ES2944298T3 - Procedimiento para la aplicación de composiciones aglutinantes minerales que contienen fibras - Google Patents

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Abstract

La presente invención se refiere a un método para la aplicación de composiciones aglutinantes minerales hidratadas que contienen fibras. Un acelerador acuoso se mezcla con la composición aglutinante acuosa en un mezclador poco antes de la aplicación. El método de acuerdo con la invención es muy robusto y hace posible producir rápidamente incluso grandes cuerpos moldeados que tienen una superficie uniforme y muy buenas propiedades de desarrollo de resistencia. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la aplicación de composiciones aglutinantes minerales que contienen fibras
Campo técnico
La invención se refiere a un procedimiento para la aplicación de composiciones aglutinantes minerales que contienen fibras y a artículos moldeados fabricados con estas.
Estado de la técnica
En los últimos años se han realizado algunos intentos de utilizar la impresión 3D de materiales de construcción, especialmente materiales cementosos, para fabricar estructuras, partes de estructuras u otras piezas moldeadas sin encofrado. Al hacerlo, el proceso de impresión 3D permite nuevas dimensiones de moldeado.
Sin embargo, en la impresión 3D de materiales de construcción, especialmente de materiales de construcción cementosos, todavía no se han resuelto satisfactoriamente algunos problemas.
El cemento alcanza su resistencia mediante de reacción con agua en un proceso químico denominado hidratación del cemento. Normalmente, el tiempo que transcurre desde que se mezcla el cemento con agua hasta que alcanza la resistencia suficiente para ser autoportante está en el rango de varias horas. Sin embargo, la impresión 3D requiere un rápido desarrollo de la resistencia o al menos una buena estabilidad dimensional del material aplicado. Por lo tanto, algunos usuarios utilizaban mezclas de hormigón o mortero que contenían muy poca agua y, por lo tanto, eran muy rígidas. Tales mezclas sólo pueden transportarse a distancias cortas y con una presión de bombeo elevada, y el artículo moldeado fabricado de este modo a menudo contiene imperfecciones, como inclusiones de aire, es visualmente poco homogéneo y/o tiene una unión deficiente entre las capas individuales aplicadas.
La publicación CN 203357623 describe un procedimiento en el que, poco antes de aplicar el hormigón, se elimina parte del agua del hormigón mediante vacío para obtener un material rígido y autoportante. Este tipo de instalaciones son caras, complejas y aumentan el peso del cabezal de impresión de forma no deseada. El material así obtenido no suele ser homogéneo lo que, por un lado, puede dar lugar a defectos visuales, pero también a fisuras.
La publicación WO 2013/064826 describe un procedimiento para aplicar un material cementoso capa por capa. Se describe la adición de un acelerador, que se realiza a través de una entrada separada situada en las proximidades de la boquilla con la que se descarga el material cementoso, sin utilizar un dispositivo mezclador para mezclar el acelerador con el material cementoso. La disposición descrita no es adecuada para mezclar eficazmente el material cementoso con el acelerador.
Las fibras se añaden a los materiales de construcción como el mortero y el hormigón por diversas razones. Las fibras pueden mejorar las propiedades reológicas del mortero fresco y del hormigón fresco, pueden aumentar la resistencia a la congelación-descongelación y la resistencia al fuego, reducir la contracción, superar pequeñas grietas y sustituir parcial o totalmente la armadura, dependiendo del uso del hormigón o mortero.
En la impresión 3D de mortero u hormigón, las fibras son especialmente ventajosas porque en este caso no es posible utilizar una armadura prefabricada. Las fibras también mejoran la cohesión de la mezcla y la resistencia a la flexión, así como la durabilidad de las piezas moldeadas fabricadas.
Sin embargo, las fibras también tienen desventajas.
Al mezclar y transportar la mezcla seca o húmeda de materiales de construcción, las fibras se aglutinan fácilmente y pueden obstruir los ductos de suministro. También pueden acumularse en partes de bombas o mezcladoras, bloqueándolas o incluso dañándolas.
En la impresión 3D, sin embargo, es indispensable una aplicación homogénea y continua de la mezcla de materiales de construcción. Las interrupciones en el procedimiento de impresión pueden provocar que toda la pieza moldeada fabricada hasta ese momento quede inutilizable.
Cuando se aplican mezclas de materiales de construcción que contienen fibras, éstas a menudo se orientan en una dirección, lo que limita gravemente su eficacia para la cohesión de las capas en la impresión 3D y para evitar o superar microfisuras.
La publicación CN 106007587 describe un mortero que contiene fibras para la impresión en 3D. Para ello, un componente en polvo y un componente acuoso se suministran por separado y luego se aplican juntos.
La publicación DE 32 13 349 A1 describe un dispositivo para mezclar o terminar hormigón en el sitio de la obra. Aquí, aditivos tales como agentes de inclusión de aire, plastificantes y fibras pueden mezclarse continuamente en el hormigón. En particular, se describe un dispositivo
- en el que se vierte un hormigón premezclado o un hormigón prefabricado,
- que comprende un transportador de tomillo y un mezclador de funcionamiento continuo que comprende un tornillo,
- que introduce fibras en el mezclador de funcionamiento continuo,
- que mezcla de forma continua y homogénea las fibras con el hormigón prefabricado y los áridos en el mezclador, y
- que descarga la mezcla.
La publicación EP 0 035 281 A2 describe un procedimiento para pulverizar mortero. Aquí, una mezcla seca se transporta por medio de una corriente de aire y el agua de mezcla o una solución acuosa se añade a esta corriente antes de que la mezcla sea soplada fuera de la boquilla.
La publicación US 4 778 276 A describe un aparato para mezclar continuamente una composición de fraguado hidráulico con agua y fibras.
Los procedimientos existentes no resuelven satisfactoriamente los problemas encontrados en la impresión 3D de mezclas de materiales de construcción que contienen fibras.
Por lo tanto, existe la necesidad de procedimientos mejorados para la impresión 3D de mezclas de materiales de construcción que contienen fibras que superen en la medida de lo posible los inconvenientes mencionados anteriormente.
Presentación de la invención
Por lo tanto, el objetivo de la presente invención es proporcionar un procedimiento mejorado para la impresión 3D de composiciones de aglutinantes minerales que contienen fibras. En particular, el procedimiento tiene por objeto permitir una aplicación eficaz, fiable y, en la medida de lo posible, rápida e ininterrumpida de la composición aglutinante mineral que contiene fibras. Esto, según posibilidad, con una alta calidad de las capas aplicadas en términos de desarrollo de resistencia y uniformidad óptica.
Sorprendentemente, este objetivo se logra mediante un procedimiento como el descrito en la reivindicación 1.
La separación de los pasos "proporcionar la composición aglutinante mineral que contiene agua" y "mezclar el acelerador acuoso con la composición aglutinante que contiene agua" da como resultado una fuerte flexibilización del procedimiento. La composición aglutinante mineral que contiene agua sigue siendo fácilmente procesable durante un periodo de tiempo más largo porque el acelerador acuoso sólo se mezcla con el mezclador continuo. De este modo se evita una presión elevada en el dispositivo de transporte, en particular en una manguera, entre la bomba y el mezclador continuo, así como una solidificación o endurecimiento demasiado prematuros de la composición aglutinante, especialmente en caso de tiempos de espera no planificados.
Además, el lugar de suministro de la composición aglutinante que contiene agua y el lugar de aplicación pueden estar separados espacialmente, lo que resulta ventajoso debido a las condiciones de espacio a menudo reducidas en el lugar de impresión.
El uso de fibras en la mezcla aumenta la resistencia a la fractura y a la propagación de grietas, provoca una reducción de la contracción y de las pequeñas grietas de contracción, mejora la resistencia al fuego y aumenta la resistencia a la flexión en el artículo moldeado acabado. Dependiendo de las fibras utilizadas, las fibras pueden mejorar adicionalmente la cohesión de las capas aplicadas.
