ES2925523T3 - Acelerador - Google Patents
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Abstract
La presente invención se refiere a un acelerador de endurecimiento para composiciones de ligantes minerales, en particular para composiciones de ligantes cementosos, que comprende al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y al menos un carbonato de metal alcalino. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCIÓN
Acelerador
Área técnica
La invención se refiere a aceleradores de endurecimiento para aglutinantes minerales, a las composiciones correspondientes que contienen aglutinantes minerales y a los cuerpos moldeados fabricados con ellos. La invención se refiere, además, a usos y procedimientos para acelerar el fraguado de un aglutinante mineral y para preparar una composición que comprende al menos un aglutinante mineral. La invención se refiere, además, a los usos de las sustancias seleccionadas para reducir la influencia del carbonato de magnesio en los aditivos acelerantes y para mejorar el efecto de un aditivo acelerante en las composiciones aglutinantes minerales que contienen carbonato de magnesio.
Estado de la técnica
La producción de cemento genera una cantidad considerable de CO2 relevante para el clima. Para reducir las emisiones de CO2 , el cemento de las composiciones aglutinantes puede sustituirse parcialmente por aditivos de cemento latentes hidráulicos y/o puzolánicos, como cenizas volantes, escoria o humo de sílice. Estos aditivos se producen como subproductos en diversos procesos industriales y, por lo tanto, son beneficiosos para el balance de CO2. Sin embargo, sin medidas adicionales, el fraguado de estos aditivos del cemento tarda bastante más que el del cemento hidráulico. Esto es particularmente desventajoso con respecto a las altas resistencias tempranas de las composiciones aglutinantes. Por lo tanto, es necesario acelerar el fraguado y el endurecimiento de las composiciones aglutinantes que contienen aditivos latentes hidráulicos y/o puzolánicos.
Un problema similar se plantea en la producción de piezas prefabricadas de hormigón o de hormigón armado, así como en la renovación de carreteras o pistas. En estos casos, se suele requerir una alta resistencia temprana para que los elementos prefabricados puedan ser retirados del encofrado, transportados, apilados o pretensados después de unas pocas horas, o para que las calzadas o las pistas puedan ser transitadas o cargadas. Por esta razón, la aceleración del proceso de curado también es deseada o necesaria en tales aplicaciones.
Para lograr este objetivo en la práctica, se utilizan sustancias especiales que aceleran el endurecimiento de los aglutinantes minerales, sobre todo de los aglutinantes cementicios, además de las formulaciones de hormigón de alto rendimiento, por ejemplo con bajas relaciones w/z o altos contenidos de cemento. Por ejemplo, se suelen utilizar aceleradores de endurecimiento a base de aminoalcoholes, haluros, pseudohaluros, nitritos, nitratos, sales de aluminio, glicoles, glicerina o ácidos a-hidroxicarboxílicos.
Muchos de los aceleradores de endurecimiento conocidos hoy en día están relacionados con el hormigón proyectado. Estos aceleradores tienen el efecto de que las mezclas de cemento u hormigón fraguan muy rápidamente tras la adición del acelerador, lo que suele ser deseado en las aplicaciones de hormigón proyectado. Sin embargo, si las composiciones de aglutinantes minerales tienen que ser procesadas posteriormente después de la mezcla, estos sistemas aceleradores conocidos son, por lo tanto, poco adecuados.
El documento WO 2003/000617 A1 (Sika AG) describe, por ejemplo, un acelerador de endurecimiento para composiciones aglutinantes minerales a base de una alcanolamina, un nitrato inorgánico, un ácido carboxílico y un poliol.
También se conocen aceleradores como los descritos en el documento EP 2 128 110 A1 (Sika Technology AG). Dichos sistemas se basan en ésteres de alcoholes polivalentes, que permiten una alta resistencia temprana sin afectar demasiado el tiempo de procesamiento o la resistencia final. Aunque los aceleradores conocidos suelen ser bastante eficaces, a menudo tienen el inconveniente de que son caros, presentan un ámbito de aplicación limitado y a veces tienen una fuerte influencia negativa en el tiempo de trabajo y en las resistencias finales del mortero y del hormigón. Además, se ha demostrado que el efecto de los aceleradores, como los descritos, por ejemplo, en el documento EP 2 128 110 A1, puede depender de la calidad de los agregados en la composición aglutinante. El documento WO 2015/177232 divulga una mezcla aceleradora que comprende fosfatos de glicerina en combinación con cal fina.
Por lo tanto, sigue siendo necesario encontrar soluciones nuevas y mejoradas que superen en la medida de lo posible los inconvenientes mencionados.
Descripción de la invención
Por lo tanto, el objeto de la presente invención es proporcionar un acelerador de endurecimiento mejorado para los aglutinantes minerales. En comparación con los aceleradores de endurecimiento conocidos, el acelerador de endurecimiento según la invención está destinado a permitir, en particular, mayores resistencias tempranas a la compresión de las composiciones de mortero y/o hormigón. Además, el acelerador de endurecimiento debe perjudicar lo menos posible la procesabilidad de las composiciones mixtas de aglutinantes minerales. También es deseable contar con un acelerador de endurecimiento que actúe con la mayor independencia posible de la calidad
de los áridos en la composición del aglutinante. Además, deben preverse procedimientos y usos adecuados que permitan alcanzar estos objetivos con la mayor eficacia posible.
Sorprendentemente, se encontró que la tarea según la invención con respecto al acelerador de endurecimiento puede ser resuelta por un acelerador de acuerdo con la reivindicación 1.
En consecuencia, el acelerador de endurecimiento según la invención comprende al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y al menos un carbonato de metal alcalino.
