ES2894933T3 - Mortero aislante en polvo y mortero aislante estratificado - Google Patents

Mortero aislante en polvo y mortero aislante estratificado Download PDF

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Abstract

Mortero pulverulento que comprende al menos un aglutinante hidráulico inorgánico, al menos 75 % en volumen con respecto al volumen de polvo de mortero de aditivos de aislamiento térmico que están sustancialmente en forma de perlas y tienen una conductividad térmica menor o igual que 55 mW/m.K, caracterizado porque los aditivos de aislamiento térmico son impermeables, y al menos 20 % en volumen de polvo de mortero de dichos aditivos, que reciben el nombre de microesferas aislantes, son unicelulares, lo que significa que tienen una envoltura exterior cerrada que delimita un núcleo formado por una sola cavidad interior, y tienen una escala micrométrica con un tamaño de característica exterior promedio máximo menor que 0,5 mm, teniendo la mayoría de las microesferas aislantes una densidad real medida por picnómetro de aire menor o igual que 0,25.

Description

DESCRIPCIÓN
Mortero aislante en polvo y mortero aislante estratificado
La presente invención se refiere a un nuevo mortero pulverulento, y también a su uso como lecho o en forma de una lámina o ladrillo o cualquier otra forma adecuada para recubrir superficies (edificios, más especialmente, fachadas) o posiblemente para constituir dichas superficies (pueden usarse láminas, por ejemplo, para formar tabiques o fachadas).
El aislamiento térmico exterior se puede llevar a cabo mediante morteros de aislamiento térmico que deben aplicarse con un espesor elevado de generalmente varios centímetros. También se conocen morteros de aislamiento térmico inorgánicos, que son típicamente morteros con una matriz de cemento que se basan en aditivos de aislamiento térmico tales como partículas de corcho, residuos/descartes de plásticos (poliuretano, neumáticos, etc.), estando limitadas las propiedades térmicas de dichos morteros a 90-100 mW/m.K.
También se conocen morteros de aislamiento térmico inorgánicos, que comprenden perlas de poliestireno expandido, típicamente de unos pocos milímetros de diámetro, cuyas propiedades térmicas están limitadas a 65 mW/m.K para contenidos de perlas de aproximadamente un 75 % en volumen de polvo.
Loisewicz y col. (Construction and Building Materials, Vol. 10, núm. 8, págs. 583-588, 1996) describe la posibilidad de usar microesferas de aluminosilicato en composiciones de hormigón. Como la perlita o vermiculita, las microesferas permiten mejorar ciertas propiedades, pero no permiten obtener conductividad térmica para un hormigón menor que 111 mW/m.K.
La presente invención ha buscado ahora desarrollar un mortero pulverulento mejorado para superficies de construcción, que transmita más especialmente un aislamiento térmico mejorado y duradero a dichas superficies, sin que esta mejora se obtenga a expensas del resto de propiedades del mortero, y sin dar lugar a un coste adicional excesivo, siendo este mortero especialmente apropiado para los mercados de nueva construcción o renovación, y que sea fácil de usar y colocar por los métodos habituales.
Con este fin, la presente invención proporciona un mortero pulverulento que se mezcla opcionalmente con agua (en particular, listo para mezclar, en otras palabras antes de añadir agua, y/u otro(s) líquido(s) de mezclado) que comprende:
- al menos un aglutinante hidráulico inorgánico,
- al menos 75 % en volumen (polvo de mortero) (con respecto al volumen) de aditivos de aislamiento térmico que están sustancialmente en forma de perlas y tienen una conductividad térmica menor o igual que 55 mW/m.K, siendo los aditivos impermeables, y al menos 20 % en volumen de polvo de dichos aditivos, que reciben el nombre de microesferas aislantes, siendo unicelulares, lo que significa que tienen una envoltura exterior cerrada que delimita un núcleo formado por una sola cavidad interior, y siendo a escala micrométrica, con un tamaño de característica exterior promedio máximo menor que 0,5 mm, más preferiblemente menor o igual que 0,2 mm, o incluso menor o igual que 0,1 mm (para aumentar además el rendimiento mecánico) y, en particular mayor o igual que 2 pm, o incluso mayor o igual que 10 pm,
- la mayoría de las microesferas aislantes tienen una densidad real, medida con un picnómetro de aire, menor o igual que 0,25.
El solicitante ha propuesto que, sorprendentemente, la selección de microesferas aislantes según la invención que combinan una forma apropiada y un tamaño submilimétrico, son unicelulares, tienen una envoltura cerrada (que por lo tanto carece de poros pasantes) y tienen una conductividad térmica suficientemente baja produce una reducción drástica en la conductividad térmica del lecho o del producto basado en mortero, a la vez que retiene una cohesión satisfactoria en dicho lecho o dicho producto.
La naturaleza unicelular permite la presencia de una envoltura de espesor máximo (para una densidad dada) que tiene la ventaja de mejorar las propiedades mecánicas de dichas esferas y, por lo tanto, evita que se rompan, con el riesgo concomitante de una reducción significativa de su capacidad aislante.
Más especialmente, la envoltura continua evita la retención de agua, algo perjudicial para las propiedades aislantes. La impermeabilidad puede confirmarse si la velocidad de mezclado en presencia de los aditivos aislantes del mortero según la invención no aumenta en comparación con la velocidad de mezclado sin dichos aditivos. En particular, para aditivos a escala milimétrica, tales como perlas de PS (poliestireno) expandido, es posible comprobar la ausencia de captación de agua por métodos convencionales.
