ES2896238T3 - Procedimiento y dispositivo para la producción de material de construcción mineral poroso - Google Patents

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Abstract

Procedimiento para la producción de un material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado, que comprende las etapas de: (i) proporcionar una mezcla acuosa que comprende agua, SiO2, cal hidratada, cemento y un acelerador del endurecimiento, (ii) introducir al menos un agente espumante en la mezcla acuosa de la etapa (i), (iii) espumar la mezcla de la etapa (ii) suministrando un gas, en particular aire, en un mezclador de oscilación, para obtener una mezcla espumada, (iv) transferir la mezcla espumada de la etapa (iii) a otro mezclador, preferiblemente mezclador horizontal, y mezclar con número de revoluciones bajo preferiblemente en el intervalo de 20-200 rpm, para obtener una mezcla bruta, (v) dejar la mezcla bruta de la etapa (iv) en un molde durante al menos 5 h, preferiblemente durante al menos h y de manera especialmente preferible al menos 15 h en el molde, para obtener una materia prima, (vi) endurecer al vapor la materia prima obtenida en la etapa (v) en un autoclave, esto dado el caso después de cortar en piezas y (vii) secar la materia prima endurecida al vapor.

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento y dispositivo para la producción de material de construcción mineral poroso
La invención se refiere a un procedimiento para la producción de material de construcción mineral poroso y a un dispositivo adecuado para ello.
Los materiales minerales porosos del tipo más diverso se conocen como materiales de construcción. Debido a su alta porosidad, se caracterizan por una densidad aparente claramente menor en comparación con el hormigón. Por densidad aparente se entiende la densidad de un cuerpo poroso basada en el volumen, incluidos los espacios de poro. Mientras que la densidad aparente en el hormigón ordinario se encuentra entre aproximadamente 2.000 y 2.600 kg/m3, con materiales de construcción minerales porosos se alcanzan habitualmente densidades aparentes en el intervalo de 80 a 600 kg/m3. Debido a la alta proporción de aire se obtienen como resultado propiedades de aislamiento térmico mejoradas. Resulta decisiva la conductividad térmica, que se indica con el valor de conductividad térmica lambda. Cuanto menor sea el valor, mejor será la capacidad de aislamiento.
Dependiendo del tipo de producción, los materiales minerales porosos se dividen en hormigón celular y hormigón espumoso. El hormigón celular se produce habitualmente mezclando las materias de partida cal viva, cemento, arena de cuarzo y agua con un agente porógeno, tal como polvo de aluminio o pasta de aluminio. En la suspensión alcalina, el aluminio metálico desprende gas hidrógeno, de modo que se generan muchas burbujas de gas pequeñas, que espuman la mezcla que se endurece gradualmente. Después de un proceso de endurecimiento al vapor en un autoclave, el producto acabado consiste en una fase cristalina de silicato de calcio hidratado, que corresponde en gran parte al mineral natural tobermorita. En la producción de hormigón espumoso se utilizan, en lugar de aluminio, agentes espumantes, por ejemplo, a base de tensioactivos o proteínas. Habitualmente se mezcla una espuma generada previamente en el hormigón y a continuación se endurece al vapor el producto bruto. A este respecto, para una buena calidad del producto es fundamental distribuir la espuma de la manera más uniforme posible en el hormigón, sin destruir a este respecto las burbujas de aire en la espuma. Puede conseguirse un buen aislamiento térmico cuando un gran número de poros pequeños están distribuidos de la manera más uniforme posible en el sólido. Además, el sólido debería presentar una composición cristalina lo más regular posible. Los procedimientos conocidos hasta la fecha para la producción de hormigón espumoso a menudo no pueden garantizar esto suficientemente. El documento EP0038552 da a conocer un procedimiento para la producción de un material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado. El documento EP3241813 muestra un procedimiento para la producción de un material aislante.
Por tanto, la invención se basaba en el objetivo de proporcionar un procedimiento, con el que se consiguiera proporcionar un material de construcción mineral poroso especialmente uniforme, que se caracterizara por un valor de conductividad térmica bajo y una alta resistencia mecánica. En el sentido de la presente solicitud, en el caso del material de construcción mineral poroso se trata de un material a base de silicato de calcio hidratado. Dicho de manera más precisa, la invención se encarga de la producción de un hormigón espumoso mejorado, entendiéndose por el término “hormigón espumoso” un material mineral poroso, endurecido hidrotérmicamente, para cuya producción se utilizan al menos agua, SiO2, cal hidratada, cemento y agentes espumantes, preferiblemente a base de tensioactivo o de proteína.
En la presente invención se encontró sorprendente que para la producción de hormigón espumoso no es necesario producir por separado una espuma y mezclarla en una mezcla de materiales de construcción minerales, sino que en principio es posible espumar un agente espumante, por ejemplo a base de tensioactivo o de proteína directamente en una mezcla de materiales de construcción acuosa. Si la mezcla espumada se somete a continuación a una etapa de mezclado mecánica, entonces puede obtenerse un material de construcción mineral con estructura especialmente homogénea y poros finos distribuidos uniformemente.
