MX2011002057A - Escoria de alto horno granulada molida resistente a sulfatos, cemento resistente a sulfatos y proceso para su produccion. - Google Patents

Abstract

En la preparación de un cemento resistente a sulfatos mediante la mezcla de escoria de alto horno granulada molida con cemento Portland y yeso de alta velocidad de disolución que sirve para mejorar la resistencia a los sulfatos, es difícil mezclar uniformemente el yeso de alta velocidad de disolución con la escoria de alto horno granulada molida y el cemento Portland, porque el tamaño de partículas y la gravedad específica del yeso de alta velocidad de disolución son diferentes de los del cemento Portland. Un mezclado uniforme de escoria de alto horno cori cemento Portland y yeso de alta velocidad de disolución es esencial para preparar un cemento resistente a sulfatos que presenta propiedades homogéneas de solidificación temprana. Un cemento resistente a sulfatos uniformemente mezclado puede obtenerse mediante el mezclado previo de una escoria de alto horno granulada molida que tiene un contenido de alúmina de 12 a 17.5% con yeso de alta velocidad de disolución y mezclando después la premezcla obtenida con cemento Portland. Es preferible que el yeso de alta velocidad de disolución sea un yeso hemihidratado, yeso anhidro de tipo III, o bien yeso anhidro que tiene un área superficial específica de 8000 o más en términos de valor de Blaine.

Description

ESCORIA DE ALTO HORNO GRANULADA MOLIDA RESISTENTE A SULFATOS, CEMENTO RESISTENTE A SULFATOS Y PROCESO PARA SU PRODUCCION CAMPO TÉCNICO La presente invención se refiere a un cemento resistente a sulfatos que es duradero contra sulfatos y consiste principalmente de una mezcla de cemento Portland y escoria de alto horno granulada molida con alto contenido de alúmina y a una escoria de alto horno granulada molida como material para dicho cemento. El cemento resistente a sulfatos de conformidad con la presente invención, por ejemplo, puede ser aplicado al concreto o mortero de estructuras instaladas en un suelo que contiene sulfatos, el concreto o mortero de estructuras en donde la invasión de iones sulfato del agua de mar seria un problema, el concreto o mortero de estructuras en contacto con agua que contiene iones sulfato como, por ejemplo, agua tratada en plantas de tratamiento de aguas residuales, etc.

ANTECEDENTES DE LA TÉCNICA El cemento Portland, el cemento de escoria de alto horno, y otros cementos, se utilizan ampliamente para concreto para reforzar suelos, en estructuras de ingeniería civil, edificios, etc. . Las ventajas del cemento son que es fácil darle varias formas a las estructuras vaciándolo en un molde ya sea como mortero o concreto fresco obtenido mediante el hecho de mezclar una mezcla de cemento y un agregado con agua y que es posible producir estructuras de concreto con alta resistencia a la compresión. Además, es posible mezclar piedra caliza o arcilla, que están disponibles en cantidades importantes en la tierra, con escoria de alto horno, ceniza voladora, u otros subproductos industriales para su uso de tal manera que se obtiene la ventaja de la posibilidad de suministrar grandes cantidades a un costo bajo. Debido a estas ventajas, el cemento es uno de los productos industriales utilizados en las cantidades más importantes. Además, el cemento que contiene de 30 a 70% en masa de escoria de alto horno granulada molida es lento en el fraguado inicial del cemento solidificado, pero presenta una alta resistencia final, una baja generación de calor, y tiene otras características. Por lo anterior, se utiliza en el caso de grandes estructuras y en aplicaciones de ingeniería civil. De esta manera, es posible cambiar la proporción de mezclado de la escoria de alto horno granulada molida según la aplicación del cemento. Además, un cemento de escoria de alto horno presenta una alta resistencia al agua de mar, tiene el efecto de suprimir reacciones de agregados alcalinos, etc. Por consiguiente, presenta una buena durabilidad incluso en condiciones adversas y puede utilizarse para concreto para bloques de rompeolas, caballetes de puentes, etc.

Obsérvese que la escoria de alto horno incluye grados de bajo contenido de alúmina (contenido de A1203 inferior a 10% en masa) y grados de alto contenido de alumina (contenido de AI2O3 de 10% en masa o más) . La escoria de alto horno granulada molida de alto contenido de alúmina libera muchos iones aluminio que forman hidratos cuando se solidifica el concreto. Como resultado, el concreto o mortero presenta una mayor resistencia de tal manera que es posible producir un cemento de escoria de alto horno de buena calidad a partir de escoria de alto horno granulada molida utilizando escoria de alto horno de alto contenido de alúmina como material.

De esta manera, un cemento de escoria de alto horno que utiliza una escoria de alto horno granulada molida con alto contenido de alúmina tiene una característica de una alta resistencia final del cemento solidificado. Sin embargo, en cementos que consisten principalmente de escoria de alto horno granulada molida con alto contenido de alúmina y cemento Portland, en suelos que contienen sulfatos, debido al efecto de los iones sulfato, el concreto a veces se expande a lo largo de un período prolongado de varios años después de la .solidificación o hasta diez o más años después de ella. Esto se debe a. que los iones aluminio son eluidos de la alúmina en la escoria de alto horno y, además, iones calcio son eluidos de la escoria de alto horno y, además, iones calcio son eluidos de la escoria de alto horno y piedra caliza contenida- en el cemento Portland. Ellos reaccionan con los iones sulfato para producir sulfatos y, finalmente, forman etringita. Esta etringita reacciona adicionalmente con los iones aluminio eluidos y forma monosulfatos de aluminio y óxidos de calcio. Después de la solidificación del concreto, si iones sulfato permean adicionalmente el concreto, los monosulfatos y iones sulfato reaccionarán y formarán otra vez etringita. En este momento, el concreto presentará una expansión volumétrica de tal manera que el concreto de cemento se expandirá. En el peor de los casos, el concreto se expandirá y provocará la destrucción de la estructura. En Japón, áreas cercanas a volcanes y ciertas áreas costeras tienen suelo con una cantidad considerable de sulfato. Además, en el extranjero, cinturones secos tales como el Medio Oriente y la Costa Occidental de Norteamérica tienen suelos con alto contenido de sulfato. En estas áreas, el suelo contiene sulfato de calcio, sulfato de magnesio, sulfato de sodio residuales, etc. Estos sulfatos corroen el concreto de cemento lo que resulta en el surgimiento frecuente del problema de expansión y deterioro del concreto de cemento.