Se ha demostrado que la combinación de al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y al menos un carbonato de metal alcalino según la invención puede aumentar significativamente la resistencia a la compresión de las composiciones aglutinantes minerales, especialmente entre 4 y 8 horas después de la mezcla. Las sustancias utilizadas según la invención pueden interactuar funcionalmente de tal manera que se consigue un efecto acelerador más fuerte que con las sustancias individuales por separado. Además, los aceleradores de endurecimiento según la invención son muy interesantes en cuanto a la relación costo/rendimiento. Además, se descubrió que los aceleradores de endurecimiento según la invención son significativamente menos problemáticos que los aceleradores conocidos con respecto al comportamiento de rigidez no deseado de los aglutinantes minerales o de las composiciones de aglutinantes minerales, en particular los sistemas cementicios.
En comparación con las composiciones aglutinantes minerales no aceleradas, los aceleradores según la invención permiten en la práctica, por ejemplo, un decapado o una carga significativamente más temprana de las piezas acabadas fabricadas. Al mismo tiempo, sin embargo, la procesabilidad de las composiciones aceleradas según la invención se mantiene en un nivel adecuado para su uso práctico durante un período de tiempo relativamente largo. Además, se ha comprobado que los aceleradores de endurecimiento según la invención son eficaces en amplios rangos, independientemente de la calidad de los áridos utilizados. En particular, se ha demostrado que la presencia de carbonato de magnesio, que puede aparecer, por ejemplo, en los rellenos de piedra caliza o en las arenas como un constituyente menor en una proporción de hasta unos pocos % en peso, tiene poco o ningún efecto sobre el efecto de los aceleradores de endurecimiento.
Además, en los aceleradores de endurecimiento según la invención pueden omitirse, si es necesario, sustancias potencialmente problemáticas tales como cloruros, nitratos, nitritos y tiocianatos. Esto puede hacerse sin pérdidas significativas en cuanto al efecto de aceleración.
Otros aspectos de la invención son objeto de otras reivindicaciones independientes. Las realizaciones preferidas de la invención son el objeto de las reivindicaciones dependientes.
Formas de llevar a cabo la invención
En un primer aspecto, la invención se refiere a un acelerador de endurecimiento para aglutinantes minerales o composiciones de aglutinantes minerales, en particular composiciones de aglutinantes cementantes, que comprende al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y al menos un carbonato de metal alcalino.
La expresión “aglutinante mineral” significa, en particular, un aglutinante que reacciona en presencia de agua en una reacción de hidratación para formar hidratos sólidos o fases de hidrato. Puede ser, por ejemplo, un aglutinante hidráulico (por ejemplo, cemento o cal hidráulica), un aglutinante hidráulico latente (por ejemplo, escoria), un aglutinante puzolánico (por ejemplo, cenizas volantes) o un aglutinante no hidráulico (yeso o cal blanca). Por consiguiente, una “composición de aglutinante mineral” es una composición que contiene al menos un aglutinante mineral.
Se entiende por “aglutinante de cemento” o “composición de aglutinante de cemento”, en particular, un aglutinante o una composición de aglutinante con una proporción de al menos el 5 % en peso, en particular, al menos el 20 % en peso, preferiblemente al menos el 35 % en peso, en particular, al menos el 65 % en peso, de cemento clínker. El cemento clínker es preferiblemente un cemento clínker Portland. En el presente contexto, se entiende por cemento clínker, en particular, el cemento clínker molido.
En particular, el aglutinante mineral o la composición aglutinante contiene un aglutinante hidráulico, preferiblemente cemento. Es de particular preferencia, un cemento con un contenido de cemento clínker de > 35 % en peso. En particular, el cemento es del tipo CEM I, II o III, preferiblemente el cemento del tipo CEM I (según la norma EN 197 1). Una proporción del aglutinante hidráulico en el aglutinante mineral total es ventajosamente de al menos el 5 % en peso, en particular de al menos el 20 % en peso, preferiblemente de al menos el 35 % en peso, en particular de al menos el 65 % en peso. De acuerdo con otra realización ventajosa, el aglutinante mineral consiste en al menos un 95 % en peso de aglutinante hidráulico, en particular cemento clínker.
Sin embargo, también puede ser ventajoso que la composición aglutinante contenga otros aglutinantes además o en lugar de un aglutinante hidráulico. Se trata, en particular, de aglutinantes hidráulicos latentes y/o aglutinantes puzolánicos. Los aglutinantes hidráulicos y/o puzolánicos latentes adecuados son, por ejemplo, la escoria, las cenizas volantes y/o el humo de sílice. Asimismo, la composición aglutinante puede comprender materiales inertes
tales como, por ejemplo, polvo de piedra caliza, polvo de cuarzo y/o pigmentos. En una realización ventajosa, el aglutinante mineral contiene 5-95 % en peso, en particular 5-65 % en peso, más particularmente 15-35 % en peso, de aglutinantes latentes hidráulicos y/o puzolánicos.
En particular, la composición de aglutinante mineral contiene, en cada caso en base al contenido de aglutinante, 0,001 - 3 % en peso, en particular 0,01 - 1 % en peso, especialmente 0,1 - 0,5 % en peso de carbonato de magnesio.
La expresión “acelerador de endurecimiento” se refiere en particular a una sustancia que, si se añade a un aglutinante mineral y se compara con una muestra cero sin sustancia añadida o sin acelerador de endurecimiento, provoca un aumento de la resistencia a la compresión del aglutinante mineral tras un tiempo definido después de la mezcla. Este es el caso especialmente después de 4 - 8 horas, en particular después de 6 - 8 horas. La determinación de la resistencia a la compresión se realiza, en particular, según la norma EN 12390-3.