Por tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la producción de un material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado, que comprende las etapas:
(i) proporcionar una mezcla acuosa que comprende agua, SiO2, cal hidratada, cemento y un acelerador del endurecimiento,
(ii) introducir al menos un agente espumante, por ejemplo tensioactivo o proteína, en la mezcla acuosa de la etapa (i),
(iii) espumar la mezcla de la etapa (ii) suministrando un gas, en particular aire, en un mezclador de oscilación, para obtener una mezcla espumada,
(iv) transferir la mezcla espumada de la etapa (iii) a otro mezclador, preferiblemente mezclador horizontal, y mezclar con número de revoluciones bajo preferiblemente en el intervalo de 20-200 rpm, para obtener una mezcla bruta,
(v) dejar la mezcla bruta de la etapa (iv) en un molde durante al menos 5 h, preferiblemente durante al menos 10 h y de manera especialmente preferible al menos 15 h en el molde, para obtener una materia prima,
(vi) endurecer al vapor la materia prima obtenida en la etapa (v) en un autoclave, esto dado el caso después de cortar en piezas y
(vii) secar la materia prima endurecida al vapor.
En la etapa (i) se produce una mezcla acuosa de los materiales de partida. A este respecto se mezclan SO 2 o un material que contiene silicato, cal hidratada (cal apagada), cemento y un acelerador del endurecimiento con agua. Además pueden añadirse otros materiales de partida opcionales, tales como, por ejemplo caolín, meta-caolín, material de retorno, agentes hidrofobizantes, hulla, ceniza volante, yeso, anhidrita y otros aditivos para hormigón habituales en el campo técnico y mezclas de los mismos. Ejemplos adicionales de aditivos adecuados son hormigón de resistencia ultraalta (UHPC), alúmina (óxidos de aluminio III), tierras calizas y tierras silíceas.
Para optimizar adicionalmente las propiedades del hormigón espumoso producido según la invención, pueden usarse aditivos tales como zeolitas, aerogel, perlitas o esferas de vidrio. Estos aditivos pueden añadirse o bien ya en la mezcla acuosa de los materiales de partida de la etapa (i) o bien en un momento posterior del procedimiento. El aerogel es un cuerpo sólido altamente poroso, preferiblemente a base de silicato, que puede conferir al hormigón espumoso según la invención una conductividad térmica aún más reducida. Las perlitas se añaden en particular en forma de perlita expandida. Estas reducen igualmente la conductividad térmica del hormigón espumoso. Las esferas de vidrio tales como, por ejemplo, 3M Glass Bubbles son bolitas de vidrio con un diámetro de habitualmente 1 a 1.000 |im. Estas actúan como carga de peso ligero que, debido a su baja conductividad térmica, es capaz de conferir al hormigón espumoso producido según la invención una acción aislante térmica particularmente buena. Si se utilizan estos aditivos o similares, pueden añadirse en cualquier momento durante la producción, siempre que pueda garantizarse que los aditivos se distribuyan uniformemente en el material.
En el sentido de la invención, la denominación “SO 2” se usa a modo de resumen para cualquier material que contenga silicato. Como material que contiene silicato son adecuadas arena de cuarzo o bien arena que contiene cuarzo o harina de roca que contiene cuarzo. Con respecto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i), la proporción de SO 2 asciende a aproximadamente del 25 al 35 % en peso, preferiblemente a aproximadamente del 27 al 32 % en peso.
Los términos cal hidratada y cal apagada se usan en el presente documento de manera intercambiable y designan hidróxido de calcio. Con respecto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i), se usa cal hidratada en una cantidad de aproximadamente el 18 % al 35 % en peso, preferiblemente de aproximadamente el 25 % al 32 % en peso.
El cemento, desde el punto de vista químico, está compuesto por aproximadamente del 58 al 76 % de óxido de calcio (CaO), del 18 al 26 % de dióxido de silicio (SO 2), del 4 al 10 % de óxido de aluminio (A^Os ) y del 2 al 5 % de óxido de hierro (Fe2Oa). Estos componentes principales se encuentran en el cemento prioritariamente en forma de silicato tricálcico (3CaO*SiO2), silicato dicálcico (2CaO*SiO2), aluminato tricálcico (3CaO*Al2Oa) y ferrita de aluminato tetracálcico (4CaO*Al2O3*Fe2Oa). En el sentido de la presente invención, básicamente puede utilizarse cualquier cemento, tal como, por ejemplo, cemento Portland, cemento compuesto Portland, cemento de alto horno, cemento puzolánico o cemento compuesto. Preferiblemente, según la invención se utiliza cemento Portland. Con respecto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i), se utiliza cemento en una cantidad de aproximadamente el 25 % al 45 % en peso, por ejemplo, de aproximadamente el 30 % al 40 % en peso. El uso de cemento, por ejemplo cemento Portland, en esta cantidad tiene la ventaja de que el material de construcción producido presenta una alta resistencia a la tracción. La mezcla bruta tiene un largo tiempo de procesamiento abierto, de modo que un mezclador, en el que se proporciona la mezcla acuosa en la etapa (i), solo tiene que limpiarse en el caso de períodos de inactividad más largos entre las operaciones de mezclado.