Para resolver el problema del daño a estructuras de concreto debido a esta expansión por sulfatos, un cemento Portland con bajo contenido de aluminato de calcio altamente resistente a la expansión por sulfatos se mezcla con cemento de escoria de alto horno para uso.

Además, para aplicaciones en donde el efecto de los sulfatos es particularmente importante, a veces la proporción de mezclado de la escoria de alto horno granulado molida con alto contenido de alúmina es de 60% en masa o más, preferentemente 70% en masa o más. Es decir, la proporción de cemento Portland es reducida, la elución de iones calcio a partir del cemento Portland es reducida, y la proporción entre iones aluminio y iones calcio se modifica de tal manera que no hay suficientes iones calcio para la formación de etringita y por consiguiente se suprime la formación de etringita.

En cemento mixto que contiene principalmente escoria de alto horno granulada molida con alto contenido de alúmina y cemento Portland, se toman varias medidas para evitar la expansión por sulfatos. Por ejemplo, con cemento mixto que comprende cemento Portland con bajo contenido de alúmina, en donde escoria de alto horno granulada molida es mezclada hasta 60% en masa o más, preferentemente 70% en masa o más, es posible suprimir la expansión del concreto en un entorno con sulfato incluso más que en el caso de cemento Portland solo, pero el fraguado inicial del concreto es lento. Como resultado, solamente es posible utilizar esto para ciertas aplicaciones de ingeniería civil tales como represas o diques donde el fraguado inicial puede ser lento. Por consiguiente, existe el problema que no es posible aplicar esto a la producción de paneles de concreto o segmentos de túneles, ni para los cimientos de edificios.

En PLT 1, como método para suprimir la expansión del concreto debido a sulfatos, iones sulfato para reaccionar con iones aluminio inicialmente eluidos de la escoria de alto horno granulada molida, fueron introducidos en el concreto fresco de antemano. En este método, mediante la formación temprana de etringita, es decir, antes de la expresión de la resistencia del concreto, fue posible formar etringita después del curado del concreto. Específicamente, mediante la adición de una gran cantidad de yeso (CaS04, cristales anhidros y cristales hidratados en algunos casos) a cemento de escoria de alto horno, se suprimió la expansión en un entorno de sulfato.

Sin embargo, en cemento de escoria de alto horno que contiene hasta 10 a 60% en masa de escoria de. alto horno granulada molida, incluso en el caso de mezclado en cemento Portland con el efecto de inhibición de expansión por sulfato mayor, fue- necesario agregar yeso al peso de cemento total en una cantidad de 4% en masa o más convertido a 'SO3. Sin embargo, los iones sulfato que son eluidos del yeso tienen también el efecto de retardar el fraguado del cemento de tal manera que si se incrementa la cantidad de adición de yeso, se observa el problema de un retraso del fraguado inicial de concreto (dentro de 1 a 3 días) . Como resultado, la aplicación a usos en donde el fraguado rápido es necesario, por ejemplo en el caso de cimientos de edificios o paneles de concreto o segmentos de túneles, se observan dificultades. Además, en caso de agregar una gran cantidad de yeso, se observa también el problema de una reducción de la resistencia final. Para suprimir este efecto, es necesario hacer que la cantidad de adición de yeso sea de 4% en masa o menos convertido a S03. Es decir, en la técnica anterior, no hay un método para lograr simultáneamente las condiciones para obtener una alta velocidad de fraguado de concreto de cemento mixto fabricado de escoria de alto horno granulada molida con alto contenido de alúmina y cemento Portland y resolver a la vez el problema de la expansión por sulfatos.

Los documentos PLT 2 y PLT 3 describen, como método para la producción de concreto con alta durabilidad en condiciones de presencia importante de iones sulfato y además en entorno ácido, la adición, además del cemento, de escoria de alto horno granulada de un tamaño de 100 mieras o menos, escoria de fundición de acero granulada, y agregado de escoria con una tasa de vitrificación de 10% o menos. Sin embargo, en este método, debido a la formulación de materiales al momento de la instalación del concreto, la resistencia del concreto al ácido sulfúrico fue mejorada, pero el desempeño de resistencia a sulfatos del cemento mismo no fue mejorado. Por consiguiente, en este método, fue difícil su uso en ubicaciones en 'donde se puede obtener solamente agregado general o en el caso de estructuras en donde es necesario utilizar agregado de alta resistencia.

