuarzo, hornblenda, biotita, hiperstena, feldespatoides, plagioclasa, calcita y otros. La fragmentación se puede producir tanto mediante un proceso de erupción explosiva como mediante un proceso esencialmente no explosivo asociado con la fisuración de costras de basalto almohadillado mediante choque térmico o rotura por enfriamiento de la lava fundida. El vidrio basáltico sofocado con agua se denomina sideromelano, una variedad pura de vidrio que es transparente y carece de cristales de óxido de hierro muy pequeños encontrados en la variedad opaca más común de vidrio basáltico denominada taquilita. En la hialoclastita, estos fragmentos vítreos están rodeados normalmente por una matriz de palagonita amarilla parduzca, una sustancia similar a la cera que se forma a partir de la hidratación y alteración del sideromelano y otros minerales. Dependiendo del tipo de lava, la velocidad de enfriamiento y la cantidad de fragmentación de la lava, la partícula de vidrio volcánico (sideromelano) se puede mezclar con otras rocas volcánicas o minerales cristalinos, tales como olivino, piroxeno, magnetita, cuarzo, plagioclasa, calcita y otros.

La hialoclastita se encuentra habitualmente dentro o en las proximidades de volcanes subglaciales, tales como las tuyas, que es un tipo de volcán distintivo, de cima plana y laderas empinadas que se forma cuando la lava surge de la erupción por debajo o a través de una capa de hielo o de glaciar gruesa. Las crestas de hialoclastita también se denominan tindares y los montículos subglaciales se denominan tuyas o “moberg”. Se han formado mediante erupciones volcánicas subglaciales durante el último periodo glacial. Un montículo subglacial es un tipo de volcán subglacial. Este tipo de volcán se forma cuando la lava surge de una erupción por debajo de una capa de hielo o de glaciar gruesa. El magma que forma estos volcanes no estaba lo suficientemente caliente como para fundir una chimenea vertical a través del hielo glacial suprayacente, formando en su lugar hialoclastita y lava almohadillada muy por debajo del campo de hielo glacial. Una vez que retrocedió el glaciar, se reveló el volcán subglacial, con una forma única como resultado de su confinamiento dentro del hielo glacial. Los volcanes subglaciales son algo raros en todo el mundo, estando limitados a regiones que estaban cubiertas anteriormente por mantos de hielo continentales y que también tenían actividad volcánica durante el mismo periodo. En la actualidad, las erupciones volcánicas bajo los glaciares existentes también pueden crear hialoclastita. La brecha de tipo toba de hialoclastita es una roca piroclástica que se compone de clastos juveniles vítreos contenidos en una matriz de grano fino dominada por fragmentos vítreos. Las brechas de hialoclastita son normalmente productos de erupciones freatomagmáticas, en particular, asociadas con la erupción de magmas en cuerpos de agua, y se forman mediante la fragmentación de magma enfriado. A menudo, se forman a partir de magmas basálticos y se asocian con lavas almohadilladas y flujos laminares. Además, cualquier otro tipo de lava, tal como intermedia, andesítica, dacítica y riolítica, puede formar hialoclastita en condiciones similares de sofocación o enfriamiento rápido.

En los deltas de lava, la hialoclastita forma el principal constituyente de los estratos frontales formados antes del delta en expansión. Los estratos frontales llenan la topografía del lecho marino, desarrollándose eventualmente hasta el nivel del mar, lo que permite que el flujo subaéreo avance hasta llegar de nuevo al mar.

En las dorsales mediooceánicas, las placas tectónicas divergen, creando fisuras en el fondo oceánico. Junto con estas fisuras, los volcanes subacuáticos erupcionan formando montículos marinos que, en algunos lugares, pueden alcanzar la superficie del agua. A medida que la lava surge de una erupción bajo el agua, se puede sofocar rápidamente, creando de ese modo hialoclastita. Este es un proceso activo, especialmente, en puntos calientes alrededor del mundo. Estos puntos calientes son una causa importante de la formación de islas. Estas islas son una de las fuentes principales de formación de hialoclastita.

Las erupciones de lava volcánica en Hawái que se vierten en el océano también son sofocadas y fragmentadas rápidamente, produciendo de ese modo hialoclastita. La sofocación y el enfriamiento rápido impiden o reducen la cristalización de la lava, por tanto, la hialoclastita puede tener una composición amorfa significativa.

El basalto es una roca ígnea afanítica (de grano fino), en general, con del 43 % al 53 % de sílice (SiO²), que contiene esencialmente feldespato con plagioclasa cálcica y piroxeno (habitualmente augita), con o sin olivino. El basalto intermedio tiene, en general, entre el 53 % y el 57 % de contenido de sílice (SiO²). Los basaltos también pueden contener cuarzo, hornblenda, biotita, hiperstena (un ortopiroxeno) y feldespatoides. A menudo, los basaltos son porfiríticos y pueden contener xenolitos del manto. El basalto se diferencia de la andesita piroxénica en su plagioclasa más cálcica. Existen dos subtipos químicos principales de basalto: toleítas, que están de saturados a sobresaturados con sílice, y basaltos alcalinos, que están infrasaturados con sílice. El basalto toleítico predomina en las capas superiores de la corteza oceánica y las islas oceánicas, los basaltos alcalinos son comunes en las islas oceánicas y en el magmatismo continental. Los basaltos pueden producirse como intrusiones hipabisales poco profundas o como flujos de lava. El basalto de densidad promedio es de aproximadamente 3,0 g/cm3.