Por “alcohol polivalente”, se entiende un compuesto hidroxifuncional con más de un grupo hidroxilo, por ejemplo, con dos, tres, cuatro o cinco grupos hidroxilo. Se prefiere un alcohol con tres grupos hidroxilo, es decir, un alcohol trivalente. Los alcoholes adecuados son, por ejemplo, los alcoholes alquílicos polivalentes, como propanodiol, butanodiol, glicerol, diglicerol, poliglicerol, trimetiloletano, trimetilolpropano, 1,3,5-pentanotriol, eritritol, pentaeritritol, dipentanoeritritol, sorbitol, sorbitano, glucosa, fructosa, sorbosa o isosorbide. Se prefiere especialmente el glicerol. El mencionado éster fosfórico de un alcohol polivalente se obtiene por esterificación de un alcohol polivalente con ácido fosfórico y/o una sal de ácido fosfórico. Preferiblemente, el éster es un éster parcial o un éster parcial de un alcohol polivalente, preferiblemente de un alcohol trivalente. Por “éster parcial o éster parcial de un alcohol polivalente”, se entiende que el alcohol polivalente presenta, además de uno o más enlaces éster, uno o más grupos hidroxilo libres. El éster puede ser un mono-, di- o triéster. Se prefiere un monoéster, preferiblemente un monoéster de un alcohol divalente o trivalente, con particular preferencia, de un alcohol trivalente, de especial preferencia, de glicerol.
El ácido fosfórico para la producción del éster puede estar presente como ácido libre o también como sal o sal parcial, por lo que el término “sal” aquí y en lo que sigue se refiere al producto de una reacción de neutralización del ácido fosfórico con una base y los fosfatos formados después del secado. “Sal parcial” significa que no se han neutralizado todas las funciones ácidas del ácido fosfórico.
Preferiblemente, cualquier grupo ácido libre restante del éster de ácido fosfórico se neutraliza total o parcialmente, de modo que se presenta una sal metálica, en particular una sal alcalina y/o alcalinotérrea. En particular, en el caso de una sal se trata de una sal de un catión monovalente o polivalente, preferiblemente una sal de sodio, potasio, calcio, magnesio, zinc y/o aluminio, de especial preferencia, una sal de sodio y/o aluminio. En un entorno básico y acuoso, los grupos ácidos libres pueden, por supuesto, estar presentes en forma aniónica desprotonada.
Los ésteres de ácido fosfórico adecuados para el acelerador de endurecimiento según la invención son, por ejemplo, los fosfatos de glicerol. Se prefiere el monofosfato de glicerol, con especial preferencia, el glicerol-2-fosfato, el glicerol-3-fosfato y/o sus hidratos.
El término “carbonato” se utiliza aquí para referirse a las sales y/o ésteres del ácido carbónico (H2CO3). En particular, se trata de sales. Del ácido carbónico biprotónico (dibásico), se derivan dos series de sales: (i) los carbonatos de hidrógeno, también llamados carbonatos primarios (MHCO3 ; a base del anión carbonato de hidrógeno HCO3") y (ii) los carbonatos secundarios (M2CO3 ; a base del anión carbonato CO32"). En este caso, “M” significa un ion metálico o una mezcla de diferentes iones metálicos, en este caso, un ion metálico alcalino o una mezcla de diferentes iones metálicos alcalinos.
En el presente contexto, se ha encontrado que los carbonatos secundarios (M2CO3) son preferibles. En consecuencia, el carbonato de metal alcalino es preferiblemente un carbonato secundario o un compuesto de la fórmula M2CO3.
En particular, el metal alcalino del al menos un carbonato de metal alcalino comprende sodio y/o potasio. Más particularmente, el al menos un carbonato de metal alcalino comprende carbonato de sodio (Na2CO3 ) y/o carbonato de potasio (K2CO3). Se prefiere muy especialmente el carbonato de sodio (Na2CO3 ).
De acuerdo con una realización ventajosa, el al menos un éster de ácido fosfórico comprende fosfato de glicerol, fosfato de glicerol disódico y/o un hidrato de los mismos y el al menos un carbonato de metal alcalino comprende carbonato de sodio (Na2CO3 ) y/o carbonato de potasio (K2CO3 ). Muy preferiblemente, en el caso del acelerador se trata de carbonato de sodio (Na2CO3). Dichos aceleradores han demostrado ser especialmente eficaces sin perjudicar significativamente la procesabilidad de las composiciones de aglutinantes minerales.
Preferiblemente, el acelerador de endurecimiento según la invención o el uso del mismo tiene una relación en peso del al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente con respecto a al menos un carbonato de metal alcalino en el intervalo de 1:1 -10:1, preferiblemente 1,5:1 - 5:1, en particular 2:1 - 3:1. De esta manera, se consiguen aceleraciones de fraguado especialmente fuertes, en particular después de 4 - 8 días, y al mismo tiempo la
procesabilidad de las composiciones aglutinantes puede mantenerse en un intervalo relevante para la práctica. Además, se ha comprobado que es ventajoso que el acelerador de endurecimiento contenga adicionalmente al menos un compuesto de calcio. El compuesto de calcio es preferiblemente una sal de calcio inorgánica, una sal de calcio orgánica y/o una mezcla de sales de calcio inorgánicas y orgánicas.
Por ejemplo, se trata de una sal de calcio a base de los aniones óxido, hidróxido, sulfato, sulfuro, carbonato, carbonato de hidrógeno, cloruro, fluoruro, bromuro, yoduro, carburo, nitrato, nitrito, bromato, yodato, fosfato, fosfito, lactato, acetato, gluconato, estearato, citrato, propionato, mezclas de los mismos y/o hidratos de estas sales. Se prefieren especialmente óxido de calcio, hidróxido de calcio y/o sus hidratos. En particular, el compuesto de calcio comprende óxido de calcio.
