MX2010010596A - Aditivos para cemento. - Google Patents
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Abstract
La invención proporciona una composición de cemento de belita-sulfoaluminato de calcio- ferrita (BCSAF) que comprende: una escoria de BCSAF, escoria que tiene la siguiente composición mineralógica, con base en el peso total de la escoria: 5 a 25%, preferiblemente 10 a 20%, de una fase de aluminoferrita de calcio que tiene la fórmula general C2AXF(1-X), en donde X es de 0.2 a 0.8; 15 a 35% de una fase de sulfoaluminato de calcio; 40 a 75% de belita (C2S); de 0.01 a 10% en total de una o más fases menores seleccionadas de sulfatos de calcio, sulfatos de metales de álcali, perovskita, aluminatos de calcio, gehlenita, cal libre y periclasa y/o un fase vítrea; y una alcanolamina.
Description
ADITIVOS PARA CEMENTO
CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se relaciona con aditivos para cemento, en particular cementos de belita-sulfoaluminato de calcio-ferrita.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
La mayor parte de los hormigones modernos se elaboran con cementos hidráulicos, usando generalmente cemento Portland.
El cemento Portland es un cemento hidráulico producido al pulverizar escoria de cemento Portland, usualmente con pequeñas adiciones de sulfato de calcio. La escoria se elabora al calentar la mezcla especificada de materias primas (finamente divididas, íntimamente mezcladas y homogéneas) que contienen CaO, S¡02, Al203 y otros materiales, a temperaturas cercanas o superiores a 1400 °C. La fuente principal de CaO usualmente es carbonato de calcio en forma de piedra caliza.
La escoria, producida en forma dé nódulos duros, contiene al menos dos terceras partes de su masa de silicatos de calcio (silicato tricálcico, alita, (CaO)3.Si02, y silicato dicálcico, belita, (CaO)2.S¡02; y la práctica actual, en la mayor parte de las plantas de cemento, es que más del 60% de la escoria sea silicato tricálcico); aluminato tricálcico y aluminoferrita tetracálcica.
Estos cuatro componentes constitutivos principales de la escoria Portland se abrevian de manera convencional como:
C3S (silicato tricálcico);
C2S (silicato dicálcico);
C3A (aluminato tricálcico); y
C4AF (aluminoferrita tetracálcica).
En esta especificación, incluyendo las reivindicaciones adjuntas, a menos que se especifique de otra manera, los siguientes términos se usan para designar los componentes minerales del cemento.
C representa CaO,
A representa Al203)
F representa Fe203,
S representa Si02,
$ representa S03.
La producción de cemento Portland resulta en la producción de dióxido de carbono: el combustible que contiene carbono, requerido para generar las altas temperaturas (alrededor de 1400 °C) requeridas a su vez para la sinterización, se oxida a dióxido de carbono (C02); y el carbonato de calcio se calcina durante el proceso en una reacción endotérmica, para formar óxido de calcio y dióxido de carbono.
En décadas recientes, el nivel de dióxido de carbono en la atmósfera se ha incrementado de manera considerable y continúa creciendo. Los efectos climáticos del incremento han originado preocupaciones, y es deseable reducir las emisiones de dióxido de carbono. La industria del cemento es responsable de alrededor de 5% de todas las emisiones industriales de C02.
Una mezcla de materias primas, ricas en piedra caliza, se requiere para obtener una escoria de cemento Portland rica en alita (la cual es una forma impura de C3S). Las emisiones de C02 en la producción de escoria de cemento Portland podrían reducirse en alrededor de 10% si el componente de C3S de la escoria de cemento Portland se eliminara casi por completo. Esto podría hacerse si la cantidad de piedra caliza en la materia prima se redujera en aproximadamente 10%; la cantidad de C02 liberada de la piedra caliza durante la calcinación a óxido de calcio entonces podría reducirse, como lo haría la cantidad de combustible necesaria para suministrar la energía para esta conversión endotérmica. Sin embargo, el C3S es el constituyente más importante del cemento Protland, y controla en gran medida su fraguado y endurecimiento.