La andesita es una roca ígnea (volcánica) abundante de composición intermedia, con textura de afanítica a porfirítica. En un sentido general, es un tipo intermedio entre basalto y dacita, y oscila desde el 57 % hasta el 63 % de dióxido de silicio (SiO²). El ensamblaje mineral está dominado normalmente por plagioclasa más piroxeno u hornblenda. La magnetita, la zircona, la apatita, la ilmenita, la biotita y el granate son minerales auxiliares comunes. El feldespato alcalino puede estar presente en menores cantidades.

La dacita es una roca volcánica ígnea con una textura de afanítica a porfirítica y es intermedia en cuanto a composición entre la andesita y la riolita, y oscila desde el 63 % hasta el 69 % de dióxido de silicio (SiO²). Consiste mayoritariamente en feldespato con plagioclasa con biotita, hornblenda y piroxeno (augita y/o enstatita). Tiene cuarzo como fenocristales redondeados y corroídos, o como un elemento de la matriz. La plagioclasa oscila desde oligoclasa hasta andesina y labradorita. La sanidina se produce, aunque en pequeñas proporciones, en algunas dacitas, y cuando es abundante da lugar a rocas que forman transiciones a las riolitas. La matriz de estas rocas se compone de plagioclasa y cuarzo.

La riolita es una roca ígnea (volcánica) de composición félsica (rica en sílice), normalmente mayor del 69 % de SiO². Puede tener una textura desde vítrea hasta de afanítica a porfirítica. El ensamblaje mineral es habitualmente cuarzo, sanidina y plagioclasa. La biotita y la hornblenda son minerales auxiliares comunes.

La hialoclastita puede clasificarse, en base a la cantidad de contenido de sílice, como: basáltica (menos del 53 % en peso de SiO²), intermedia (aproximadamente el 53-57 % en peso de SiO²) o silícica, tal como andesítica (aproximadamente el 57-63 % en peso de SiO²), dacítica (aproximadamente el 63-69 % en peso de SiO²) o riolítica (mayor del 69 % en peso de SiO²). La hialoclastita basáltica puede clasificarse, en base al nivel de alcalinidad, como toleítica, intermedia y alcalina.

Tal como se utiliza en el presente documento, el término “hialoclastita” quiere decir hialoclastita de todas y cada una de las fuentes; es decir, todas las hialoclastitas, independientemente de la fuente mineral de la que se derivan.

Los depósitos de hialoclastita, sideromelano o taquilita se pueden encontrar en muchos lugares en todo el mundo, que incluyen, pero sin limitarse a los mismos, Alaska, Nuevo México, Michigan, Columbia Británica, Hawái, Islandia, en todos los océanos del mundo en montículos marinos y en islas oceánicas formadas sobre arcos magmáticos y hendiduras de placas tectónicas por actividad volcánica, tales como la dorsal mesoatlántica y otros.

En una realización descrita, la presente invención comprende hialoclastita en forma de polvo. El tamaño de partícula del polvo de hialoclastita es suficientemente pequeño, de tal manera que el polvo de hialoclastita tiene propiedades puzolánicas. El polvo de hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pmi, más preferentemente, inferior o igual a 20 pmi, de la forma más preferente, inferior o igual a 15 |o.m, especialmente, inferior o igual a 10 pmi, más especialmente, inferior o igual a 5 pmi. Cuanto menor sea el tamaño de partícula para el polvo de hialoclastita, mejor. Sin embargo, existen limitaciones económicas para triturar rocas para dar tamaños de partícula pequeños. Esas limitaciones son bien conocidas por los expertos en la materia. El polvo de hialoclastita tiene, preferentemente, un valor de Blaine de aproximadamente 1.500 a aproximadamente 10.000, más preferentemente, de aproximadamente 3.500 a aproximadamente 10.000, de la forma más preferente, de aproximadamente 4.500 a aproximadamente 10.000, especialmente, de aproximadamente 6.000 a aproximadamente 10.000. El polvo de hialoclastita tiene, preferentemente, un valor de Blaine superior o igual a aproximadamente 10.000. Los intervalos anteriores incluyen todos los valores intermedios.

Otro ejemplo describe sideromelano en forma de polvo. El tamaño de partícula del polvo de sideromelano es suficientemente pequeño, de tal manera que el polvo de sideromelano tiene propiedades puzolánicas. El polvo de sideromelano tiene, preferentemente, un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pmi, más preferentemente, inferior o igual a 20 pmi, de la forma más preferente, inferior o igual a 15 |o.m, especialmente, inferior o igual a 10 pmi, más especialmente, inferior o igual a 5 pmi. Cuanto menor sea el tamaño de partícula para el polvo de sideromelano, mejor. Sin embargo, existen limitaciones económicas para triturar rocas para dar tamaños de partícula pequeños. Esas limitaciones son bien conocidas por los expertos en la materia. El polvo de sideromelano tiene, preferentemente, un valor de Blaine de aproximadamente 1.500 a aproximadamente 10.000, más preferentemente, de aproximadamente 3.500 a aproximadamente 10.000, de la forma más preferente, de aproximadamente 4.500 a aproximadamente 10.000, especialmente, de aproximadamente 6.000 a aproximadamente 10.000. El polvo de sideromelano tiene, preferentemente, un valor de Blaine mayor de o igual a aproximadamente 10.000. Los intervalos anteriores incluyen todos los valores intermedios.