A los productos de partida para un material de construcción según la invención se les puede añadir además material de retorno en forma de polvo o granulado, en particular como suspensión. Por el término “material de retorno” se entienden materiales de desecho en forma triturada. Por ejemplo, pueden utilizarse piezas residuales de material de construcción según la invención trituradas en polvo o polvo que se produce al cortar el material en placas. También son adecuados polvos o granulados de otros materiales de construcción minerales a base de silicato de calcio hidratado. Por ejemplo, el material de retorno puede utilizarse en una cantidad de aproximadamente el 3 al 7 % en peso con respeto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i).
El caolín o el meta-caolín puede añadirse como componente opcional a la mezcla acuosa de la etapa (i). Preferiblemente, el caolín se utiliza en una cantidad de aproximadamente el 5 al 10 % en peso, en particular de aproximadamente el 6 al 8 % en peso. Como aditivo puzolánico, el caolín reduce el calor de hidratación y por consiguiente las tensiones.
Un acelerador del endurecimiento en el sentido de la invención sirve para acelerar el endurecimiento y mejora sobre todo la resistencia inicial del material. En particular son adecuados los aceleradores del endurecimiento a base de una combinación de nitrato de calcio, nitrato de sodio y N-metildietanolamina, tal como por ejemplo el acelerador del endurecimiento X-Seed que puede obtenerse de la empresa BASF. Aceleradores del endurecimiento adicionales adecuados para su uso en la producción según la invención de un material de construcción se describen en las solicitudes de patente internacionales WO 2010/026155 y WO 2011/131378. En el sentido de la invención, un acelerador del endurecimiento se utiliza preferiblemente en una cantidad de aproximadamente el 3 al 8 % en peso con respeto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i).
La relación de agua con respecto a sólido se selecciona en la mezcla acuosa de la etapa (i) de tal manera que ascienda a de aproximadamente 0,5:1 a 1,5:1, preferiblemente a de aproximadamente 0,6:1 a 1:1. A medida que disminuye la relación de agua con respecto a sólido, la viscosidad aumenta significativamente antes y en particular después de añadir la espuma. Además, pudo establecerse un aumento de la estabilidad en verde. Sin embargo, el mezclado por agitación de la espuma se vuelve más difícil a medida que disminuye la relación de agua con respecto a sólido. Por otro lado, la relación de agua con respecto a sólido tampoco debe aumentarse sustancialmente, dado que de este modo se reduce la estabilidad de colada, aumenta el tiempo de endurecimiento y aumenta la cantidad de agua en el bloque, lo que es desventajoso por motivos técnicos de secado. Es recomendable una relación de agua con respecto a sólido de 0,6:1 a 1:1, dado que en este caso se consigue una buena homogeneización durante el mezclado y buenas propiedades del producto.
Básicamente es posible añadir a la mezcla acuosa de la etapa (i) también fibras orgánicas o inorgánicas. Sin embargo, en un aspecto preferido de la invención, la mezcla acuosa de la etapa (i) no contiene fibras orgánicas o inorgánicas. Se encontró que la presencia de fibras tiene un efecto desventajoso sobre la porosidad del material producido. En particular, el tiempo de permanencia puede extenderse, dado que las fibras pueden liberar agua de manera incontrolada. Las burbujas de aire de poros finos introducidas a través del proceso de espumación se destruyen. Sin embargo, en el caso de que sea prioritaria una resistencia particularmente alta del material de construcción, pueden usarse fibras tales como, por ejemplo, fibras de celulosa, carboximetilcelulosa, fibras de coco o fibras de vidrio como aditivos.
Tras el mezclado de los diferentes componentes en la etapa (i), la temperatura de la mezcla acuosa asciende preferiblemente a de aproximadamente 19 a 30 °C. Se prefiere adicionalmente una temperatura en el intervalo de aproximadamente 20 a 25 °C. Esta temperatura puede ajustarse, por ejemplo, mediante la elección de la temperatura del agua usada en función de la temperatura de los sólidos.
La provisión de la mezcla acuosa en la etapa (i) tiene lugar preferiblemente en un mezclador, en particular en un mezclador vertical. La ventaja de usar un mezclador vertical consiste en que la mezcla acuosa puede evacuarse de manera continua en el lado inferior, sin que lleguen de manera conjunta cantidades mayores de aire.
En la mezcla acuosa de la etapa (i) se introduce en la etapa (ii) posterior al menos un agente espumante. La introducción del agente espumante puede tener lugar antes de o al mismo tiempo que la espumación de la mezcla en la etapa (iii). En una primera forma de realización preferida se introduce en primer lugar al menos un agente espumante en la mezcla acuosa de la etapa (i), antes de que la mezcla acuosa mezclada con el agente espumante se espume en una etapa posterior. En una forma de realización alternativa se transfiere la mezcla acuosa de la etapa (i) en primer lugar a un mezclador oscilante, en el que se dosifica directamente el agente espumante y en el que tiene lugar la espumación de la mezcla suministrando un gas.
Si el agente espumante se introduce en la mezcla acuosa antes de la espumación, para ello está previsto preferiblemente un mezclador adicional, por ejemplo un mezclador vertical, al que se dosifican por un lado la mezcla acuosa de la etapa (i) y por otro lado al menos un agente espumante. Esto tiene lugar preferiblemente en condiciones, en las que se evita el suministro de grandes cantidades de aire. De lo contrario, la presencia de aire u otros gases tendría la consecuencia de que el agente espumante ya se espumase. Sin embargo, según la invención, solo tiene lugar una espumación preferiblemente después de que el agente espumante se haya mezclado lo más homogéneamente posible en la mezcla acuosa de la etapa (i).