Utilizando el mezclador continuo con al menos un elemento de mezclado dinámico, el acelerador acuoso, las fibras y la composición acuosa de aglutinante mineral se mezclan muy bien y eficazmente, lo que da como resultado un curado uniforme y rápido de las capas aplicadas.
Sorprendentemente, no se produce aglomeración de las fibras ni en el mezclador ni en el equipo de impresión, la composición aglutinante acelerada puede aplicarse sin interrupción y rápidamente, y las fibras se distribuyen uniformemente en la composición aglutinante acuosa acelerada.
Sorprendentemente, la descarga de material del mezclador es muy constante, incluso si el rendimiento de la bomba muestra fluctuaciones al transportar la composición acuosa de aglutinante mineral, como suele ocurrir con las bombas normales de hormigón y mortero. Sorprendentemente, la composición aglutinante acelerada tras la mezcla carece de inclusiones gruesas de aire y es muy homogénea, las fibras se distribuyen uniformemente en todas las direcciones y la forma de las capas aplicadas es muy uniforme y visualmente atractiva, sin defectos. Al mismo tiempo, la adhesión entre capas, es decir, la adhesión entre capas adyacentes, está sorprendentemente bien desarrollada, de modo que las zonas entre las capas no representan puntos débiles.
El procedimiento permite que la composición aglutinante acelerada que contiene fibras se aplique rápidamente y en capas homogéneas de manera fiable, lo que permite fabricar incluso artículos moldeados de gran tamaño fácilmente, con un tiempo mínimo y de manera estéticamente agradable.
0tros aspectos de la invención son objeto de otras reivindicaciones independientes. Las formas de realización particularmente preferidas de la invención son objeto de las reivindicaciones dependientes.
Formas de realización de la invención
El objeto de la invención es un procedimiento según la reivindicación 1.
La impresión 3D es un procedimiento de moldeo sin encofrado. El material se aplica capa por capa para crear objetos tridimensionales. En este procedimiento, la acumulación capa por capa se controla por ordenador a partir de uno o más materiales líquidos o sólidos de acuerdo con masas y formas predeterminadas.
En el presente documento, por "impresión 3D", también denominada "construcción de forma libre", se entiende un procedimiento para fabricar artículos moldeados, en el que un material deformable se aplica en varias capas o porciones más pequeñas, y tras el curado forma un artículo sólido moldeado. Las capas no se aplican por medio de pulverización.
En el presente documento, se entiende por "aglutinante mineral", en particular, un aglutinante que reacciona en presencia de agua en una reacción de hidratación para formar hidratos sólidos o fases de hidrato.
Por consiguiente, en el presente documento se entiende por "composición aglutinante mineral" una composición que contiene al menos un aglutinante mineral. En particular, el aglutinante comprende cargas y opcionalmente uno o más aditivos.
Por "composición aglutinante mineral que contiene agua" se entiende en el presente documento una composición aglutinante mineral mezclada con agua, en particular en forma fluida.
En el presente documento, se entiende por "aglutinante cementoso" en particular un aglutinante con una fracción de al menos un 5% en peso, en particular al menos un 20% en peso, preferiblemente al menos un 35% en peso, más particularmente al menos un 65% en peso, con un contenido máximo del 100% en peso, de clínker de cemento. El clínker de cemento comprende preferiblemente un clínker de cemento Portland, un clínker de aluminato de calcio o un clínker de sulfoaluminato de calcio. En el presente contexto, clínker de cemento significa en particular clínker de cemento molido.
En el presente documento por "fibras" se entienden materiales cuya relación longitud/diámetro o longitud/diámetro equivalente es de al menos 10:1. Esta relación también se denomina relación de longitud/diámetro equivalente. Esta relación también se denomina factor de forma.
En el presente documento, por "diámetro equivalente de una fibra" se entiende el diámetro de un círculo que tiene la misma área que el área de la sección transversal de una fibra con una sección transversal no circular.
En el presente documento, se entienden por "mortero" u "hormigón" las dispersiones acuosas que contienen al menos un cemento y al menos una carga mineral y que pueden curar en forma sólida tras la hidratación del cemento. En este contexto, por "mortero" se entienden dispersiones que contienen cargas con tamaños de partícula de hasta un máximo de aproximadamente 8 mm, y por "hormigón" se entienden dispersiones que también contienen cargas con tamaños de partícula superiores a 8 mm.
En el presente documento, por "mortero fresco" u "hormigón fresco" se entiende un mortero u hormigón inmediatamente después de mezclar los constituyentes con agua.
En el presente documento, por "autoportante" se entiende una propiedad del material en la que éste modifica las dimensiones individuales en un 10% como máximo tras el conformado, siempre que no se aplique ninguna fuerza externa. Esto significa que un filamento extrudido con una sección transversal cuadrada y una longitud lateral de 10 mm tiene una altura de 9 a 10 mm y una anchura de 10 a 11 mm después del curado.
En el presente documento, por "elemento mezclador dinámico" se entiende una pieza que comprende elementos móviles y es adecuada para mezclar componentes sólidos y/o líquidos.
En el procedimiento se proporciona una composición aglutinante mineral que contiene agua. Ésta contiene al menos un aglutinante mineral. Un aglutinante mineral adecuado es en particular un aglutinante mineral que reacciona en presencia de agua en una reacción de hidratación para formar hidratos sólidos o fases de hidrato. Puede tratarse en particular de un aglutinante hidráulico que también puede curar con agua bajo el agua como, en particular, el cemento o la cal hidráulica, o un aglutinante hidráulico latente que fragua con agua bajo la acción de aditivos como, en particular, la escoria, o un aglutinante puzolánico, como en particular las cenizas volantes, o un aglutinante no hidráulico, como en particular el yeso en forma de anhidrita o de yeso hemihidratado.
Preferiblemente, el aglutinante mineral se selecciona del grupo que consiste en cemento, yeso, cal quemada, escoria y cenizas volantes y mezclas de los mismos.
Preferiblemente, la composición de aglutinante mineral comprende al menos un aglutinante hidráulico, preferiblemente un aglutinante cementoso, en particular cemento Portland, cemento de aluminato de calcio, cemento de sulfoaluminato de calcio o mezclas de los mismos.
Como cemento puede utilizarse cualquier tipo de cemento disponible o una mezcla de dos o más tipos de cemento, por ejemplo, los cementos clasificados según DIN EN 197-1: cemento Portland (CEM I), cemento composite Portland (CEM II), cemento de escoria de alto horno (CEM III), cemento puzolánico (CEM IV) y cemento composite (CEM V). Por supuesto, los cementos fabricados según una norma alternativa como, por ejemplo, la norma ASTM o la norma india, son igualmente adecuados.
Particularmente preferido es un cemento según la norma europea EN 197-1, un cemento de sulfoaluminato de calcio, un cemento de aluminato de calcio, o mezclas de los mismos, opcionalmente en una mezcla con sulfato de calcio.
El más preferido es el cemento Portland o un cemento que contenga cemento Portland según la norma EN 197-1. El cemento Portland se encuentra disponible de modo particularmente fácil y permite obtener morteros con buenas propiedades.
Las mezclas de cemento, cemento de aluminato de calcio y sulfato de calcio o las mezclas de cemento y cemento de sulfoaluminato de calcio también son especialmente adecuadas. Tales mezclas aglutinantes permiten tiempos de fraguado cortos y altas resistencias tempranas.
Preferiblemente, la fracción del aglutinante hidráulico en el aglutinante mineral total es de al menos el 5% en peso, en particular de al menos el 20% en peso, más preferiblemente de al menos el 35% en peso, en especial de al menos el 65% en peso, con una fracción máxima del 100% en peso. Según otra realización ventajosa, el aglutinante mineral comprende del 95 al 100% en peso de aglutinante hidráulico, en particular clínker de cemento.