Se prefieren muy especialmente los compuestos de calcio que presentan una elevada superficie específica como sólido, por ejemplo, en forma de polvo. En el presente caso, esto significa una superficie específica preferida, medida por el procedimiento BET (adsorción de N2 , medida según la norma DIN ISO 9277), de entre 1 y 50 m2/g de compuesto de calcio, preferiblemente entre 1,5 y 30 m2/g, en particular entre 1,9 y 10 m2/g de compuesto de calcio. En una realización preferida, el compuesto de calcio se utiliza como sólido. Como se ha descrito con anterioridad, es ventajoso utilizar un sólido con una elevada superficie específica. Una superficie específica elevada conduce a una mejora del efecto acelerador. Para conseguir el mismo efecto acelerador, se puede utilizar una cantidad proporcionalmente menor de un compuesto de calcio con una superficie específica alta en comparación con un compuesto de calcio con una superficie específica baja. Por lo tanto, se prefiere para la presente invención dosificar el compuesto de calcio de manera que se obtenga una relación entre la superficie total del compuesto de calcio y la cantidad de aglutinante mineral de aproximadamente 50 a 70 m2/kg de aglutinante, preferiblemente de aproximadamente 55 a 65 m2/kg de aglutinante, de particular preferencia, de aproximadamente 57 a 63 m2/kg de aglutinante. La superficie total del compuesto de calcio es el producto matemático de la superficie específica (en m /^g; según BET (adsorción de N2 , medida según la norma DIN ISO 9277)) y la cantidad utilizada (en gramos por kg de aglutinante mineral).
La cantidad de éster de ácido fosfórico con respecto a la cantidad de compuesto de calcio se ajusta preferiblemente en esta realización de manera que se utiliza de 0,001 a 0,05, preferiblemente de 0,005 a 0,04, más preferiblemente de 0,008 a 0,02 g de éster de ácido fosfórico por m2 de compuesto de calcio.
Una proporción en peso del al menos un compuesto de calcio con respecto a al menos un éster fosfórico de un alcohol polivalente se encuentra ventajosamente en el intervalo de 100:1 - 1:1, preferiblemente de 50:1 - 5:1, en particular de 30:1 - 10:1. Tales proporciones dan lugar a efectos de aceleración óptimos con una buena procesabilidad simultánea de las composiciones aglutinantes.
De acuerdo con otra realización ventajosa, el acelerador de endurecimiento según la invención se utiliza en combinación con al menos una sustancia aceleradora del endurecimiento adicional o contiene una sustancia de este tipo. En principio, se puede utilizar en este caso un gran número de sustancias conocidas por el experto en la técnica. Sin embargo, de manera particularmente ventajosa, la sustancia aceleradora del endurecimiento adicional comprende uno o más de los siguientes representantes:
a) uno o más aminoalcoholes adicionales y/o sus sales
b) uno o más nitratos de metales alcalinos y/o alcalinotérreos
c) uno o más nitritos de metales alcalinos y/o alcalinotérreos
d) uno o más tiocianatos de metales alcalinos y/o alcalinotérreos
e) uno o más ácidos a-hidroxicarboxílicos
f) uno o más haluros de metales alcalinos y/o alcalinotérreos
g) glicerol y/o derivados del glicerol
h) uno o más glicoles y/o derivados del glicol
i) una o más sales de aluminio
j) uno o más hidróxidos de metales alcalinos y/o alcalinotérreos
Como se ha demostrado, los aceleradores de endurecimiento según la invención son generalmente bien compatibles con estos representantes de sustancias aceleradoras de endurecimiento adicionales. Esto permite, por ejemplo, una adaptación flexible a usos especiales.
También puede ser ventajoso que el acelerador de endurecimiento se utilice en combinación con al menos un aditivo, por ejemplo, un aditivo para hormigón y/o un aditivo para mortero, o productos químicos de proceso. El al menos un aditivo comprende, en particular, un antiespumante, un colorante, un conservante, un fundente, un retardador, un aireante, un reductor de la contracción y/o un inhibidor de la corrosión, o combinaciones de los mismos.
Es ventajoso utilizar el acelerador de endurecimiento junto con un fundente o diluyente, o contener uno. Entre los fundentes adecuados, se encuentran, por ejemplo, los lignosulfonatos, los condensados de naftalina-formaldehído sulfonados, los condensados de melamina-formaldehído sulfonados, los copolímeros de vinilo sulfonados, los policarboxilatos, los diluyentes de policarboxilato o sus mezclas.
En particular, el fundente comprende un policarboxilato, especialmente un éter de policaboxilato. En particular, el fundente es un polímero en peine que comprende una columna vertebral de policarboxilato con cadenas laterales de poliéter unidas a ella. En particular, las cadenas laterales se unen a la columna vertebral del policarboxilato mediante grupos éster, éter, imida y/o amida.
Los fundentes ventajosos son, por ejemplo, copolímeros de monómeros de ácido (met)acrílico y/o ácido maleico, así como monómeros seleccionados de polialquilenglicolvinil-éteres, polialquilenglicol-(met)alil-éteres o polialquilenglicolisoprenil-éteres. Son especialmente adecuados, por ejemplo, los copolímeros de ácido maleico o sus derivados, los éteres de alilo, especialmente los polietilenglicoles de alilo, y el acetato de vinilo. Los copolímeros correspondientes y su producción se describen, por ejemplo, en el documento EP 2468696 A1 (Sika Technology AG). Son especialmente adecuados, por ejemplo, los copolímeros P-1 a P-4 descritos en los párrafos 0058 a 0061 y en la Tabla 1 del documento EP 2468696 A1.