Mediante la utilización de escoria de alto horno como material para cemento, es posible transformar uno de los subproductos producidos como producción de metal ferroso, es decir, escoria de alto horno, en un material industrial de alto valor agregado. Esto permite una utilización efectiva de recursos y conservación de energía. Sin embargo, para ampliar esta aplicación, fue necesario elevar la durabilidad del cemento de escoria de alto horno utilizando escoria de alto horno granulada molida con alto contenido de alúmina en suelos que contienen sulfato. Por consiguiente, los documentos PLT 4 y PLT 5 fueron propuestos para satisfacer tanto este objetivo como la capacidad de fraguado del cemento .

El documento PLT 4 propone la adición de polvo de yeso molido para los propósitos de mejorar la función de fraguado del cemento de escoria de alto horno y reducir el costo de incrementar la ' finura. Debido a esto, se aprendió que mediante la utilización de polvo de yeso con una alta área de superficie específica, es posible crear un cemento de escoria de alto horno que tiene un desempeño igual al desempeño de cemento de escoria de alto horno convencional incluso si la escoria de alto horno granulada molida es relativamente pequeña en cuanto a áreas superficial específica.

El documento PLT 5 propone el control de las propiedades físicas de un material de cemento mediante el incremento de la finura de yeso a través del uso de gránulos molidos de escoria de alto; horno con alto contenido de alúmina con el objeto de mejorar la durabilidad en suelos que contienen sulfatos. Es importante incrementar el suministro de iones sulfato al inicio del fraguado con el objeto de incrementar la finura del yeso lo que incrementa la velocidad de disolución y crea un suministro en exceso de iones sulfato para elevar de esta manera la capacidad de fraguado inicial. Lista de Citas Literatura de Patente PLT 1: Publicación de Patente Japonesa (A) No. 8-12387 PLT 2: Publicación de Patente Japonesa (A) No. 2005-35877 PLT 3: Publicación de Patente Japonesa (A) No. 2004-59396 PLT, 4: Publicación de Patente Japonesa (A) No. 2008-179504 PLT 5: Publicación de Patente Japonesa (A) No. 2008-201656 COMPENDIO DE LA INVENCIÓN PROBLEMA TÉCNICO Se aprendió que es posible controlar las propiedades físicas del cemento no solamente mediante el hecho de hacer que la escoria de alto horno sea más finas como se propuso en los documentos PLT 4 o PLT 5, sino también haciendo que el yeso sea más fino y elevando la velocidad de disolución. Además, para obtener este efecto provechoso, es necesario mezclar uniformemente yeso de alta velocidad de disolución. Sin embargo, el yeso de alta velocidad de disolución difiere en cuanto a tamaño de grano y gravedad especifica del cemento Portland, de tal manera que un mezclado uniforme no es fácil. En particular, si se eleva la velocidad de disolución mediante la utilización de yeso fino de 8000Biaine o más, la gravedad especifica volumétrica se volverá más pequeña y un mezclado uniforme con cemento Portland será todavía más difícil. Es decir, para aplicar escoria de alto horno y obtener un cemento resistente a sulfatos con propiedades de solidificación inicial homogénea, es importante mezclar uniformemente la escoria de alto horno, cemento Portland, y yeso de alta velocidad de disolución. Se debe resolver este problema.

SOLUCIÓN DEL PROBLEMA Los inventores efectuaron estudios intensos y como resultado descubrieron que la escoria de alto horno granulada molida y el yeso de alta velocidad de disolución están cercanos en cuanto a gravedad específica volumétrica y que si se mezclan, un mezclado uniforme es posible. Descubrieron además que el cemento de escoria de alto horno que ' se obtiene mezclando esta mezcla de escoria de alto horno granulada molida y yeso de alta velocidad de disolución con cemento Portland se mezcla uniformemente y por consiguiente se logra la presente invención. La presente invención tiene esencialmente las características siguientes.

(!)¦ Escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sülfatos, caracterizada porque comprende una mezcla de escoria de alto horno granulada molida con un contenido de alúmina de 12 a 17.5% en masa y yeso de alta velocidad de disolución de 2 a 6% en masa reducido a SO3. (2) · escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos, caracterizada porque comprende escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfato de conformidad con lo establecido en (1) a la cual se mezcla adicionalmente carbonato de calcio en 1 a 10% en masa. (3) Escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos de conformidad con lo establecido en (1) o (2) caracterizado porque dicho yeso de alta velocidad de disolución es- yeso hemihidratado, yeso anhidro tipo III, o yeso anhidro con un área superficial especifica de 8000Biaine o más . (4) Cemento resistente a sulfatos caracterizado porque comprende una mezcla de escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos de conformidad con lo establecido en cualquiera de (1), (2), o (3) y cemento Portland que contiene de 1.5 a 4% de yeso reducido a S03. (5) Cemento resistente a sulfatos de conformidad con lo establecido en (4) caracterizado porque dicho cemento Portland tiene un contenido de aluminato de calcio no mayor que 5% en peso y porque un total de dos veces la masa de aluminato de calcio y la masa de ferrita de aluminato de calcio es un contenido no mayor que 20% en masa de dicho cemento Portland. (6) Un método para la producción de cemento resistente a sulfatos, caracterizado por el mezclado de escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos de conformidad con lo establecido en cualquiera de dicho (1), (2), o (3) y cemento Portland que contiene de 1.5 a 4% de yeso en masa reducida a SO3.