También puede ser ventajoso si la composición aglutinante contiene otros aglutinantes además o en lugar de un aglutinante hidráulico. Estos son, en particular, aglutinantes hidráulicos latentes y/o aglutinantes puzolánicos. Los aglutinantes hidráulicos y/o puzolánicos latentes adecuados son, en particular, escoria, escoria granulada de alto horno, cenizas volantes y/o humo de sílice.
La composición aglutinante mineral contiene además preferiblemente cargas, en particular cargas minerales. Las cargas son materiales sólidos, en forma de partículas, químicamente inertes y se ofrecen en diversas formas, tamaños y como materiales diferentes que varían desde las partículas de arena más finas hasta las piedras gruesas grandes. En principio, son adecuadas todas las cargas que se utilizan habitualmente para el hormigón y el mortero. Algunos ejemplos de cargas especialmente adecuadas son los áridos, la grava, la arena, especialmente la arena de cuarzo y la arena caliza, las piedras trituradas, los guijarros calcinados o las cargas ligeras como la arcilla expandida, el vidrio expandido, la espuma de vidrio, la piedra pómez, la perlita y la vermiculita. 0tras cargas ventajosas son el carbonato cálcico, el óxido de aluminio, la sílice amorfa (humo de sílice) o la sílice cristalina (polvo de cuarzo).
El tamaño de las partículas depende de la aplicación y se encuentra en el rango de 0.1 μm a 32 mm y más. Preferiblemente se mezclan diferentes tamaños de partículas para ajustar de forma óptima las propiedades de la composición aglutinante mineral que contiene agua. También pueden mezclarse cargas de diferentes materiales. El tamaño de las partículas puede determinarse mediante análisis por tamiz.
Las cargas tienen preferiblemente tamaños de partícula de 8 mm como máximo, más preferiblemente de 5 mm como máximo, aún más preferiblemente de 3.5 mm como máximo, del modo más preferible de 2.2 mm como máximo. La composición aglutinante mineral contiene preferiblemente cargas de las cuales al menos el 30% en peso, más preferiblemente al menos el 40% en peso, del modo más preferible al menos el 50% en peso, tienen un tamaño inferior a 2 mm, preferiblemente inferior a 1 mm, más preferiblemente inferior a 0.5 mm, con respecto a una cantidad total del 100% en peso de todas las cargas de la composición aglutinante.
Las cargas adecuadas con un tamaño de partícula pequeño son, en particular, arenas de cuarzo finas o carbonato cálcico en polvo.
Las composiciones aglutinantes con tales tamaños de partícula son fáciles de transportar, pueden mezclarse bien con el acelerador acuoso en el mezclador continuo y dan lugar a una superficie muy homogénea después de la aplicación.
En aplicaciones especiales, también pueden utilizarse cargas con tamaños de partícula de hasta 32 mm, más preferiblemente de hasta 20 mm, del modo más preferible de hasta 16 mm.
El material de construcción aplicado contiene fibras. En principio son adecuadas todas las fibras que sean en gran medida inertes en medio cementoso acuoso. Las fibras pueden tener una sección transversal redonda o de otra forma, pero se prefieren las fibras redondas o planas con una sección transversal aproximadamente rectangular.
Las fibras preferidas se seleccionan del grupo que consiste en fibras metálicas, en particular fibras de acero o fibras metálicas amorfas, fibras minerales, en particular fibras de vidrio, fibras de basalto o fibras de wollastonita, fibras naturales, en particular fibras de celulosa, fibras de cáñamo, fibras de lino o fibras de seda, y fibras plásticas, en particular fibras de carbono, fibras de polipropileno, polietileno, alcohol polivinílico, poliamida, poliaramida, poliacrilonitrilo o poliéster, y sus mezclas, en cuyo caso especialmente se prefieren las fibras metálicas, las fibras de carbono, las fibras de polipropileno o las fibras de alcohol polivinílico, o sus mezclas.
También son adecuadas las fibras hechas de copolímeros, en particular las que contienen unidades de propileno y/o unidades de etileno, o las fibras hechas de mezclas de polímeros, en particular las que contienen polipropileno. Estas fibras están disponibles comercialmente en grandes cantidades y en diversos tamaños.
Sorprendentemente se ha demostrado que las fibras que son flexibles o flexibles tienen menos probabilidades de obstruir y/o bloquear los dispositivos de mezcla y/o transporte y también causan pocos daños mecánicos a los dispositivos.
Se prefieren, por lo tanto, las fibras que son flexibles, en particular que tienen una rigidez a la flexión de como máximo 20 N-mm2, preferiblemente de como máximo 10 N-mm2, más preferiblemente de como máximo 1 N-mm2, de modo particularmente preferible de como máximo 0.2 N mm2, en cuyo caso la rigidez a la flexión en el caso de fibras planas se refiere a la dirección de flexión en la que se requiere la fuerza más baja para la flexión. En este caso, la rigidez a la flexión se calcula a partir del producto del módulo elástico de la fibra y el momento de inercia de área de la sección transversal de la fibra.
Preferiblemente, las fibras tienen una longitud de 5 a 100 mm.
Preferiblemente, la relación entre la longitud de la fibra y el diámetro de la fibra o el diámetro equivalente es de al menos 10, más preferiblemente de al menos 30, aún más preferiblemente de al menos 50 y del modo más preferible de al menos 100.
Preferiblemente, las fibras
a) son redondas y tienen una longitud de 5 mm a 100 mm, más preferiblemente de 8 mm a 60 mm, más preferiblemente de 10 mm a 30 mm, del modo más preferible de 12 mm a 20 mm y un diámetro de 5 μm a 500 |jm, más preferiblemente de 7 μm a 300 μm, más preferiblemente de 10 μm a 250 μm, del modo más preferible de 14 μm a 200 μm, o bien
b) son planas y tienen una longitud de 5 mm a 100 mm, más preferiblemente de 8 mm a 60 mm, aún más preferiblemente de 10 mm a 30 mm, del modo más preferible de 12 mm a 20 mm, una anchura de 5 μm a 2 mm, más preferiblemente de 10 μm a 1.5 mm, del modo más preferible de 0.5 mm a 1.2 mm y una altura de 5 μm a 300 μm, más preferiblemente de 7 μm a 250 μm, aún más preferiblemente de 10 μm a 200 μm, del modo más preferible de 20 μm a 150 μm.
Las fibras con estas dimensiones pueden mezclarse fácilmente en el material de construcción y son especialmente adecuadas para mejorar las propiedades del material de construcción.
También es posible mezclar fibras diferentes. Las diferencias pueden estar en el material, en la longitud y/o en el diámetro o en el diámetro equivalente de las fibras.
La composición aglutinante que contiene agua junto con dichas fibras puede transportarse e imprimirse fácilmente en el procedimiento según la invención sin bloquear el dispositivo de transporte, mezcla o impresión y mejorar la cohesión de las capas aplicadas.
Las fibras pueden tener una superficie especialmente tratada, en particular pueden estar mecánica o químicamente rugosas, gofradas o revestidas.
Las fibras también pueden tener una forma especial, en particular enganchadas en los extremos o tener una estructura anudada, dentada u ondulada.
Las fibras con una estructura o superficie especial se adhieren particularmente bien en la matriz de aglutinante mineral.
Preferiblemente, un metro cúbico del material de construcción que contiene las fibras contiene de 0.4 a 25 litros de fibras, más preferiblemente de 0.5 a 20 litros de fibras, particularmente preferible de 1 a 15 litros de fibras, calculado con la densidad aparente de las fibras.
Dependiendo del tipo de fibras, tal cantidad de fibras mejora las propiedades de la composición aglutinante curada sin afectar demasiado a la transportabilidad y miscibilidad de la composición aglutinante mineral que contiene agua. En una realización ejemplar, las fibras se proporcionan en la composición aglutinante mineral que contiene agua.
En un desarrollo avanzado ejemplar, las fibras se suministran al mezclador en la composición aglutinante mineral que contiene agua.