Las escorias de cemento Portland con un bajo contenido de alita son. ricas en belita (la cual es una forma impura de C2S). Sin embargo, los cementos Portland ricos en belita no ofrecen suficiente resistencia a corto plazo para cumplir con los requerimientos estándar, y no logran el rendimiento requerido para las modernas aplicaciones del hormigón.
Se conocen otros tipos de cemento, cuya producción genera menos C02 que la del
cemento Portland. Los cementos basados en sulfoaluminatos de calcio, abreviados como CSA, son importantes dado que pueden producirse con una emisión industrial inferior de C02, y sin tener que usar materias primas costosas. Los cementos de sulfoaluminato comprenden una fase de C4A3$ de sulfoaluminato de calcio, conocida como "sal de Klein" o "ye'elimita", la cual hace posible obtener una resistencia a la compresión sustancialmente trnmprana.
Se conoce el uso de "alcanolaminas" tales como, por ejemplo, dietanolamina y trietanolamina, como aceleradores para acortar el tiempo de fraguado y para incrementar la resistencia a la compresión en fases tempranas (por ejemplo, un día) del hormigón que contiene cemento Portland. Se ha reportado que la trietanolamina en bajas dosis (típicamente < 0.03%) se usa como auxiliar de molido para la escoria de cemento Portland. También se conoce el uso de ciertas sales de calcio como aceleradores para el fraguado y endurecimiento en el cemento Portland. Se ha reportado que la aceleración por cloruro de calcio es esencialmente catalítica, y el C3S es el niás afectado.
Se ha descubierto ahora que una alcanolamina puede usarse para modificar las propiedades de un cemento que contiene belita-sulfoaluminato de calcio-ferrita (referido a continuación como cemento BCSAF) con el fin de mejorar las propiedades de resistencia en etapas tardías, especialmente superiores a 30 días, del cemento y del mortero y hormigón que lo contienen. El uso de una sal de calcio, en asociación con una alcanolamina, también puede proporcionar un aumento adicional de la resistencia, especialmente en una fase tardía. La presente invención busca proporcionar una mezcla de cementos BCSAF que ofrezca, en los aglutinantes hidráulicos que lo contienen, propiedades Teológicas y de resistencia mecánica comparables con aquellas del cemento Portland convencional, y/o que proporcione una resistencia a la compresión incrementada a los 28 días y/o 90 días en el mortero y hormigón que lo contienen.
SUMARIO DE LA INVENCIÓN
La presente invención proporciona por consiguiente una composición de cemento BCSAF que comprende: una escoria de BCSAF, escoria que tiene la siguiente composición mineralógica, con base en el peso total de la escoria:
5 a 30%, preferiblemente 10 a 20%, de una fase de aluminoferrita de calcio que tiene la fórmula general C2AxF(1.X), en donde X es de 0.2 a 0.8;
10 a 35% de una fase de sulfoaluminato de calcio;
40 a 75%, preferiblemente 45 a 65%, de belita (C2S);
de 0.01 a 10% en total de una o más fases menores seleccionadas de sulfatas de calcio, sulfatas de metales de álcali, perovskita, aluminatos de calcio, gehlenita, cal libre y periclasa y/o una fase vitrea tal como una escoria de altos hornos o un vidrio hidráulico;
y
una alcanolamina.
La alcanolamina de la composición de cemento BCSAF de acuerdo con la invención, preferiblemente puede tener la fórmula general:
en la cual p representa un número entero de 1 a 3, R representa un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo de la fórmula general:
-CqH2q+i . (II)
en la cual q representa un número entero de 1 a 5;
X representa un grupo de la fórmula general:
-(CnH2n)-OA (III)
en la cual n es un número entero de 2 a 5 y -(CnH2n)- puede ser lineal o ramificado;
o X representa un grupo de la fórmula general:
-(CmH2m)-NYtR(M) (IV)
en la cual m es un número entero de 2 a 5, Y representa un grupo de la fórmula general (III) como se define anteriormente, t es 1 o 2 y el -(CmH2m)- puede ser lineal o ramificado.
Más preferiblemente, p representa el número entero 2 o 3.
Más preferiblemente R es un átomo de hidrógeno (-H) o un grupo metilo (-CH3).
