ES2881891T3 - Uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo basado en cemento aluminoso para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas - Google Patents
Uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo basado en cemento aluminoso para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas Download PDFInfo
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Abstract
El uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas de 250°C y superiores, que comprende un componente de cemento aluminoso curable A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado.
Description
DESCRIPCIÓN
Uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo basado en cemento aluminoso para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas
Campo de la invención
La presente invención se refiere al uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales, que comprende un componente de cemento aluminoso curable A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado, comprendiendo adicionalmente el componente A al menos un agente bloqueante seleccionado del grupo que consiste en ácido fosfórico, ácido metafosfórico, ácido fosforoso y ácidos fosfónicos, al menos un plastificante y agua, y comprendiendo el componente B un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua. En particular, la presente invención se refiere al uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas. Por otra parte, la presente invención se refiere a un método para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, preferiblemente de anclajes metálicos y barras de refuerzo instaladas a posteriori, en sustratos minerales, tales como estructuras de mampostería, hormigón, hormigón permeable o piedra natural.
Antecedentes de la invención
En la actualidad, existen sistemas de mortero orgánicos e inorgánicos disponibles, que se utilizan para la fijación química de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori. Por ejemplo, se utilizan sistemas orgánicos basados en resinas polimerizables por radicales libres cuando se desea un curado rápido. Sin embargo, generalmente se sabe que tales sistemas son contaminantes, costosos, potencialmente peligrosos y/o tóxicos para el medio ambiente y para la persona que los maneja y, a menudo, necesitan estar etiquetados específicamente. Por otra parte, los sistemas orgánicos a menudo muestran una estabilidad muy reducida o incluso nula cuando se exponen térmicamente a luz solar intensa o temperaturas elevadas, por ejemplo, 80-120°C, por ejemplo, por fuego, lo que disminuye su rendimiento mecánico cuando se trata de la fijación química de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori. Además, los sistemas de mortero orgánico a menudo no poseen una resistencia al fuego suficiente, en particular cuando los anclajes y las barras de refuerzo instaladas a posteriori están sujetos a fuego y a calor.
Con respecto a la resistencia al fuego de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, la evaluación se establece en los criterios de aceptación ACI 355.4-11 y AC308, "Calificación de Anclajes Adhesivos Post-Instalados en Hormigón (ACI 355.4-11)" del Instituto Estadounidense del Hormigón y "Criterios de Aceptación para Anclajes Adhesivos Instalados a Posteriori en Elementos de Hormigón (AC308, 2016)" del Servicio de Evaluación de iCc , respectivamente.
En el par. 10.24 de ACI 355.4-11 se establece que la evaluación de la resistencia a la exposición al fuego se basará en una norma nacional reconocida para la prueba y evaluación de componentes estructurales en condiciones de incendio. De acuerdo con R10.24.1 de ACI 355.4-11, las pruebas de anclaje bajo condiciones de exposición al fuego generalmente consisten en colocar un peso estático en el ancla en una cámara de combustión y medir el tiempo hasta la falla para una curva de tiempo-temperatura específica. Si bien se han emitido estándares para la prueba y evaluación de anclajes para exposición al fuego, existe poca orientación para el uso de los valores de resistencia resultantes en el diseño.
Por lo tanto, en general, cualquier anclaje adhesivo se podría utilizar para el diseño de incendios, siempre que se disponga de una norma reconocida a nivel nacional para calificarlos. Sin embargo, en muchas ciudades se rechaza el uso de anclajes adhesivos y se deben utilizar anclajes de expansión en su lugar, o el anclaje adhesivo debe tener el tamaño adecuado para una carga permisible reducida para la clasificación de fuego aplicable.
Para superar estos inconvenientes, se han desarrollado sistemas predominantemente minerales basados en cemento aluminoso. El cemento aluminoso tiene como componente principal aluminato monocálcico y se utiliza ampliamente en las industrias de la edificación y la construcción, ya que los productos finales evidencian un alto nivel de rendimiento mecánico durante períodos de tiempo prolongados. Además, el cemento aluminoso es resistente a las bases y alcanza su máxima resistencia más rápidamente que el cemento Portland y es capaz de resistir soluciones de sulfatos. Por tanto, los sistemas de cemento aluminoso se emplean preferiblemente en el campo del anclaje químico.
Existen algunos sistemas inorgánicos disponibles, tales como Cemeforce de Sumitomo Osaka Cement Co Ltd, Japón; un sistema de inyección de un componente que se debe mezclar con agua antes de la aplicación y dos tipos de cápsulas de anclaje Ambex de Ambex Concrete Repair Solutions, Canadá; cápsulas con contenido de cemento,
que se deben sumergir en agua antes de su uso y a continuación, insertar en el orificio de perforación.
Sin embargo, estos sistemas disponibles comercialmente tienen varios inconvenientes, tales como poseer fuerzas de dispensación muy altas, manipulación inaceptable en la mezcla, tiempo de trabajo muy corto, riesgo de lixiviación de compuestos en cubos de agua, mala inserción de cápsulas blandas/húmedas en orificios de perforación profundos, contenido no homogéneo, producen una gran dispersión de los valores de carga, además de tener valores de carga relativamente bajos, en particular cuando se trata de la fijación química de barras de refuerzo y probados para la resistencia al fuego, a 250°C y más. Además, se sabe que los valores de carga descienden a temperaturas superiores, de 250°C y superiores, cuando se comparan con los valores de carga obtenidos a temperatura ambiente, lo que indica que estos sistemas no son aptos para una aplicación ignífuga y tampoco pueden garantizar un anclaje suficiente a temperaturas elevadas que es necesario para sujetar anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori.
Cuando se trata de una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en superficies o sustratos minerales, no siempre se desea un tiempo de trabajo corto. En particular, cuando se trata de sujetar barras de refuerzo que tienen una gran profundidad de empotramiento, el instalador no está satisfecho ya que la profundidad de empotramiento puede ser de hasta 2 metros de profundidad y se necesita suficiente tiempo de reserva. Adicionalmente, la mayoría de los sistemas conocidos carecen de fluidez suficiente para la mayoría de las aplicaciones prácticas de las composiciones resultantes. A menudo, los anclajes y las barras de refuerzo deben forzarse en el orificio de perforación, lo que hace que la instalación sea muy difícil e ineficaz. Por otra parte, tales composiciones de la técnica anterior también muestran una tendencia a agrietarse en un tiempo relativamente corto y no exhiben el rendimiento mecánico requerido, en particular bajo la influencia de temperaturas elevadas, por ejemplo, por fuego.
Algunos sistemas son conocidos del estado de la técnica, tales como, por ejemplo, el documento EP 0005 987 A que describe un cartucho frangible para anclar un elemento de refuerzo en minas de carbón. El documento FR 2918 055 A1 describe un sistema de mortero de dos componentes que se utiliza para pegar, el documento US 2014/235760 A1 se refiere a un mortero que se utiliza para empotrar, el documento EP 3078646 A1 se refiere a un sistema de mortero inorgánico multipropósito, y el documento US 2014/216653 A1 describe una composición para la preparación de un mortero de protección contra incendios, pero no un sistema de mortero de dos componentes.
Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema de múltiples componentes listo para su uso, ignífugo, preferiblemente un sistema de dos componentes ignífugo, que sea superior a los sistemas de la técnica anterior en lo que respecta a aspectos medioambientales, salud y seguridad, manipulación, tiempo de almacenamiento y buen equilibrio entre fraguado y endurecimiento del mortero. En particular, es de gran interés proporcionar un sistema ignífugo que se pueda utilizar para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en superficies o sustratos minerales sin afectar negativamente el manejo, las características y el rendimiento mecánico del sistema de anclaje químico, especialmente a temperaturas elevadas de 250°C y superiores.