Efectos provechosos de la invención En estructuras de concreto que utilizan la escoria de alto horno granulada molida y el cemento resistente a sulfatos de la presente invención, es posible evitar la expansión anormal incluso en condiciones de contacto con suelo con sulfatos residuales o con agua que contiene iones sulfato. Si se aplica el cemento resistente a sulfatos de conformidad con la presente invención, como ejemplos principales de estructuras de concreto en donde se puede lograr el efecto de suprimir la expansión, es posible utilizarlo para concreto para cimientos 1¦ de edificios, estructuras de carretera, cimientos de puentes, segmentos de túneles, superficies de diques en costas y ríos, pilotos de cimientos para edificios de concreto, mortero o concreto para solidificación para prevenir la caída de rocas en túneles o en superficies inclinadas, etc. De esta manera, el cemento resistente a sulfatos de la presente invención puede ser aplicado a estructuras de concreto en contacto con suelos que contienen sulfatos, que se encuentran ampliamente en todo el mundo, o agua que contiene iones sulfato.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS La Figura 1 es una vista que muestra la relación entre el tiempo de inmersión de cemento resistente a sulfatos en sulfato de sodio y la tasa de expansión en ejemplos de la presente invención.

DESCRIPCIÓN DE MODALIDADES Se utiliza la escoria de alto horno granulada con alto contenido de alúmina en el cemento resistente a sulfatos de la presente invención que consiste de 38 a 45% en masa de piedra caliza (CaO) , de 30 a 35% en masa de sílice (Si02) , y de 12 a 17.5% en masa de alúmina (A1203) . Además, incluye de 3 a 8% en masa magnesia (MgO) y pequeñas cantidades de T1O2, FeO, CaS y otras sustancias inorgánicas. Esta escoria de alto horno, en un estado derretido a una temperatura de 1300 a 1500°C, es cargada en agua para obtener escoria granulada con una tasa de vitrificación de 95% o más (escoria de alto horno granular) . La escoria de alto horno molida es una sustancia granular con un tamaño promedio de grano de 0.5 a 3 mm aproximadamente. Entre más elevada es la tasa de vitrificación de escoria de alto horno granulada, más elevada es la reactividad como cemento, de tal manera que el material de cemento resistente a sulfatos de la presente invención tiene con mayor efectividad una tasa de vitrificación de 95% o más, preferentemente de 98% o más.

La escoria de alto horno granulada molida que se utiliza para la presente invención debe tener un contenido de alúmina de 12 a 17.5% en masa. Con escoria de alto horno granulada molida que presenta un contenido de alúmina menor que 12% en masa, la escoria de alto horno granulada molida en si pierde capacidad de expansión por sulfatos. Además, con escoria de alto horno granulada molida con un contenido de alúmina mayor a 17.5% en masa, la escoria de alto horno presenta un contenido excesivamente elevado de alúmina. Con yeso solamente, la expansión por sulfatos ya no puede ser suficientemente suprimida. Con un producto mixto de escoria de alto horno granulada molida en este rango de contenido de alúmina con cemento Portland, los iones sulfato en el agua reaccionan con los iones aluminio y iones calcio que fueron eluidos al principio del fraguado y forman etringita en el concreto. Después de esto, iones aluminio son eluidos adicionalmente y la etringita se vuelve monosulfatos de aluminio y sales de calcio (monosulfato) . En un periodo prolongado de tiempo después de la solidificación, los iones sulfato reaccionan con estos monosulfatos por lo que se forma otra vez etringita. En este momento, la expansión de hidrato ocurre y el cemento solidificado se expande. Como resultado, ocurre el problema de expansión de concreto o mortero por sulfatos. Por otro lado, esta composición de escoria de alto horno granulada molida contribuye a la reacción de solidificación por hidratación de alúmina y tiene las ventajas de una alta resistencia del concreto y mortero, de tal manera que es posible resolver los problemas de expansión por sulfatos, y el resultado seria un material de cemento superior. Por consiguiente, la escoria de alto horno granulada molida cubierta por la presente invención presenta un contenido de alúmina de 12 a 17.5% en masa.

Esta escoria de alto horno granulada es molida a través de un molino para obtener escoria de alto horno granulada molida. El molino puede ser de cualquier tipo pero se puede utilizar un molino vertical que comprende una mesa rotatoria y una pluralidad de rodillos o un molino de bolas, molino de varillas, molino vibratorio, etc. para el proceso de molienda. Esta escoria de alto horno granulada molida tiene preferentemente un área superficial especifica de 3500Biaine> Si el área superficial especifica es menor que 3500Biainer la escoria de alto horno granulada molida pierde reactividad y la resistencia del concreto se vuelve menor. Además, por otro lado, si la escoria de alto horno granulada molida presenta un área superficial especifica excesivamente elevada, al inicio del fraguado, la cantidad de elusión de iones aluminio se vuelve excesivamente elevada y la producción de monosulfatos a partir de la etringita después de la solidificación del concreto se vuelve mayor. Por consiguiente, preferentemente, el área superficial especifica es de 6000Biaine o menos. Obsérvese que el "área superficial especifica" descrita en la presente Descripción es el área medida por el método de pasaje de aire a través de un polvo en una columna, midiendo la tasa de flujo de aire y diferencia de presión, y encontrando el área superficial especifica a partir de estos valores, es decir, lo que se conoce como "método Blaine".