Más preferiblemente el grupo representado por -OA en la fórmula general (III) anterior es hidroxi (-OH), en cuyo caso A representa un átomo de hidrógeno. Pero A también puede representar un grupo protector compatible con el cemento, en cuyo caso -OA preferiblemente
puede hidrolizarse a hidroxi bajo las condiciones alcalinas que existen en una mezcla de cementos BCSAF después de la adición de agua.
Más preferiblemente, n representa el número entero 2.
Obsérvese también que cuando n=2 en todos los grupos de la fórmula general III presentes en la molécula, la alcanolamina en este documento se llama "alcanolamina inferior", y cuando n es mayor a 2 en algunos o todos los grupos de la fórmula general III presentes en la molécula, la alcanolamina en este documento se llama "alcanolamina superior".
La alcanolamina preferiblemente es una alcanolamina inferior tal como trietanolamina (TEA), dietanolamina (DEA), o metil-dietanolamina (MDEA), más preferiblemente DEA o MDEA. De acuerdo con una modalidad de la invención, la alcanolamina es ya sea una trietanolamina (TEA), dietanolamina (DEA), tetrakis-hidroxi-etil-etilen-diamina (THEED), o metil-dietanolamina (MDEA), o una mezcla de las mismas.
La alcanolamina preferida, de acuerdo con la invención, es DEA o MDEA.
La alcanolamina puede estar en forma de base libre o una sal de la misma, por ejemplo una sal acetato, gluconato, sulfato, nitrato o cloruro. Cuando A es un grupo protector, preferiblemente es un grupo alcanoilo, por ejemplo, de la fórmula R'CO en la cual R' representa un grupo alquilo de cadena lineal o ramificada de 1 a 4 átomos de carbono, preferiblemente un grupo acetilo (en el cual R' representa metilo).
La alcanolamina puede ser, de acuerdo con una modalidad específica, una alcanolamina superior como, por ejemplo, triisopropanolamina (TIPA).
La composición de cemento BCSAF, de acuerdo con la invención, preferiblemente comprende de 0.01 a 1 % en peso, preferiblemente de 0.03 a 0.3%, por ejemplo, alrededor de 0.1% de alcanolamina.
La composición de cemento BCSAF de acuerdo con la invención, puede comprender además una sal de calcio soluble en agua.
El término "sal de calcio soluble en agua", como se usa en esta especificación incluyendo las reivindicaciones adjuntas, se refiere a una sal de calcio que tiene una solubilidad en agua a 25 °C de al menos 100 g/l. La sal de calcio preferiblemente tiene un peso molecular menor a 1000,
más preferiblemente menor a 400. Las sales de calcio incluyen el nitrito, nitrato, cloruro, bromuro, tiocianato, formiato, acetato y tiosulfato. Se prefieren nitrito de calcio y nitrato de calcio
La composición de cemento BCSAF de acuerdo con la invención, preferiblemente puede comprender de 0.1 a 10% en peso, preferiblemente de 1 a 4%, por ejemplo alrededor de 2% de sal de calcio (expresada como sal anhidra).
La escoria en la composición de cemento BCSAF de acuerdo con la invención, preferiblemente comprende uno o más elementos secundarios seleccionados de azufre, magnesio, sodio, potasio, boro, fósforo, zinc, manganeso, titanio, flúor y cloro, presentes en las siguientes cantidades:
de 3 a 10% de azufre expresado como anhídrido sulfúrico;
hasta 5% de magnesio expresado como óxido de magnesio;
hasta 5% de sodio expresado como óxido de sodio;
hasta 5% de potasio expresado como óxido de potasio;
hasta 3% de boro expresado como óxido de boro;
hasta 7% de fósforo expresado como anhídrido fosfórico;
hasta 5% de zinc, manganeso, titanio o mezclas de los mismos, expresado como óxidos de estos elementos;
hasta 3% de flúor, cloro, o una mezcla de los mismos, expresado como fluoruro de calcio y cloruro de calcio;
el contenido total de los elementos secundarios, expresado como se define anteriormente, que es menor o igual a 15%.
Se entenderá que el contenido de azufre dado anteriormente es el azufre total presente en la escoria.