Por lo tanto, existe la necesidad de un sistema de mortero inorgánico ignífugo, preferiblemente un sistema de mortero inorgánico de dos componentes, que sea superior a los sistemas de la técnica anterior. En particular, resulta de interés proporcionar un sistema que pueda utilizarse para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales sin afectar negativamente el manejo, las características y el rendimiento mecánico del sistema de anclaje químico ignífugo. Especialmente, existe la necesidad de un sistema que proporcione mayores valores de carga en comparación con los sistemas conocidos, cuando se trata de una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, incluso bajo la influencia de temperaturas elevadas, por ejemplo, por fuego. Además, el sistema de anclaje multicomponente ignífugo debe tener valores de carga que no disminuyan a temperaturas más altas, preferiblemente incluso deben aumentar a temperaturas más altas de 250°C y superiores para garantizar un anclaje suficiente a temperaturas elevadas que es necesario para fijar anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori.
Además, existe la necesidad de mejorar los valores de carga mediante la adición de materiales de relleno o partículas, tal como un anclaje químico inorgánico ignífugo, para reducir el consumo de material aglutinante más costoso o para mejorar algunas propiedades del material mezclado. Además, es un objeto de la presente invención proporcionar un método para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, preferiblemente de anclajes metálicos y barras de refuerzo instaladas a posteriori, en sustratos minerales, tales como estructuras elaboradas de albañilería, hormigón, hormigón permeable o piedra natural.
Estos y otros objetivos, como se harán evidentes a partir de la descripción que garantiza la invención, se resuelven mediante la presente invención como se describe en las reivindicaciones independientes. Las reivindicaciones dependientes pertenecen a realizaciones preferidas.
Compendio de la invención
En un aspecto, la presente invención se refiere al uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas, que comprende un componente de cemento aluminoso curable A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado. El componente A comprende adicionalmente al menos un agente de bloqueo seleccionado del grupo que consiste en ácido fosfórico, ácido metafosfórico, ácido fosforoso y ácidos fosfónicos, al menos un plastificante y agua, y el componente B comprende un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua.
Finalmente, en otro aspecto, la presente invención se refiere a un método para la fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales, caracterizado porque para la fijación se utiliza un sistema de mortero inorgánico ignífugo que comprende un componente de cemento aluminoso curable A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado, en donde el componente A comprende adicionalmente al menos un agente de bloqueo, al menos un plastificante y agua, y el componente B comprende un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua, y que contiene carbonato de calcio amorfo. Los sustratos minerales, son sustratos como estructuras de mampostería, hormigón, hormigón permeable o piedra natural.
Descripción detallada de la invención
Los siguientes términos y definiciones se utilizarán en el contexto de la presente invención:
Como se emplea en el contexto de la presente invención, las formas singulares de "un", "uno" y "una" también incluyen los plurales respectivos a menos que el contexto indique claramente lo contrario. Por tanto, se pretende que el término "un", "uno" o "una" signifique "uno o más" o "una o más" o "al menos uno" o "al menos una", a menos que se indique lo contrario.
El término "cemento aluminoso" en el contexto de la presente invención se refiere a un cemento de aluminato de calcio que consiste predominantemente en aluminatos de calcio activos hidráulicamente. Los nombres alternativos son "cemento con alto contenido de alúmina" o "Ciment fondu" en francés. El principal componente activo de los cementos de aluminato de calcio es el aluminato monocálcico (CaAbCM, CaO ■ AhC>3, o CA en la notación química del cemento).
El término "iniciador" en el contexto de la presente invención se refiere a un compuesto o composición que modifican el entorno químico para iniciar una reacción química concreta. En la presente invención, el iniciador modifica el valor de pH de la suspensión de mortero desbloqueando de ese modo el aglutinante hidráulico en la mezcla final.
El término "retardador" en el contexto de la presente invención se refiere a un compuesto o composición que modifican el entorno químico para retrasar una reacción química concreta. En la presente invención, el retardador modifica la capacidad de hidratación del cemento de aluminato de calcio de la suspensión de mortero retrasando de ese modo la acción del aglomerante hidráulico en la mezcla final.
El término "tiempo de fraguado inicial" en el contexto de la presente invención se refiere al tiempo en el que la mezcla del componente A y el componente B comienza a fraguar después de la mezcla. Durante el período de tiempo posterior a la mezcla, la mezcla permanece en forma de lechada o pasta acuosa más o menos fluida de productos sólidos.
Sorprendentemente, los autores de la presente invención han descubierto que la adición de un carbonato de calcio amorfo a un sistema de mortero inorgánico para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales, que comprende un componente de cemento aluminoso curable, preferiblemente basado en cemento de aluminato de calcio, da como resultado un aumento significativo de los valores de carga a temperaturas elevadas, de 250°C y superiores, cuando se compara con un sistema que no comprende ningún carbonato de calcio amorfo. También se ha encontrado que la adición de un carbonato cálcico amorfo no afecta negativamente el manejo, las características y el comportamiento mecánico del sistema de anclaje químico, especialmente cuando se aplica durante un largo período de tiempo, así como a temperaturas elevadas, de 250°C y superiores.
En particular, se ha descubierto que el carbonato de calcio amorfo, fino, natural, producido a partir de la tiza de Champagne microcristalina pura (de la zona de Champagne crayeuse) juega un papel importante en el aumento de los valores de carga a temperaturas elevadas. Tal carbonato de calcio amorfo está disponible comercialmente con el nombre Industrie Spezial® de Omya International AG, Alemania.
Por lo tanto, la presente invención se refiere al uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas, que comprende un componente
de cemento aluminoso A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado. En particular, el componente A comprende adicionalmente al menos un agente bloqueante seleccionado del grupo que consiste en ácido fosfórico, ácido metafosfórico, ácido fosforoso y ácidos fosfónicos, al menos un plastificante y agua, y el componente B comprende un iniciador, al menos un retardador, al menos al menos una carga mineral y agua.
El componente A, tal como se emplea en la presente invención, se basa en un cemento aluminoso (CA) o un cemento de sulfoaluminato de calcio (CAS). El componente de cemento aluminoso que se puede utilizar en la presente invención es preferiblemente un componente de cemento aluminoso basado en un cemento de aluminato de calcio en fase acuosa (CAC). El cemento aluminoso que se utiliza en la presente invención se caracteriza por un fraguado rápido y un endurecimiento rápido, secado rápido, excelente resistencia a la corrosión y a la contracción. Un cemento de aluminato de calcio de este tipo adecuado para ser utilizado en la presente invención es, por ejemplo, Ternal® White (Kerneos, Francia).
Si el componente A comprende una mezcla de cemento aluminoso (CAC) y sulfato de calcio (CaSO4), se produce una rápida formación de etringita durante la hidratación. En la química del hormigón, el hidrato de trisulfato de aluminato de hexacalcio, representado por la fórmula general (CaO)6(AhO3)(SO3)3-32 H2O o (CaO)3(Al2O3)(CaSO4)3-32H2O, se forma por la reacción del aluminato de calcio con el sulfato de calcio, lo que da como resultado un fraguado y endurecimiento rápidos, así como una compensación de la contracción o incluso expansión. Con un aumento moderado del contenido de sulfato, se puede lograr una compensación de la contracción.