En el sentido de la invención, como agentes espumantes son adecuados en particular los tensioactivos y las proteínas. Estos pueden combinarse opcionalmente con estabilizadores o coadyuvantes. Los tensioactivos pueden seleccionarse básicamente de manera discrecional de tensioactivos naturales y sintéticos. Según la invención preferiblemente se utilizan tensioactivos aniónicos o no iónicos o mezclas de los mismos. Según la invención se encontró que para la producción de material de construcción mineral hidrofobizado son especialmente adecuados como agentes espumantes los tensioactivos no iónicos y las proteínas.
La mezcla dado el caso ya mezclada con un agente espumante de la etapa (i) se transfiere a continuación a un mezclador de oscilación y se espuma allí suministrando un gas, en particular aire. Siempre que el agente espumante no se haya añadido ya anteriormente, en el mezclador oscilante también tiene lugar la dosificación del agente espumante. Un mezclador de oscilación adecuado para su uso en la presente invención comprende preferiblemente una cámara, en la que se introduce la mezcla de partida, por ejemplo la mezcla acuosa mezclada con agente espumante de la etapa (ii) o la mezcla de la etapa (i) y se mezcla allí con gas, en particular aire. Con este propósito, la cámara comprende un elemento de espumación estacionario, que está configurado para introducir gas en la cámara. La cámara se desplaza por medio de un dispositivo de accionamiento en un movimiento de rotación oscilante alrededor de su eje central. Si el agente espumante solo se añade directamente al mezclador oscilante, este comprende adicionalmente un dispositivo para introducir agente espumante en la cámara.
Las condiciones de espumación en el mezclador oscilante se eligen preferiblemente de tal manera que se genere una mezcla espumada con una densidad aparente en el intervalo de desde 40 hasta 120 kg/m3, preferiblemente de 60 a 100 kg/m3. Se encontró que así se obtienen como resultado productos particularmente homogéneos con una resistencia buena y uniforme.
La temperatura de la mezcla espumada generada en la etapa (iii) corresponde ventajosamente de manera sustancial a la temperatura de la mezcla acuosa de la etapa (i). Se prefiere una temperatura de aproximadamente 19 a 30 °C, más preferiblemente de aproximadamente 20 a 25 °C. Ventajosamente, la temperatura no debería diferir más de 5 K de la temperatura de la mezcla acuosa de la etapa (i).
Según la invención, la mezcla mezclada con agente espumante de la etapa (ii) puede transferirse directamente o a través de uno o varios recipientes de reserva, por ejemplo un mezclador vertical adicional, a un mezclador de oscilación. De este modo puede garantizarse que el mezclador de oscilación no extraiga aire incluso en el caso de un funcionamiento continuo y que una espumación tenga lugar exclusivamente por el gas introducido por soplado de manera dirigida en el mezclador de oscilación. De esta manera puede regularse de manera exacta la porosidad de la mezcla resultante.
La mezcla espumada de la etapa (iii) se transfiere a continuación en la etapa (iv) a un mezclador adicional, preferiblemente un mezclador horizontal, y se mezcla allí con un número de revoluciones bajo para obtener una mezcla bruta. El mezclado en el mezclador adicional sirve para homogeneizar la mezcla espumada y evitar que en el material se formen zonas con porosidad particularmente alta o particularmente baja. El mezclador (horizontal) adicional se hace funcionar con un número de revoluciones bajo, preferiblemente en el intervalo de 20 a 200 rpm, por ejemplo de 30 a 70 rpm. Con un número de revoluciones bajo de este modo, las burbujas generadas mediante la espumación se conservan y se distribuyen uniformemente por el material. La mezcla espumada permanece preferiblemente en el mezclador (horizontal) solo durante un tiempo breve, por ejemplo, de 10 segundos a 10 minutos o de 20 segundos a 1 minuto, y se descarga entonces lo más rápido posible en un molde.
Durante la transferencia de la mezcla espumada desde el mezclador oscilante al mezclador adicional, este puede estar todavía en estado parado o encontrarse ya con número de revoluciones bajo, tal como se ha indicado anteriormente. En función de esto varía el tiempo de permanencia de la mezcla de espuma en el mezclador adicional. La derivación desde el mezclador adicional al molde tiene lugar lo más rápido posible en una etapa, siendo igualmente posible llenar varios moldes (en paralelo) desde un mezclador adicional o llenar un molde con el material mezclado desde varios mezcladores adicionales.
En lugar de un mezclador horizontal, naturalmente también es adecuado un mezclador vertical u otro mezclador.
En una forma de realización alternativa de la invención, la mezcla espumada puede evacuarse desde el mezclador de oscilación también directamente al molde y volver a mezclarse brevemente en el molde. Por ejemplo, herramientas de mezclado pueden sumergirse en el molde lleno desde arriba y mezclar la mezcla espumada. También en esta variante de realización, la herramienta de mezclado se hace funcionar con un número de revoluciones bajo, preferiblemente en el intervalo de 20 a 200 rpm, para garantizar que las burbujas generadas mediante la espumación se conserven y se distribuyan uniformemente por el material. Por ejemplo, es posible sumergir las herramientas de mezclado en el material espumado y moverlas por el molde con bajo número de revoluciones, para conseguir una homogeneización y evitar que en el material se formen zonas de porosidad particularmente alta o particularmente baja.