En otro ejemplo descrito, se describe taquilita en forma de polvo. El tamaño de partícula del polvo de taquilita es suficientemente pequeño, de tal manera que el polvo de taquilita tiene propiedades puzolánicas. El polvo de taquilita tiene, preferentemente, un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pmi, más preferentemente, inferior o igual a 20 pmi, de la forma más preferente, inferior o igual a 15 pmi, especialmente, inferior o igual a 10 pmi, más especialmente, inferior o igual a 5 pmi. Cuanto menor sea el tamaño de partícula para el polvo de taquilita, mejor. Sin embargo, existen limitaciones económicas para triturar rocas para dar tamaños de partícula pequeños. Esas limitaciones son bien conocidas por los expertos en la materia. El polvo de taquilita tiene, preferentemente, un valor de Blaine de aproximadamente 1.500 a aproximadamente 10.000, más preferentemente, de aproximadamente 3.500 a aproximadamente 10.000, de la forma más preferente, de aproximadamente 4.500 a aproximadamente 10.000, especialmente, de aproximadamente 6.000 a aproximadamente 10.000. El polvo de taquilita tiene, preferentemente, un valor de Blaine superior o igual a aproximadamente 10.000. Los intervalos anteriores incluyen todos los valores intermedios.

Para lograr el tamaño de partícula deseado, la roca de hialoclastita, sideromelano o taquilita se puede triturar utilizando medios de trituración de rocas convencionales, que incluyen, pero sin limitación a los mismos, un molino de bolas, un molino de rodillos o un molino de placas. Se puede utilizar un clasificador de tamaño de partícula junto con el molino para lograr el tamaño de partícula deseado. El equipo para triturar la hialoclastita hasta el tamaño de partícula deseado y clasificarla está disponible en el mercado de, por ejemplo, F.L. Smidth, Betlehem, PA; Metso, Helsinki, Finlandia y otros. A continuación, el polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita triturado se clasifica, preferentemente, tamizando el polvo con un tamiz o filtro de 325 de malla. De forma preferente, aproximadamente el 80 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla, de forma más preferente, aproximadamente el 85 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla, de la forma más preferente, aproximadamente el 90 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla, en especial, aproximadamente el 95 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla y, de forma más especial, aproximadamente el 100 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla. Preferentemente, de aproximadamente el 80 % a aproximadamente el 100 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla, más preferentemente, de aproximadamente el 90 % a aproximadamente el 100 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla, de la forma más preferente, de aproximadamente el 95 % a aproximadamente el 100 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla, especialmente, aproximadamente el 100 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita pasa a través de un tamiz de 325 de malla. Los intervalos anteriores incluyen todos los valores intermedios. Preferentemente, un máximo del 34 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita se retiene en el tamiz de 325 de malla, más preferentemente, un máximo de aproximadamente el 20 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita se retiene en el tamiz de 325 de malla, de la forma más preferente, un máximo de aproximadamente el 10 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita se retiene en el tamiz de 325 de malla, especialmente, un máximo de aproximadamente el 5 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita se retiene en el tamiz de 325 de malla, más especialmente, aproximadamente el 0 % en volumen del polvo de hialoclastita, sideromelano o taquilita se retiene en el tamiz de 325 de malla. Los porcentajes anteriores incluyen todos los valores intermedios. En otro ejemplo descrito, la roca de hialoclastita, sideromelano o taquilita se puede triturar conjuntamente con clínker de cemento hidráulico. Por ejemplo, la roca de hialoclastita, sideromelano o taquilita se puede triturar conjuntamente con clínker de cemento Portland o clínker de cemento con escoria. Es decir, la roca de hialoclastita, sideromelano o taquilita y el clínker de cemento Portland se pueden combinar y triturar al mismo tiempo con el mismo equipo.

La hialoclastita de la presente invención comprende del 43 % al 53 % en peso de SiO².

Otros ejemplos describen que la hialoclastita, el sideromelano o la taquilita tiene una composición química de aproximadamente el 43 % a aproximadamente el 57 % en peso de SiO², de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 20 % en peso de A^O³, de aproximadamente el 8 % a aproximadamente el 15 % en peso de Fe²O³, de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 15 % en peso de CaO, de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 15 % en peso de MgO, menos de o igual a aproximadamente el 3 % en peso de Na²O.

Además de lo anterior, pueden estar presentes otros compuestos en pequeñas cantidades, tales como K²O, TiO², P²O⁵, MnO, diversos metales, elementos traza de tierras raras y otros elementos sin identificar. Cuando se combinan, estos otros compuestos representan menos del 10 % en peso de la composición química total del mineral de hialoclastita.

En otro ejemplo descrito, la hialoclastita, el sideromelano o la taquilita tiene, preferentemente, una densidad o densidad relativa de aproximadamente 2,8 a aproximadamente 3,1.

En una realización, la hialoclastita comprende del 10 % al 99 % en peso de la forma amorfa. En otra realización, la hialoclastita comprende del 50 % al 99 % en peso de la forma amorfa.