El componente A, como se emplea en la presente invención, comprende al menos aproximadamente 40% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 50% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 60% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 70% en peso, de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 95% en peso, preferiblemente de aproximadamente 50% en peso a aproximadamente 85% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 60% en peso a aproximadamente 80% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 70% en peso a aproximadamente 78% en peso de cemento aluminoso, basado en el peso total del componente A.
De acuerdo con una realización alternativa de la invención, el componente A, tal como se emplea, comprende al menos aproximadamente 20% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 30% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 40% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 50% en peso, de aproximadamente 20% en peso a aproximadamente 80% en peso, preferiblemente de aproximadamente 30% en peso a aproximadamente 70% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 35% en peso a aproximadamente 60% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 55% en peso de cemento aluminoso, basado en el peso total del componente A y al menos aproximadamente 5% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 10% en peso , más preferiblemente al menos aproximadamente 15% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 20% en peso, de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 50% en peso, preferiblemente de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 40% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 30% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 25% en peso de sulfato cálcico, preferiblemente sulfato cálcico hemihidratado, basado en el total peso del componente A. En una realización alternativa preferida del mortero de dos componentes sistema de la presente invención, la razón de CaSO4/CAC del componente A debe ser menor o igual a 35:65.
El agente de bloqueo comprendido en el componente A como se emplea en la presente invención se selecciona del grupo que consiste en ácido fosfórico, ácido metafosfórico, ácido fosforoso y ácidos fosfónicos, preferiblemente es ácido fosfórico o ácido metafosfórico, lo más preferiblemente es ácido fosfórico, en particular una solución acuosa al 85% de ácido fosfórico. El componente A comprende al menos aproximadamente 0,1% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,3% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,4% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 0,5% en peso, de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 20% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 15% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 10% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 0,3% en peso a aproximadamente 10% en peso de dicho agente bloqueante, basado en el peso total del componente A. En una realización preferida, el componente A comprende de aproximadamente 0,3% en peso a aproximadamente 10% en peso de una solución acuosa al 85% de ácido fosfórico, basado en el peso total del componente A. Preferiblemente, las cantidades de cemento aluminoso y/o cemento de sulfoaluminato de calcio en peso con respecto al peso total del aglutinante hidráulico son mayores que cualquiera de los siguientes valores: 50%, 60%, 70 %, 80%, 90%, 95%, 99% o son 100%.
El plastificante comprendido en el componente A como se emplea en la presente invención se selecciona del grupo que consiste en polímeros de ácido poli(acrílico) de bajo peso molecular (LMW), superplastificantes de la familia de polifosfonato poliox y policarbonato poliox y superplastificantes de etacrilo del grupo de éter de policarboxilato, y mezclas de los mismos, por ejemplo Ethacryl™ G (Coatex, Arkema Group, Francia), Acumer™ 1051 (Rohm and
Haas, Reino Unido), o Sika® ViscoCrete®-20 HE (Sika, Alemania). Los plastificantes adecuados son productos disponibles comercialmente. El componente A comprende al menos aproximadamente 0,2% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,3% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,4% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 0,5% en peso, de aproximadamente 0,2% en peso a aproximadamente 20% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,3% en peso a aproximadamente 15% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,4% en peso a aproximadamente 10% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 0,5% en peso a aproximadamente 5% en peso de dicho plastificante, basado en el peso total del componente A.
En una realización ventajosa, el componente A, tal como se emplea en la presente invención, comprende adicionalmente las siguientes características, tomadas solas o combinadas.
El componente A puede comprender adicionalmente un agente espesante. Los agentes espesantes que se pueden utilizar en la presente invención se pueden seleccionar del grupo que consiste en productos orgánicos, tales como goma xantana, goma welan o goma DIUTAN® (CPKelko, EE.UU.), éteres derivados de almidón, éteres derivados de guar, poliacrilamida, carragenina, agar y productos minerales, tales como arcilla, y sus mezclas. Los agentes espesantes adecuados son productos disponibles comercialmente. El componente A comprende al menos aproximadamente 0,01% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,1% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,2% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 0,3% en peso, de aproximadamente 0,01% en peso a aproximadamente 10% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 5% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,2% en peso a aproximadamente 1% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 0,3% en peso a aproximadamente 0,7% en peso de dicho agente espesante, basado en el peso total del componente A.
El componente A puede comprender adicionalmente un agente biocida o antibacteriano. Los agentes antibacterianos o biocidas que se pueden utilizar en la presente invención se pueden seleccionar del grupo que consiste en compuestos de la familia de las isotiazolinonas, tales como metilisotiazolinona (MIT), octilisotiazolinona (OIT) y benzoisotiazolinona (BIT) y sus mezclas. Los agentes antibacterianos o biocidas adecuados son productos disponibles comercialmente. Se mencionan a modo de ejemplo Ecocide K35R (Progiven, Francia) y Nuosept OB 03 (Ashland, Países Bajos). El componente A comprende al menos aproximadamente 0,001% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,005% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,01% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 0,015% en peso, de aproximadamente 0,001% en peso a aproximadamente 1,5% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,005% en peso a aproximadamente 0,1% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,01% en peso a aproximadamente 0,075% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 0,015% en peso % a aproximadamente 0,03% en peso de dicho agente antibacteriano o biocida, basado en el peso total del componente A. En una realización preferida, el componente A comprende de aproximadamente 0,015% en peso a aproximadamente 0,03% en peso de Nuosept OB 03, basado en el peso total del componente A.
En una realización alternativa, el componente A comprende al menos una carga, en particular una carga orgánica o mineral. La carga que se puede utilizar en la presente invención se puede seleccionar del grupo que consiste en polvo de cuarzo, preferiblemente polvo de cuarzo que tiene un tamaño de grano promedio (d50%) de aproximadamente 16 pm, arena de cuarzo, arcilla, cenizas volantes, sílice pirógena, compuestos carbonato, alúminas, pigmentos, óxidos de titanio, cargas ligeras y sus mezclas. Las cargas minerales adecuadas son productos disponibles comercialmente. Se menciona a modo de ejemplo el polvo de cuarzo Millisil W12 o W6 (Quarzwerke GmbH, Alemania). El componente A comprende al menos aproximadamente 1% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 2% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 5% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 8% en peso, de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 50% en peso, preferiblemente de aproximadamente 2% en peso a aproximadamente 40% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 30% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 8% en peso a aproximadamente 20% en peso de dicho al menos una carga, basado en el peso total del componente A.
El contenido de agua comprendido en el componente A como se emplea en la presente invención es al menos aproximadamente 1% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 5% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 10% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 20% en peso en peso, de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 50% en peso, preferiblemente de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 40% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 30% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 25% en peso, basado en el peso total del componente A.
La presencia de un plastificante, un agente espesante y un agente antibacteriano o biocida no cambia la naturaleza inorgánica general del componente cementoso A.
El componente A que comprende el cemento aluminoso o cemento de sulfoaluminato de calcio está presente en fase acuosa, preferiblemente en forma de lechada o pasta.
El carbonato de calcio amorfo utilizado en el sistema de mortero inorgánico para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales de acuerdo con la presente invención, está preferiblemente en forma de carbonato de calcio amorfo que tiene un tamaño de partícula promedio (d50%) en el intervalo de 1,2 a 2,8 pm, más preferiblemente de 1,5 a 2,5 pm, lo más preferiblemente tiene un tamaño medio de partícula de 2,4 pm.
El carbonato de calcio amorfo utilizado en la presente invención se caracteriza adicionalmente por un corte superior (d98%) en el intervalo de 1,0 a 30 pm, preferiblemente de 5,0 a 25 pm, más preferiblemente tiene un corte superior (d98%) de 20 pm.