Preferiblemente, la escoria en la composición de cemento BCSAF de acuerdo con la invención comprende, como elementos secundarios en la composición química:
de 4 a 8% de azufre expresado como anhídrido sulfúrico;
de 1 a 4% de magnesio, expresado como óxido de magnesio;
de 0.1 a 2% de sodio, expresado como óxido de sodio;
de 0.1 a 2% de potasio, expresado como óxido de potasio;
hasta 2% de boro, expresado como óxido de boro;
hasta 4% de fósforo expresado como anhídrido fosfórico;
hasta 3% de zinc, manganeso, titanio o una mezcla de los mismos, expresado como óxidos de estos elementos;
hasta 1% de flúor, cloro, o una mezcla de los mismos, expresado como fluoruro de calcio y cloruro de calcio.
Más preferiblemente, la escoria en la composición de cemento BCSAF de acuerdo con la invención comprende, como elementos secundarios en la composición química:
de 0.2 a 1% de sodio, expresado como óxido de sodio;
de 0.2 a 1% de potasio, expresado como óxido de potasio;
de 0.2 a 2% de boro, expresado como óxido de boro;
un contenido de flúor más cloro menor o igual a 1%, expresado como fluoruro y cloruro de calcio.
El elemento secundario preferido en la escoria en la composición de cemento BCSAF de acuerdo con la invención es boro, el cual, introducido en la combinación de materias primas en forma de, por ejemplo, bórax, potencia la formación de una fase de belita a' durante la formacón de escoria. La fase de belita de la escoria preferiblemente se cristaliza parcial o totalmente en la forma a'. Preferiblemente, al menos 50% en peso de la fase de belita de la escoria ese en la forma a'.
La escoria preferiblemente comprende al menos los siguientes óxidos principales presentes en las proporciones relativas expresadas en % del peso total de la escoria:
CaO: 50 a 61%
Al203: 9 a 22%
Si02: 15 a 25%
Fe203: 3 a 11%
En comparación con la fase de alita (C3S), el componente principal de los cementos Portland, una cantidad superior de la fase de belita (C2S) en la escoria es beneficiosa. Esto
conduce a una reducción del consumo de energía y de las emisiones de C02. Más aún, la belita contribuye al desarrollo de la resistencia a largo plazo del cemento BCSAF.
La escoria de BCSAF puede prepararse por un proceso que comprende calcinación, a una temperatura de 1150 °C a 1350 °C, preferiblemente de 1220 °C a 1320 °C, durante al menos 15 minutos en una atmósfera que es suficientemente oxidante para evitar una reducción sustancial del sulfato de calcio presente para producir dióxido de azufre:
una combinación de materias primas que comprende una materia prima o una mezcla de materias primas capaz, por la formación de escoria, de proporcionar las fases C2AXF(1.X), en donde X es de 0.2 a 0.8, C4A3$ y C2S en las proporciones requeridas; y preferiblemente uno o más aditivos que suministran un elemento secundario seleccionado de azufre, magnesio, sodio, potasio, boro, fósforo, zinc, manganeso, titanio, flúor, cloro, o una mezcla de los mismos, en cantidades calculadas de modo que, después de la formación de escoria, la cantidad que corresponde a los elementos secundarios, expresados como se define anteriormente, sea menor o igual a 15% en peso, con base en el peso total de la escoria.
La emisión de C02 típicamente disminuye en más de 20% con respecto a aquella que resulta de la formación de escoria de un cemento Portland típico.
Las materias primas usadas en la producción de la escoria para su uso en la invención incluyen piedra caliza de fosfato, piedra caliza de magnesio, arcillas, ceniza suelta, ceniza de chimenea, ceniza de lecho fluidizado, laterita, bauxita, cieno rojo, escoria, carbonilla, yeso, desulfoyeso, fosfoyeso, lodo de desulfurización, carbonilla industrial, y mezclas de los mismos.