Proporcionar y/o alimentar las fibras en la composición de aglutinante mineral que contiene agua tiene la ventaja de que no es necesario alimentar el mezclador con componentes adicionales, y que las fibras ya están distribuidas en la composición de aglutinante mineral que contiene agua antes de la mezcla.
En una forma de realización alternativa, las fibras se suministran en el acelerador acuoso y/o se introducen al mezclador en el acelerador acuoso.
En otra forma de realización alternativa, las fibras se proporcionan en un componente adicional, en particular en un componente acuoso adicional, y/o se introducen al mezclador en un componente adicional, en particular en un componente acuoso adicional.
En otra forma de realización alternativa, las fibras se suministran solas, es decir, sin otros componentes, en particular componentes líquidos, y/o se introducen al mezclador.
0pcionalmente, la composición aglutinante mineral que contiene agua puede comprender al menos un aditivo, por ejemplo, un aditivo para hormigón y/o un aditivo para mortero y/o productos químicos de procesamiento. En particular, el al menos un aditivo comprende un antiespumante, un agente humectante, un colorante, un conservante, un superplastificante, un retardador, otros aceleradores, un polímero, un agente de arrastre de aire, un coadyuvante reológico, un modificador de la viscosidad, un coadyuvante de bombeo, un reductor de la contracción o un inhibidor de la corrosión, o combinaciones de los mismos.
El uso de un superplastificante o licuante en la composición aglutinante mineral que contiene agua mejora la fluidez de la composición. Ejemplos de agentes de fluidez incluyen lignosulfonatos, condensados de naftaleno-formaldehído sulfonados, condensados de melamina-formaldehído sulfonados, copolímeros de vinilo sulfonados, polialquilenglicoles con grupos fosfonato, polialquilenglicoles con grupos fosfato, policarboxilatos o éteres de policarboxilato, o mezclas de dichos superplastificantes, en cuyo caso por éteres de policarboxilato se entienden los polímeros en peine con grupos aniónicos en el esqueleto del polímero y cadenas laterales de óxido de polialquileno, y los grupos aniónicos se seleccionan en particular entre grupos carboxilato, grupos sulfonato, grupos fosfonato o grupos fosfato.
El superplastificante incluye preferiblemente un éter de policarboxilato. En particular, el superplastificante es un polímero en peine que comprende un esqueleto de policarboxilato con cadenas laterales de óxido de polialquileno, en particular cadenas laterales de óxido de polietileno, unidas al mismo. En particular, las cadenas laterales están unidas a la columna vertebral de policarboxilato a través de grupos éster, éter, imida y/o amida.
Sika Schweiz AG también vende comercialmente los polímeros en peine correspondientes bajo la serie de nombres comerciales Sika® ViscoCrete®.
El uso de retardadores del fraguado puede ser ventajoso, ya que prolonga el tiempo de procesamiento de la composición aglutinante que contiene agua. El retardador de fraguado es preferiblemente un ácido hidroxicarboxílico, en particular ácido tartárico, ácido cítrico o ácido glucónico, un azúcar, en particular sacarosa, un fosfato o un fosfonato, o sales o mezclas de los mismos.
El uso de coadyuvantes reológicos puede ser ventajoso ya que puede mejorar la cohesión de la composición. Los coadyuvantes reológicos preferidos son polisacáridos naturales o modificados, en particular éteres o ésteres de celulosa, almidón, almidón modificado, xantana, welano, diutano o carragenano.
En particular, el coadyuvante reológico preferido es la metilcelulosa, la hidroxietilcelulosa, la metilhidroxietilcelulosa o la goma xantana, o sus mezclas.
El uso de coadyuvantes de bombeo puede ser beneficioso, ya que mejora la cohesión interna, la suavidad y la lubricidad de la composición. Preferiblemente, el agente de bombeo contiene polímeros solubles en agua, como en particular SikaPump® de Sika.
En una forma de realización preferida, la composición aglutinante contiene un polímero, en particular un polímero formador de película, insoluble en agua. Los polímeros formadores de película, cuando están presentes como dispersión en un líquido, pueden coagularse para formar películas cuando la dispersión se seca. Preferiblemente, el polímero es un homo- o copolímero de ésteres acrílicos, un copolímero de estireno y butadieno, un copolímero de estireno y ésteres acrílicos, o un homo- o copolímero de acetato de vinilo.
Las dispersiones acuosas de tales polímeros están disponibles comercialmente, por ejemplo, bajo los nombres comerciales Acronal® (BASF), Primal™ (D0W) o Revacryl (Synthomer).
Sin embargo, también pueden utilizarse polvos poliméricos redispersables que forman dispersiones cuando se mezclan con agua. Tales polvos poliméricos están disponibles comercialmente, por ejemplo, bajo los nombres comerciales Vinnapas® (Wacker) o Elotex® (AkzoNobel).
En particular, la composición aglutinante mineral comprende o consiste en una composición aglutinante hidráulica, preferiblemente una composición de mortero u hormigón.
Si las fibras se proporcionan en la composición aglutinante mineral que contiene agua, la composición aglutinante mineral que contiene agua que contiene fibras se prepara preferiblemente mezclando una composición aglutinante mineral seca que contiene fibras con agua.
Sin embargo, las fibras también pueden añadirse después de mezclar con agua la composición aglutinante mineral que no contiene fibras.
El agua puede contener además aditivos disueltos o dispersos. Sin embargo, los aditivos también pueden mezclarse, como sólidos o en forma disuelta, con la composición aglutinante mineral que contiene agua después de la adición del agua.
La preparación de tales mezclas es conocida por el experto en la preparación de morteros o mezclas de hormigón, puede realizarse en particular en una mezcladora discontinua o también en una mezcladora continua.
La composición aglutinante mineral que contiene agua es preferiblemente un mortero fresco con una medida de expansión de al menos 170 mm, más preferiblemente de 200 a 380 mm, de modo particularmente preferible de 250 a 350 mm, determinada según DIN En 1015-3 tras elevar la tolva de asentamiento sin carreras de la mesa de expansión.
Además, preferiblemente, la composición aglutinante mineral que contiene agua es un hormigón fresco con un asentamiento de al menos 100 mm, preferiblemente de al menos 200 mm, del modo más preferible de al menos 250 mm, determinado según DIN EN 12350-2.
Las composiciones minerales aglutinantes que contienen agua con tal consistencia pueden bombearse y transportarse particularmente bien, y mezclarse muy bien en el mezclador continua con el acelerador acuoso.
Preferiblemente, la composición aglutinante mineral que contiene agua comprende los siguientes ingredientes: 15-50 partes en peso de cemento,
40-65 partes en peso de cargas,
0.02-3.5, preferiblemente 0.20-2, más preferiblemente 0.85-1.6, partes en peso de fibras naturales o sintéticas, o 0.20-8, preferiblemente 0.9-6, más preferiblemente 1-5, partes en peso de fibras metálicas,
0.01-5 partes en peso de aditivos y
8-25 partes en peso de agua,
con respecto a 100 partes en peso de composición aglutinante mineral que contiene agua.
La composición aglutinante mineral que contiene agua se suministra, preferiblemente mediante una bomba y un ducto de suministro, en particular una manguera, desde el suministro hasta el mezclador continuo.
Una buena capacidad de transporte es importante para la impresión 3D, ya que es un requisito previo para una aplicación homogénea.
Especialmente para la impresión de piezas moldeadas de gran tamaño, la longitud de un ducto de transporte entre la bomba y el mezclador continuo puede alcanzar hasta 50 m o más, lo que puede dar lugar a una alta presión en el ducto de transporte. Una presión elevada, especialmente en una manguera, es desventajosa porque el material está sometido a grandes esfuerzos y puede reventar si se sobrecarga. Las composiciones bien transportables pueden evitar que se acumule demasiada presión.