El carbonato cálcico amorfo utilizado en la presente invención se caracteriza adicionalmente por un porcentaje de partículas < 2 pm en el intervalo de 30 a 70, preferiblemente de 30 a 60, más preferiblemente por un porcentaje de partículas < 2 pm de 30.
El carbonato cálcico utilizado en la presente invención se caracteriza adicionalmente por un residuo en el intervalo de 0,01 a 0,3%, preferiblemente de 0,02 a 0,3%, más preferiblemente tiene un residuo de 0,3%, en un tamiz de 45 pm (determinado de acuerdo con según ISO 787/7).
Los carbonatos de calcio amorfos que se pueden utilizar en la presente invención son carbonatos de calcio amorfos disponibles comercialmente, como por ejemplo de Omya International AG, Alemania, como Industrie Spezial®. Preferiblemente, el carbonato cálcico amorfo utilizado según la presente invención está comprendido en el componente iniciador B del sistema de mortero inorgánico. En una realización preferida de la presente invención, el carbonato cálcico amorfo está comprendido en el componente iniciador B que comprende adicionalmente un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua. La adición de carbonato de calcio amorfo al sistema de mortero inorgánico, como un anclaje químico inorgánico ignífugo, tiene como objetivo reducir el consumo de material aglutinante más costoso y mejorar algunas propiedades del material mezclado, especialmente para aumentar los valores de carga a elevadas temperaturas.
Se prefiere en particular que el componente B, como se emplea en la presente invención, comprenda al menos aproximadamente 1% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 2% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 3% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 4% en peso, de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 30% en peso, preferiblemente de aproximadamente 2% en peso a aproximadamente 25% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 3% en peso a aproximadamente 20% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 4% en peso a aproximadamente 12% en peso de carbonato cálcico amorfo que tiene un tamaño de partícula promedio en el intervalo de 1 a 3 pm, basado en el peso total del componente B.
El componente B, como se emplea en la presente invención, comprende un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua. Para asegurar un tiempo de procesamiento suficiente, conforme al cual el tiempo de fraguado inicial es de al menos 5 min o más, se utiliza al menos un retardador, que evita el endurecimiento prematuro de la composición de mortero, en una concentración distinta además del componente iniciador.
El iniciador presente en el componente B está compuesto por un componente activador y un componente acelerador que comprende una mezcla de sales de metales alcalinos y/o alcalinotérreos.
En particular, el componente activador está constituido por al menos una sal de metal alcalino y/o alcalinotérreo seleccionada del grupo que consiste en hidróxidos, cloruros, sulfatos, fosfatos, monohidrogenofosfatos, dihidrogenofosfatos, nitratos, carbonatos y mezclas de los mismos, preferiblemente el componente activador es una sal de metal alcalino o alcalinotérreo, más preferiblemente es una sal de metal de calcio, tal como hidróxido de calcio, sulfato de calcio, carbonato de calcio, formiato de calcio o fosfato de calcio, una sal de metal de sodio, tal como hidróxido de sodio, sulfato de sodio, carbonato de sodio o fosfato de sodio, o una sal de metal de litio, tal como hidróxido de litio, sulfato de litio, carbonato de litio o fosfato de litio, lo más preferiblemente es hidróxido de litio. En una realización preferida, el hidróxido de litio utilizado en el componente B es una solución acuosa al 10% de hidróxido de litio.
El componente B comprende al menos aproximadamente 0,01% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,02% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,05% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 1% en peso, de aproximadamente 0,01% en peso a aproximadamente 40% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,02% en peso a aproximadamente 35% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,05% en peso a aproximadamente 30% en peso, lo más preferiblemente de
aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 25% en peso de dicho activador, basado en el peso total del componente B. En una realización preferida concreta, el activador está compuesto de agua e hidróxido de litio. El contenido de agua comprendido en el componente B es al menos aproximadamente 1% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 5% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 10% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 20% en peso, de aproximadamente 1% en peso a aproximadamente 60% en peso, preferiblemente de aproximadamente 5% en peso a aproximadamente 50% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 10% en peso a aproximadamente 40% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 15% en peso a aproximadamente 30% en peso, basado en el peso total del componente B. El contenido de hidróxido de litio comprendido en el componente B es al menos aproximadamente 0,1% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,5% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 1,0% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 1,5% en peso, de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 5% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,5% en peso a aproximadamente 4% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 1,0% en peso a aproximadamente 3% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 1,5% en peso a aproximadamente 2,5% en peso, basado en el peso total del componente B. En la realización más preferida, el componente B comprende de aproximadamente 2,0% en peso a aproximadamente 20% en peso de una solución acuosa de litio al 10%, basado en el peso total del componente B.
El componente acelerador está constituido por al menos una sal de metal alcalino y/o alcalinotérreo seleccionada del grupo que consiste en hidróxidos, cloruros, sulfatos, fosfatos, monohidrogenofosfatos, dihidrogenofosfatos, nitratos, carbonatos y mezclas de los mismos, preferiblemente el componente acelerador es un sal de metal alcalino o alcalinotérreo, todavía preferiblemente es una sal de metal alcalino o alcalinotérreo soluble en agua, más preferiblemente es una sal de metal de cálcico, tal como hidróxido de calcio, sulfato de calcio, carbonato de calcio, cloruro de calcio, formiato de calcio o fosfato de calcio, una sal de metal de sodio, tal como hidróxido de sodio, sulfato de sodio, carbonato de sodio, cloruro de sodio, formiato de sodio o fosfato de sodio, o una sal de metal de litio, tal como hidróxido de litio, sulfato de litio, sulfato de litio monohidratado, carbonato de litio, cloruro de litio, formiato de litio o fosfato de litio, lo más preferiblemente es sulfato de litio o sulfato de litio monohidratado. El componente B comprende al menos aproximadamente 0,01% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,05% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,1% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 1,0% en peso, de aproximadamente 0,01% en peso a aproximadamente 25% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,05% en peso a aproximadamente 20% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 15% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 1,0% en peso % a aproximadamente 10% en peso de dicho acelerador, basado en el peso total del componente B.
En una realización preferida concreta del componente B como se emplea en la presente invención, la razón de solución acuosa al 10% de hidróxido de litio/sulfato de litio o sulfato de litio monohidratado está en el intervalo de 10/1 a 6/1.
El al menos un retardador comprendido en el componente B como se emplea en la presente invención se selecciona del grupo que consiste en ácido cítrico, ácido tartárico, ácido láctico, ácido salicílico, ácido glucónico y mezclas de los mismos, preferiblemente es una mezcla de ácido cítrico y ácido tartárico. El componente B comprende al menos aproximadamente 0,1% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,2% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,5% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 1,0% en peso, de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 25% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,2% en peso a aproximadamente 15% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,5% en peso a aproximadamente 15% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 1,0% en peso % a aproximadamente 10% en peso de dicho retardador, basado en el peso total del componente B.
En una realización preferida concreta del componente B como se emplea en la presente invención, la razón de ácido cítrico/ácido tartárico es 1,6/1.