La hialoclastita, el sideromelano o la taquilita puede estar en forma cristalina o amorfa (vítrea), y se encuentra habitualmente como una combinación de ambas en proporciones variables. En algunos ejemplos, la hialoclastita, el sideromelano o la taquilita puede comprender de aproximadamente el 0 % al 99 % en peso de la forma amorfa, más preferentemente, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 80 % en peso de la forma amorfa, de la forma más preferente, de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 60 % en peso de la forma amorfa, especialmente, de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 50 % en peso de la forma amorfa. La porción cristalina de la hialoclastita, el sideromelano o la taquilita comprende, preferentemente, de aproximadamente el 3 % a aproximadamente el 20 % en peso de olivino, de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 40 % en peso de clinopiroxeno, de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 60 % en peso de plagioclasa y de aproximadamente el 0 % a aproximadamente el 10 % (o menos del 10 %) en peso de otros minerales, que incluyen, pero sin limitación a los mismos, magnetita, ulvospinela, cuarzo, feldespato, pirita, illita, hematita, clorita, calcita, hornblenda, biotita, hiperstena (un ortopiroxeno), sulfuros de feldespatoides, metales, minerales de tierras raras, otros minerales sin identificar y combinaciones de los mismos. Los intervalos anteriores incluyen todos los valores intermedios.

La hialoclastita, el sideromelano, la taquilita o las combinaciones o mezclas de los mismos se pueden utilizar como un material cementoso complementario en mezclas de hormigón o mortero. La hialoclastita, el sideromelano o la taquilita en sí no es un cemento hidráulico, pero se activa por CaOH (caliza hidratada) producida mediante la hidratación de cementos hidráulicos, tales como cemento Portland, o por otros minerales o compuestos que tienen grupos hidroxilo reactivos, tales como CaO (cal viva), o por una solución altamente alcalina creada mediante el cemento y agua. Además, la hialoclastita, el sideromelano o la taquilita, cuando se mezcla con cemento, puede mejorar el proceso de nucleación del cemento, mejorando de ese modo el proceso de hidratación del cemento. La hialoclastita, el sideromelano o la taquilita en partículas más finas, en general, proporciona tiempos de fraguado más cortos y acelera la hidratación en cementos combinados. La hialoclastita, el sideromelano o la taquilita de tamaño de partícula más fino aumenta la velocidad de desarrollo del calor de hidratación y la resistencia a la compresión inicial en el cemento Portland. Esta aceleración se puede atribuir al tamaño de partícula (sitios de nucleación) de la hialoclastita, el sideromelano o la taquilita, su composición cristalina y/o composición química. La hialoclastita, el sideromelano o la taquilita se puede utilizar en combinación con cualquier cemento hidráulico, tal como cemento Portland. Otros cementos hidráulicos incluyen, pero sin limitación a los mismos, cemento con escoria granulada de alto horno, cemento con aluminato de calcio, cemento con belita (silicato de dicalcio), cementos con fosfato y otros. Además, la hialoclastita, el sideromelano o la taquilita en sí se puede combinar con caliza para formar un material cementoso. En un ejemplo descrito, el material cementoso combinado para cemento o mortero comprende, preferentemente, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 90 % en peso de cemento hidráulico y de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 90 % en peso de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos, más preferentemente, de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 80 % en peso de cemento hidráulico y de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 80 % en peso de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos, de la forma más preferente, de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 70 % en peso de cemento hidráulico y de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 70 % en peso de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos según la presente invención, especialmente, de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 60 % en peso de cemento hidráulico y de aproximadamente el 40 % a aproximadamente el 60 % en peso de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos, den forma más especial, aproximadamente el 50 % en peso de cemento hidráulico y aproximadamente el 50 % en peso de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos y, de la forma más especial, aproximadamente el 70 % en peso de cemento hidráulico y aproximadamente el 30 % en peso de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos. En otro ejemplo descrito de la presente invención, el material cementoso para hormigón o mortero comprende, preferentemente, de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 90 % en peso de cemento hidráulico y de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 50 % en peso de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos. Los intervalos anteriores incluyen todos los valores intermedios.