La mezcla bruta obtenida se introduce en la etapa (v) en un molde. La mezcla bruta permanece en este molde durante al menos 5 h, preferiblemente durante al menos 10 h y de manera especialmente preferible durante al menos 15 h, para obtener una materia prima. Preferiblemente, la mezcla bruta permanece en el molde durante de 6 a 72 h. A este respecto, la temperatura se selecciona preferiblemente de tal manera que corresponda aproximadamente a la temperatura de partida de la mezcla acuosa y de la mezcla espumada. Preferiblemente, la temperatura no difiere en más de 5 K de la temperatura de partida de la mezcla acuosa y de la mezcla espumada.
La materia prima se endurece al vapor en la etapa (vi), esto dado el caso después de dividir, especialmente cortar, en porciones más pequeñas. Para ello, la materia prima se introduce en un autoclave y se endurece en condiciones de presión y de temperatura adecuadas. Ventajosamente, la presión en el autoclave está disminuida en primer lugar en comparación con la presión atmosférica en de 0,02 a 0,05 MPa (de 0,2 a 0,5 bar). Mediante la evacuación, la masa puede calentarse más rápidamente y llevarse hasta la temperatura máxima. Cuanto más intenso sea el tratamiento a vacío, menor será la diferencia de temperatura entre el centro del bloque y el espacio de vapor. Mediante la evaporación lenta del autoclave se reducen las diferencias de temperatura entre las zonas de bloque internas y externas, de modo que se evitan las tensiones térmicas que conducen a grietas. Ha resultado favorable una velocidad de calentamiento lenta, siendo necesario en la zona de presión inferior un pequeño gradiente de calentamiento para evitar una delicuescencia o bien destrucción del material deseado. Con tiempos de calentamiento de aproximadamente 1 a 4 h es posible un endurecimiento sin grietas. Para aumentar la seguridad del procedimiento, el tiempo de mantenimiento a continuación de esto asciende a 8 h con una presión de mantenimiento de 1,2 MPa (12 bar). Dado que una evaporación demasiado rápida conduciría a daños de dureza en el material, el tiempo de evaporación debería encontrarse en de 2 a 4,5 h.
En la etapa de endurecimiento al vapor en un autoclave, la materia prima puede encontrarse opcionalmente todavía en el molde o el molde puede retirarse al menos parcialmente antes.
En una forma de realización preferida de la invención, el molde se retira antes del endurecimiento al vapor excepto el fondo del molde. La materia prima que se encuentra en el fondo del molde puede seguir entonces almacenándose todavía opcionalmente (por ejemplo de 6 a 72 h) hasta que, encontrándose todavía sobre el fondo del molde, se introduzca en el autoclave y se endurezca al vapor en el mismo. A este respecto, el fondo del molde sirve para estabilizar la materia prima por lo demás frágil.
Después del endurecimiento al vapor, el material puede cortarse opcionalmente en bloques más pequeños. Igualmente es posible e incluso recomendable dividir la materia prima en trozos más pequeños ya antes de la etapa del endurecimiento al vapor.
En la etapa (vii) del procedimiento según la invención tiene lugar un secado de la materia prima endurecida al vapor.
El agua y/o condensado que procede del proceso de secado del procedimiento de endurecimiento al vapor en el autoclave puede recogerse y dado el caso añadirse, tras un procesamiento, a la mezcla de partida acuosa de la etapa (i) del procedimiento según la invención. Esto provoca una resistencia mejorada del material o bien una mejor acción del cemento. Sobre todo, la reutilización del condensado del proceso en autoclave ha demostrado ser en este caso particularmente ventajosa. Si se desea, el secado va seguido de un procesamiento posterior mecánico del material obtenido. Por ejemplo, el material puede aserrarse para dar un formato deseado. El procesamiento posterior puede incluir también una imprimación o hidrofobización para, por ejemplo, aumentar la resistencia a la intemperie del material. También es posible un recubrimiento del material.
Un material de construcción mineral poroso, que puede obtenerse según el procedimiento según la invención, presenta en particular una densidad aparente de desde 80 hasta 130 kg/m3. Mediante el modo de producción según la invención, sorprendentemente es posible por un lado reducir significativamente la conductividad térmica y conseguir un valor de conductividad térmica lambda de menos de 0,040 W/mK. Por otro lado, se consigue garantizar una alta resistencia mecánica del material. El material de construcción producido según la invención se caracteriza preferiblemente por una resistencia a la presión y una resistencia a la flexión claramente mejoradas en comparación con el hormigón espumoso endurecido hidrotérmicamente obtenido de otra manera a partir de los mismos componentes. Por tanto, es particularmente adecuado como material aislante para aislamiento térmico y como material de protección contra incendios.