Evidentemente, las microesferas permanecen impermeables después de las operaciones de fabricación, mezclado y aplicación/uso del mortero.
Donde la envoltura exterior que delimita el núcleo (central) la microesfera está esencialmente fabricada de un solo material. No es necesario, por ejemplo, que la microesfera se recubra con ningún tipo de capa funcional, más especialmente una capa hidrófoba, lo que da lugar a costes adicionales importantes.
Por sustancialmente esférico se entiende, según la invención, un aditivo que tiene un factor de forma (definido como el cociente entre el tamaño máximo en la dirección principal y el tamaño mínimo en una dirección sustancialmente perpendicular) menor que 2. Las microesferas son, por ejemplo, esféricas, pero más ampliamente son ovaladas, ovoides, elipsoidales.
Las microesferas aislantes según la invención pueden tener una cierta distribución de tamaño de partículas, tal como una distribución gaussiana, por ejemplo. Por tamaño de característica exterior promedio máximo se entiende, según la invención, el promedio de los tamaños exteriores máximos medidos en la totalidad de la población de microesferas aislantes. Un criterio de tamaño que puede utilizarse es el bien conocido parámetro D50 (siendo el diámetro promedio D50 el diámetro tal que el 50 % en volumen de las partículas tienen un tamaño menor que dicho diámetro).
La conductividad térmica de los aditivos, en particular de las microesferas aislantes según la invención (y del mortero según la invención), se mide convencionalmente (a temperatura ambiente y presión atmosférica, en particular según la norma EN NF 12664).
La densidad real (es decir, la densidad promedio de las partículas unitarias de polvo, a diferencia de la densidad aparente (densidad a granel), que está relacionada con el volumen de polvo que incluye el aire entre las partículas) de las microesferas aislantes con envoltura es menor o igual que 0,25 o incluso que o 0,15, para conseguir la baja conductividad térmica.
Más especialmente, es posible usar una medición de la densidad real con el picnómetro de aire y seleccionar la mayoría de las microesferas aislantes (preferiblemente al menos 80 % de las mismas o incluso al menos 90 %) que tengan una densidad real medida con el picnómetro de aire menor o igual que 0,25, preferiblemente menor o igual que 0,15. El motivo es que un método de medición de este tipo transmite, además, la ausencia de porosidad abierta perniciosa (ruptura de la impermeabilidad) en la envoltura de las microesferas aislantes según la invención (en otras palabras, la naturaleza hermética o cerrada de la envoltura).
La envoltura puede comprender, opcionalmente, porosidades en su masa (porosidad cerrada, en otras palabras, porosidades que no atraviesan el espesor de la envoltura) o porosidades (abiertas) en su superficie interna (es decir, la superficie de la envoltura que delimita/se ubica en el lado del núcleo/la cavidad interna). La superficie interna de la envoltura también puede ser preferiblemente sustancialmente lisa.
Ventajosamente, la relación entre el tamaño exterior máximo y el espesor de la envoltura es mayor que 60. Un criterio de este tipo garantiza que la densidad de las microesferas aislantes sea lo suficientemente baja para lograr la baja conductividad térmica.
Más preferiblemente, para al menos la mayoría de las microesferas aislantes (preferiblemente, al menos 80 % de ellas o incluso al menos 90 %):
- la conductividad térmica es menor o igual que 50 mW/m.K (respectivamente menor o igual que 45 mW/m.K) y, en particular, la relación entre el tamaño exterior máximo y el espesor de la envoltura es mayor o igual que 80 (respectivamente mayor o igual que 120),
- o incluso, la conductividad térmica es menor o igual que 40 mW/m.K (respectivamente menor o igual que 35 mW/m.K) y, en particular, la relación entre el tamaño exterior máximo y el espesor de la envoltura es mayor o igual que 130 (respectivamente mayor o igual que 150).
Para al menos algunas de las microesferas aislantes (preferiblemente, la mayoría o incluso al menos 80 % de ellas), la superficie exterior de la envoltura también puede estar esencialmente (más del 50 % de la superficie) exenta de poros ciegos (es decir, poros no pasantes) con un tamaño máximo mayor o igual que 100 nm, o incluso 10 nm, para limitar los riesgos de rotura.
En una realización preferida, para al menos la mayoría de las microesferas aislantes (preferiblemente, al menos 80 % de ellas, o incluso al menos 90 %), el núcleo se rellena con (al menos un) gas que es más aislante térmicamente que el aire, en particular con una conductividad térmica menor o igual que 25 mW/m.K, o incluso menor o igual que 15 mW/m.K, en particular un gas que queda atrapado durante el proceso de fabricación de microesferas, como por ejemplo:
- SO2 que se incluye, en particular en microesferas de vidrio, generalmente en una cantidad de hasta al menos 60 % (en volumen relativo al volumen interno de la esfera), típicamente con una conductividad térmica de aproximadamente 9 mW/m.K,
- y/o CO2, que típicamente tiene una conductividad térmica de aproximadamente 15 mW/m.K,
- y/o gases orgánicos, en particular hidrocarburos (alifáticos, alicíclicos, procedentes de petróleo o gas natural o sintéticos, etc.), tales como (iso)pentano, (iso)butano, (iso)octano y mezclas de los mismos, en particular aquellos que se usan o pueden usarse como gases de expansión para microesferas poliméricas que tienen, típicamente, una conductividad térmica de aproximadamente 10 a 15 mW/m.K.