La presente invención se puede utilizar con mezclas de hormigón convencionales. Específicamente, una mezcla de hormigón según la presente invención comprende material cementoso, árido y agua suficiente para hidratar el material cementoso. El material cementoso comprende un cemento hidráulico e hialoclastita. La cantidad de material cementoso utilizado en relación con el peso total del hormigón varía dependiendo de la aplicación y/o la resistencia del hormigón deseadas. En términos generales, sin embargo, el material cementoso comprende de aproximadamente el 6 % a aproximadamente el 30 % en peso del peso total del hormigón, excluyendo el agua, o de 200 lbs/yd3 (91 kg/m3) de cemento a 1.200 lbs/yd3 (710 kg/m3) de cemento. En hormigón de ultra alto rendimiento, el material cementoso puede superar el 25 % - 30 % en peso del peso total del hormigón. La proporción de agua con respecto a cemento en peso es habitualmente de aproximadamente 0,25 a aproximadamente 0,7. Proporciones de materiales de agua con respecto a cemento relativamente bajas en peso conducen a una mayor resistencia pero menor trabajabilidad, mientras que proporciones de materiales de agua con respecto a cemento relativamente altas en peso conducen a una menor resistencia, pero mejor trabajabilidad. Para el hormigón de alto rendimiento y el hormigón de ultra alto rendimiento, se utilizan menores proporciones de agua con respecto a cemento, tales como de aproximadamente 0,20 a aproximadamente 0,25. El árido comprende, habitualmente, del 70 % al 80 % en volumen del hormigón. En hormigón de ultra alto rendimiento, el árido puede ser menos del 70 % del hormigón en volumen. Sin embargo, las cantidades relativas de material cementoso con respecto a árido con respecto a agua no son una característica crítica de la presente invención; se pueden utilizar cantidades convencionales. No obstante, se debe utilizar suficiente material cementoso para producir hormigón con una resistencia a la compresión última, como mínimo, de 1.000 psi, preferentemente, como mínimo, 2.000 psi, más preferentemente, como mínimo, 3.000 psi, de la forma más preferente, como mínimo, 4.000 psi, especialmente, hasta aproximadamente 10.000 psi o más. En particular, el hormigón, los paneles de hormigón o los elementos de hormigón de ultra alto rendimiento con resistencias a la compresión de más de 20.000 psi se pueden colar y curar utilizando la presente invención.

El árido utilizado en el hormigón según la presente invención no es crítico y puede ser cualquier árido utilizado normalmente en hormigón. El árido que se utiliza en el hormigón depende de la aplicación y/o la resistencia del hormigón deseadas. Dicho árido incluye, pero sin limitación a los mismos, árido fino, árido medio, árido grueso, arena, gravilla, piedra triturada, árido ligero, árido reciclado, tal como de residuos de construcción, demolición y excavación, y mezclas y combinaciones de los mismos.

El refuerzo del hormigón según la presente invención no es un aspecto crítico de la presente invención y, por tanto, se puede utilizar cualquier tipo de refuerzo requerido por los requisitos de diseño. Dichos tipos de refuerzo de hormigón incluyen, pero sin limitación a los mismos, barras de acero deformadas, cables, cables postensados, cables pretensados, fibras, fibras de acero, fibras minerales, fibras sintéticas, fibras de carbono, fibras de alambre de acero, malla, red y similares.

El material cementoso preferente para su utilización con la presente invención comprende cemento Portland. El material cementoso comprende, preferentemente, una cantidad reducida de cemento Portland y una cantidad aumentada de materiales cementosos complementarios; es decir, hialoclastita según la presente invención. Esto da como resultado un material cementoso y un hormigón que es más respetuoso con el medio ambiente. El cemento Portland también se puede sustituir, en su totalidad o en parte, por uno o varios materiales puzolánicos. El cemento Portland es un cemento hidráulico. Los cementos hidráulicos se endurecen debido al proceso de hidratación; es decir, una reacción química entre el polvo de cemento anhidro y agua. Por tanto, los cementos hidráulicos se pueden endurecer bajo el agua o cuando se exponen de manera constante a un ambiente húmedo. La reacción química da como resultado hidratos que son sustancialmente insolubles en agua y, por tanto, son bastante duraderos en agua. Otros cementos hidráulicos útiles en la presente invención incluyen, pero sin limitación a los mismos, cemento con aluminato de calcio, cemento con belita (silicato de dicalcio), cementos con fosfato y yeso anhidro. Sin embargo, el cemento hidráulico preferente es cemento Portland.

En un ejemplo, el hormigón o mortero comprende un cemento hidráulico, hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos, árido y agua. Preferentemente, el material cementoso utilizado para formar el hormigón o mortero comprende cemento Portland y polvo de hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos, más preferentemente, cemento Portland e hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos que tienen un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a aproximadamente 40 pm, de la forma más preferente, cemento Portland e hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos que tienen un tamaño de partícula promedio en volumen inferior o igual a aproximadamente 20 pm, especialmente, inferior o igual a aproximadamente 15 pm, más especialmente, inferior o igual a aproximadamente 10 pm, de la forma más especial, inferior o igual a aproximadamente 5 pm. Los intervalos anteriores incluyen todos los valores intermedios. En términos sencillos, la hialoclastita, el sideromelano, la taquilita, o mezclas de los mismos, se reduce a un polvo fino, de tal manera que el polvo fino tiene propiedades puzolánicas.

En otro ejemplo descrito, el hormigón que incluye hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos puede incluir cualquier otra puzolana en combinación con cemento hidráulico.

El cemento Portland y la hialoclastita se pueden combinar física o mecánicamente de cualquier manera adecuada y no es una característica crítica de la presente invención. Por ejemplo, el cemento Portland y la hialoclastita se pueden mezclar conjuntamente para formar una mezcla uniforme de material cementoso seco antes de combinarse con el árido y agua. O bien, el cemento Portland y la hialoclastita se pueden añadir por separado a una mezcladora de hormigón convencional, tal como una mezcladora en tránsito de un camión de hormigón listo para su mezcla, en una planta de dosificación. El agua y el árido se pueden añadir a la mezcladora antes que el material cementoso, sin embargo, es preferente añadir el material cementoso en primer lugar, el agua en segundo lugar, el árido en tercer lugar y cualquier agua de aporte en último lugar.