También son adecuados, por ejemplo, los copolímeros de ácido maleico o sus derivados, los éteres alílicos, especialmente los polietilenglicoles alílicos, y el ácido (met)acrílico. Tales copolímeros y su preparación se describen en el documento EP 2522680 A1 (Sika Technology AG). Son ventajosos, por ejemplo, los copolímeros P-1 a P-4 descritos en los párrafos 0063 a 0070 y en la Tabla 1 del documento EP 2522680 A1.
Además, los éteres de policarboxilato adecuados y los procedimientos de preparación se divulgan, por ejemplo, en el documento EP 1138697 B1 en la página 7, línea 20 a la página 8, línea 50, así como en ejemplos de los mismos o en el documento EP 1061 089 B1 en la página 4, línea 54 a la página 5, línea 38, así como en ejemplos de los mismos. En una variación de la misma, tal como se describe en el documento EP 1348729 A1 en las páginas 3 a 5, y en los ejemplos de la misma, el polímero en peine puede prepararse en un estado físico sólido.
Las divulgaciones de los documentos de patentes mencionados en relación con los fundentes se incorporan por referencia en particular.
Los polímeros en peine correspondientes también son vendidos comercialmente por Sika Schweiz AG bajo el nombre comercial de la serie ViscoCrete®.
En particular, una relación en peso del al menos un fundente con respecto a al menos un éster fosfórico de un alcohol polivalente se encuentra en el intervalo de 1:1-10:1, preferiblemente 1,5:1 - 5:1, en particular 2:1 - 3:1. De este modo, se pueden conseguir buenos efectos de licuefacción y, al mismo tiempo, acelerar eficazmente el fraguado. El fundente apenas o no perjudica el efecto del acelerador de endurecimiento.
El acelerador de endurecimiento puede estar presente básicamente en una gran variedad de formas. En particular, los componentes individuales del acelerador de endurecimiento pueden estar presentes espacialmente uno al lado del otro como componentes individuales, especialmente como un llamado “kit de piezas”. Sin embargo, también es posible premezclar componentes individuales o todos los componentes del acelerador en forma sólida y/o líquida. Si el acelerador de endurecimiento contiene un compuesto de calcio, en particular óxido de calcio y/o hidróxido de calcio, el acelerador de endurecimiento se presenta ventajosamente en forma de un acelerador de endurecimiento de al menos dos componentes. En este caso, el compuesto de calcio está presente en un primer componente, mientras que el al menos un éster fosfórico de un alcohol polivalente y el al menos un carbonato de metal alcalino están presentes juntos en un segundo componente o están presentes por separado como otros componentes individuales. Esto puede mejorar la estabilidad del almacenamiento, por ejemplo.
Los componentes del acelerador de al menos dos componentes están en particular separados espacialmente, por ejemplo en al menos dos contenedores individuales o en un contenedor con al menos dos áreas separadas espacialmente.
Cualquier otro componente, como un fundente, puede estar presente en el primer componente y/o en un segundo componente y/o en otro componente espacialmente separado. El componente adicional puede, por ejemplo, estar presente en otro recipiente individual o en una zona separada espacialmente de un recipiente con varias zonas separadas espacialmente.
El acelerador de endurecimiento o uno o más de los componentes del acelerador pueden estar en forma líquida y/o sólida. Si el acelerador de endurecimiento o los componentes del acelerador están en forma líquida, son en particular soluciones acuosas o dispersiones acuosas. En el caso de que el acelerador de endurecimiento o uno o más de los componentes del acelerador estén en forma sólida, se utilizan, por ejemplo, como polvos, pellets, escamas y/o se aplican a un material de soporte sólido.
De acuerdo con una realización ventajosa, el éster fosfórico de un alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino están presentes en forma líquida, en particular como solución acuosa o dispersión acuosa. Esto simplifica la adición, la dosificación y la mezcladura cuando se mezcla la composición aglutinante. Una proporción del éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y una proporción del carbonato de metal alcalino en las soluciones o dispersiones acuosas son, en particular, en cada caso, del 1 al 50 % en peso, preferiblemente del 2 al 25 % en peso o del 5 al 15 % en peso, en base al peso total de la solución o dispersión acuosa. En particular, el éster fosfórico de un alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino están presentes juntos en una solución o dispersión acuosa. Si está presente, el compuesto de calcio está presente como un componente separado y como un sólido como se ha descrito con anterioridad. Esto significa que el compuesto de calcio puede añadirse a una composición de aglutinante mineral, en particular antes de añadir el agua de mezclado.
En otro aspecto, la presente invención se refiere a una composición que comprende un aglutinante mineral y un acelerador de endurecimiento como el descrito con anterioridad. El aglutinante mineral se define como en el caso anterior. Por ejemplo, la composición puede estar en forma seca o como una composición aglutinante fluida o rígida mezclada con agua de mezclado. La composición también puede estar presente como una composición aglutinante curada, por ejemplo, como un cuerpo moldeado.
Preferiblemente, la composición contiene, en base al peso del aglutinante:
a) el éster de ácido fosfórico en una cantidad del 0,001 al 2 % en peso, preferiblemente del 0,005 al 1 % en peso, de particular preferencia, del 0,01 al 0,6 % en peso o del 0,1 al 0,3 % en peso;
b) el carbonato de metal alcalino en una cantidad del 0,001 al 6 % en peso, preferiblemente del 0,01 al 2 % en peso, más preferiblemente del 0,02 al 0,1 % en peso o del 0,04 al 0,08 % en peso;
c) opcionalmente, el compuesto de calcio en una cantidad del 0,001 al 10 % en peso, preferiblemente del 0,1 al 5 % en peso, más preferiblemente del 1 al 4 % en peso.