Para la producción de un material de construcción mineral poroso descrito en el presente documento es esencial introducir al menos un agente espumante en una mezcla de materiales de construcción acuosa y espumar la mezcla resultante mediante introducción de gas. Para ello, según un objeto adicional de la presente invención se proporciona un dispositivo que comprende:
a) al menos un primer mezclador, preferiblemente mezclador vertical, que comprende una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma,
b) al menos un segundo mezclador, preferiblemente mezclador vertical, que comprende una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma y un dispositivo para la dosificación de un agente espumante en la cámara,
c) al menos un mezclador de oscilación que comprende una cámara, un dispositivo de accionamiento para generar un movimiento de rotación oscilante de la cámara alrededor de su eje central y al menos un elemento de espumación estacionario, dispuesto en la cámara, que está diseñado para introducir gas en la cámara;
d) al menos un mezclador adicional, preferiblemente mezclador horizontal, que comprende herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil y
e) conductos para transferir una mezcla desde el primer mezclador al segundo mezclador, desde allí al mezclador de oscilación y desde allí al mezclador adicional, respectivamente dado el caso a través de una o varias estaciones intermedias.
En una forma de realización alternativa de la invención puede prescindirse del al menos un segundo mezclador si el mezclador de oscilación comprende adicionalmente al menos un dispositivo para la dosificación de un agente espumante en la cámara. Según esta forma de realización, la presente invención proporciona un dispositivo que comprende
a) al menos un primer mezclador, preferiblemente mezclador vertical, que comprende una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma,
b) al menos un mezclador de oscilación que comprende una cámara, un dispositivo de accionamiento para generar una rotación oscilante de la cámara alrededor de su eje central, al menos un elemento de espumación estacionario, dispuesto en la cámara, que está configurado para introducir gas en la cámara y al menos un dispositivo para dosificar un agente espumante en la cámara,
c) al menos un mezclador adicional, preferiblemente mezclador horizontal, que comprende herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil y
d) conductos para transferir una mezcla desde el primer mezclador al mezclador de oscilación y desde allí al mezclador adicional, respectivamente dado el caso a través de una o varias estaciones intermedias.
En el caso del primer y el segundo mezclador se trata en cada caso preferiblemente de uno o varios mezcladores verticales que comprenden una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma. Desde los mezcladores verticales se descarga la mezcla generada preferiblemente en el lado inferior para evitar que se descargue conjuntamente aire y llegue al dispositivo posterior. En consecuencia, los conductos para transferir una mezcla desde el primer mezclador al segundo mezclador y desde allí dado el caso a través de estaciones adicionales al mezclador de oscilación están concebidos también de modo que se evite sustancialmente una introducción de aire u otros gases.
El segundo mezclador, si está presente, está concebido de modo que puedan introducirse en el mismo, a través de conductos correspondientes, el material mezclado del primer mezclador (a) y al menos un tensioactivo. Para ello, el segundo mezclador comprende un dispositivo para la dosificación de al menos un agente espumante a la cámara.
La salida del segundo mezclador está conectada dado el caso a través de estaciones intermedias adicionales a través de conductos con al menos un mezclador de oscilación. Como estaciones intermedias pueden servir, por ejemplo, mezcladores adicionales, en particular uno o varios mezcladores verticales. Estos actúan como dispositivo de reserva, de modo que, en el caso de un funcionamiento continuo, siempre esté disponible suficiente masa de material de construcción, que pueda transferirse al al menos un mezclador de oscilación para evitar el arrastre de aire.
Un mezclador de oscilación en el sentido de la presente invención comprende una cámara, un dispositivo de accionamiento para generar un movimiento de rotación oscilante de la cámara alrededor de su eje central y al menos un elemento de espumación estacionario, dispuesto en la cámara, que está configurado para introducir gas en la cámara. Siempre que no haya un segundo mezclador, el mezclador de oscilación presenta adicionalmente un dispositivo para la dosificación de un agente espumante en la cámara. De manera especialmente preferible se trata de un mezclador de oscilación tal como se describe en la patente europea EP 1716915 B1.
La salida del mezclador de oscilación conduce a al menos un mezclador adicional. En el caso del mezclador adicional puede tratarse, por ejemplo, de un mezclador horizontal que comprende una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma. Alternativa o adicionalmente, el mezclador adicional puede comprender también herramientas de mezclado móviles, que pueden sumergirse en un molde, moverse por el mismo y retirarse de nuevo del mismo. El mezclador adicional está concebido de modo que pueda hacerse funcionar con números de revoluciones bajos, por ejemplo, de 20 a 200 rpm, preferiblemente de 25 a 50 rpm.
En el dispositivo según la invención para la producción de un material de construcción mineral poroso pueden utilizarse en cada caso uno o varios de dichos mezcladores. Por ejemplo, es posible disponer varios mezcladores verticales en paralelo. Es igualmente posible disponer dos o más mezcladores de oscilación en paralelo. Lo mismo es válido para el al menos un mezclador adicional, por ejemplo mezclador horizontal. Por ejemplo, el dispositivo según la invención puede comprender un primer mezclador vertical, un segundo mezclador vertical, un mezclador vertical adicional como recipiente de reserva, dos, tres o cuatro mezcladores de oscilación conectados en paralelo y dos o tres mezcladores horizontales. Los mezcladores están conectados entre sí a través de conductos de modo que sea posible una transferencia desde el primer mezclador vertical al segundo mezclador vertical, desde allí al mezclador vertical adicional, que sirve como recipiente de reserva, y desde este en paralelo a varios mezcladores de oscilación. Desde los mezcladores de oscilación paralelos, los conductos de evacuación conducen a mezcladores horizontales comunes o asignados individualmente. Por ejemplo, los conductos de evacuación de los mezcladores horizontales pueden estar agrupados y conducir a uno, dos, tres o más mezcladores horizontales dispuestos en paralelo.