Los aditivos que suministran elementos secundarios pueden ser materias primas en sí mismos, en la medida en que contengan los elementos secundarios requeridos en las proporciones apropiadas o los compuestos particulares de estos elementos secundarios, por ejemplo óxidos tales como los óxidos de sodio, potasio, magnesio, boro (particularmente bórax), zinc, magnesio, titanio, haluros tales como fluoruro y cloruro de calcio, y sulfatos, particularmente sulfato de calcio.
Se entenderá que el término "aditivo que suministra elementos secundarios" da a entender compuestos que mejoran la capacidad de formación de escoria de la mezcla de materias primas, y que estabilizan una forma cristalina requerida de una o más fases con el fin, por ejemplo, de
mejorar su reactividad.
De acuerdo con un atributo de la invención, la composición de cemento de acuerdo con la invención se prepara al moler una escoria de BCSAF, opcionalmente con una sal de calcio soluble en agua y/o una alcanolamina y, si es necesario, agregar a la escoria molida una sal de calcio soluble en agua y/o una alcanolamina para producir una composición de cemento de acuerdo con la invención.
La escoria también puede molerse, por ejemplo, con un sulfato de calcio (tal como yeso). Cuando el sulfato de calcio se introduce en exceso en la combinación de materias primas con el fin de obtener anhidrita en la escoria, el cemento puede prepararse directamente al moler la escoria sin yeso adicional.
Preferiblemente, la escoria se muele a una superficie especifica de Blaine de más de 3000 cm2/g, preferiblemente más de 3500 cm2/g.
El cemento puede comprender fuentes de materias primas de sulfato de calcio y/u óxido de calcio.
La composición de cemento de acuerdo con la invención preferiblemente comprende hasta
15% en peso, del peso total del cemento, de un material seleccionado de yeso, anhidrita y hemihidrato.
La composición de cemento de acuerdo con la invención preferiblemente también comprende hasta 30% en peso del cemento, con base en el peso total, de un relleno (el cual puede ser, por ejemplo, inerte, o puede ser un material cementoso complementario), por ejemplo, al menos un material seleccionado de piedra caliza, puzolana, ceniza suelta y escoria de altos hornos. Cuando se presenta un relleno, la cantidad de sal de calcio y alcanolamina se basa en la cantidad de cemento + relleno.
La composición de cemento BCSAF, composición de acuerdo con la invención, también puede comprender un acelerador o retardador para el fraguado y/o endurecimiento. Los retardadores de fraguado incluyen gluconatos, sacáridos, retardadores de ácido fosfórico o ácido carboxflico o mezclas de los mismos.
Cuando se usa la composición de cemento BCSAF, composición de acuerdo con la
invención, la relación agua/cemento puede ajustarse usando, por ejemplo, agentes reductores de agua y/o superplastificantes.
En el Concrete Admixtures Handbook, Properties Science and Technology, V.S. Ramachandran, Noyes Publications, 1984:
Un reductor de agua se define como un aditivo que reduce la cantidad de agua de mezcla del hormigón, para una facilidad de operación dada, típicamente en 10 - 15%. Los reductores de agua incluyen, por ejemplo, lignosulfonatos, ácidos hidroxicarboxílicos, carbohidratos, y otros compuestos orgánicos especializados, por ejemplo, glicerol, alcohol polivinílico, alumino-metil-siliconato de sodio, ácido sulfanílico y caseína.
Los superplastificantes pertenecen a una nueva clase de reductores de agua, químicamente diferentes a los reductores normales de agua, y capaces de reducir el contenido de agua en alrededor de 30%. Los superplastificantes se han clasificado en general en cuatro grupos: condensado de formaldehído de naftaleno sulfonado (SNF) (generalmente una sal sódica); o condensado de formaldehído de melamina sulfonada (SMF); lignosulfonatos modificados ( LS); y otros. Superplastificantes más recientes incluyen compuestos policarboxílicos, tales como poliacrilatos. El superplastificante preferiblemente es un superplastificante de nueva generación, por ejemplo, un copolímero que contiene polietilenglicol como cadena de injerto y funciones carboxílicas en la cadena principal, tal como un éter policarboxílico. También puede usarse policarboxilato de sodio-polisulfonatos y poliacrilatos de sodio. También pueden usarse superplastificantes derivados de ácido fosfónico. La cantidad requerida de superplastificante generalmente depende de la reactividad del cemento. Mientras menor sea la reactividad, se requerirá menos cantidad del superplastificante. Con el fin de reducir el contenido de álcali total, el superplastificante puede usarse como una sal de calcio en lugar de una de sodio. Estas mezclas son productos comercialmente disponibles. Los ejemplos incluyen los productos OPTIMA 100® y OPTIMA 175®, comercializados por CHRYSO®.