La composición de cristal de cemento Portland consiste de 10 a 40% en masa de silicato dicálcico (2CaO · Si02 (C2S) ) , 40 a 70% en masa de silicato tricálcico (3CaO · Si02 (C3S) ) , 11% en masa o menos de aluminato tricálcico (3CaO · A1203 (C3A) ) , y 6 a 18% en masa aluminoferrita de calcio (4 CaO · A1203 · Fe2C>3 (C4AF) ) . Además, como ingredientes menores, se incluyen óxido de manganeso, óxido de fósforo, etc. Si se desea obtener una alta resistencia a los sulfatos, es posible utilizar la alta durabilidad del cemento Portland resistente a sulfatos mismo. En este caso, el contenido de minerales que contienen alúmina de aluminato tricálcico y aluminoferrita de calcio puede ser bajo. Por ejemplo, es posible utilizar un cemento con un contenido de aluminato tricálcico (C3A) de 8% en masa o menos y un total de C3A y silicato tricálcico (C3S) de 58% en masa 'o menos (ASTM Tipo II). Además, si se desea obtener una resistencia a los sulfatos todavía más elevada, la durabilidad de resistencia a los sulfatos del cemento Portland puede volverse todavía más elevada. Por esta razón, por: ejemplo, como cemento Portland, es posible utilizar un cemento Portland con un contenido de aluminato tricálcico (C3A) de 5% en masa o menos y un total del doble de la masa de aluminato tricálcico (C3A) y masa de aluminoferrita de calcio (C4AF) de 20% en masa o menos (ASTM Tipo V) . Los valores Blaine de estos tipos de cemento Portland son de 3200 a 4000Blaine.

La proporción de mezcla de la escoria de alto horno granulada molida en el cemento mixto final debe ser de 10 a 60% en masa. La razón de definir la proporción de la escoria de alto horno granulada molida como 10% en masa o más es que si dicha proporción es menor a 10% en masa, la resistencia a los sulfatos del cemento mixto se vuelve sustancialmente igual a la resistencia a los sulfatos del cemento Portland que se encuentra mezclado y no hay necesidad de utilizar la técnica de la presente invención. Además, si la proporción de la escoria de alto horno granulada molida es mayor que 60% en masa, el ingrediente de cal se vuelve insuficiente después del-' fraguado y la resistencia a los sulfatos del cemento mixto termina siendo igual a la resistencia a los sulfatos del cemento Portland que se mezcló.

En la presente invención, en la etapa muy inicial, cuando se forma el hidrato de cemento, los iones aluminio y los iones sulfato reaccionan para formar más etringita inicial y por consiguiente suprimir la formación de etringita después de la solidificación del concreto. Por esta razón, es importante que la velocidad de disolución del yeso sea elevada. Por esta razón, la proporción de mezclado del yeso que se mezcla es de 2 a 4% en masa con relación al cemento mezclado. De este yeso, de 0.6 a 4% en masa con relación al cemento mezclado debe ser yeso con alta velocidad de disolución. El "yeso de alta velocidad 'de disolución" es yeso hemihidratado, yeso anhidro Tipo III, o bien yeso anhidro con un área superficial especifica de 8000Biaine o más.

El yeso hemihidratado es expresado a través de la fórmula molecular CaS04 · 1/2H20 y consiste de sulfato de calcio parcialmente hidratado. Existen dos tipos de formas de cristal, alfa y beta. En la presente invención, cualquiera de estas formas · es aceptable. El yeso hemihidratado absorbe agua a temperatura ordinaria y cambia fácilmente a yeso dihidratado. Tiene las propiedades de una disolución fácil en agua, etc., pero es difícil de almacenar, por lo que no ha sido utilizado mucho como yeso para cemento. En la presente invención, se hace uso de la propiedad de disolución extremadamente rápida en agua con un pH de 10 o más. El yeso hemihidratado tiene la propiedad de que 0.43 g se disuelve en 100 g de agua a una temperatura de 50°C. Esta cantidad de disolución es aproximadamente dos veces la cantidad de disolución de yeso dihidratado o yeso anhidro (Tipo II). Además, la velocidad de disolución es también muy elevada. El tamaño de grano no es un problema particular, pero debe estar dentro de un rango de 3000 a 6000Biaine-El "yeso anhidro Tipo III" es un yeso anhidro que se forma a una temperatura de 110 a 220°C. El yeso anhidro Tipo III incluye dos tipos de formas cristalinas, es decir, alfa y beta. En la presente invención, cualquiera de estas formas es aceptable. El yeso anhidro Tipo III, como el yeso hemihidratado, tiene una alta propiedad de hidratación y presenta una velocidad de disolución elevada, pero es difícil de manejar. El tamaño de grano no es un problema particular pero, como en el caso del yeso hemihidratado, debe estar dentro de un rango de 3000 a 6000Biaine-El yeso anhidro general disponible es de Tipo I y de Tipo II. El yeso molido a 3000 hasta 6000Biaine se utiliza habitualmente para cemento. En la .presente invención, para elevar la velocidad de disolución, se emplea yeso anhidro molido con un área superficial específica todavía mayor. Para elevar la velocidad de disolución arriba del yeso anhidro habitual, 700Biaine o más se vuelve necesario, pero para obtener un efecto notable en la presente invención, el yeso anhidro debe presentar un área superficial específica de por lo menos 8000Biainer preferentemente 10000Biaine ° más. Sin embargo, entre menor es el tamaño de grano, más difícil es la granulación de tal. manera que a nivel industrial el tamaño puede estar a un nivel de hasta 23000Biaine- Además, el yeso anhidro puede ser cristales, ya sea de Tipo I o bien de Tipo II, pero se prefiere el yeso anhidro Tipo I fácil de disolver.