La al menos una carga mineral además del carbonato cálcico amorfo comprendido en el componente B como se emplea en la presente invención se selecciona del grupo que consiste en cargas de piedra caliza, arena, alúmina, piedras trituradas, gravas, guijarros y mezclas de las mismas, se prefieren las cargas de piedra caliza, como diversos carbonatos de calcio. La al menos una carga mineral se selecciona preferiblemente del grupo que consiste en cargas de piedra caliza o cargas de cuarzo, tales como polvo de cuarzo Millisil W12 o W6 (Quarzwerke GmbH, Alemania) y arena de cuarzo. La al menos una carga mineral del componente B es lo más preferiblemente un carbonato cálcico o una mezcla de carbonatos cálcicos. El componente B comprende al menos aproximadamente 30% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 40% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 50% en peso, aún más preferiblemente al menos aproximadamente 60% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 70% en peso, de aproximadamente 30% en peso a aproximadamente 95% en peso, preferiblemente de aproximadamente 35% en peso a aproximadamente 90% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 40% en peso a aproximadamente 85% en peso, aún más preferiblemente de aproximadamente 45% en peso a aproximadamente 80% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 50% en peso a aproximadamente 75% en peso de al menos una carga mineral, basado en el peso total del
componente B.
Se prefiere que la al menos una carga mineral tenga un tamaño medio de partícula de no más de 500 pm, más preferiblemente de no más de 400 pm, lo más preferiblemente de no más de 350 pm.
En una realización preferida concreta, la al menos una carga mineral comprendida en el componente B es una mezcla de tres carbonatos de calcio diferentes, es decir, finos de carbonato de calcio, tales como diferentes tipos de Omyacarb® (Omya International AG, Alemania). Lo más preferiblemente, el primer carbonato de calcio tiene un tamaño de partícula promedio (d50%) de aproximadamente 3,2 pm y un residuo de 0,05% en un tamiz de 45 pm (determinado según ISO 787/7). El segundo carbonato de calcio tiene un tamaño medio de partícula (d50%) de aproximadamente 7,3 pm y un residuo de 0,5% en un tamiz de 140 pm (determinado según ISO 787/7). El tercer carbonato de calcio tiene un tamaño medio de partícula (d50%) de aproximadamente 83 pm y un residuo de 1,0% en un tamiz de 315 pm (determinado según ISO 787/7). En una realización preferida concreta del componente B, la razón de primer carbonato de calcio/segundo carbonato de calcio/tercer carbonato de calcio es 1/2,6/4.
En una realización alternativa preferida concreta, la al menos una carga mineral comprendida en el componente B es una mezcla de tres cargas de cuarzo diferentes. Lo más preferiblemente, la primera carga de cuarzo es una arena de cuarzo que tiene un tamaño medio de partícula (d50%) de aproximadamente 240 pm. La segunda carga de cuarzo es un polvo de cuarzo que tiene un tamaño medio de grano (d50%) de aproximadamente 40 pm. La tercera carga de cuarzo es un polvo de cuarzo que tiene un tamaño medio de grano (d50%) de aproximadamente 15 pm. En una realización preferida concreta del componente B como se emplea en la presente invención, la razón de la primera carga de cuarzo/segunda carga de cuarzo/tercera carga de cuarzo es 3/2/1.
En una realización ventajosa, el componente B comprende adicionalmente las siguientes características, tomadas solas o combinadas.
El componente B puede comprender adicionalmente un agente espesante. El agente espesante que se va a utilizar en la presente invención se puede seleccionar del grupo que consiste en bentonita, dióxido de silicio, cuarzo, agentes espesantes a base de acrilato, tales como emulsiones solubles en álcali o hinchables en álcali, sílice pirógena, arcilla y agentes quelantes de titanato. Se mencionan ejemplos de poli(alcohol vinílico) (PVA), emulsiones solubles en álcali modificadas de forma hidrófoba (HASE), polímeros de uretano modificados con óxido de etileno de forma hidrófoba conocidos en la técnica como HEUR y espesantes celulósicos tales como hidroximetilcelulosa (HMC), hidroxietilcelulosa (HEC), hidroxietilcelulosa modificada de forma hidrófoba (HMHEC), carboximetilcelulosa de sodio (SCMC), carboximetil 2-hidroxietilcelulosa de sodio, 2-hidroxipropilmetilcelulosa, 2-hidroxietilmetilcelulosa, 2-hidroxibutilmetilcelulosa, 2-hidroxietiletilcelulosa, 2-hidroxipropilcelulosa, arcilla de atapulgita y mezclas de los mismos. Los agentes espesantes adecuados son productos disponibles comercialmente, tales como Optigel WX (BYK-Chemie GmbH, Alemania), Rheolate 1 (Elementis GmbH, Alemania) y Acrysol ASE-60 (The Dow Chemical Company). El componente B comprende al menos aproximadamente 0,01% en peso, preferiblemente al menos aproximadamente 0,05% en peso, más preferiblemente al menos aproximadamente 0,1% en peso, lo más preferiblemente al menos aproximadamente 0,2% en peso, de aproximadamente 0,01% en peso a aproximadamente 15% en peso, preferiblemente de aproximadamente 0,05% en peso a aproximadamente 10% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 0,1% en peso a aproximadamente 5% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 0,2% en peso % a aproximadamente 1% en peso de dicho agente espesante, basado en el peso total del componente B.
La presencia de un retardador y un agente espesante no cambia la naturaleza inorgánica general del componente cementoso B.
El componente B que comprende el iniciador y el retardador está presente en fase acuosa, preferiblemente en forma de lechada o pasta.
Se prefiere que el valor de pH del componente B sea superior a 10, más preferiblemente superior a 11 y lo más preferiblemente superior a 12, en particular en el intervalo entre 10 y 14, preferiblemente entre 11 y 13.
Se prefiere particularmente que las proporciones de agua en los dos componentes, a saber, el componente A y el componente B, se elijan de modo que la razón de agua a cemento aluminoso (W/CAC) o de agua a cemento sulfoaluminato de calcio (W/CAS), en el producto obtenido mezclando los componentes A y B es menor que 1,5, preferiblemente entre 0,2 y 1,2, lo más preferiblemente entre 0,3 y 1,1. En una realización preferida, la razón de agua a cemento de aluminato de calcio que comprende sulfato de calcio (W/(CAC+CaSO4)) en el producto obtenido mezclando los componentes A y B es 1,0.
Por otra parte, se prefiere especialmente que la proporción de litio en el componente B se elija de modo que la proporción de litio a cemento aluminoso (Li/CAC) y cemento de sulfoaluminato de litio a calcio (Li/CAS), en el producto obtenido mezclando los componentes A y B sea menor que 0,05, preferiblemente entre 0,001 y 0,05, lo
más preferiblemente entre 0,005 y 0,01. En una realización particularmente preferida, la proporción de hidróxido de litio en el componente B se elige de modo que la razón de cemento de aluminato de calcio que comprende sulfato de calcio e hidróxido de litio ((CAC+CaSO4)/LiOH) en el producto obtenido mezclando los componentes A y B esté en el intervalo de 1,3:1 a 12,5:1.
Se prefiere en particular que el carbonato cálcico amorfo en el producto obtenido mezclando los componentes A y B esté presente en el intervalo de aproximadamente 1,0% en peso a 15,0% en peso, preferiblemente de aproximadamente 1,5% en peso a 14,0% en peso, más preferiblemente de aproximadamente 2,0% en peso a 13,0% en peso, lo más preferiblemente de aproximadamente 3,0% en peso a 10,0% en peso.
Por otra parte, se prefiere particularmente que la proporción de retardador en el componente B se elija de modo que la proporción de ácido cítrico/ácido tartárico a cemento aluminoso y ácido cítrico/ácido tartárico a cemento de sulfoaluminato de calcio, en el producto obtenido mezclando los componentes A y B sea inferior a 0,5, preferiblemente entre 0,005 y 0,4, lo más preferiblemente entre 0,007 y 0,3.