La naturaleza unicelular permite la presencia de una envoltura con un espesor máximo (para una densidad dada) que tiene la ventaja no solo de reforzar la envoltura sino también de aumentar su impermeabilidad al gas que contiene, a largo plazo. Se da preferencia en particular a una envoltura con un espesor mayor que 100 nm. Para una conductividad térmica dada, el gas encapsulado permite obtener una densidad mayor.
Según una realización, al menos algunas de las microesferas aislantes según la invención son esencialmente inorgánicas (95 % o más de materia inorgánica), en particular con una densidad real menor o igual que 0,2, basadas por ejemplo:
- en material silíceo: vidrio (silicatos; más especialmente borosilicatos, debido a la resistencia química al medio alcalino, etc.), en particular con una densidad real menor o igual que 0,2, y/o con una densidad real que es característica del material que constituye la envoltura y es de 2 a 2,4,
- en otros óxidos, en cerámica.
La producción de microesferas de vidrio adecuadas para la invención se describe en, por ejemplo, el documento WO 95/07177 A1, en la publicación de J. K. Cochran titulada “Ceramic Hollow Spheres and Their Applications” , Current Opinion in Solid State and Materials Science 1998, 3, página 474; y en la publicación de J. Bertling y col. titulada “ Hollow Microspheres” , Chemical Engineering and Technology 2004, 27(8), página 829.
Según una realización, al menos algunas de las microesferas aislantes según la invención son (esencialmente) orgánicas (95 % o más de materia orgánica, basada en por ejemplo, polímero, en (co)polímeros termoplásticos), en particular las que tienen una densidad real menor o igual que 0,1, y/o que tienen una densidad real que es característica del material que constituye la envoltura y es de 0,85 a 1,1, generalmente, de 0,85 a 1.
Entre los copolímeros termoplásticos, pueden mencionarse por ejemplo cloruro de polivinilo (PVC) y acrilonitrilo, polietileno, etc.
El mortero según la invención puede comprender, preferiblemente, al menos 80 % o incluso 85 % en volumen de polvo de mortero (con respecto al volumen) de aditivos de aislamiento térmico (sustancialmente en forma de perlas y que tienen una conductividad térmica menor o igual que 55 mW/m.K, o incluso 50 mW/m.K) y hasta 90 % o incluso 95 %.
El mortero puede comprender al menos 35 % en volumen de polvo de mortero (con respecto al volumen) o incluso al menos 50 %, o de hecho al menos 70 % de las microesferas según la invención (solas o en una mezcla con el resto de aditivos impermeables en forma de perlas, con una conductividad térmica baja), y preferiblemente hasta 90 % o incluso 95 %.
Por supuesto, es posible tener una mezcla de microesferas aislantes esencialmente orgánicas y esencialmente inorgánicas según la invención, más especialmente distribuidas como sigue (reteniendo al mismo tiempo al menos 75 % o incluso 80 %, o de hecho al menos 85 % en volumen (con respecto al volumen del polvo de mortero) de los aditivos aislantes):
- de 40 % a 60 % en volumen (polvo de mortero) (con respecto al volumen) de microesferas aislantes esencialmente orgánicas, en particular las ya descritas anteriormente,
- de 60 % a 40 % en volumen (polvo de mortero) de microesferas aislantes esencialmente inorgánicas, en particular las ya descritas anteriormente.
A esto se añade al menos 3 %, preferiblemente al menos 5 %, en volumen (polvo de mortero) de uno o más aglutinantes hidráulicos, basados en particular en uno o más cementos, en particular cemento Portland, cemento puzolánico (ceniza volante, escoria, puzolanas naturales o puzolanas calcinadas), en cemento de aluminato, en cemento de sulfoaluminato y mezclas de los mismos, y preferiblemente menos de 20 % en volumen de aglutinante.
El mortero según la invención puede estar más especialmente exento de aditivos aislantes de tipo perla de poliestireno expandido, o al menos en una proporción limitada a 5 % en volumen de polvo, porque:
- desde el punto de vista del proceso de producción, es probable que los aditivos de tipo perla de poliestireno expandido sean visibles en las producciones de mortero consecutivas “estándar” desde la misma línea de producción,
- y/o los morteros con altos niveles de perlas de poliestireno expandido no son homogéneos, especialmente dentro de bolsas individuales.
Sin embargo, para reducir el nivel de microesferas lo que posiblemente sea más caro que dichas perlas y/o para retener una línea de producción existente que involucra perlas de PS, el mortero según la invención puede comprender al menos 80 % o incluso 85 % en volumen (polvo de mortero) de aditivos aislantes, que incluyen:
- de 40 % a 60 % en volumen (polvo de mortero) de las microesferas aislantes anteriormente mencionadas, - de 55 % a 20 % en volumen (polvo de mortero) de dichos otros aditivos, en particular las perlas poliméricas (poliestireno expandido) de escala milimétrica ya descritas (en particular, con un diámetro promedio menor que 5 mm, o incluso 3 mm, o de hecho 2 mm, y una conductividad térmica menor o igual que 40 mW/m.K).
A esto se añade al menos 3 %, preferiblemente, al menos 5 %, de aglutinante hidráulico, basado en particular en uno o más cementos, en particular cemento Portland, cemento puzolánico (ceniza volante, escoria, puzolanas naturales o puzolanas calcinadas), en cemento con alto contenido de alúmina, en cemento de sulfoaluminato y mezclas de los mismos, y preferiblemente, menos de 20 % en volumen de aglutinante(s).