La figura 1 ilustra en forma de un diagrama de flujo el transcurso de un procedimiento según la invención para la producción de material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado.
El transcurso del procedimiento prevé que en primer lugar se añadan cantidades medidas de SiO2, cal hidratada, cemento y acelerador del endurecimiento, así como dado el caso sólidos adicionales, tales como por ejemplo agentes hidrofobizantes y agua a un primer mezclador previo (1). A partir de estos componentes se prepara en el primer mezclador previo (1) una mezcla acuosa, que se pasa a través de una bomba (2) a un segundo mezclador previo (3).
En el segundo mezclador previo (3) se introduce además un agente espumante, por ejemplo tensioactivo o proteína, que se mezcla en la mezcla acuosa. Desde el segundo mezclador previo (3) se conduce el material mezclado a través de una bomba (4) a un recipiente de reserva (5). Este garantiza que siempre haya suficiente material disponible para llenar los mezcladores de oscilación siguientes, de modo que estos no arrastren aire. Desde el recipiente de reserva (5) se transporta la mezcla mezclada con agente espumante a través de bombas (6, 7) hacia dos mezcladores de oscilación (8, 9) paralelos, donde se espuma el material suministrando aire. La mezcla espumada de los mezcladores de oscilación (8, 9) se conduce a través de bombas (6, 7) a en cada caso un mezclador horizontal (10, 11), en el que tiene lugar una homogeneización del material. Desde ambos mezcladores horizontales paralelos (10, 11) se llena un molde de colada (12), en el que se deja el material hasta obtener la estabilidad en verde.
Naturalmente son posibles variaciones del transcurso de procedimiento representado en la figura 1. Por ejemplo, puede prescindirse del segundo mezclador previo (3) y añadir el agente espumante en su lugar ya al primer mezclador previo (1), al recipiente de reserva (5) o al mezclador de oscilación (8, 9). El recipiente de reserva (5) puede igualmente omitirse y suministrarse el material mezclado directamente desde el primer mezclador previo (1) o, si está presente, el segundo mezclador previo (3) en el mezclador de oscilación (8, 9).
Mientras que en la figura 1 están dispuestos dos mezcladores de oscilación (8, 9) y dos mezcladores horizontales (10, 11) en paralelo, naturalmente puede utilizarse también solo un mezclador de oscilación y/o solo un mezclador horizontal. Igualmente es posible prescindir de un mezclador horizontal (10, 11) y homogeneizar en su lugar el material directamente en el molde (12), por ejemplo mediante herramientas de mezclado móviles que pueden sumergirse en el molde.
En la figura 1 están previstas bombas (2, 4, 6, 7) en cada caso independientes para el transporte posterior del material. Alternativamente, las bombas también pueden formar parte de los respectivos mezcladores. Por ejemplo, los mezcladores de oscilación (8, 9) pueden incluir bombas (6, 7), que implementan el transporte de material hacia el mezclador y la retirada del mezclador.
Además es posible prescindir de bombas si las distintas estaciones del procedimiento de producción están dispuestas entre sí de manera que el transporte posterior hacia la siguiente estación se implemente con ayuda de la gravedad. Por ejemplo, un mezclador vertical podría estar dispuesto por encima de un mezclador conectado aguas abajo, de modo que el material mezclado caiga del mezclador vertical desde su salida al mezclador conectado aguas abajo que se encuentra más profundo.

Claims (22)

  1. REIVINDICACIONES
    i. Procedimiento para la producción de un material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado, que comprende las etapas de:
    (i) proporcionar una mezcla acuosa que comprende agua, SiO2, cal hidratada, cemento y un acelerador del endurecimiento,
    (ii) introducir al menos un agente espumante en la mezcla acuosa de la etapa (i),
    (iii) espumar la mezcla de la etapa (ii) suministrando un gas, en particular aire, en un mezclador de oscilación, para obtener una mezcla espumada,
    (iv) transferir la mezcla espumada de la etapa (iii) a otro mezclador, preferiblemente mezclador horizontal, y mezclar con número de revoluciones bajo preferiblemente en el intervalo de 20-200 rpm, para obtener una mezcla bruta,
    (v) dejar la mezcla bruta de la etapa (iv) en un molde durante al menos 5 h, preferiblemente durante al menos 10 h y de manera especialmente preferible al menos 15 h en el molde, para obtener una materia prima, (vi) endurecer al vapor la materia prima obtenida en la etapa (v) en un autoclave, esto dado el caso después de cortar en piezas y
    (vii) secar la materia prima endurecida al vapor.
  2. 2. Procedimiento según la reivindicación 1, en el que la mezcla acuosa en la etapa (i) comprende al menos un componente adicional que se selecciona de caolín, material de retorno, agentes hidrofobizantes, aditivos para hormigón adicionales y mezclas de los mismos.
  3. 3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la mezcla acuosa en la etapa (i) comprende, con respecto al contenido total de sólidos,
    el 25-35 % en peso de SO2,
    el 18-35 % en peso de cal hidratada,
    el 25-45 % en peso de cemento
    dado el caso el 5-10 % en peso, preferiblemente el 6-8 % en peso de caolín y
    el 3-8 % en peso de acelerador del endurecimiento.