Preferiblemente, la presión en el ducto de transporte entre la bomba y el mezclador continuo es inferior a 40 bares, más preferiblemente inferior a 25 bares.
Preferiblemente, puede transportarse una denominada "mezcla lubricante" a través del ducto de suministro y del dispositivo de impresión antes de transportar la composición aglutinante mineral que contiene agua. La "mezcla lubricante" no se aplica, sino que normalmente se desecha en un contenedor de residuos. Mezclas lubricantes adecuadas son en particular soluciones acuosas de un polímero orgánico, en particular SikaPump® Start 1 o una mezcla de baja viscosidad de agua y cemento y/o carga fina, en particular piedra caliza. Preferiblemente, se bombea primero una solución acuosa de polímero, seguida de una mezcla de baja viscosidad de agua y cemento y/o carga fina, a través del ducto de suministro y del dispositivo de impresión antes de bombear la composición aglutinante mineral que contiene agua.
La composición aglutinante mineral que contiene agua se mezcla con un acelerador acuoso. El acelerador es ventajosamente un acelerador de solidificación y/o un acelerador de endurecimiento, o una mezcla de los mismos. Pueden utilizarse como aceleradores diversas sustancias conocidas por el experto.
Preferiblemente, el acelerador acuoso contiene al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en aminoalcoholes, nitratos de metales alcalinos y alcalinotérreos, nitritos de metales alcalinos y alcalinotérreos, tiocianatos de metales alcalinos y alcalinotérreos, haluros de metales alcalinos y alcalinotérreos, carbonatos de metales alcalinos y alcalinotérreos, glicerol, derivados de glicerol, glicoles, derivados de glicol, sales de aluminio, hidróxidos de aluminio, hidróxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos, silicatos de metales alcalinos y alcalinotérreos, óxidos de metales alcalinos y alcalinotérreos, núcleos de cristalización, en particular compuestos de hidrato de silicato de calcio en forma finamente dividida, y mezclas de los mismos.
De modo particularmente preferible, el acelerador acuoso contiene una sal de aluminio o hidróxido de aluminio, en particular aluminato de sodio, aluminato de potasio, sulfato de aluminio, hidroxisulfato de aluminio, hidróxido de aluminio o mezclas de los mismos.
Tales compuestos de aluminio aceleran especialmente bien el fraguado de un aglutinante hidráulico.
Preferiblemente, también pueden añadirse juntos o por separado varios aceleradores acuosos que difieran en su composición.
Esto permite, por ejemplo, realizar una adaptación flexible a una amplia variedad de aplicaciones.
La dosificación del acelerador depende de la composición de la composición aglutinante mineral que contiene agua, en particular del tipo y la cantidad del aglutinante hidráulico, del tipo y la cantidad del retardador, si está presente, y de la cantidad de agua, así como de la temperatura ambiente y de la temperatura de la composición aglutinante que contiene agua.
El acelerador se dosifica preferiblemente en una cantidad tal que la composición acelerada permanece fácilmente moldeable durante unos segundos o unos minutos. Esto permite que las capas se apliquen de forma homogénea, formen una buena cohesión y la superficie del artículo moldeado fabricado, si se desea, pueda seguir recibiendo un tratamiento posterior, por ejemplo, alisado.
Preferiblemente, el acelerador acuoso se dosifica en una cantidad en el rango de 0.1 a 8 partes en peso, más preferiblemente de 0.3 a 5 partes en peso, incluso más preferiblemente de 0.5 a 2.5 partes en peso, calculado como sólido sin agua, con respecto a 100 partes en peso de aglutinante mineral.
El acelerador acuoso se mezcla con las fibras y la composición aglutinante acuosa utilizando un mezclador continuo dinámico.
Además del acelerador, otros aditivos pueden mezclarse con la composición aglutinante acuosa utilizando el mezclador.
El al menos un acelerador acuoso y opcionalmente otros aditivos se dosifican preferiblemente mediante dispositivos dosificadores en la zona del mezclador continuo. El transporte de la composición aglutinante mineral que contiene agua y del acelerador acuoso y, opcionalmente, de otros aditivos al mezclador puede realizarse, por ejemplo, a través de uno o más dispositivos de transporte, en particular bombas y ductos de suministro. Los dispositivos de transporte pueden controlarse en particular a través de una unidad de control, en particular independientemente unos de otros.
Preferiblemente, el mezclador continuo está montado en el cabezal de impresión móvil.
Preferiblemente, el cabezal de impresión comprende una boquilla de descarga para la composición aglutinante mineral acelerada.
Preferiblemente, el mezclador continuo dinámico se monta en el cabezal de impresión móvil inmediatamente adyacente a esta boquilla de descarga. Esto permite ajustar selectivamente el desarrollo de la resistencia del aglutinante mineral a lo largo del tiempo. En particular, la adición de un acelerador puede acelerar mucho la aplicación global.
Preferiblemente, la dimensión y el peso del mezclador continuo se adaptan al tamaño del cabezal de impresión. Así, es ventajoso si el mezclador en un dispositivo de impresión para piezas moldeadas más pequeñas es también más pequeño que el mezclador en un dispositivo de impresión para piezas moldeadas grandes, tales como piezas de casas o paredes.
Por ejemplo, el mezclador continuo puede tener un peso de 20 a 100 kg o más para la impresión de piezas moldeadas del orden de varios metros, o un peso de aproximadamente 1 a 20 kg para la impresión de piezas moldeadas del orden de aproximadamente 5 cm a 1 m.
Con el mezclador continuo, el acelerador se mezcla con la composición aglutinante mineral de forma muy rápida, eficaz y homogénea. Esto es importante para que la composición sea homogénea cuando se aplique y se cure uniforme y rápidamente.
En una forma de realización ejemplar, el mezclador comprende más de una entrada, en particular dos, tres, cuatro, cinco, seis, siete u ocho entradas.
La disposición de varias entradas ofrece la ventaja de que, en particular, los componentes que reaccionan entre sí o que no son estables juntos durante el almacenamiento pueden introducirse a la zona de mezcla del mezclador a través de entradas separadas.
Preferiblemente, el mezclador funciona a una velocidad del eje agitador de 500 a 3000 rpm, más preferiblemente de 650 a 2500 rpm, aún más preferiblemente de 800 a 2000 rpm, y del modo más preferible de 1000 a 1500 rpm.
La mezcla a alta velocidad provoca una mezcla rápida y eficaz de la composición aglutinante con el acelerador, lo que es especialmente importante porque un acelerador mal distribuido en la composición acuosa de aglutinante mineral conduce muy rápidamente a una viscosidad muy alta y/o al endurecimiento del aglutinante en puntos específicos, lo que puede provocar bloqueos y/o daños en el mezclador. Por otro lado, si el acelerador se mezcla muy rápida y eficazmente con la composición acuosa aglutinante mineral, el aumento de la viscosidad y el endurecimiento tienen lugar de forma homogénea y controlable, sin bloqueo del mezclador, y la composición acelerada aglutinante mineral puede aplicarse sin interferencias.
Preferiblemente, el tiempo de permanencia de la composición aglutinante mineral que contiene agua en el mezclador es inferior a 10 s, más preferiblemente inferior a 7 s, de modo particularmente preferible inferior a 4 s. El tiempo de residencia medio de la composición aglutinante en el dispositivo mezclador es el tiempo medio que una partícula permanece en el dispositivo mezclador, desde la entrada hasta la salida.
Sorprendentemente, el uso del mezclador dinámico, especialmente en la forma preferida, no sólo provoca una muy buena distribución del acelerador en la composición aglutinante que contiene fibras, que conduce a un curado homogéneo de la composición aglutinante acelerada, sin formación de grumos, sino también a una buena distribución de las fibras, sin empaquetamiento o acumulación de las fibras, por lo cual la impresión 3D se efectúa rápidamente y sin interrupción debido a atascos.