De esta manera, se observa que una mezcla de este tipo presenta un rendimiento térmico particular.
Además, para reducir el coste del mortero, también es posible añadir otros aditivos aislantes a escala milimétrica de menor rendimiento, tales como partículas de corcho, residuos/descartes de plásticos (poliuretano, neumáticos, etc.) por ejemplo, de 0 % a 5 % en volumen de polvo.
El aglutinante esencialmente inorgánico altera en particular la adhesión, cohesión y resistencia del mortero. El aglutinante se compone, generalmente, de:
- cemento(s) (especialmente cemento Portland, cemento puzolánico, cemento de alto contenido de alúmina, cemento de sulfoaluminato y una mezcla de dichos cementos),
- y/o escayola, yeso, anhidritas,
- y puede también comprender cal (más especialmente, cal grasa o cal magra).
El aglutinante tiene un tamaño de partícula que generalmente se distribuye entre 0 y 200 pm.
La proporción (total) de aglutinante(s) en el mortero pulverulento según la invención puede ser de 3 % a 25 % en volumen de polvo, en particular:
- de 3 % a 25 % en volumen (polvo de mortero) de cemento(s) (solo(s) o en una mezcla) y/o de escayola, yeso y/o anhidritas, más preferiblemente de 5 % a 15 %,
- de 0 % a 15 % en volumen de polvo de mortero de cal, en particular como sustituto parcial del cemento y/o de la escayola, yeso y/o anhidritas, más preferiblemente de 3 % a 10 %.
También es posible añadir gránulos, agregados o arenas que en particular alteran la reología, espesor, dureza, aspecto final y permeabilidad del mortero, y que generalmente están formados por arenas silíceas, calcáreas y/o silicocalcáreas, que tienen un tamaño de partícula generalmente de entre 100 pm y 5 mm, más especialmente de entre 100 pm y 3 mm. La proporción de dichos gránulos en el mortero pulverulento puede estar entre 0 % y 5 % en volumen (polvo de mortero).
El mortero puede también comprender componentes que se denominan cargas, que generalmente, tienen forma de polvo, con un tamaño de partícula más especialmente de entre 0 y 120 pm, siendo estas cargas generalmente calcáreas o silíceas. La proporción de cargas en la composición del mortero listo para mezclar puede estar entre 0 % y 10 % en volumen (polvo de mortero); la suma total de aglutinante y cargas puede estar entre 0 % y 10 % en volumen (polvo de mortero).
La mezcla puede también comprender cargas reductoras del peso, como por ejemplo fibras vegetales, teniendo estas cargas un tamaño de partícula distribuido generalmente entre 0 y 3 mm. La proporción de estas cargas reductoras del peso en las composiciones del mortero listo para mezclar puede estar entre 0 % y 10 % en volumen de mortero.
Sin embargo, se da preferencia a formulaciones sin la adición de gránulos y/o de dichas cargas o cargas reductoras del peso, para permitir que la proporción de aglutinante y/o la proporción de aditivos aislantes sea mayor.
También se pueden añadir al mortero según la invención uno o más aditivos o adyuvantes que transmitan propiedades particulares, como por ejemplo, agentes reológicos, retenedores de agua, arrastrantes de aire, fibras con funcionalidad reológica, espesantes, agentes protectores biocidas, dispersantes, agentes rompedores de burbujas, pigmentos (más especialmente, pigmentos inorgánicos), acelerantes y/o retardantes, y/u otros agentes para mejorar el fraguado, curado, o estabilidad del mortero después de la aplicación, y/o alterar el color, las propiedades de manipulación del mortero, etc.
En particular, se pueden añadir al mortero según la invención uno o más aditivos o adyuvantes que transmitan propiedades mecánicas: por ejemplo, fibras (como en el caso de morteros reforzados con fibras), aditivos de refuerzo (fibras termoplásticas, fibras de vidrio, etc.) y aditivos poliméricos en forma de polvo para adhesión, cohesión y flexibilidad, etc.
La proporción de estos aditivos y adyuvantes en la composición del mortero listo para mezclar puede ser, preferiblemente, de aproximadamente 5 % en volumen (polvo de mortero), y usualmente está entre 0,1 % y 5 % en volumen (polvo de mortero).
Desde un punto de vista práctico, se pueden añadir las microesferas aislantes mencionadas según la invención: - a una mezcla existente de aglutinante y varios constituyentes anteriormente mencionados (por lo tanto, puede añadirse a una mezcla existente durante la producción de la mezcla),
- o durante la producción del mortero (listo para mezclar, o mezclado con agua) de los diversos constituyentes anteriormente mencionados.
El mortero pulverulento según la invención tiene la forma de un polvo (con o sin fibras, perlas, etc.) que está preferiblemente en su forma lista para mezclar, antes de la adición del agua que permite obtener una textura cremosa que está lista para la aplicación. Cabe señalar que la presente invención se refiere al mortero tanto en su forma lista para mezclar como en la forma ya mezclada con el agua.
El mortero puede usarse como un mortero destinado a aplicarse (pulverizarse, aplicarse manualmente o de cualquier otra manera, etc.) a una superficie (o sustrato), tal como la superficie de una pared o fachada de un edificio. También se puede usar después de conformarse (y curarse) en forma, por ejemplo, de una lámina o ladrillo, o alguna otra forma usada en la construcción, especialmente para recubrir superficies o formar tabiques o fachadas. Las propiedades reológicas del mortero según la invención, cuando se mezcla con agua para su aplicación, tienen las características particulares:
- de permitir la pulverización del mortero,
- de ser adecuado para un método de recubrimiento mediante pulverización o aplicación manual,
- de permitir su aplicación a superficies verticales (sin descolgamiento),
- de fomentar el alisado del recubrimiento (por comparación con el uso de partículas de PS expandido a escala milimétrica en una cantidad mayor o igual que 70 %).