Las composiciones de cemento de acuerdo con la invención pueden usarse en la construcción o en la producción' de unidades prefabricadas.
La presente invención también proporciona una lechada, un hormigón o un mortero que
comprende una composición de cemento de belita-BCSAF de acuerdo con la invención, y un proceso para su preparación La relación agua a cemento (W/C) generalmente e=1 , por ejemplo 0.1 a 1 , preferiblemente 0.3 a 0.8, por ejemplo, alrededor de 0.5.
La invención también proporciona un proceso para la preparación de una lechada, un hormigón o un mortero, el cual comprende mezclar un cemento BCSAF con una alcanolamina.
El proceso de la invención además puede comprender una etapa de adición de una sal de calcio soluble en agua.
La invención también proporciona un producto que comprende una alcanolamina para un uso simultáneo, separado o secuencial en la preparación de una composición de cemento o una lechada, mortero u hormigón de acuerdo con la invención.
La invención también concierne al uso de una alcanolamina para incrementar la resistencia a la compresión del mortero y hormigón que contienen cemento BCSAF en periodos tardíos, preferiblemente mayores a 30 días, más preferiblemente mayores a 60 días, incluso más preferiblemente mayores a 90 días.
La invención también concierne al uso de trietanolamina (TEA), dietanolamina (DEA), tetrakis-hidroxi-etil-etilen-diamina (THEED), o metil-dietanolamina (MDEA), o una mezcla de las mismas, para incrementar la resistencia a la compresión del mortero y hormigón que contienen cemento BCSAF en periodos tardíos, preferiblemente mayores a 30 días, más preferiblemente mayores a 60 días, incluso más preferiblemente mayores a 90 días. Se prefiere el uso de dietanolamina (DEA) o metildietanolamina (MDEA).
La invención también concierne al uso de dietanolamina (DEA) o metildietanolamina (MDEA) para incrementar la resistencia a la compresión del mortero y hormigón que contienen cemento BCSAF a 90 días.
La invención también concierne al uso de una alcanolamina con una sal de calcio soluble en agua para incrementar la resistencia a la compresión del mortero y hormigón que contienen cemento BCSAF en edades tardías, preferiblemente mayores a 30 días, más preferiblemente mayores a 60 días, incluso más preferiblemente mayores a 90 días.
La invención también concierne al uso de una sal de calcio soluble en agua con
trietanolamina (TEA), dietanolamina (DEA), tetrakis-hidroxi-etil-etilen-diamina (THEED), o metildietanolamina (MDEA), trüsopropanolamina (TIPA), o una mezcla de las mismas, para incrementar la resistencia a la compresión del mortero y hormigón que contienen cemento BCSAF en periodos tardíos, preferiblemente mayores a 30 días, más preferiblemente mayores a 60 días, incluso más preferiblemente mayores a 90 días.
En esta especificación, incluyendo las reivindicaciones adjuntas y a menos que se especifique de otra manera, los porcentajes son en peso.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN
La invención se ilustra por los siguientes Ejemplos.
Ejemplo 1
Se preparó un mortero estándar de conformidad con EN 196 usando los siguientes ingredientes:
Cemento BCSAF (lote n° 1 ) 450 g
Agua 225 g
Arena estándar 1350 g
El cemento BCSAF se preparó como se describe en el Ejemplo 6, para escoria 2 en la Tabla 7 de US-A-20070266903.
Una alcanolamina, (trietanolamina (TEA) o trüsopropanolamina (TIPA)) y/o nitrito de calcio se incluyeron en muestras de mortero en las cantidades indicadas en la Tabla 1 a continuación para producir los morteros 1 a 12. La cantidad de sal de calcio se expresa como % de masa seca/cemento. La cantidad de alcanolamina se expresa como % por masa de cemento.