Sorprendentemente, el mezclador también puede compensar las más pequeñas variaciones habituales en la composición del aglutinante mineral que contiene agua, como variaciones en el contenido de agua, en la distribución del tamaño de las partículas de las cargas o en la calidad del cemento, lo que hace que este procedimiento sea muy robusto, lo cual es extremadamente ventajoso.
La composición aglutinante acelerada es fácilmente moldeable inmediatamente después de la mezcla en el acelerador y puede aplicarse en capas homogéneas, en particular con un cabezal de impresión móvil.
Las capas aplicadas son autoportantes al cabo de poco tiempo y muestran un rápido desarrollo de la resistencia. Por lo tanto, las capas posteriores pueden aplicarse en distancias cortas y a una altura de varios centímetros sin ningún problema.
La composición aglutinante acelerada se aplica preferiblemente mediante un cabezal de impresión móvil.
En particular, el cabezal de impresión tiene al menos una abertura de descarga, que puede ser idéntica a la salida del mezclador continuo, a través de la cual puede descargarse el material curable.
Preferiblemente, una boquilla de descarga está situada en la abertura de descarga para dar forma al material descargado. La forma no está limitada, pero debe adaptarse al tamaño máximo de partícula del material a descargar. Preferiblemente, la boquilla de descarga tiene una forma rectangular, cuadrada o redonda.
Preferiblemente, la boquilla de descarga tiene una sección transversal tal que el lado más pequeño o el diámetro son al menos tan grandes como el 40%, preferiblemente al menos el 60%, más preferiblemente al menos el 80% de la longitud de las fibras más largas.
Pueden instalarse otros elementos de conformación en la boquilla de descarga.
Sorprendentemente, después de la aplicación de las capas, las fibras no están alineadas en una dirección específica, sino que están distribuidas mayoritariamente de manera uniforme en todas las direcciones espaciales. Esto puede evitar o reducir la contracción y las posibles microfisuras en todas las direcciones espaciales.
En una variante preferida, el cabezal de impresión es móvil en una, dos o tres direcciones espaciales. Se prefiere particularmente un cabezal de impresión que pueda moverse en tres direcciones espaciales. De esta manera pueden fabricarse de manera particularmente fácil artículos moldeados de casi cualquier forma.
El movimiento del cabezal de impresión puede realizarse en particular montando el cabezal de impresión en un brazo robótico convencional que es móvil en una, dos o tres direcciones espaciales.
Preferiblemente, el cabezal de impresión está situado en un sistema robótico de pórtico de 3 ejes. Esto permite una impresión rápida incluso de piezas moldeadas de gran tamaño con una conformación flexible.
También es posible realizar movimientos en una, dos o tres direcciones espaciales mediante movimientos correspondientes de la zona del espacio de instalación. La zona del espacio de instalación es la zona, por ejemplo, una superficie, sobre la que se genera el artículo moldeado.
Preferiblemente, la composición aglutinante mineral acelerada, cuando se ha preparado y aplicado a 21 °C, tiene una resistencia a la compresión de al menos 10 MPa 8 horas, más preferiblemente 4 horas, más preferiblemente 1 hora, después de mezclarse con el acelerador acuoso, en donde la resistencia a la compresión se determina de acuerdo con EN 196-1.
Con el procedimiento según la invención, los artículos moldeados pueden fabricarse sorprendentemente rápido por medio de aplicación capa por capa.
La altura de una sola capa, medida típicamente en una dirección sustancialmente perpendicular a los planos formados por las capas individuales, en particular en la dirección vertical, es preferiblemente de 5 mm a 200 mm, más preferiblemente de 8 mm a 100 mm, en particular de 10 mm a 50 mm.
La altura total del artículo moldeado o el espesor de todas las capas individuales del artículo moldeado tomadas en conjunto es preferiblemente de 0.1 m a 100 m o más, más preferiblemente de 0.3 m a 30 m, aún más preferiblemente de 0.5 m a 10 m, en particular de 1 m a 3 m. Este es particularmente el caso si la composición aglutinante mineral comprende o consiste en una composición de mortero u hormigón.
La superficie del artículo moldeado puede alisarse, repararse o moldearse especialmente con herramientas adecuadas, mientras aún es procesable. Esto puede hacerse como parte de la fabricación a máquina, o manualmente como un paso separado. La superficie también puede estar provista de un revestimiento funcional o decorativo, por ejemplo, una pintura.
El artículo moldeado también puede cortarse utilizando herramientas adecuadas mientras aún es procesable. De esta manera se pueden hacer agujeros en el artículo moldeado, en particular para aberturas de ventanas, aberturas de puertas, pasajes de conductos o también cortes, en particular para pasos de procesamiento posteriores.
El artículo moldeado fabricado por el procedimiento según la invención puede tener casi cualquier forma deseada. El artículo moldeado es, por ejemplo, una estructura, una pieza prefabricada para una estructura, un elemento estructural, una mampostería, un puente, una columna, un elemento decorativo como, por ejemplo, montañas artificiales, arrecifes o esculturas, un lavabo, una fuente o una bañera. A este respecto, el artículo moldeado puede ser una forma sólida o una forma hueca, con o sin fondo.
El artículo moldeado puede crearse directamente in situ y no puede moverse tras su aplicación. Sin embargo, el artículo moldeado también puede crearse en otro lugar, en particular en una fábrica. Esto se hace preferiblemente sobre un sustrato al que no se adhiere. Tras el curado, el artículo moldeado puede transportarse al lugar deseado.
0tro objeto de la presente invención es un artículo moldeado fabricado por el procedimiento según la invención. Ejemplos
Los siguientes son ejemplos de formas de realización que pretenden explicar con más detalle la invención descrita. Por supuesto, la invención no se limita a estos ejemplos de realización descritos.
Materiales utilizados
Sigunit®-L53 AF (CC) es un acelerador acuoso sin álcali a base de sulfato de aluminio, con un contenido en sólidos de aproximadamente el 52% en peso, disponible en Sika.
Betoflow® D es un polvo fino de carbonato cálcico con un tamaño de partícula de 1-5 μm, disponible en 0mya. Nekafill® 15 es un polvo de piedra caliza, disponible en Kalkfabrik Netstal.
Sika® ViscoCrete®-3088 S es un retardador/plastificante acuoso basado en un éter de policarboxilato, disponible en Sika.
Carbowet® 4000 es un agente humectante disponible en Air Products Chemicals Europe.
Kuralon™ PVA Fiber RFS 400 es una fibra de alcohol polivinílico de 18 mm de longitud y 200 μm de diámetro, disponible en Kuraray Europe GmbH.
Las fibras Fibraflex son fibras metálicas amorfas planas de 15 mm de largo, 1 mm de ancho y 24 |jm de alto, disponibles en Saint-Gobain.
SikaPump® es un coadyuvante de bombeo que contiene polímeros solubles en agua, disponible en Sika.
Ejemplo 1
Se preparó un mortero fresco compuesto de 120 kg de cemento Portland CEM I 52.5, 92 kg de arena de cuarzo de 0-1 mm con aproximadamente un 2% en peso de humedad, 33 kg de Betoflow®-D, 80 kg de Nekafill® 15, 1.6 kg de Sika® Viscocrete®-3088 S, 2.15 kg de fibras Kuralon™ RFS, 0.004 kg de Carbowet® 4000 y 56.8 kg de agua. En un mezclador forzado todos los componentes sólidos del mortero, excepto las fibras, se mezclaron primero durante 1 minuto, después se añadieron el agua, Carbowet y Viscocrete y el mortero se mezcló bien durante otros 3 minutos. Por último, se añadieron lentamente las fibras y se mezcló el mortero hasta que las fibras se distribuyeron homogéneamente.
El mortero fresco tenía una medida de expansión de 315 mm, medida según la norma DIN EN 1015-3 después de levantar el embudo de asentamiento sin carreras de la mesa de expansión.
Para la impresión 3D se utilizó un robot de pórtico de 3 ejes.