También se pueden utilizar aditivos químicos con el hormigón según la presente invención. Dichos aditivos químicos incluyen, pero sin limitación a los mismos, aceleradores, retardantes, incorporadores de aire, plastificantes, superplastificantes, pigmentos colorantes, inhibidores de la corrosión, agentes adherentes y adyuvantes de bombeo.

También se pueden utilizar aditivos minerales con el hormigón según la presente invención. Aunque se pueden utilizar aditivos minerales con el hormigón de la presente invención, se cree que los aditivos minerales no son necesarios. Sin embargo, en algunas realizaciones, puede ser deseable incluir un aditivo de reducción de agua, tal como un superplastificante.

El hormigón también se puede producir a partir de una combinación de cemento Portland y material puzolánico o a partir de material puzolánico solo. Existen varias puzolanas que históricamente se han utilizado en el hormigón. Una puzolana es un material silíceo o silíceo y aluminoso que, en sí mismo, posee poco o ningún valor cementoso pero que, en forma finamente dividida y en presencia de agua, reaccionará químicamente con hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar compuestos que poseen propiedades cementosas (norma ASTM C618). La amplia definición de una puzolana no influye en el origen del material, sólo en su capacidad de reaccionar con hidróxido de calcio y agua. La definición general de una puzolana engloba un gran número de materiales, que varían ampliamente en cuanto a origen, composición y propiedades. Las puzolanas utilizadas de manera más común en la actualidad son subproductos industriales, tales como cemento con escoria (escoria granulada de alto horno triturada), ceniza volante, vapor de sílice de la fundición de silicio y puzolanas naturales tales como metacaolín altamente reactivo, y residuos de materia orgánica quemados ricos en sílice, tales como ceniza de cáscara de arroz. La hialoclastita, el sideromelano y la taquilita son puzolanas naturales previamente desconocidas. Se pueden utilizar como un sustituto de cualquier otra puzolana o en combinación con una cualquiera o varias puzolanas que se utilizan en combinación con cualquier cemento hidráulico utilizado para producir hormigón o mortero.

Se contempla específicamente que se pueden utilizar formulaciones de hormigón que incluyen hialoclastita, sideromelano, taquilita o mezclas de los mismos con formas o sistemas de hormigón que retienen el calor de hidratación para acelerar el curado del hormigón. Por tanto, en otro ejemplo descrito, el hormigón se puede curar utilizando formas de hormigón tales como las que se dan a conocer en las Patentes US8,555,583; US8,756,890; US8,555,584; US8,532,815; US8,877,329; US9,458,637; US8,844,227 y US9,074,379; las Patentes publicadas 2014/0333010; 2014/0333004 y 2015/0069647 y la Patente US15/418,937 presentada el 30 de enero de 2017. Los siguientes ejemplos son ilustrativos de realizaciones seleccionadas de la presente invención y no se pretende que limiten el alcance de la presente invención.

EJEMPLO 1

La hialoclastita tiene la propiedad inesperada de demanda de agua reducida de la matriz cementosa. Por ejemplo, la demanda de agua de otras puzolanas es superior. Como un ejemplo, la demanda de agua del metacaolín es mayor que la del cemento Portland cuando se sometió a ensayo según la norma ASTM C-618; es decir, el requerimiento de agua como porcentaje de control es mayor de 100. Tal como se muestra en la tabla 1, a continuación, la pumita (una puzolana natural), y de tamaño de partícula comparable a la hialoclastita según la presente invención, tuvo una demanda de agua mayor que la del cemento Portland. Sin embargo, la hialoclastita según la presente invención y que tiene un tamaño de partícula medio de 14 pm, cuando se sometió a ensayo según la norma ASTM C 311 y la norma ASTM C-618, tuvo un requerimiento de agua del 97 % en comparación con la muestra de control de cemento Portland. La hialoclastita según la presente invención de tamaño de partícula medio de 8 pm, cuando se sometió a ensayo según la norma ASTM C-618, tuvo un requerimiento de agua del 96 % en comparación con la muestra de control de cemento Portland. La hialoclastita según la presente invención que tiene un tamaño de partícula medio de 4 pm, cuando se sometió a ensayo según la norma ASTM C-618, tuvo un requerimiento de agua del 97 % en comparación con la muestra de control de cemento Portland. Cuando se sometió a ensayo según la norma ASTM-618, la hialoclastita tuvo una demanda de agua significativamente menor que la de pumita o cemento Portland. La demanda de agua de cada tipo se muestra en la tabla 1 a continuación.

TABLA 1 - Resultados del ensayo de requerimiento de agua según la norma ASTM C-618 en comparación con la muestra de control

EJEMPLO 2

La hialoclastita tiene la propiedad inesperada de reducir significativamente la ASR en el hormigón. Los especímenes de ensayo fueron preparados según los procedimientos descritos en la norma ASTM C441 modificada por la norma ASTM C311. Se prepararon tres barras de mortero de control, cada una a partir de una mezcla de control, y se prepararon tres barras de mortero de ensayo, cada una a partir de una mezcla de ensayo, utilizando las proporciones modificadas especificadas por la norma ASTM C311. Las proporciones de mezcla se enumeran en la tabla 2 a continuación.