Cuando se produce el cemento resistente a los sulfatos de conformidad con la presente invención, es importante mezclar uniformemente el cemento Portland con la escoria de alto horno granulada molida y yeso, en particular yeso de alta velocidad de disolución, para obtener las propiedades altamente homogéneas del cemento mixto. Como se explicó arriba, en el pasado, la práctica había sido de mezclar simultáneamente estos materiales o bien agregar y mezclar el yeso después a una mezcla escoria de alto horno granulada molida y cemento Portland. Sin embargo, con este método, no era fácilmente mezclar uniformemente el yeso molido, en particular el yeso de alta velocidad de disolución, y las propiedades del concreto obtenido presentaban variaciones. Una parte del cemento mixto con una baja proporción de yeso de alta velocidad de disolución se deteriorará en cuanto a resistencia a sulfatos, por lo que es necesario asegurar un mezclado uniforme para lograr el objeto de la presente invención. El yeso de alta velocidad de disolución difiere en cuanto a tamaño de grano y gravedad específica del cemento Portland. Con un yeso molido de 8000Biaine o más, el tamaño de grano es fino y como resultado la gravedad específica volumétrica es pequeña. En algunos casos es de 1 g/cm3 o menos. La mezcla con cemento Portland con una gravedad especifica volumétrica de aproximadamente 1.3 o más era difícil .

Por consiguiente, yeso de alta velocidad de disolución u otro yeso molido de este tipo y escoria de alto horno granulada molida se mezclan previamente con el objeto de producir una escoria de alto horno granulada molida resistente a sulfatos. Además, mediante el hecho de mezclar la escoria de alto horno granulada molida resistente a sulfatos en el cemento Portland generalmente obtenible, es posible mezclar uniformemente estos materiales y obtener un cemento mixto sin variaciones en cuanto a propiedades (cemento resistente a sulfatos). De conformidad con este método, la uniformidad requerida a nivel industrial es mantenida incluso con la dificultad de mezclar yeso molido de 8000Biaine o más.

El cemento Portland que contiene el yeso habitual generalmente disponible contiene de 1.5% en masa a 4% en masa de yeso convertido a SO3. La escoria de alto horno granulada molida conformada de escoria de alto horno granulada molida con un contenido de alúmina de 12 a 17.5% en masa en donde yeso de alta velocidad de disolución se mezcla a 2 hasta 6% en masa reducida a masa de SO3 se mezcla en cemento Portland habitual. En este momento, si la proporción de mezclado del yeso de alta velocidad de disolución es inferior a 2% en masa reducida de masa de SO3, incluso con yeso de alta velocidad de disolución, no será posible asegurar una cantidad suficiente de iones sulfato para neutralizar los iones aluminio que son eluidos de la escoria de alto horno granulada molida y por consiguiente los efectos de la presente invención no podrán obtenerse. Si se incrementa la proporción de mezclado del yeso de alta velocidad de disolución, la resistencia a los sulfatos mejora pero si se rebasa 6% en masa reducida a masa de SO3, con la escoria de alto horno granulada molida cubierta por la presente invención, los iones aluminio pueden ser sustancialmente totalmente neutralizados. Por esta razón, incluso si se agrega yeso de alta velocidad de disolución, no tiene sentido económicamente hablando. Además, se teme también un efecto perjudicial sobre la resistencia final, etc., del concreto.

Según este método, lo que se produce especialmente es una escoria de alto horno granulada molida que tiene una alta resistencia a los sulfatos. Se tiene también la ventaja de facilidad del proceso de producción y almacenamiento en inventario. Existen ventajas similares mediante el hecho de mezclar de 1 a 10% en masa de polvo de carbonato de calcio en esta escoria de alto horno granulada molida. Es decir, de la misma manera que en el caso de yeso de alta velocidad de disolución, si se mezcla previamente escoria de alto horno granulada molida o yeso de alta velocidad de disolución y carbonato de calcio, se obtiene un cemento mixto (cemento resistente a los sulfatos) que presentan un mezclado uniforme .

Si se produce concreto con cemento que contiene yeso de alta velocidad de disolución, puesto que la velocidad de disolución de iones sulfato es extremadamente elevada, es posible cambiar los iones aluminio eluidos de la superficie del aluminato tricálcico en el cemento o en la escoria de alto horno granulada molida o cemento en etringita en un periodo breve de tiempo. Como resultado, al principio del fraguado, se eliminan iones aluminio en exceso y la cantidad de producción de etringita después de la solidificación del concreto puede ser reducida. Como resultado, es posible mejorar la resistencia a los sulfatos del concreto producido a partir de concreto mixto en mayor medida que con otros tipos de yeso.

La .escoria de alto horno granulada molida en la cual se mezcla el yeso de alta velocidad de disolución y el cemento Portland debe mezclarse de tal manera que la tasa de adición de yeso en el cemento mixto se vuelva de 2 a 4% convertido a masa de S03. Si es menor que la adición de 4% en masa convertida a masa de S03, no se observa un fraguado excesivo de mortero dentro de seis horas y se puede obtener el efecto normal de prevención de fraguado de concreto fresco. Además, después de 28 días, se obtiene una resistencia a la compresión de mortero suficiente de aproximadamente 50 N/mm2. Ambos resultados fueron sustancialmente equivalentes a mortero general o cemento Portland. Sin embargo, con la adición de 5 a 6% en masa de yeso convertido a S03, no se pudo observar una baja de fluidez del concreto fresco, pero la reacción entre el cemento y el yeso se volvió excesiva. La solidificación fue retardada y se observó el problema de una reducción de la resistencia del concreto 1 a 3 dias después de la instalación en comparación con los productos generales. Por consiguiente, solamente incrementando la tasa de adición de yeso, no fue posible lograr tanto resistencia a los sulfatos como resistencia de concreto. A partir de lo anterior se confirmó que esto significa que no se logra una solución fundamental al problema. Por otro lado, con una tasa de adición de yeso no mayor que 2% en masa reducido a SO3, no se puede observar un efecto suficiente de supresión de la expansión por sulfatos. Por consiguiente, se agregó yeso en un rango de 2 a 4% en masa reducido a SO3. Sin embargo, la cantidad total de yeso no tiene que ser yeso de alta velocidad de disolución. La menor proporción de yeso de alta velocidad de disolución, con relación a la masa de cemento mixto, es 0.6% en masa o más convertido a S03.