El mortero según la invención que se basa en microesferas huecas de este tipo tiene también la ventaja de parecer más liso comparado con un mortero aislante obtenido a partir de inclusiones a escala milimétrica (perlas de PS expandido, espumas poliméricas, corcho, diversos desechos, etc.) a un nivel alto y puede dejarse desnudo o cubrirse con una capa de recubrimiento de acabado.
Es fácil de alisar después de la pulverización o recubrimiento manual, y da como resultado un aspecto visual muy cercano al de un mortero “convencional” (no aislante) sin necesidad de ningún tratamiento adicional o adición de un mortero de acabado o de una película complementaria (sin embargo, se puede aplicar al mortero una decoración adicional tal como pinturas, aplicación de cornisa, estampado o texturización, etc.).
El mortero según la invención se almacena ventajosamente en forma de polvo (por ejemplo, como una bolsa de mortero listo para mezclar) antes de usarse. Antes de su aplicación a un sustrato o de su conformación, el mortero se mezcla normalmente con agua, después se aplica a una superficie como por ejemplo, la fachada de un edificio, o se conforma (por ejemplo, en un molde o en una línea de producción, como se expone más adelante).
La presente invención también se refiere a un sustrato tal como la fachada de un edificio, que se recubre con un recubrimiento según la reivindicación 11.
La superficie o sustrato que recibe el mortero puede fabricarse de varios materiales tales como hormigón o tocho, ladrillo, cemento, cemento de cal, mampostería, lana de vidrio o lana de roca, panel de poliestireno, madera, fibrocemento (por ejemplo, productos como se describen en las patentes US-20050072056 y US-20050058817). El mortero según la invención puede integrarse en particular en cualquier proceso para aislamiento térmico exterior; satisface las normas de seguridad en vigor en este sector y, en particular, presenta una durabilidad y un envejecimiento que son compatibles con su uso como mortero para fachada, más especialmente, no mostrando ni degradación ni agrietamiento al final de los ciclos de envejecimiento descritos en la guía EOTA que se usa para métodos de aislamiento térmico exterior (ETI) con mortero y/ o al final de los ensayos de envejecimiento artificial para recubrimientos exteriores (ETI) según la norma NF T 30-049 y/o NF P 84-402 y/o según la norma EN1015-21 (compatibilidad de morteros con respecto a los sustratos), etc.
El mortero, después de mezclarse, en particular con agua, y/o después de aplicarse a una superficie, adopta la forma, donde sea adecuado, de una crema o de un lecho curado o de un producto curado en el que ciertos constituyentes han experimentado una reacción cuando corresponda.
Es posible reducir aún más la conductividad térmica del recubrimiento a 40 mW/m.K o incluso a 35 mW/m.K.
En todas las configuraciones del mortero según la invención, el recubrimiento tiene cohesión suficiente incluso con una alta proporción de microesferas (80 % o más), a diferencia de los morteros convencionales basados en perlas de PS.
Se ha observado, además, que el uso de dichas microesferas no aumenta el riesgo de agrietamiento del mortero. Si es necesario, la resistencia a la compresión del recubrimiento puede ser mayor o igual que 0,3 MPa y aún más preferiblemente mayor o igual que 0,4 MPa.
El espesor (total) del recubrimiento de mortero (después de la aplicación y dependiendo del aspecto deseado, posible raspado, etc.) es de aproximadamente 1 a 10 cm, en particular de aproximadamente 1 a 5 cm. Se pueden colocar varios lechos uno encima del otro, con secado parcial del lecho aplicado.
Con una proporción mayor o igual que 70 % en volumen (polvo de mortero) de microesferas poliméricas aislantes, se observan propiedades de resiliencia.
El recubrimiento producido puede dejarse desnudo o cubrirse con un recubrimiento de acabado, se puede colorear masivamente (mediante, por ejemplo, la presencia de pigmentos en el mortero), y también se puede texturizar (proporcionar efectos de superficie especiales), como por ejemplo, mediante formación de vetas, grabado, chapado, creación de nervaduras, etc., en particular en el mortero.
La hidratación y reacción (fraguado, curado) del mortero o de ciertos componentes del mortero se produce generalmente a temperatura ambiente (más especialmente, entre 5 y 35 0C).
La superficie o sustrato que va a recibir el mortero está generalmente limpia, lisa (en particular sin propensión a experimentar fragmentación o desmoronamiento), exenta de polvo y seca. Cuando sea apropiado, puede haberse tratado previamente (por ejemplo, extraído, nivelado, lavado, tratado con un acabado intermedio, calafateado, etc.) para, por ejemplo, alisar la superficie para hacerla adecuada para recibir el mortero según la invención, para rellenar grietas, para contribuir al aislamiento del sustrato, etc.