En particular, la composición contiene también un fundente como el descrito con anterioridad. Si está presente, el fundente tiene ventajosamente una proporción del 0,01 al 6 % en peso, en particular del 0,1 al 4 % en peso, preferiblemente del 0,5 al 3 % en peso, en relación con el aglutinante mineral. Debido a la combinación con el fundente, se puede mejorar la procesabilidad de la composición aglutinante y al mismo tiempo se consiguen mayores resistencias a la compresión. Esto último, en particular, también en momentos tardíos, por ejemplo, después de 28 días.
Opcionalmente, un aditivo como el descrito con anterioridad, en particular un aditivo para hormigón y/o un aditivo para mortero, y/o una sustancia aceleradora del endurecimiento adicional están también presentes en la composición.
Aparte de los usos especiales, en general es particularmente ventajoso que los aceleradores de endurecimiento según la invención no se combinen con determinadas sustancias. En particular, los aceleradores de endurecimiento según la invención no contienen nitratos y/o nitritos adicionales. Esto se debe, sobre todo, a la toxicidad y corrosividad de dichos compuestos. Asimismo, los aceleradores de endurecimiento según la invención no contienen ventajosamente ningún tiocianato adicional. Los tiocianatos son peligrosos para la salud y también son problemáticos con respecto a la corrosión. Además, también puede ser ventajoso en particular si los aceleradores de endurecimiento según la invención no contienen haluros adicionales, hidróxidos alcalinos, sales de aluminio, glicerol y/o ácidos a-hidroxicarboxílicos. Sin embargo, para aplicaciones especiales, el acelerador de endurecimiento puede combinarse con dichas sustancias.
En un aspecto adicional, la invención se refiere a un procedimiento para acelerar el fraguado de una composición de aglutinante mineral, en particular después de 4-8 horas, y/o para preparar una composición que comprende al menos un aglutinante mineral, en donde un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y un carbonato de metal alcalino se añaden juntos y/o por separado a un aglutinante mineral.
El éster de ácido fosfórico del alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino se definen como arriba y están presentes, en particular, en forma de acelerador de endurecimiento como se ha descrito con anterioridad.
El éster de ácido fosfórico se utiliza en particular en una cantidad del 0,001 al 2 % en peso, preferiblemente del 0,01 al 1 % en peso, de particular preferencia, del 0,02 al 0,6 % en peso, en base al contenido de aglutinante mineral. El carbonato de metal alcalino se utiliza ventajosamente en una cantidad del 0,001 a 10 % en peso, preferiblemente del 0,1 al 5 % en peso, de particular preferencia, del 0,5 al 3 % en peso.
Opcionalmente, se añade un compuesto de calcio como el descrito con anterioridad en una proporción del 0,001 al 10 % en peso, preferiblemente del 0,1 al 5 % en peso, de particular preferencia, del 0,5 al 3 % en peso, en base al contenido de aglutinante mineral.
En particular, también se mezcla un fundente como el descrito con anterioridad, en particular con una proporción del 0,01 - 6 % en peso, en particular del 0,1 - 4 % en peso, más preferiblemente del 0,5 - 3 % en peso, en base al contenido de aglutinante mineral.
Opcionalmente, se puede añadir un aditivo como el descrito con anterioridad, en particular un aditivo para hormigón y/o un aditivo para mortero, y/o una sustancia aceleradora del endurecimiento adicional.
El éster de ácido fosfórico del alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino o el acelerador de endurecimiento pueden, en principio, añadirse al aglutinante mineral en cualquier momento antes o durante la mezcla.
Por ejemplo, el éster de ácido fosfórico del alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino o el acelerador de endurecimiento pueden mezclarse al menos parcialmente, en particular completamente, con el agua de mezclado y añadirse con ella al aglutinante mineral durante el mezclado. También es posible mezclar el éster de ácido fosfórico del alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino o el acelerador de endurecimiento al menos parcialmente, en particular por completo, directamente con el aglutinante mineral antes de la mezcla y solo entonces añadir el agua de mezcla. La adición del agua de mezcla también puede retrasarse, por ejemplo, horas, días o incluso meses después.
De acuerdo con otra variante, el éster de ácido fosfórico del alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino o el acelerador de endurecimiento pueden añadirse al aglutinante mineral al menos parcialmente, en particular completamente, antes y/o durante un proceso de molienda del aglutinante mineral. De este modo, las sustancias se mezclan especialmente bien con el aglutinante mineral, y no es necesario un proceso de mezcla adicional. Sorprendentemente, se descubrió que el efecto del éster de ácido fosfórico del alcohol polivalente y el carbonato de metal alcalino o el acelerador de endurecimiento no se ve afectado por el proceso de molienda.
Como ya se ha indicado con anterioridad, aparte de los usos especiales, en general es especialmente ventajoso que los aceleradores de endurecimiento según la invención no se combinen con determinadas sustancias. En particular, los aceleradores de endurecimiento según la invención se utilizan sin nitratos y/o nitritos adicionales.
Asimismo, los aceleradores de endurecimiento según la invención se utilizan ventajosamente sin tiocianatos adicionales. Además, también puede ser ventajoso utilizar los aceleradores de endurecimiento de la invención sin haluros adicionales, hidróxidos alcalinos, sales de aluminio, glicerol y/o ácidos a-hidroxicarboxílicos.
Un aspecto adicional de la presente invención se refiere a un cuerpo moldeado obtenible mediante el curado de una composición como la descrita con anterioridad que comprende al menos un aglutinante mineral tras la adición de agua. El cuerpo moldeado así producido puede presentar casi cualquier forma y, por ejemplo, puede formar parte de una estructura, como un edificio, una estructura de mampostería o un puente.