En una realización más preferida, el componente A comprende o consiste en los siguientes componentes:
de 70 a 80% en peso de cemento aluminoso, alternativamente de 40 a 60% en peso de cemento aluminoso y de 15 a 25% en peso de sulfato de calcio,
de 0,5 a 1,5% en peso de ácido fosfórico,
de 0,5 al 1,5% en peso de plastificante,
de 0,001 a 0,05% en peso de un agente antimicrobiano o biocida,
opcionalmente de 5 a 20% en peso de cargas minerales, y
de 15 al 25% en peso de agua.
En una realización más preferida, el componente B comprende o consiste en los siguientes componentes:
de 4,0 % en peso a 20% en peso de un carbonato de calcio amorfo,
de 0,1 % en peso a 4% en peso de hidróxido de litio,
de 0,1 % en peso a 5% en peso de sulfato de litio o sulfato de litio monohidratado,
de 0,05 % en peso a 5% en peso de ácido cítrico,
de 0,05 % en peso a 4% en peso de ácido tartárico,
de 35% en peso a 45% en peso de una primera carga mineral,
de 15% en peso a 30% en peso de una segunda carga mineral,
de 5,0% en peso a 20% en peso de una tercera carga mineral,
de 0,01% en peso a 0,5% en peso de un agente espesante, y
de 15% en peso a 25% en peso de agua.
El componente A, tal como se emplea en la presente invención, se puede preparar como sigue: El agente de bloqueo que contiene fósforo se mezcla con agua, de modo que el valor de pH de la mezcla resultante sea aproximadamente 2. Se añade plastificante y la mezcla se homogeneiza. Se premezclan cemento aluminoso, opcionalmente sulfato de calcio y opcionalmente carga mineral y se añaden paso a paso a la mezcla mientras se aumenta la velocidad de agitación, de modo que el valor de pH de la mezcla resultante sea aproximadamente 4. Finalmente, se añaden el agente espesante y el agente antibacteriano/biocida y se mezcla hasta la completa homogeneización de la mezcla.
El componente B, tal como se emplea en la presente invención, se puede preparar como sigue: El acelerador se disuelve en una solución acuosa de un activador, seguido de la posterior adición de retardador y homogeneización de la mezcla. La carga o las cargas se añaden paso a paso mientras se aumenta la velocidad de agitación hasta que la mezcla se homogeneiza. Finalmente, se añade el agente espesante hasta la completa homogeneización de la mezcla.
Los componentes A y B están presentes en fase acuosa, preferiblemente en forma de lechada o pasta. En particular, los componentes A y B tienen un aspecto de pastoso a fluido según sus respectivas composiciones. En una realización preferida, el componente A y el componente B están en forma de pasta evitando así la comba al mezclar los dos componentes.
La razón en peso entre el componente A y el componente B (A/B) está comprendida preferentemente entre 7/1 y 1/3, preferentemente es 1/3. Preferiblemente, la composición de la mezcla comprende 25% en peso de componente A y 75% en peso de componente B. En una realización alternativa, la composición de la mezcla comprende 75% en peso de componente A y 25% en peso de componente de componente B.
El sistema de mortero inorgánico ignífugo, preferiblemente el sistema de mortero inorgánico de dos componentes ignífugo, es de naturaleza mineral, que no se ve afectado por la presencia de espesantes adicionales de otros
agentes.
Se prefiere que el sistema de mortero inorgánico ignífugo tenga un tiempo de fraguado inicial de al menos 5 min, preferiblemente de al menos 10 min, más preferiblemente de al menos 15 min, lo más preferiblemente de al menos 20 min, en particular en el intervalo de aproximadamente 5 a 25 min, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 10 a 20 min, después de mezclar los dos componentes A y B.
En el sistema de mortero inorgánico ignífugo multicomponente, especialmente el sistema de mortero inorgánico ignífugo de dos componentes, la razón en volumen de componente cementoso A a componente iniciador B es de 1:1 a 7:1, preferiblemente es de 3:1. En una realización alternativa, la razón en volumen de componente cementoso A a componente iniciador B es de 1:3 a 1:2.
Después de producirse por separado, el componente A y el componente B se introducen en recipientes separados, de los que se expulsan mediante dispositivos mecánicos y se conducen a través de un dispositivo mezclador. El sistema de mortero inorgánico es preferiblemente un sistema listo para utilizar, en donde los componentes A y B están dispuestos por separado entre sí en un dispositivo de múltiples cámaras, tal como un cartucho de múltiples cámaras y/o un cilindro de múltiples cámaras o en cápsulas de dos componentes, preferiblemente en un cartucho de dos cámaras o en cápsulas de dos componentes. El sistema de múltiples cámaras incluye preferiblemente dos o más bolsas de papel de aluminio para separar el componente curable A y el componente iniciador B. El contenido de las cámaras o bolsas que se mezclan entre sí mediante un dispositivo de mezcla, preferiblemente a través de un mezclador estático, se puede inyectar en un orificio de perforación. También es posible el montaje en cartuchos o cubetas de múltiples cámaras o conjuntos de cubos.
La composición de cemento aluminoso de endurecimiento que sale del mezclador estático se inserta directamente en el orificio de perforación, que se requiere en consecuencia para fijar los anclajes y las barras de refuerzo instaladas a posteriori, y se ha introducido inicialmente en el sustrato mineral, durante la fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, después de lo cual el elemento de construcción que se debe sujetar, por ejemplo una varilla de anclaje, se inserta y ajusta, después de lo cual la composición de mortero fragua y endurece. En particular, el sistema de mortero inorgánico ignífugo se debe considerar como un anclaje químico ignífugo para sujetar anclajes metálicos y barras de refuerzo instaladas a posteriori.
Sin desear vincularse a ninguna teoría, el agente bloqueante presente en el componente A inhibe la solubilización del aluminato o los aluminatos de calcio en agua, deteniendo así la hidratación del cemento que conduce al curado de la mezcla. Al añadir el componente iniciador B, se cambia el valor de pH y se desbloquea el componente cementoso A y se libera la reacción de hidratación del aluminato o los aluminatos de calcio. Puesto que esta reacción de hidratación es catalizada y acelerada por la presencia de sales de metales alcalinos, en particular sales de litio, tiene un tiempo de fraguado inicial inferior a 5 min. Para retardar el tiempo de curado rápido (tiempo de fraguado inicial), se prefiere que el al menos un retardador comprendido en el componente B como se emplea en la presente invención se elija para obtener un tiempo de fraguado inicial de al menos 5 min, preferiblemente de al menos 10 min, más preferiblemente de al menos 15 min, lo más preferiblemente de al menos 20 min, en particular en el intervalo de aproximadamente 5 a 25 min, preferiblemente en el intervalo de aproximadamente 10 a 20 min, después de mezclar los dos componentes A y B.
Se considera que el papel del carbonato de calcio amorfo es una fuente de carbonato de calcio soluble fácilmente disponible que da como resultado un curado posterior adicional de la mezcla curada cuando se expone al calor como en el caso del fuego, lo que da como resultado un mayor grado de hidratación, aumentando así la resistencia mecánica de la mezcla curada.
El papel de las cargas minerales además del carbonato cálcico amorfo, en particular en el componente B, es ajustar aún más el rendimiento final con respecto a la resistencia mecánica y el rendimiento, así como la durabilidad a largo plazo. Optimizando las cargas, es posible optimizar la razón agua/cemento aluminoso lo que permite una hidratación rápida y eficaz del cemento aluminoso.