Es también posible agregar polvo de carbonato de calcio al cemento mixto explicado arriba. El polvo de carbonato de calcio es generalmente producido mediante el hecho de triturar piedra caliza. La razón de la adición de polvo de carbonato de calcio es la siguiente: la cantidad de liberación de iones calcio a partir de. escoria de alto horno granulada molida es menor que a partir de cemento Portland. Por consiguiente, en un cemento mixto de cemento Portland y escoria de alto horno granulada molida, hay un número insuficiente de iones calcio en comparación con los iones aluminio eluidos . Para compensar esta situación, se agrega polvo de carbonato de calcio. La cantidad agregada debe ser de por lo menos 1% en masa con relación a la escoria de alto horno granulada molida. Sin embargo, si se agrega más de 10% en masa al cemento mixto, la resistencia del concreto fabricado con cemento disminuye.

Obsérvese que, como polvo de carbonato de calcio, es económico utilizar piedra caliza que ha sido triturada a aproximadamente 2500 a 6000Biaine- .

El cemento mixto de la presente invención puede tener humo de sílice, ceniza voladora de planta generadora, polvo de fusión de acero, y otras alternativas de cemento que contribuyen a la resistencia del concreto en donde se mezcla. Sin embargo, en un cemento en el cual se mezclan los anteriores, se observan los problemas de una reacción de solidificación más lenta de las estructuras de concreto y una reducción de la resistencia final, etc., de tal manera que la proporción de mezclado de estas sustancias a un cemento mixto es preferentemente no mayor que 25% en masa.

EJEMPLOS Dos tipos de escoria de alto horno granulada molida, dos tipos de cemento Portland y 4 tipos de yeso se utilizaron para producir cementos mixtos que fueron después probados en cuanto a resistencia de concreto y expansión por sulfatos. Para el yeso, se utilizó un yeso de alta velocidad de disolución. Se agregaron yeso hemihidratado y dos tipos de yeso anhidro molido. Además, se probaron también muestras que contenían polvo de carbonato de calcio.

La Tabla 1 hasta la Tabla 3 muestran los ingredientes químicos y las propiedades físicas de los materiales utilizados en los ejemplos de la invención. Para la escoria de alto horno granulada molida, se utilizó una de alúmina de 13.4% y alúmina de 14.5%, mientras que para el cemento Portland, se utilizaron cemento de un grado medio de resistencia a los sulfatos que contenía C3A a 6.5% y cemento de una alta resistencia a los sulfatos que contenía C3A a 4.6%. Para el yeso, se utilizaron yeso hemihidratado y yeso anhidro 8600Biaine y 17000Biaine- Además, para el polvo de carbonato de calcio, se utilizó un polvo de carbonato de calcio obtenido mediante el hecho de moler piedra caliza de carbonato de calcio al 94% hasta 4100Biaine-Tabla 1. Escoria de alto horno granulada molida Ingredientes químicos Basicidad B Area Tabla 2. Cemento Portland Tabla 3. Yeso Estos materiales fueron mezclados para producir cementos mixtos que fueron después probados para resistencia de concreto y probados para expansión por sulfatos. La prueba de expansión por sulfatos se basó en el método de medición de ASTM. Se midió la tasa de expansión después de 26 semanas en una solución acuosa · de sulfato de sodio al 4%. Las formulaciones de los materiales (indicados por el porcentaje en masa con relación a cemento mixto global) y los resultados de prueba se presentan en la Tabla 4. Obsérvese que la resistencia de concreto se mostró mediante un valor relativo indexado a la resistencia del cemento Portland solo como "1". Los. Ejemplos 1 a 8 y los Ejemplos Comparativos 1 y 2 mezclaron escoria de alto horno granulada molida y yeso, mientras que los Ejemplos 3 a 6 premezclaron polvo de carbonato de calcio, y después se mezclaron en cemento Portland para producir cementos mixtos para evaluación. Los Ejemplos Comparativos 3 y 4 como en el pasado, mezclaron todos los materiales simultáneamente para producir cementos mixtos para evaluación.