  4. 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la relación de agua con respecto a sólido en la mezcla acuosa de la etapa (i) asciende a de aproximadamente 0,5:1 a 1,5:1, preferiblemente de 0,6:1 a 1:1.
  5. 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la mezcla acuosa en la etapa (i) no comprende fibras orgánicas o inorgánicas.
  6. 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la temperatura de la mezcla acuosa de la etapa (i) asciende a aproximadamente 19-30 °C, preferiblemente a aproximadamente 20-25 °C.
  7. 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa (i) se mezclan agua, SO2, cal hidratada, cemento, acelerador del endurecimiento y dado el caso componentes adicionales en un primer mezclador vertical.
  8. 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la mezcla acuosa de la etapa (i) se transfiere a un segundo mezclador, preferiblemente mezclador vertical, y se mezcla allí en la etapa (ii) con al menos un agente espumante, preferiblemente en condiciones en las que se evita esencialmente una formación de espuma.
  9. 9. Procedimiento según la reivindicación 8, en el que la mezcla de la etapa (ii) se transfiere directamente o a través de un recipiente de reserva, por ejemplo un tercer mezclador vertical, a un mezclador de oscilación, en el que se introduce por soplado gas, preferiblemente aire, para espumar la mezcla.
  10. 10 Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 7, en el que las etapas (ii) y (iii) se realizan conjuntamente en un mezclador de oscilación.
  11. 11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la densidad aparente de la mezcla espumada en la etapa (iii) asciende a de 40 a 120 kg/m3, preferiblemente a de 60 a 100 kg/m3.
  12. 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que en la etapa (iv) se descarga la mezcla espumada de la etapa (iii) desde el mezclador de oscilación directamente en un molde y se mezcla en el molde mediante herramientas de mezclado móviles que se mueven preferiblemente por el molde.
  13. 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 11, en el que en la etapa (iv) se transfiere la mezcla espumada de la etapa (iii) desde el mezclador oscilante a un mezclador adicional, preferiblemente mezclador horizontal, en este se mezcla con número de revoluciones bajo y de éste se descarga en un molde.
  14. 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la mezcla bruta permanece durante 6­ 72 h en el molde, preferiblemente a una temperatura sustancialmente constante, en el que la temperatura se corresponde de manera preferible aproximadamente con la temperatura de partida de la mezcla espumada.
  15. 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que el molde se retira parcial o completamente antes del endurecimiento al vapor.
  16. 16. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que la materia prima de la etapa (v) se divide en trozos parciales más pequeños.
  17. 17. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, en el que se procesa mecánicamente el material secado después de la etapa (vii).
  18. 18. Dispositivo para la producción de un material de construcción mineral poroso, que comprende:
    a) al menos un primer mezclador (1), preferiblemente mezclador vertical, que comprende una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma,
    b) al menos un segundo mezclador (3), preferiblemente mezclador vertical, que comprende una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma y un dispositivo para la dosificación de un agente espumante en la cámara,
    c) al menos un mezclador de oscilación (8, 9) que comprende una cámara, un dispositivo de accionamiento para generar un movimiento de rotación oscilante de la cámara alrededor de su eje central y al menos un elemento de espumación estacionario, dispuesto en la cámara, que está configurado para introducir gas en la cámara,
    d) al menos un mezclador adicional (10, 11), preferiblemente mezclador horizontal, que comprende herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil y
    e) conductos para transferir una mezcla desde el primer mezclador (1) al segundo mezclador (3), desde allí al mezclador de oscilación (8, 9) y desde allí al mezclador adicional (10, 11), respectivamente dado el caso a través de una o varias estaciones intermedias.
  19. 19. Dispositivo para la producción de un material de construcción mineral poroso, que comprende:
    a) al menos un primer mezclador (1), preferiblemente mezclador vertical, que comprende una cámara con herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil en la misma,
    b) al menos un mezclador de oscilación (8, 9) que comprende una cámara, un dispositivo de accionamiento para generar una rotación oscilante de la cámara alrededor de su eje central, al menos un elemento de espumación estacionario, dispuesto en la cámara, que está configurado para introducir gas en la cámara y al menos un dispositivo para la dosificación de un agente espumante en la cámara,
    c) al menos un mezclador adicional (10, 11), preferiblemente mezclador horizontal, que comprende herramientas de mezclado dispuestas de manera móvil y
    d) conductos para transferir una mezcla desde el primer mezclador (1) al mezclador de oscilación (8, 9) y desde allí al mezclador adicional (10, 11), respectivamente dado el caso a través de una o varias estaciones intermedias.
  20. 20. Dispositivo según la reivindicación 18, en el que el primer mezclador (1) y el segundo mezclador (3) son respectivamente mezcladores verticales y al menos un mezclador vertical adicional (5) está dispuesto como recipiente de reserva entre el segundo mezclador (3) y el mezclador de oscilación (7, 8).
  21. 21. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18-20, en el que varios mezcladores de oscilación (7, 8) están dispuestos en paralelo.
  22. 22. Dispositivo según una de las reivindicaciones 18-21, que está configurado para el funcionamiento continuo.
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