El sistema de mortero inorgánico ignífugo que comprende el carbonato cálcico amorfo se puede utilizar para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, preferiblemente de anclajes metálicos y barras de refuerzo instaladas a posteriori, tales como varillas de anclaje, en particular varillas roscadas, pernos, barras de refuerzo de acero o similares en sustratos minerales, tales como estructuras de mampostería, hormigón, hormigón permeable o piedra natural. En particular, el sistema de mortero inorgánico ignífugo se puede utilizar para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, tales como anclajes metálicos y barras de refuerzo instaladas a posteriori, en orificios de perforación. Se ha descubierto que el uso de carbonato cálcico amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo de este tipo aumenta significativamente los valores de carga y, por lo tanto, la capacidad de carga en perforaciones a temperaturas elevadas, de 250°C y superiores. Una mayor resistencia a la temperatura da como resultado una mejor capacidad operativa para fines de anclaje a temperaturas más altas, tales como las temperaturas presentes en la zona de un
orificio de perforación de anclaje de fachadas, que están expuestas a la luz solar intensa o temperaturas elevadas de otro modo, por ejemplo, por fuego. En particular, el sistema de mortero de dos componentes ignífugo de la presente invención tiene valores de carga que no disminuyen a temperaturas más altas, incluso aumentan a temperaturas más altas de 250°C y superiores en comparación con los sistemas conocidos, para garantizar un suficiente anclaje a temperaturas elevadas que es necesario para fijar anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori.
Por tanto, el uso de carbonato cálcico amorfo de acuerdo con la presente invención, además de las cargas minerales presentes en el sistema de mortero inorgánico, es para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas, de 250°C y superiores. Por otra parte, la adición de carbonato cálcico amorfo a materiales, tales como anclajes químicos inorgánicos resistentes al fuego, es ventajosa para reducir el consumo de material aglutinante más costoso o para mejorar algunas propiedades del material mezclado.
El carbonato de calcio amorfo contenido en el mortero inorgánico se aplica particularmente en un método para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, preferiblemente de anclajes metálicos y barras de refuerzo instaladas a posteriori, en sustratos minerales, tales como estructuras elaboradas de mampostería, hormigón, hormigón permeable o piedra natural. En particular, la invención se refiere a un método de fijación química de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales, caracterizado porque para la fijación se utiliza un sistema de mortero inorgánico, que comprende un componente de cemento aluminoso curable A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado, en donde el componente A comprende adicionalmente al menos un agente de bloqueo, al menos un plastificante y agua, y el componente B que comprende un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua, y que contiene carbonato cálcico amorfo y en el que el método comprende las siguientes etapas: introducir un orificio de perforación en un sustrato mineral; mezclar el componente A y el componente B para obtener una composición de cemento aluminoso endurecible; insertar esta composición de cemento aluminoso directamente en el orificio de perforación; insertar y ajustar el elemento de construcción que se deba sujetar; permitiendo que la composición de cemento aluminoso se endurezca y fragüe.
Por otra parte, el sistema de mortero inorgánico ignífugo que comprende el carbonato cálcico amorfo se puede utilizar para la unión ignífuga de fibras, mallas, tejidos o materiales compuestos, en particular de fibras de alto módulo, preferiblemente de fibras de carbono, en particular para el refuerzo de estructuras de construcción, por ejemplo paredes, techos o suelos, o adicionalmente para componentes de montaje, como placas o bloques, p. ej. fabricadas de piedra, vidrio o plástico, en edificios o elementos estructurales. Sin embargo, en particular se utiliza para la fijación de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, preferiblemente anclajes metálicos y barras de refuerzo instaladas a posteriori, tales como varillas de anclaje, en particular varillas roscadas, pernos, barras de refuerzo de acero o similares en huecos, tales como como orificios de perforación, en sustratos minerales, tales como estructuras de mampostería, hormigón, hormigón permeable o piedra natural, por lo que los componentes del sistema de mortero inorgánico de dos componentes se mezclan previamente, por ejemplo, mediante un mezclador estático o destruyendo un cartucho o una bolsa de plástico, o mezclando componentes de cubetas de cámaras múltiples o conjuntos de cubos.
El siguiente ejemplo ilustra la invención sin por ello limitarla.
Ejemplos
1. Preparación del componente A y del componente B
El componente cementoso A, así como el componente iniciador B del ejemplo de la invención 1 y los ejemplos comparativos 2 a 5 se producen inicialmente mezclando los constituyentes especificados en las Tablas 1 y 2, respectivamente. Las proporciones que se ofrecen se expresan en % en peso.
Un protocolo de mezcla típico para el componente A es el siguiente: pesar la cantidad necesaria de agua, introducir el agua en un cuenco de mezcla y añadir lentamente ácido fosfórico al mismo con agitación con una bandeja de disolución a 150 rpm durante 2 minutos; añadir plastificante y homogeneizar a 150 a 200 rpm durante 2-3 minutos; añadiendo el cemento aluminoso (Ternal White®) paso a paso mientras se aumenta la velocidad de agitación de forma continua con el aumento de la viscosidad de 200 rpm a 2000 rpm para evitar la formación de grumos, después de la adición se agita a vacío (150 mbar) a una velocidad de la bandeja de disolución de 2000 rpm y una velocidad del agitador de varilla de 220 rpm durante 5 minutos; añadir lentamente el agente espesante y agitar a una velocidad de la bandeja de disolución de 3000 rpm y una velocidad del agitador de varilla de 220 rpm durante 3-5 minutos; añadir agente antibacteriano o biocida y homogeneizar a vacío (150 mbar) a una velocidad de la bandeja de disolución de 3000 rpm y una velocidad del agitador de varilla de 440 rpm durante 5 minutos; agitar finalmente a vacío (100 mbar) a una velocidad de la bandeja de disolución de 1500 rpm y una velocidad del agitador de varilla de 220 rpm durante 10 minutos.
Tabla 1: Com osición del com onente A.
Un protocolo de mezcla típico para el componente B es el siguiente: disolver sulfato de litio monohidratado en una solución acuosa al 10% de hidróxido de litio y agua, disolver a continuación ácido cítrico y ácido tartárico en esta mezcla y homogeneizarla completamente a 400 rpm; añadir escalonadadamente las cargas, comenzando con la carga más áspero y terminando con la más fina, añadir el carbonato de calcio con el tamaño de partícula respectivo que varía de 1 a 3 pm mientras se aumenta la velocidad de agitación de 250 rpm a 1700 rpm y se continúa homogeneizándolo a 1700 rpm durante 2-3 min; finalmente añadir agente espesante mientras se agita, y aumentar la velocidad de agitación a 2200 rpm; finalmente continuar homogeneizando a 2200 rpm durante 5 min.
Tabla 2: Com osición del com onente B.
2. Determinación del comportamiento mecánico.
Los ensayos se realizaron en hormigón no fisurado C20/25. El hormigón utilizado para las pruebas cumple con la norma e N 206 y cumple con los requisitos de la ETAG 001 Anexo A. Para fines de instalación, se perforó (diámetro del orificio de perforación 16 mm) y se limpió el orificio de perforación, se inyectó el mortero y se inyectó la barra de refuerzo a temperatura ambiente normal de acuerdo con MPII. Después de producirse por separado, el componente cementoso A y el componente iniciador B de los ejemplos comparativos y el ejemplo de la invención, respectivamente, se introdujeron en un cartucho duro y se introdujeron en el orificio de perforación mediante un mezclador estático a una razón en volumen de 1:3. Todas las muestras se introdujeron en el orificio de perforación utilizando una unidad dispensadora. El orificio de perforación se creó mediante perforación con percusión.