En otro aspecto, la presente invención se refiere al uso de un éster fosfórico de un alcohol polivalente en combinación con un carbonato de metal alcalino, en particular en forma de un acelerador de endurecimiento como el descrito con anterioridad, para acelerar el endurecimiento de aglutinantes minerales y/o composiciones aglutinantes, en particular composiciones de mortero y/o hormigón.
La invención se refiere, además, al uso de un carbonato de metal alcalino para reducir la influencia del carbonato de magnesio sobre los aditivos acelerantes, en particular los ésteres de ácido fosfórico de alcoholes polivalentes, en una composición de aglutinante mineral que contiene carbonato de magnesio. Se ha demostrado que los carbonatos de metales alcalinos, en particular el carbonato de sodio (Na2CO3) y/o el carbonato de potasio (K2CO3), pueden utilizarse específicamente para reducir o neutralizar completamente el efecto indeseable del carbonato de magnesio, que consiste en perjudicar o anular, al menos parcialmente, el efecto de los aditivos acelerantes en las composiciones de aglutinantes minerales.
Además, la invención se refiere al uso de un carbonato de metal alcalino para mejorar el efecto de un aditivo acelerador, en particular un éster de ácido fosfórico de alcohol polivalente, en una composición de aglutinante mineral que contiene carbonato de magnesio.
Los ésteres de ácido fosfórico de los alcoholes polivalentes y los carbonatos de metales alcalinos utilizados se definen como se ha descrito con anterioridad. El fosfato de glicerol, el fosfato de glicerol disódico y/o un hidrato son particularmente preferidos como ésteres de ácido fosfórico de alcoholes polivalentes. El carbonato de sodio (Na2CO3 ) y/o el carbonato de potasio (K2CO3 ) son particularmente adecuados como carbonatos de metales alcalinos, en particular el carbonato de sodio (Na2CO3).
Los siguientes ejemplos de realización ilustran aún más la invención.
Ejemplos de realización
1. Sustancias y procedimientos
1.1. Sustancias
Se utilizaron las siguientes sustancias para los ejemplos de realización:
Tabla 1: Sustancias utilizadas
El carbonato de sodio, el carbonato de potasio y el carbonato de magnesio están disponibles comercialmente en varios proveedores en forma pura (pureza > 97 %). Cada uno de ellos se disolvió en agua en las cantidades indicadas en la Tabla 1 y se utilizó como solución acuosa.
1.2 Mezclas de mortero
La mezcla de mortero M1 utilizada presenta las composiciones secas descritas en la Tabla 2.
T l 2: m i i n l m z l m r r
Para la mezcladura de las mezclas de mortero, las arenas, el relleno de piedra caliza, el cemento y, opcionalmente, el óxido de calcio (CaOx) se mezclaron en seco en una mezcladora Hobart a una temperatura de 20 °C durante 1 minuto. En 30 segundos, se añadió el agua de amasado (relación agua/cemento o w/z = 0,4), a la que se había añadido previamente el fundente de éter de policarboxilato (PCE; 1 % en peso a base de cemento) y, opcionalmente, otras sustancias (GPD, NaCt, KCt, MgCt), y se mezcló durante otros 2,5 minutos. El tiempo total de mezcla en húmedo duró 3 minutos en cada caso.
1.3 Procedimiento de prueba
Para determinar la eficacia de los aceleradores de endurecimiento según la invención, se determinaron las resistencias a la compresión de diferentes mezclas de mortero en diferentes momentos después de mezclar las mezclas de mortero. La prueba para determinar la resistencia a la compresión (en N/mm2) se realizó sobre prismas (40 x 40 x 160 mm) según las normas EN 12390-1 a 12390-4.
Inmediatamente después de mezclar las mezclas de mortero, se midió la propagación (ABM) respectiva. La propagación (ABM) de las mezclas de mortero se midió según la norma EN 1015-3.
2. Prueba de mortero
La Tabla 3 muestra la influencia negativa del carbonato de magnesio sobre el efecto de los aceleradores de endurecimiento. Cuanto más carbonato de magnesio está presente, más bajas son las resistencias a la compresión después de 6 y 8 horas, respectivamente, menor es el efecto acelerador del GPD y del CaOx.
Tabla 3: Influencia del carbonato de ma nesio
En las pruebas B1 - B6 mostrados en la Tabla 4, se investigó la influencia del carbonato de sodio en las composiciones aglutinantes que contienen carbonato de magnesio.
Tabla 4: Efecto del carbonato de sodio
La Tabla 4 muestra que el uso de carbonato de sodio (NaCt) puede eliminar o neutralizar los efectos negativos del carbonato de magnesio (MgCt). En este caso, las concentraciones del 0,06 y 0,07 % en peso de carbonato de sodio (o 0,6 y 0,7 % en peso de las soluciones de NaCt al 10 %) son especialmente ventajosas (véanse las pruebas B3 y B4). Aquí, por un lado, se consiguen altas resistencias a la compresión y, al mismo tiempo, una buena procesabilidad (alto valor en la propagación).
En las pruebas C1 - C6 presentadas en la Tabla 5, se investigó la influencia del carbonato de sodio en las composiciones aglutinantes que contienen carbonato de magnesio.
Tabla 5: Efecto del carbonato de otasio
La Tabla 5 muestra que el carbonato de potasio también es capaz de eliminar o neutralizar en gran medida las influencias negativas del carbonato de magnesio (MgCt). Las concentraciones de 0,06 % en peso de carbonato de potasio (o 0,6 % en peso de las soluciones de KCt al 10 %) son especialmente ventajosas en este caso (véase la prueba C5). Las concentraciones más altas que en la prueba C6 dan incluso mejores resistencias a la compresión, pero dan lugar a una menor procesabilidad (propagación a 144 mm). La comparación de las pruebas C1 y C2 también demuestra el efecto acelerador de GPD.