El recubrimiento puede llevarse a cabo por cualquier método que produzca el espesor deseado y el aspecto deseado como, por ejemplo, distribuir el mortero seleccionado manualmente o mediante pulverización con un dispositivo de aire comprimido, etc. La aplicación del mortero puede llevarse a cabo, cuando sea apropiado, en una o más pasadas (según, por ejemplo, el espesor deseado, etc.), que se puede aplicar húmedo sobre húmedo o, cuando sea adecuado, se puede curar antes de la aplicación de la siguiente pasada. La hidratación del mortero según la invención es ventajosamente uniforme incluso aunque el sustrato varíe, evitando así diferencias en el matiz del mortero curado.
Cuando se usan elementos de refuerzo (por ejemplo, en forma de mallas de fibras de refuerzo), especialmente en aislamiento térmico exterior, estos elementos pueden incorporarse a un lecho (cuando proceda, en una de las pasadas) de mortero cuando aún está húmedo, y se aplican a la superficie de colocación. En caso de vertido, el mortero se puede limpiar con agua, cuando sea apropiado, por ejemplo, antes del secado, o cepillarse después del secado.
La presente invención también se refiere a un material de construcción, en forma de una lámina o ladrillo, para recubrir superficies (más especialmente de edificios), o constituirlas, obteniéndose dicho material a partir de (o sobre la base de) el mortero pulverulento según la invención.
En particular, una lámina con dimensiones de hasta 60 X 250 cm (en particular, 60 X 120 cm), y con un espesor de entre 2 mm y 1 cm, puede producirse al inyectar un mortero según la invención (más especialmente, con un aglutinante basado en cemento o yeso o escayola), después de mezclar con agua, en un molde y dejarlo envejecer y/o secar hasta que el curado sea suficiente para permitir, en particular su manipulación.
En otra realización, el mortero (en particular con un aglutinante basado en escayola y/o en yeso) puede moldearse en forma de ladrillos o baldosas, con dimensiones de aproximadamente 50 X 50 cm y con un espesor de aproximadamente 5 a 10 cm, siendo posible que estos ladrillos o baldosas se usen, por ejemplo, para formar tabiques o fachadas.
Cuando sea adecuado, las láminas, en particular (más especialmente, las láminas basadas en cemento y/o escayola y/o yeso) pueden recubrirse con una o más capas (tales como capas protectoras o capas de refuerzo o capas que fomentan la adhesión a una superficie o transmiten un mejor aspecto a la superficie o permiten la aplicación directa de pintura o pegamento o renderizado, etc.), a base de por ejemplo, papel (celulosa, craft, etc.) y/o reforzarse, por ejemplo, con una o más mallas de vidrio, una o más telas tejidas o no tejidas, etc. Según una realización variante de una lámina, una lámina provista de una o más capas de papel puede obtenerse distribuyendo el mortero (en particular con un aglutinante basado en escayola y/o yeso) sobre un papel que se fabrica en una línea de producción, más especialmente en una banda vibratoria (para distribuir el mortero uniformemente), con adición cuando sea apropiado de una segunda lámina de papel al mortero, y después secando la unidad antes de cortarla a la forma deseada.
Pueden usarse, además, otros procesos (extrusión, moldeo por compresión, etc.) para obtener láminas, más especialmente los procesos de capas Hatschek (por ejemplo, como se describe en el documento EP 1682731 o EP 1678101), etc.
Los ejemplos no limitativos siguientes ilustran la composición y el rendimiento de los morteros aislantes según la invención, y con las siguientes figuras:
La figura 1 es una imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) en sección transversal del interior de una perla de PS porosa a escala milimétrica que se usa en un mortero aislante convencional.
La figura 2 es una imagen SEM de las perlitas estudiadas por el solicitante en un mortero para aislamiento térmico. Las figuras 3 y 4 son imágenes SEM de microesferas de vidrio aislantes para un mortero aislante según la invención. La figura 5 es una imagen SEM de microesferas aislantes poliméricas para un mortero aislante según la invención. La figura 6 es una fotografía de un mortero aislante convencional que contiene perlas de PS porosas a escala milimétrica.
La figura 7 es una fotografía de un mortero aislante basado en microesferas aislantes según la invención.
Ejemplos de aditivos
La tabla 1 siguiente indica las propiedades de los materiales usados para varios morteros aislantes descritos en los ejemplos posteriores.
Figure imgf000008_0001
Tabla 1
***: datos del proveedor
El primer aditivo, R1, es ampliamente conocido en morteros aislantes y, por ejemplo, es el producto Styropor P570 comercializado por la empresa BASF.
La figura 1 es una imagen en sección transversal del interior de un perla porosa a escala milimétrica de este tipo, tomada con un microscopio electrónico de barrido (SEM) con un aumento de 30. Estas perlas son impermeables, ya que los poros están cerrados. La barra de escala en la figura 1 es de 1 mm.
Los aditivos C1 y C2 no forman parte de la técnica anterior para morteros aislantes, pero también se sometieron a ensayo para permitir una mejor comprensión de la invención. Consisten en perlita, en otras palabras, una roca volcánica (riolita) que se expande formando perlas porosas de múltiples celdillas. Las perlitas existen en todos los tamaños (de 50 pm a 6 mm) y tienen conductividad térmica diferente. La captación de agua es, típicamente, de 200­ 600 %. Con fines de comparación con la invención, los autores seleccionaron perlitas que tenían un diámetro a escala submilimétrica y una conductividad térmica baja.
La figura 2 es una imagen SEM de las primeras perlitas seleccionadas C1, tomada con un aumento de 200. El producto en cuestión se denomina Perlite 0/1, comercializado por Knauf. La segunda perlita C2 es de tamaño más pequeño y tiene una conductividad térmica aún menor que C1, y tiene un tratamiento superficial hidrófobo. El producto en cuestión se denomina Noblite G200 EC y está comercializado por la empresa Lafarge Prestia.