El robot de pórtico estaba equipado con un cabezal de impresión que podía moverse en las 3 direcciones espaciales.
Se integró en el cabezal de impresión un mezclador continuo dinámico de unos 60 kg de peso. El mezclador fue construido como se muestra en la Fig. 1. Tenía una entrada para el mortero. Tenía una entrada para el mortero, una entrada para el acelerador acuoso y una salida para el mortero acelerado. El tambor contenía la zona de mezcla y la zona de transporte y tenía un diámetro de unos 100 mm. En la zona de mezclado había un eje agitador con un total de 46 espigas, que tenía una distancia de unos 24 mm, y justo al lado, dispuesto sobre el mismo eje, había un tornillo transportador con 3 vueltas que tenían una distancia de 26 mm. Las entradas estaban situadas en la zona del eje agitador y la salida en el extremo del tornillo transportador. En la salida se colocó una boquilla redonda de 40 mm de diámetro. El dispositivo de transporte entre el mezclador forzado, en el que se había mezclado el mortero, y el mezclador continuo dinámico en el cabezal de presión consistía en una bomba helicoidal y una manguera con un diámetro interior de 35 mm y una longitud total de 32 m.
Antes de la primera mezcla de mortero, una mezcla de 1 saco de SikaPump® Start 1 y 30 I de agua, y posteriormente una mezcla de 15 kg de Nekafill® 15 y 15 kg de agua, se transportó a través del dispositivo de impresión, es decir, a través de la manguera, el mezclador y el cabezal de impresión, a una cubeta de residuos. Posteriormente, el mortero que contenía fibras se transportó a través de la manguera hacia la entrada del mezclador a una velocidad de transporte de aproximadamente 33 kg/min. Sigunit®-L53 AF (CC) previamente diluido (75% en peso de Sigunit®-L53 AF (CC) y 25% en peso de agua) se bombeó desde un recipiente de almacenamiento a través de una manguera a una velocidad de aproximadamente 350-400 ml/min hacia la segunda entrada del mezclador. El mortero fresco y el acelerador se mezclaron continuamente en el mezclador, a unas 1200 revoluciones del eje agitador por minuto, y el mortero acelerado se descargó a través de la salida y la boquilla del cabezal de impresión en capas de unos 50 mm de ancho y 10 mm de alto.
Un tubo de unos 800 mm de diámetro, una altura de unos 800 mm y un espesor de pared de unos 50 mm, se construyó por capas a una velocidad de impresión de 20-30 metros por minuto sobre un suelo revestido con una película de plástico.
Aquí, la velocidad de transporte de la mezcla de mortero, la dosificación del acelerador, la velocidad de rotación del mezclador continuo y el movimiento del cabezal de impresión se controlaban mediante un programa informático. La mezcla de mortero pudo transportarse e imprimirse sin problemas y sin que se produjeran bloqueos ni atascos. La temperatura de la mezcla de mortero que contenía agua era de unos 19°C, mientras que la del aire ambiente era de unos 21°C.
Durante todo el procedimiento de impresión, la presión en la manguera que transportaba el mortero fresco era del orden de 3-6 bar.
Después de aproximadamente 12 horas, el tubo se levantó sobre un palé de transporte utilizando correas de elevación y una grúa y se transportó a un lugar de almacenamiento sin sufrir daños.
Transcurridos siete días, se destruyó el tubo con la ayuda de un martillo pesado y se inspeccionaron los fragmentos. Las fibras estaban homogéneamente distribuidas y las superficies de fractura no mostraban espacios huecos ni sitios vacíos, las superficies de fractura no estaban orientadas en ninguna dirección en particular, las capas aplicadas mostraban una unión igualmente buena entre sí como dentro de la misma capa.
Ejemplo 2
Se repitió el Ejemplo 1 utilizando 2.15 kg de fibras Fibraflex en lugar de fibras Kuralon™.
El mortero fresco tenía una medida de expansión de 305 mm, medida según DIN EN 1015-3 después de levantar el embudo de asentamiento sin carreras de la mesa de expansión.
En esta prueba, se utilizó una boquilla de 110 mm de largo y 12 mm de ancho en lugar de la boquilla redonda.
La impresión se llevó a cabo de la misma manera que en el Ejemplo 1 excepto que, en lugar de una silla, se creó una pared de unos 500 mm de altura, unos 600 mm de anchura y unos 110 mm de grosor en capas de unos 15 mm de altura cada una. La mezcla de mortero que contenía fibras pudo transportarse e imprimirse sin problemas y sin que se produjeran bloqueos o atascos.
Después de unos 2 días, se rompieron partes de la pared. Los bordes de fractura no mostraban ninguna dirección preferida, las superficies de contacto entre las capas no eran puntos de fractura preferidos. Las fibras estaban distribuidas homogéneamente y las superficies de fractura apenas mostraban espacios huecos o sitios vacíos. Ejemplo comparativo 1
Se repitió el experimento del Ejemplo 1, en cuyo caso se cambió el diseño del mezclador continuo dinámico. El eje agitador se equipó con 92 espigas espaciadas 9 mm y el tornillo transportador tenía 6 vueltas cuya distancia hacia la salida disminuyó de 22 mm a 5 mm.
En las mismas condiciones que las descritas en el ejemplo 1, se inició la impresión, pero tuvo que detenerse después de unos 2 minutos porque el mezclador se bloqueó.
Breve descripción de los dibujos
A continuación, las formas de realización de la invención se explican más detalladamente con referencia al dibujo. La Fig. 1 muestra una representación esquemática de un mezclador ejemplar.
Sólo se muestran los elementos esenciales para una comprensión directa de la invención.
La Fig. 1 muestra un mezclador 1 ejemplar. El mezclador 1 tiene un accionamiento 3 y un tambor 2 con una zona de mezcla 10 y una zona de transporte 11. En la zona de mezcla hay un eje agitador 4 y dos entradas 6, en la zona de transporte 11 hay un dispositivo de transporte 5 y una salida 7.
En este caso, el dispositivo transportador 5 está dispuesto directamente adyacente al eje agitador 4, de modo que la composición aglutinante mineral acelerada mezclada por el eje agitador 4 puede ser capturada directamente por el dispositivo transportador 5 y transportada fuera del tambor 2 a través de la salida 7.
En esta representación, el dispositivo de transporte 5 tiene la forma de un tornillo transportador. El tornillo transportador en esta realización tiene dos vueltas completas. Dependiendo de la capacidad de transporte deseada, el tornillo transportador puede dimensionarse o diseñarse de forma diferente. El dispositivo de transporte 5 y el eje agitador 4 están dispuestos sobre el mismo eje en el tambor 2. En esta representación, el eje agitador 4 está provisto de espigas 8 de modo que cuando el eje agitador gira, la composición aglutinante que contiene agua en el tambor es movida por las espigas 8.
En esta representación, dos entradas 6 están dispuestas en el tambor 2. Sin embargo, en una forma de realización alternativa, dos entradas 6 están dispuestas en el tambor. Sin embargo, en una variante alternativa no mostrada, el tambor 2 sólo tiene una entrada. En este caso, los componentes que se van a mezclar ya se pueden juntar antes de que se transporten al tambor 2 a través de la entrada.
Preferiblemente, se proporciona un mezclador 1 para mezclar la composición aglutinante mineral que contiene agua con el acelerador acuoso en cuyo caso la zona de mezcla 10 y la zona de transporte 11 están dispuestas en un mismo tambor 2.
Preferiblemente, el eje agitador 4 y el dispositivo de transporte 5 están dispuestos sobre un mismo eje.