La resistencia a la compresión» de los morteros obtenidos de esta manera se midió en especímenes de prueba prismáticos de 4 x 4 x 16 cm3, preparados a 20 °C usando moldes de metal. Los especímenes de prueba se almacenaron en agua a 20 °C durante 7 o 28 días, hasta la medición de la resistencia a la compresión.
Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 1.
Tabla 1
La TEA o TIPA solas tienen poco o ningún efecto sobre las resistencias a la compresión a los 7 días, pero incrementan los valores a 28 días, y la TEA ofrece el mayor efecto de las dos.
El nitrito de calcio solo incrementa las resistencias a la compresión a los 7 y 28 días, con concentración creciente.
Cuando tanto la alcanolamina como el nitrito de calco se presentan, la resistencia a los 7 días se incrementa con la concentración creciente de nitrito de calcio. La resistencias a la compresión a los 28 días también se incrementan sustancialmente. Además, la TEA es notablemente más efectiva que la TIPA como potenciador de la resistencia en el cemento BCSAF, mientras que en los morteros de cemento Portland, la TIPA es mucho más efectiva que la TEA.
Las resistencias a los 90 días usando alcanolamina y nitrito de calcio se incrementan en gran medida en comparación con el nitrito de calcio solo.
Ejemplo 2
Un mortero estándar EN 196 se preparó usando los siguientes ingredientes:
Cemento BCSAF (lote n° 1 ) : 315 g
Relleno de piedra caliza 135 g
Agua :225 g
Arena :1350 g
(nota: para el propósito de la formulación del mortero EN 196, el relleno de piedra caliza se considera como parte del cemento, de tal modo que el contenido de cemento total aún es de 450 g)
Una alcanolamina, (trietanolamina (TEA) o triisopropanolamina (TIPA)) y/o nitrito o nitrato de calcio se incluyeron en muestras de mortero en las cantidades indicadas en la Tabla 2 a continuación para producir los morteros 13 a 21. La cantidad de sal de calcio se expresa como % de masa seca/(cemento + relleno). La cantidad de alcanolamina se expresa como % por masa de cemento + relleno.
La resistencia a la compresión de los morteros producidos de esta manera se probó usando el procedimiento descrito en el Ejemplo 1.
Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 2.
Tabla 2
La dosificación del nitrato de calcio en los números de morteros 20 y 21 es equivalente, desde un punto de vista molar en relación con el cemento + relleno, a la dosificación de 4% del nitrito de calcio usado^ en los números de morteros 18 y 19. El nitrito de calcio se agregó como solución concentrada. El nitrito de calcio (anhidro) tiene un peso molar de 138 g. El nitrato de calcio
se agregó como tetrahidrato pulverizado (peso molar 236 g).
La cantidad de cada sal agregada por 100 g de cemento + relleno fue:
Nitrito de calcio: 4/132=30 mmol;
Nitrato de calcio: 7.1/236=30 mmol.
El nitrito de calcio o nitrato de calcio solo incrementa las resistencias a la compresión a 7 y
28 días.
Cuando tanto la alcanolamina como el nitrito o nitrato de calcio se presentan, la resistencia a los 7 días no se afecta o se incrementa ligeramente. La resistencias a la compresión a los 28 días se incrementan sustancialmente. Sin embargo, en contraste con sus actividades relativas para incrementar la resistencia a la compresión de los morteros de cemento Portland (en los cuales la TIPA es más efectiva que la TEA), la TEA es más efectiva que la TIPA.
Ejemplo 3
Se preparó un mortero estándar de conformidad con EN 196 usando los siguientes ingredientes:
Cemento BCSAF (lote n°
Relleno de piedra caliza
Agua
Arena
(nota: para el propósito de la formulación del mortero EN 196, el relleno de piedra caliza se considera como parte del cemento, de tal modo que el contenido de cemento total aún es de 450 g) Las alcanolaminas, con o sin nitrito o nitrato de calcio, se incluyeron en las muestras de morteros en las cantidades indicadas en la Tabla 3 a continuación para producir los morteros 22 a 30. La cantidad de sal de calcio se expresa como % de masa seca/(cemento + relleno). La cantidad de alcanolamina se expresa como % por masa de cemento + relleno.