Las pruebas D1 - D4 presentadas en la Tabla 6 se realizaron todas sin carbonato de magnesio e ilustran la interacción de carbonatos de metales alcalinos y ésteres de ácido fosfórico de alcoholes polivalentes.
Tabla 6: Interacción carbonato de sodio GPD
La Tabla 6 muestra, entre otras cosas, que el carbonato de sodio como tal no tiene ningún efecto acelerador (véase la prueba D3 frente a la prueba D1). Sin embargo, la comparación de las pruebas D2 y D3 muestra que el efecto acelerador de GPD se incrementa de nuevo en gran medida por la interacción del carbonato de sodio y el GPD. Esto demuestra que los carbonatos de metales alcalinos y los ésteres de ácido fosfórico de los alcoholes polivalentes interactúan en forma sinérgica.
Sin embargo, las realizaciones descritas con anterioridad deben entenderse meramente como ejemplos ilustrativos, que pueden ser modificados como se desee dentro del alcance de la invención.
En los ejemplos, por ejemplo, se puede omitir el óxido de calcio (CaOx) como componente adicional. Esto da lugar a menores resistencias a la compresión. Sin embargo, desde un punto de vista cualitativo, los efectos descritos no cambian.
También es posible, por ejemplo, sustituir el cemento, al menos parcialmente, por un aglutinante latente hidráulico y/o puzolánico. También se pueden utilizar agregados más grandes, además o en lugar de los agregados descritos (arenas, relleno calcáreo) para obtener, por ejemplo, una composición de hormigón. Los efectos descritos con anterioridad no cambian por ello.
Claims (15)
1. Acelerador de endurecimiento para aglutinantes minerales, en particular para composiciones aglutinantes de cemento, que comprende al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y al menos un carbonato de metal alcalino.
2. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado porque el éster de ácido fosfórico es un éster parcial de un alcohol polivalente, preferiblemente un monoéster de un alcohol divalente o trivalente, de particular preferencia, de glicerol.
3. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un carbonato de metal alcalino comprende carbonato de sodio (Na2CO3 ) y/o carbonato de potasio (K2CO3), preferiblemente carbonato de sodio (Na2CO3 ).
4. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el al menos un éster de ácido fosfórico comprende fosfato de glicerol, fosfato de glicerol disódico y/o un hidrato de los mismos y porque el al menos un metal alcalino comprende carbonato de sodio (Na2CO3) y/o carbonato de potasio (K2CO3), preferiblemente carbonato de sodio (Na2CO3 ).
5. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque una relación en peso del al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente con respecto a al menos un carbonato de metal alcalino está en el intervalo de 1:1-10:1, preferiblemente de 1,5:1-5:1, en particular de 2:1-3:1.
6. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acelerador comprende adicionalmente al menos un compuesto de calcio.
7. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con la reivindicación 6, caracterizado porque el compuesto de calcio incluye óxido de calcio y/o hidróxido de calcio.
8. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6 - 7 , caracterizado porque una relación en peso del al menos un compuesto de calcio con respecto a al menos un éster fosfórico de un alcohol polivalente está en el intervalo de 100:1 -1:1, preferiblemente de 50:1 - 5:1, en particular de 30:1 -10:1.
9. Acelerador de endurecimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 6-8 , caracterizado porque el acelerador de endurecimiento está en forma de un acelerador de endurecimiento de al menos dos componentes, en donde el compuesto de calcio está presente en un primer componente, mientras que el al menos un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y el al menos un carbonato de metal alcalino están presentes juntos en un segundo componente o están presentes por separado como otros componentes individuales.
10. Composición que comprende al menos un aglutinante mineral y al menos un acelerador de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 - 9.
11. Composición de acuerdo con la reivindicación 10, que comprende, en base al peso, el aglutinante:
a) el éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente en una cantidad del 0,001 al 2 % en peso, preferiblemente del 0,005 al 1 % en peso, especialmente del 0,01 al 0,6 % en peso;
b) el carbonato de metal alcalino en una cantidad del 0,001 al 6 % en peso, preferiblemente del 0,01 al 1 % en peso, de particular preferencia, del 0,02 al 0,1 % en peso;
c) opcionalmente, el compuesto de calcio en una cantidad del 0,001 al 10 % en peso, preferiblemente del 0,1 al 5 % en peso, de particular preferencia, del 1 al 4 % en peso.
12. Cuerpo moldeado obtenible mediante el endurecimiento de una composición de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 10-11 tras la adición de agua.
13. Procedimiento para acelerar el endurecimiento de un aglutinante mineral y/o para preparar una composición que comprende al menos un aglutinante mineral, caracterizado porque, a un aglutinante mineral, se le añade conjuntamente y/o por separado un éster de ácido fosfórico de un alcohol polivalente y un carbonato de metal alcalino, en particular en forma de acelerador de endurecimiento de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 - 9.
14. Uso de un éster fosfórico de un alcohol polivalente en combinación con un carbonato de metal alcalino, en particular en forma de un acelerador de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 - 9, para acelerar el endurecimiento de un aglutinante mineral o de una composición de aglutinante mineral, en particular una composición de mortero u hormigón.
15. Uso de un carbonato de metal alcalino para reducir la influencia del carbonato de magnesio sobre los aditivos acelerantes, en particular un éster de ácido fosfórico de alcoholes polivalentes, en una composición de aglutinante mineral que contenga carbonato de magnesio y/o para mejorar el efecto de un aditivo acelerante, en particular un éster de ácido fosfórico de alcoholes polivalentes, en una composición de aglutinante mineral que contenga carbonato de magnesio.
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