Según la invención, el elemento mezclador dinámico comprende un eje agitador 4 con elementos agitadores 8, en cuyo caso los elementos agitadores 8 están formados como espigas y una distancia entre elementos agitadores adyacentes es de al menos el 60%, más preferiblemente de al menos el 80%, de la longitud de las fibras más largas. Esto es particularmente ventajoso para mezclar las fibras, la composición aglutinante mineral y el acelerador acuoso. Preferiblemente, el dispositivo de transporte 5 está diseñado como un tornillo transportador con vueltas, en cuyo caso una distancia 9 entre vueltas adyacentes del tornillo transportador es al menos el 40%, preferiblemente al menos el 60%, más preferiblemente al menos el 80%, de la longitud de las fibras más largas.
Esto es particularmente ventajoso para transportar la composición aglutinante mineral acelerada, con contenido de fibras, que contiene agua.
Además, es ventajoso si la distancia entre los extremos de los elementos agitadores 8 del eje agitador 4 y la pared interior del tambor 2 es al menos igual al diámetro de las partículas más grandes de la carga.
Es particularmente ventajoso si las distancias 9 entre vueltas adyacentes del tornillo transportador son sustancialmente iguales. Preferiblemente, el dispositivo de transporte 5 comprende de dos a cuatro vueltas.
Tales mezcladores son especialmente adecuados para mezclar de forma homogénea y rápida el acelerador acuoso, las fibras y la composición acuosa de aglutinante mineral sin que las fibras se aglutinen o causen bloqueos.

Claims (13)

REIVINDICACI0NES
1. Procedimiento de aplicación de un material de construcción que contiene fibras, en particular mediante impresión 3D, que comprende las etapas de
- proporcionar una composición aglutinante mineral que contiene agua, al menos un acelerador acuoso, y fibras - introducir la composición aglutinante mineral que contiene agua, en particular mediante una bomba, a un mezclador continuo (1) que comprende
• un accionamiento (3)
• una zona de mezclado (10) que comprende al menos una entrada (6) y al menos un elemento de mezclado dinámico, en donde el elemento de mezclado dinámico comprende un eje agitador (4) con elementos agitadores (8), en donde los elementos agitadores (8) están formados como espigas y una distancia entre elementos agitadores adyacentes es al menos el 60%, más preferiblemente al menos el 80%, de la longitud de las fibras más largas, y
• una zona de transporte (11) conectada a la zona de mezcla (10) que comprende al menos un dispositivo de transporte (5) y una salida (7),
en donde la composición aglutinante mineral que contiene agua se transporta a la zona de mezcla (10) a través de la al menos una entrada (6),
- introducir las fibras en la zona de mezcla (10) del mezclador continuo (1),
- introducir en la zona de mezcla (10) del mezclador continuo (1) al menos un acelerador acuoso para el fraguado de la composición aglutinante mineral que contiene agua,
- mezclar el al menos un acelerador acuoso con la composición aglutinante mineral que contiene agua y las fibras en la zona de mezcla (10) del mezclador (1) continuo para formar una composición aglutinante mineral acelerada que contiene fibras
- transportar la composición aglutinante mineral acelerada que contiene fibras a la salida (7) por medio del dispositivo de transporte (5), y
- aplicar la composición aglutinante mineral acelerada, que contiene fibras, en particular capa por capa mediante un cabezal de impresión móvil.
2. Procedimiento según la reivindicación 1, caracterizado porque la composición aglutinante mineral que contiene agua comprende al menos un aglutinante hidráulico, preferiblemente un aglutinante cementoso, en particular cemento Portland, cemento de aluminato de calcio, cemento de sulfoaluminato de calcio o mezclas de los mismos.
3. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las fibras se seleccionan del grupo que consiste en fibras metálicas, en particular fibras de acero o fibras metálicas amorfas, fibras minerales, en particular fibras de vidrio, fibras de basalto o fibras de wollastonita, fibras naturales, en particular fibras de celulosa, fibras de cáñamo, fibras de lino o fibras de seda, y fibras sintéticas, en particular fibras de carbono, fibras de polipropileno, polietileno, alcohol polivinílico, poliamida, poliaramida, poliacrilonitrilo o poliéster, y sus mezclas, en cuyo caso se prefieren fibras metálicas, fibras de carbono, fibras de polipropileno o fibras de alcohol polivinílico, o sus mezclas.
4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que las fibras son flexibles y tienen una resistencia a la flexión como máximo de 20 N-mm2, preferiblemente como máximo de 10 N-mm2, más preferiblemente como máximo de 1 N-mm2, de modo particularmente preferible como máximo de 0.2 N-mm2, en cuyo caso la resistencia a la flexión en el caso de fibras planas se refiere a la dirección de flexión en la que se requiere la menor fuerza para la flexión.
5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las fibras
a) son redondas y tienen una longitud de 5 mm a 100 mm, preferiblemente de 8 mm a 60 mm, más preferiblemente de 10 mm a 30 mm, del modo más preferible de 12 mm a 20 mm y un diámetro de 5 μm a 500 |jm, preferiblemente de 7 μm a 300 μm, aún más preferiblemente de 10 μm a 250 μm, del modo más preferible de 14 μm a 200 μm, o bien
b) son planas y tienen una longitud de 5 mm a 100 mm, preferiblemente de 8 mm a 60 mm, más preferiblemente de 10 mm a 30 mm, del modo más preferible de 12 mm a 20 mm, una anchura de 5 μm a 2 mm, preferiblemente de 10 μm a 1.5 mm, del modo más preferible de 0.5 mm a 1.2 mm y una altura de 5 μm a 300 μm, preferiblemente de 7 μm a 250 μm, aún más preferiblemente de 10 μm a 200 μm, del modo más preferible de 20 μm a 150 μm.
6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque un metro cúbico de la composición aglutinante mineral que contiene agua y que contiene las fibras contiene de 0.4 a 25 litros de fibras, preferiblemente de 0.5 a 20 litros de fibras, más preferiblemente de 1 a 15 litros de fibras, calculado con la densidad aparente de las fibras.
7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que la composición aglutinante mineral que contiene fibras y agua es un mortero fresco con una medida de expansión de al menos 170 mm, preferiblemente de 200 a 380 mm, de modo particularmente preferible de 250 a 350 mm, determinada según DIN EN 1015-3 después de levantar el embudo de asentamiento sin carreras de la mesa de expansión.
8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acelerador acuoso es al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en aminoalcoholes, nitratos de metal alcalino y de metal alcalinotérreo, nitritos de metal alcalino y de metal alcalinotérreo, tiocianatos de metal alcalino y de metal alcalinotérreo, haluros de metal alcalino y de metal alcalinotérreo, carbonatos de metal alcalino y de metal alcalinotérreo, glicerol, derivados de glicerol, glicoles, derivados de glicol, sales de aluminio, hidróxidos de aluminio, hidróxidos de metales alcalinos y de metales alcalinotérreos, silicatos de metales alcalinos y de metales alcalinotérreos, óxidos de metales alcalinos y de metales alcalinotérreos, núcleos de cristalización, en particular compuestos de hidrato de silicato de calcio finamente divididos, y sus mezclas.
9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el acelerador acuoso se dosifica en una cantidad en el rango de 0.1 a 8 partes en peso, preferiblemente de 0.3 a 5 partes en peso, más preferiblemente de 0.5 a 2.5 partes en peso, calculada como sólido sin agua, con respecto a 100 partes en peso de aglutinante mineral.
10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el mezclador continuo está montado en un cabezal de impresión móvil.
11. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el dispositivo de transporte (5) está diseñado como un tornillo transportador con vueltas, en cuyo caso una distancia (9) entre vueltas adyacentes del tornillo transportador es de al menos el 40%, preferiblemente al menos el 60%, más preferiblemente al menos el 80%, de la longitud de las fibras más largas.
12. Procedimiento según la reivindicación 11, caracterizado porque las distancias (9) entre vueltas adyacentes del tornillo transportador son sustancialmente iguales y/o porque el dispositivo transportador (5) comprende de dos a cuatro vueltas.
13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque las fibras se proporcionan en la composición aglutinante mineral que contiene agua y/o porque las fibras se introducen al mezclador (1) en la composición aglutinante mineral que contiene agua.
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