El diámetro de la barra de refuerzo fue igual a 12 mm. La profundidad de empotramiento de la barra de refuerzo fue igual a 120 mm. En la prueba, el tiempo de curado de las muestras a temperatura ambiente fue de 24 horas y a continuación, el bloque de hormigón con las barras de refuerzo se colocó en un horno y se calentó a 250°C. Las pruebas de extracción se realizaron a 250°C después de 3 días de mantenimiento a dicha temperatura.
La carga de fallo promedio se determina sacando centralmente la barra de refuerzo con un soporte apretado utilizando una herramienta hidráulica. Se colocan cuatro barras de refuerzo en cada caso y sus valores de carga se determinan después de curar durante 3 días a 250°C como valor medio. Las cargas de rotura se calculan como resistencias de unión y se expresan en N/mm2 en la Tabla 3.
Tabla 3: Fuerzas de unión en N/mm2.
Como se puede observar en la Tabla 3, el sistema de la invención muestra una fuerza de unión considerable después de 3 días a 250°C. En comparación con los ejemplos comparativos, que contienen carbonato cálcico cristalino, se puede observar que el sistema de la invención tiene un fuerte efecto de postcurado a temperaturas elevadas, lo que da como resultado valores de carga muy altos, mientras que el sistema que contiene carbonato cálcico cristalino lo tiene.
El sistema de la invención exhibe una fuerza de unión aumentada a 250°C de al menos 5 N/mm2 en comparación con la fuerza de unión alcanzada después de 1 día a temperatura ambiente, lo que indica un efecto de postcurado deseado en lugar de debilitar la matriz del aglutinante por la temperatura elevada. El sistema de la invención muestra un aumento del valor de carga y, por tanto, una mejora de la resistencia mecánica cuando se trata de una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, en comparación con el sistema comparativo que no comprende ningún carbonato cálcico amorfo. La adición de carbonato cálcico amorfo da como resultado un aumento significativo de los valores de carga en comparación con sistemas que no comprenden carbonato cálcico amorfo. Además, se ha demostrado que el comportamiento mejora significativamente en orificios de perforación cuando se desean valores de carga elevados. Por otra parte, se encontró que los sistemas de la invención que comprenden carbonato cálcico amorfo no presentan microgrietas después del curado. Por tanto, los sistemas de la invención proporcionan un sistema de anclaje sellado y denso que es una condición previa importante para obtener una resistencia mejorada a la corrosión y al congelamiento-descongelamiento, así como para proporcionar altos valores de carga a temperaturas elevadas.
Adicionalmente, en comparación con los morteros de inyección basados en resinas orgánicas, su fuerza de unión a temperaturas elevadas muestra una disminución significativa, no aceptable en los valores de carga, a 250°C a veces cerca de cero en los sistemas orgánicos, mientras que las fuerzas de unión en el ejemplo de la invención aumentan. Como se ha demostrado anteriormente, el sistema de mortero de dos componentes ignífugo que comprende el carbonato de calcio amorfo de la presente invención proporciona una resistencia mecánica comparable a la de los sistemas orgánicos, pero la composición esencialmente mineral del mismo lo hace mucho menos tóxico y muy poco contaminante para el medio ambiente y permite una producción más rentable que el sistema conocido de la técnica anterior.
Adicionalmente, se ha demostrado que el sistema de múltiples componentes ignífugo, en particular un sistema de mortero de dos componentes ignífugo, supera las desventajas de los sistemas de la técnica anterior. En particular, el sistema de mortero de dos componentes ignífugo que está listo para su uso, se maneja fácilmente y es ecológico, se
puede almacenar de manera estable durante un cierto período de tiempo antes de su uso, exhibe un buen equilibrio entre el fraguado y el endurecimiento y todavía tiene un excelente comportamiento mecánico cuando se trata de una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori, incluso bajo la influencia de temperaturas elevadas, por ejemplo por fuego. Además, el sistema de anclaje multicomponente ignífugo tiene valores de carga que aumentan a temperaturas superiores tales como 250°C para garantizar un anclaje suficiente a temperaturas elevadas que es necesario para la fijación de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori.
Finalmente, como se ha demostrado anteriormente, la adición de carbonato de calcio amorfo a materiales, tales como anclajes químicos inorgánicos ignífugos, da como resultado un aumento de los valores de carga a temperaturas elevadas y al mismo tiempo reduce el consumo de material aglutinante más costoso y mejora algunas propiedades del material mezclado, por ejemplo, proporciona un sistema de anclaje denso, sellado que es una condición previa importante para obtener una mejor resistencia a la corrosión y al congelamiento-descongelamiento.
Claims (13)
1. El uso de carbonato de calcio amorfo en un sistema de mortero inorgánico ignífugo para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales para aumentar los valores de carga a temperaturas elevadas de 250°C y superiores, que comprende un componente de cemento aluminoso curable A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado.
2. El uso según la reivindicación 1, en donde el componente A comprende adicionalmente al menos un agente de bloqueo y al menos un plastificante, y el componente B comprende un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua.
3. El uso según la reivindicación 1 ó 2, en donde el componente de cemento aluminoso A es un componente de cemento aluminoso basado en un cemento de aluminato de calcio en fase acuosa.
4. El uso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el al menos un agente de bloqueo se selecciona del grupo que consiste en ácido fosfórico, ácido metafosfórico, ácido fosforoso y ácidos fosfónicos.
5. El uso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el carbonato cálcico tiene un residuo de 0,3% en un tamiz de 45 pm, determinado según ISO 787/7.
6. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el carbonato cálcico amorfo está comprendido en el componente iniciador B del sistema de mortero inorgánico.
7. El uso según la reivindicación 6, en donde el carbonato cálcico amorfo comprendido en el componente iniciador B está presente en el intervalo de aproximadamente 3,0% en peso a 20,0% en peso, basado en el peso total del componente B.
8. El uso de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el componente iniciador B comprende una mezcla de sales de metales alcalinos y/o alcalinotérreos, el al menos un retardador se selecciona del grupo que consiste en ácido cítrico, ácido tartárico, ácido láctico, ácido salicílico, ácido glucónico y mezclas de los mismos, y la al menos una carga mineral se selecciona del grupo que consiste en cargas de piedra caliza, arena, corindón, dolomita, vidrio resistente a los álcalis, piedras trituradas, gravas, guijarros y mezclas de los mismos.
9. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el iniciador comprende una mezcla de sales de metal de litio.
10. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los anclajes y las barras de refuerzo instaladas a posteriori son barras de anclaje, barras de anclaje roscadas, pernos o barras de refuerzo de acero.
11. El uso según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde los sustratos minerales son estructuras de mampostería, hormigón, hormigón permeable o piedra natural.
12. El uso según una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en donde el sistema de mortero inorgánico ignífugo es un sistema de mortero inorgánico multicomponente ignífugo.
13. Un método para una fijación química ignífuga de anclajes y barras de refuerzo instaladas a posteriori en sustratos minerales, caracterizado porque para la fijación se utiliza un sistema de mortero inorgánico ignífugo, que comprende un componente de cemento aluminoso curable A y un componente iniciador B para iniciar el proceso de curado, en donde el componente A comprende adicionalmente al menos un agente de bloqueo, al menos un plastificante y agua, y componente B comprende un iniciador, al menos un retardador, al menos una carga mineral y agua, y que contiene carbonato cálcico amorfo, y en donde el método comprende las siguientes etapas:
- introducción de un orificio de perforación en un sustrato mineral
- mezclar el componente A y el componente B para obtener una composición de cemento aluminoso endurecible
- insertar esta composición de cemento aluminoso directamente en el orificio de perforación.
- insertar y ajustar el elemento de construcción que se debe sujetar
- permitir que la composición de cemento aluminoso se endurezca y fragüe.
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