La resistencia a la compresión de los morteros producidos de esta manera se probó usando el procedimiento descrito en el Ejemplo 1. Los resultados obtenidos se muestran en la Tabla 3.
Tabla 3
En ausencia de nitrato de calcio, la MDEA ofrece el mayor aumento de resistencia a los 28 días, y la DEA ofrece el mayor aumento de resistencia a los 90 días.
En presencia de nitrato de calcio, todas las alcanolaminas ofrecen buenos aumentos de resistencia tanto a 28 como a 90 días.
Claims (14)
1. Una composición de cemento de belita-sulfoaluminato de calcio-ferrita (BCSAF) que comprende: una escoria de BCSAF, escoria que tiene la siguiente composición mineralógica, con base en el peso total de la escoria: 5 a 30%, preferiblemente 10 a 20%, de una fase de aluminoferrita de calcio que tiene la fórmula general C2AxF(i-X), en donde X es de 0.2 a 0.8; 10 a 35% de una fase de sulfoaluminato de calcio; 40 a 75% de belita (C2S); de 0.01 a 10% en total de una o más fases menores seleccionadas de sulfatps de calcio, sulfates de metales de álcali, perovskita, aluminatos de calcio, gehlenita, cal libre y periclasa y/o una fase vitrea; y una alcanolamina.
2. La composición de conformidad con la reivindicación 1 , que además comprende una sal de calcio soluble en agua.
3. La composición de conformidad con la reivindicación 2, en la cual la sal de calcio tiene una solubilidad en agua a 25 °C de al menos 100 g/litro.
4. La composición de conformidad con la reivindicación 2 o 3, en la cual la sal de calcio es nitrito de calcio.
5. La composición de conformidad con la reivindicación 2 o 3, en la cual la sal de calcio es nitrato de calcio.
6. La composición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en la cual la alcanolamina tiene la fórmula general: NXPR(3-P) (I) en la cual p representa un número entero de 1 a 3, R representa un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo de la fórmula general: -CqH2q+1 (II) en la cual q representa un número entero de 1 a 5; X representa un grupo de la fórmula general: -(CnH2n)-OA (III) en la cual n es un número entero de 2 a 5 y -(CnH2n)- puede ser lineal o ramificado; o X representa un grupo de la fórmula general: -(CmH2m)-NY,R(2-t) (IV) en la cual m es un número entero de 2 a 5, Y representa un grupo de la fórmula general (III) como se define anteriormente, t es 1 o 2 y el -(CmH2m)- puede ser lineal o ramificado.
7. La composición de conformidad con la reivindicación 6, en la cual la alcanolamina es ya sea una trietanolamina (TEA), dietanolamina (DEA), tetrakis-hidroxi-etil-etilen-diamina (THEED), o metil-dietanolamina (MDEA), o una mezcla de las mismas.
8. La composición de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones precedentes, que comprende de 0.01 a 1 % en peso de alcanolamina, preferiblemente 0.03 a 0.3%
9. Una lechada, mortero u hormigón que comprende una composición de cemento BCSAF de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones precedentes.
10. Un proceso para la preparación de una lechada, mortero u hormigón de acuerdo con la reivindicación 9, el cual comprende mezclar una composición de cemento BCSAF, como se define en la reivindicación 1 , con una alcanolamina.
11. Un producto que comprende una alcanolamina para el uso simultáneo, separado o secuencial en la preparación de una composición de cemento BCSAF de acuerdo con la reivindicación 1 , o una lechada, mortero u hormigón de acuerdo con la reivindicación 9.
12. Un uso de una alcanolamina para incrementar la resistencia a la compresión del mortero y hormigón que contienen el cemento BCSAF en periodos posteriores.
13. Un uso de dietanolamina (DEA) o metildietanolamina (MDEA) para incrementar la resistencia a la compresión del mortero y hormigón que contienen el cemento BCSAF en periodos posteriores.
14. El uso de conformidad con la reivindicación 12 o 13 para incrementar la resistencia a la compresión a los 90 días.
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