Los primeros aditivos I1 según la invención son microesferas unicelulares a escala micrométrica, con una envoltura continua de vidrio de borosilicato, que no se deben confundir con las esferas porosas de vidrio espumado multicelular, que son mucho más grandes. Estas microesferas contienen una mezcla de aire y SO2 (un gas que es más aislante que el aire), en un volumen relativo de aproximadamente 1/3 - 2/3 respectivamente, con una ligera subpresión.
Las figuras 3 y 4 son imágenes SEM de estos aditivos I1 con, respectivamente, aumentos de 200 y 500 y, en particular de una microesfera con una envoltura rota. El producto en cuestión es el producto de referencia K1, comercializado por la empresa 3M.
Los segundos aditivos I2 según la invención son microesferas unicelulares a escala micrométrica con una envoltura continua de polímero termoplástico (mezcla de PVC y acrilonitrilo) que contiene un gas que es más aislante que el aire (isobutano).
La figura 5 es una imagen tomada mediante SEM de estas microesferas I2 con un aumento de 200. El producto en cuestión es el producto denominado Expancel 551 DE 40 S42, comercializado por Akzo Nobel.
Como se confirma mediante las imágenes de SEM, muy pocas de las microesferas unicelulares I1 y I2 se rompen, a diferencia de las perlitas C1 y C2.
Como se confirma con los valores de densidad real medidos por picnómetro de aire:
- las perlitas C1 y C2 tienen porosidades, grietas y rupturas superficiales abiertas, siendo significativa la diferencia entre la densidad real medida por picnómetro de aire y la densidad real del proveedor,
- las microesferas unicelulares I1 y I2 no tienen una porosidad superficial abierta, siendo la densidad real medida por picnómetro de aire y la densidad real del proveedor, además, sustancialmente iguales.
Las microesferas de envoltura sólida I1 y I2 tienen la ventaja:
- de ser menos frágiles en su superficie, ya que todo el material se concentra en la superficie;
- para una conductividad térmica dada, de tener una densidad más alta debido al gas “encapsulado” .
Evidentemente, las microesferas I1 y I2 permanecen impermeables después de las operaciones de producción del mortero, de mezclado y de aplicación/uso, lo que no es el caso de las perlitas C1 y C2 debido a su fragilidad.
Ejemplos de mortero aislante
Se producen en nueve morteros: un mortero de referencia convencional basado en perlas de PS (A1), otros dos morteros fabricados para comparación, que no forman parte de la técnica anterior (A2 y A3) y 6 morteros basados en microesferas aislantes según la invención (B1 a B6).
Para 8 de los 9 morteros, la composición de mortero comprende:
- una proporción X mayor o igual que 75 % en volumen de polvo de mortero, de aditivo(s) de aislamiento térmico,
- una proporción Y igual a 100-X % de ingredientes restantes compuestos de un aglutinante y de adyuvantes opcionales, que incluyen 84 % en volumen de polvo del resto de ingredientes de cemento Portland 52.5, 15 % en volumen de polvo del resto de ingredientes de cal grasa, y 1 % en volumen de polvo del resto de ingredientes de adyuvantes, que comprenden un arrastrante de aire de tipo sulfonato, un éter de celulosa que actúa como agente reológico y retenedor de agua, y un agente hidrofobizante tipo estearato.
Para uno de los 9 morteros (B5), el resto de ingredientes comprende únicamente cemento Portland 52.5 (10 % en volumen de polvo de mortero).
Para todos los morteros, los ingredientes se mezclan en un mezclador Rayneri (convencional) durante 3 minutos. La tabla 2 siguiente indica los diferentes porcentajes, los tipos y las proporciones de aditivos usados.
Figure imgf000010_0001
Tabla 2
La pasta fresca se vierte en los moldes adecuados y a continuación se envejece durante 28 días (a 20 0C durante siete días a 100 % de humedad, después a 20 °C y 55 % de HR durante 21 días), antes de someterse a secado en horno final a 70 °C durante varios días hasta que la masa de la muestra sea estable (lo que corresponde a la eliminación de agua libre).
Después, la conductividad térmica se determina en muestras con un tamaño de 15x15x5 cm, con un conductímetro Netzsch HFM 436/3/1 según la norma EN NF 12664.
La resistencia a la compresión se determina antes del paso de secado final a 70 °C, en probetas de 4x4x16 cm, según la norma EN 196.1 utilizando una unidad Qtest/5 de MTS.
La tabla 3 siguiente indica las proporciones de aditivos usadas para los 9 morteros aislantes producidos y el rendimiento térmico/mecánico obtenido.
Figure imgf000010_0002
Figure imgf000011_0001
Tabla 3
La probeta A1, con base de perlas de PS expandido, tiene una conductividad térmica demasiado alta. Y, al utilizar niveles más altos de PS expandido para disminuir las conductividades, no se garantiza la cohesión. Además, como se muestra en la figura 6, la superficie del mortero (probeta A1) es muy granular, lo que es característico de las perlas de PS.
Las probetas A2 y A3, con base de perlita expandida, también tienen conductividades térmicas excesivas, aunque la conductividad térmica de la perlita es baja. La porosidad de estas perlas, la mayor cantidad de perlas rotas y, por lo tanto, su captación de agua, dan como resultado un rendimiento térmico insatisfactorio.