TABLA 2 - Pr r i n m z l

Tal como se requiere por la norma ASTM C311, el cemento para la mezcla de control tuvo un contenido de álcali menor del 0,60 % (como un Na²O equivalente) y el cemento utilizado en la mezcla de ensayo tuvo un contenido de álcali mayor que el del cemento utilizado en la mezcla de control. Se utilizó cemento Cemex con un Na²O equivalente del 0,30 % para las mezclas de control y se utilizó cemento Lehigh con un Na²O equivalente del 0,61 % para la mezcla de ensayo. Se utilizó una cantidad suficiente de agua para producir una fluencia del 100 % al 115 %. Los especímenes se curaron en una sala con humedad durante 24 horas y, a continuación, se almacenaron en un recipiente con humedad tal como se especifica en la norma ASTM C227-10 Procedimiento de ensayo convencional para la potencial reactividad alcalina de combinaciones de cemento-árido (procedimiento de barra de mortero) a 38 °C ± 2 °C durante 14 días. Los resultados del ensayo se notifican en la tabla 3, a continuación.

TABLA 3 - Resultados del ensa o de ASR

Cuando se sometieron a ensayo según la norma ASTM C441-11, las barras de ensayo mostraron una reducción de la expansión de la barra de mortero del 126,3 % en comparación con la barra de control. La reducción de la expansión de la barra de mortero de ceniza volante típica, cuando se sometió a ensayo según la norma ASTM C441-11, es de aproximadamente el 60 % - 75 %. Por tanto, la hialoclastita según la presente invención reduce la ASR mucho mejor que la ceniza volante.

EJEMPLO 3

La hialoclastita tiene la propiedad inesperada de desarrollo de resistencia mejorado. Se prepararon especímenes de ensayo según los procedimientos descritos en la norma ASTM C311 y se sometieron a ensayo según la norma ASTM C618. Se prepararon muestras de mortero de control, cada una a partir de una mezcla de control, y se prepararon muestras de mortero de pumita de tamaño de partícula medio promedio de 14 |o.m y 8 |o.m y de hialoclastita de tamaño de partícula medio promedio de 14 |o.m, 8 |o.m y 4 |o.m según la presente invención. Estas muestras de probetas cúbicas de mortero se prepararon cada una a partir de una mezcla de ensayo utilizando las proporciones modificadas especificadas por la norma ASTM C311 y se sometieron a ensayo según la norma ASTM C618. Se produjeron suficientes muestras y se llevó a cabo el ensayo en los días 1, 3, 7, 14, 28 y 56. Para superar la norma ASTM C618, una puzolana natural debe tener un mínimo de ganancia de resistencia del 75 % en los días 7 y 28 en comparación con la muestra de cemento Portland. Tal como se muestra a continuación, la hialoclastita según la presente invención tuvo un mejor rendimiento que la pumita en cada uno de estos intervalos. Sorprendentemente, mientras que la pumita con un tamaño de partícula medio de 8 |o.m desarrolló una menor resistencia a la compresión que la pumita con un tamaño de partícula medio de 14 |o.m; en cambio, la hialoclastita con un tamaño de partícula medio de 8 |o.m desarrolló una mayor resistencia a la compresión que la hialoclastita con un tamaño de partícula medio de 14 |o.m. Con el tiempo, la hialoclastita según la presente invención tuvo unos resultados del ensayo de resistencia a la compresión similares o mejores que los de las muestras de control de cemento Portland. Los resultados de estas pruebas se muestran en las tablas 4 y 5 a continuación.

TABLA 4 - R l l n n r i m r r n l n rm A TM - 1

TABLA - P r n n n i r i n i m r n m r nr l)

Los ensayos anteriores demuestran que la hialoclastita según la presente invención produce inesperadamente una mayor ganancia de resistencia a la compresión que la pumita (una puzolana natural) y las muestras de control de cemento Portland.

EJEMPLO 4

La densidad relativa del cemento Portland es de 3,1. La densidad relativa de las puzolanas varía desde 2,05 hasta 2,65. La tabla 6, a continuación, muestra la densidad relativa de cemento Portland, hialoclastita, pumita, dacita, riolita, ceniza volante, metacaolín y nanosílice.

TABLA 6 - Com aración de la densidad relativa

Cuando se utilizan puzolanas para sustituir al cemento Portland, la proporción de sustitución tiene en consideración la densidad relativa. Dado que todas las puzolanas tienen una densidad relativa menor que la del cemento Portland, el peso de sustitución de puzolana se debe ajustar según la diferencia de densidad. Por consiguiente, las proporciones de sustitución de puzolana conocidas son, a menudo, mayores de 1 y, algunas veces, tan altas como 1,3. La hialoclastita según la presente invención tiene una densidad relativa de 2,90-3,0. Por tanto, la proporción de sustitución de hialoclastita según la presente invención por cemento Portland puede ser uno a uno, ahorrando de ese modo en material y costes.

EJEMPLO 5

Se analizó el tamaño de partícula de hialoclastita según la presente invención utilizando un equipo de medición del tamaño de partícula por dispersión de luz MICROTRAC - X100. Las partículas se midieron en alcohol isopropílico, tuvieron un índice de refracción de 1,38, un factor de carga de 0,0824 y una transmisión de 0,87. La tabla 7, a continuación, muestra un resumen del análisis del tamaño de partícula para una muestra de hialoclastita en la que el 85 % en volumen de las partículas pasaron a través de un tamiz de 325 de malla.