Por el contrario, las probetas B1 a B6, con base de microesferas huecas según la invención (solas o junto con los aditivos de PS) presentan conductividades térmicas excelentes y cohesión de lecho alta.
El mejor rendimiento térmico (menor que 35 mW/m.K) se obtiene con el mezclado de aditivos: uno de los aditivos I1 (o I2) y las perlas de PS expandido R1 (las microesferas que llenan los intersticios entre los macroperlas R1), o con los dos tipos de microesferas I1 y I2.
Las propiedades mecánicas son mayores cuando la proporción de microesferas es mayor del 70 %.
Para las probetas sin macroperlas R1, el aspecto de la superficie es especialmente regular (no se necesita recubrimiento de acabado) según muestra la figura 6, que corresponde a la probeta B3.
Las probetas B3 y B4, que contienen un alto nivel de microesferas poliméricas I2, presentan resiliencia.
Los morteros según la invención pueden usarse, en particular como morteros para fachada en las paredes exteriores verticales o inclinadas de edificios, o en forma de láminas o ladrillos como se ha descrito anteriormente, etc.

Claims (15)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Mortero pulverulento que comprende al menos un aglutinante hidráulico inorgánico, al menos 75 % en volumen con respecto al volumen de polvo de mortero de aditivos de aislamiento térmico que están sustancialmente en forma de perlas y tienen una conductividad térmica menor o igual que 55 mW/m.K, caracterizado porque los aditivos de aislamiento térmico son impermeables, y al menos 20 % en volumen de polvo de mortero de dichos aditivos, que reciben el nombre de microesferas aislantes, son unicelulares, lo que significa que tienen una envoltura exterior cerrada que delimita un núcleo formado por una sola cavidad interior, y tienen una escala micrométrica con un tamaño de característica exterior promedio máximo menor que 0,5 mm, teniendo la mayoría de las microesferas aislantes una densidad real medida por picnómetro de aire menor o igual que 0,25.
  2. 2. El mortero pulverulento según la reivindicación anterior, caracterizado por que la mayoría de las microesferas aislantes tienen una densidad real medida por picnómetro de aire menor o igual que 0,15.
  3. 3. El mortero pulverulento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la relación entre el tamaño exterior máximo y el espesor de la envoltura es mayor que 60.
  4. 4. El mortero pulverulento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para la mayoría de las microesferas aislantes, la conductividad térmica es menor o igual que 50 mW/m.K, o incluso menor o igual que 45 mW/m.K, y la relación entre el tamaño exterior máximo y el espesor de la envoltura es mayor o igual que 80, o incluso que 120.
  5. 5. El mortero pulverulento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que para la mayoría de las microesferas aislantes, el núcleo comprende al menos un gas que es más aislante térmicamente que el aire, en particular SO2, CO2, un gas orgánico, en particular un gas de hidrocarburo, tal como (iso)pentano, (iso)butano, (iso)octano y mezclas de los mismos.
  6. 6. El mortero pulverulento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos algunas de las microesferas son esencialmente inorgánicas, en particular hechas de vidrio, hechas de cerámica.
  7. 7. El mortero pulverulento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que al menos algunas de las microesferas aislantes son esencialmente orgánicas, en particular fabricadas de (co)polímero(s) termoplástico(s), tales como cloruro de polivinilo y acrilonitrilo, polietileno.
  8. 8. El mortero pulverulento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende al menos 70 % en volumen de polvo de mortero de las microesferas aislantes y al menos 5 % en volumen de polvo de mortero de cemento, más especialmente cemento Portland.
  9. 9. El mortero pulverulento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende:
    - de 40 % a 60 % en volumen de polvo de mortero de microesferas aislantes esencialmente orgánicas,
    - de 60 % a 40 % en volumen de polvo de mortero de microesferas aislantes esencialmente inorgánicas.
  10. 10. El mortero pulverulento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende al menos 80 % en volumen de polvo de mortero de aditivos aislantes térmicos, que incluyen:
    - de 40 % a 60 % en volumen de polvo de mortero de microesferas aislantes,
    - de 55 % a 20 % en volumen de polvo de mortero de dichos otros aditivos, seleccionados preferiblemente de perlas poliméricas, en particular perlas de poliestireno que están a escala milimétrica y tienen una conductividad térmica menor o igual a 40 mW/m.K.
  11. 11. Un sustrato tal como la fachada de un edificio, caracterizado por que está recubierto con un recubrimiento basado en el mortero pulverulento según una de las reivindicaciones 1 a 10 y mezclado con agua, teniendo dicho recubrimiento un espesor total de 1 a 10 cm y una conductividad térmica menor o igual que 52 mW/m.K.
  12. 12. El sustrato según la reivindicación 11, caracterizado por que la conductividad térmica del recubrimiento es menor o igual que 40 mW/m.K, o incluso menor o igual que 35 mW/m.K.
  13. 13. El sustrato según una de las reivindicaciones 11 o 12, caracterizado por que el recubrimiento tiene una resistencia a la compresión de al menos 0,3 MPa, o incluso 0,4 MPa.
  14. 14. Una lámina con dimensiones de hasta 60 x 250 cm, y con un espesor de entre 2 mm y 1 cm, obtenida a partir del mortero pulverulento según una de las reivindicaciones 1 a 10.
  15. 15. Un ladrillo con dimensiones de aproximadamente 50 x 50 cm y con un espesor de aproximadamente 5 a 10 cm, obtenido a partir del mortero pulverulento según una de las reivindicaciones 1 a 10.
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