TABLA 7

En la tabla 7 anterior, la abreviatura “mv” significa “diámetro medio en micrómetros de la “distribución en volumen” que representa el centro de gravedad de la distribución. Se utilizan cálculos Mie o Mie modificados para calcular la distribución. La implementación de la ecuación utilizada para calcular MV mostrará que está ponderada (fuertemente influenciada) por un cambio de la cantidad de volumen de las partículas grandes en la distribución. Es un tipo de tamaño de partícula promedio o tendencia central”.

La abreviatura “mn” significa “diámetro medio, en micrómetros, de la “distribución en número” que se calcula utilizando los datos de distribución en volumen y está ponderado con respecto a las partículas más pequeñas en la distribución. Este tipo de promedio se refiere a una población o recuento de partículas”.

La abreviatura “ma” significa “diámetro medio, en micrómetros, de la “distribución en área” que se calcula a partir de la distribución en volumen. Este área media es un tipo de promedio que está menos ponderado (también es menos sensible) que MV con respecto a cambios en la cantidad de partículas gruesas en la distribución. Representa información sobre la distribución del área de superficie de las partículas de la distribución”.

La abreviatura “cs” significa “superficie calculada - proporcionada en unidades de M2/cc, el valor proporciona una indicación del área de superficie específica. La computación de CS asume partículas lisas, sólidas, esféricas. Puede convertirse a las unidades clásicas para SSA de M2/g dividiendo el valor entre la densidad de las partículas. No se debe intercambiar con BET u otros procedimientos de adsorción de medición de área de superficie, dado que CS no tiene en cuenta el efecto de porosidad de las partículas, la especificidad de adsorción o las características topográficas de las partículas”.

La abreviatura “cs” significa “desviación estándar en micrómetros, también conocida como desviación estándar gráfica (og), que es una medida de la anchura de la distribución. No es una indicación de la variabilidad para múltiples mediciones. La ecuación para calcularla es: (84 % - 16 %)/2”.

En la tabla 8, a continuación, se muestra la distribución del tamaño de partícula en términos de percentil.

TABLA 8

En la tabla 9, a continuación, se muestra la distribución del tamaño de partícula en términos de tamaño de partícula.

TABLA 9

EJEMPLO 6

Se analizó el tamaño de partícula de hialoclastita según la presente invención utilizando un equipo de medición del tamaño de partícula por dispersión de luz MICROTRAC - X100. Las partículas se midieron en alcohol isopropílico, tuvieron un índice de refracción de 1,38, un factor de carga de 0,0884 y una transmisión de 0,86. La tabla 10, a continuación, muestra un resumen del análisis del tamaño de partícula para una muestra de hialoclastita en la que el 95 % en volumen de las partículas pasaron a través de un tamiz de 325 de malla.

TABLA 10

En la tabla 11, a continuación, se muestra la distribución del tamaño de partícula en términos de percentil.

TABLA 11

En la tabla 12, a continuación, se muestra la distribución del tamaño de partícula en términos de tamaño de partícula.

TABLA 12

Por supuesto, debe entenderse que lo anterior se refiere solo a determinadas realizaciones descritas de la presente invención y que se pueden realizar numerosas modificaciones o alteraciones en las mismas sin apartarse del alcance de la presente invención, tal como se expone en las reivindicaciones adjuntas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Material cementoso que comprende un cemento hidráulico e hialoclastita, en el que la hialoclastita comprende del 43 % al 53 % en peso de SiO²y en el que la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 40 pm.

2. Material cementoso, según la reivindicación 1, en el que la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 20 pm.

3. Material cementoso, según la reivindicación 1, en el que la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 10 pm.

4. Material cementoso, según la reivindicación 1, en el que la hialoclastita tiene un tamaño de partícula medio basado en volumen inferior o igual a 5 pm.

5. Material cementoso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el material cementoso comprende del 50 % al 90 % en peso de cemento hidráulico y del 10 % al 50 % en peso de hialoclastita.

6. Material cementoso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que la hialoclastita comprende del 10 % al 99 % en peso de la forma amorfa.

7. Material cementoso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la hialoclastita comprende del 50 % al 99 % en peso de la forma amorfa.

8. Material cementoso, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en el que el cemento hidráulico comprende cemento Portland.

9. Material basado en cemento que comprende el material cementos, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, árido y agua para hidratar el cemento hidráulico.

10. Material basado en cemento, según la reivindicación 9, en el que el material cementoso comprende del 50 al 99 % en peso de cemento Portland y del 1 al 50 % en peso de hialoclastita.

11. Procedimiento de producción de un material cementoso que comprende combinar cemento hidráulico e hialoclastita, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.

REFERENCIAS CITADAS EN LA DESCRIPCIÓN

Esta lista de referencias citada por el solicitante es únicamente para mayor comodidad del lector. No forman parte del documento de la Patente Europea. Incluso teniendo en cuenta que la compilación de las referencias se ha efectuado con gran cuidado, los errores u omisiones no pueden descartarse; la EPO se exime de toda responsabilidad al respecto.

Documentos de patentes citados en la descripción

• US 9611174 B2 • US 8844227 B

• US 8555583 B • US 9074379 B

• US 8756890 B • US 20140333010 A

• US 8555584 B • US 20140333004 A

• US 8532815 B • US 20150069647 A

• US 8877329 B • US 41893717

• US 9458637 B