Tabla 4. Resultados de prueba Material Cemento Escoria de alto horno Portland granulada molida Cemento solo PCI 96% Ejemplo 1 PCI 75% GGBFS1 21% Ejemplo 2 PCI 64% GGBFS1 30% Ejemplo 3 PCI 62% GGBFS1 29% Ejemplo 4 PCI 50% GGBFS2 45% Ejemplo Comparativo 1 PCI 75% GGBFS1 21% Ejemplo Comparativo 3 PCI 64% GGBFS1 30% Cemento solo PC2 96% Ejemplo 5 PC2 72% GGBFS1 20% Ejemplo 6 PC2 72% GGBFS2 20% Ejemplo 7 PC2 67% GGBFS2 24% Ejemplo 8 ,PC2 51% GGBFS2 44% Ejemplo Comparativo 2 PC2 72% GGBFS1 20% Ejemplo Comparativo 4 PC2 72% GGBFS1 20% Material Yeso (conversión a Polvo de carboso3 nato de calcio Cemento solo Yeso 4 2.2% Ejemplo 1 Yeso 1 2.6% Ejemplo 2 Yeso 2 3.5% Ejemplo 3 Yeso 2 3.5% 4.0% Ejemplo 4 Yeso 3 2.2% 1.8% Ejemplo Comparativo 1 Yeso 4 2.3% Ejemplo Comparativo 3 Yeso 2 ¦ 3.5% Cemento solo Yeso 4 2.5% Ejemplo 5 Yeso 1 3.1% 1.5% Yeso 1 1.8% Ejemplo 6 Yeso 2 1.8% Yeso 3 0.9% Ejemplo 7 1.9% Yeso 4 2.5% Yeso 3 1.8% Ejemplo 8 Yeso4 1.8% Ejemplo Comparativo 2 Yeso 4 3.0% Ejemplo Comparativo 4 Yeso 1 3.1% Resultados de Prueba Sulfato Concreto Concreto expansión a refuerzo 28 días 26 semanas a 7 días Cemento solo 0.071% 1 1 Ejemplo 1 0.085% 0.91 1.04 Ejemplo 2 0.068% 0.87 1.03 Ejemplo 3 0.048% 0.89 1.06 Ejemplo 4 0.046% 0.78 1.08 Ejemplo Comparativo 1 0.175% 0.91 1.01 Ejemplo Comparativo 3 0.070% 0.9 1.02 Cemento solo 0.039% 1 1 Ejemplo 5 0.046% 0.93 1.03 Ejemplo 6 . 0.043% 0.94 1.05 Ejemplo 7 0.046% 0.89 1.05 Ejemplo 8 0.037% 0.79 1.09 Ejemplo Comparativo 2 0.113% 0.89 1.03 Ejemplo Comparativo 4 0.050% 0.92 1.05 PCI es un cemento Portland resistente a los sulfatos de grado medio. En una prueba de inmersión de 26 semanas de dicho cemento solo, se observó una tasa de expansión de 0.071%. Esto cumple la norma de cemento Tipo I de ASTM (0.1% o menos) . A diferencia de esto, en el cemento mixto del método convencional del' Ejemplo Comparativo 1, la tasa de expansión fue de 0.175%. Por otro lado, los Ejemplos 1 a 4 que utilizan PCI para la presente invención, en cada caso la tasa de expansión no fue mayor que 0.1%. En los Ejemplos 3 y 4, a los cuales se agregó polvo de carbonato de calcio, las tasas de expansión fueron particularmente bajas.

PC2 es un cemento Portland de alta resistencia a los sulfatos. En una prueba de inmersión de 26 semanas de dicho cemento solo, la tasa de expansión fue de 0.039%. Esto cumple la norma de cemento Tipo V de ASTM (0.05% o menos). A diferencia de esto, en el cemento mixto del método convencional del Ejemplo Comparativo 2, la tasa de expansión fue de 0.113%. Por otro lado, en los Ejemplos 5 a 7 que utilizan PC2 para la presente invención, en cada caso, la tasa de expansión no fue mayor que 0.05%. Obsérvese que, en los Ejemplos 7 y 8, el yeso es una mezcla con escoria de alto horno granulada molida, mientras que el yeso 4 es una mezcla con cemento Portland. Además, los carbonatos de calcio de los Ejemplos 5 y 7 están incluidos en escoria de alto horno granulada molida. Como referencia, las tendencias en expansión de PC2 solo y Ejemplo 5 y Ejemplo Comparativo 2 en una solución acuosa de ácido sulfúrico se muestran en la Figura 1.

Además, en los Ejemplos Comparativos 3 y 4, la resistencia a los sulfatos y la resistencia a 28 días fueron ambas mejores que con los Ejemplos Comparativos 1 y 2 o cemento Portland solo, pero si se compara con los ejemplos de la presente invención, se observa que sus desempeños fueron relativamente inferiores. Se cree que esto se debe a la diferencia de homogeneidad.

Aplicación Industrial De conformidad con la presente invención, un cemento resistente a los sulfatos que utiliza escoria de alto horno granulada molida está ahora disponible para ser producido con buena uniformidad de características de material. Esto amplía la posibilidad de aplicar estructuras de concreto en suelo con sulfato ácidos comunes en el mundo y, además, permite el uso de subproducto de metalurgia de escoria de alto horno y por consiguiente a través del uso de materiales que ahorran recursos superiores y energía se logra un concreto de alta calidad amigable para el medio ambiente. Estamos seguros que contribuirá en gran medida al desarrollo de la industria.

Claims (6)

REIVINDICACIONES

1. Una escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos caracterizada porque comprende una mezcla de escoria de alto horno granulada molida con un contenido de alúmina de 12 a 17.5% en masa y un yeso de alta velocidad de dispersión de 2 a 6% en masa reducido a masa de S03.

2. Una escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfato caracterizada porque comprende escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos de conformidad con lo establecido en la reivindicación 1 a la cual se mezcla adicionalmente de 1 a 10% en masa de carbonato de calcio.

3. Una escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos de conformidad con lo establecido en la reivindicación 1 o en la reivindicación 2, que se caracteriza porque dicho yeso de alta velocidad de disolución es yeso hemihidratado, yeso anhidro Tipo III, o bien yeso anhidro con un área superficial especifica de 8000Biaine o más.

4. Cemento resistente a los sulfatos caracterizado porque comprende una mezcla de escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a los sulfatos de conformidad con lo establecido en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3, y cemento Portland que contiene de 1.5 a 4% en masa de yeso reducido a S03.

5. Cemento resistente a sulfatos de conformidad con la reivindicación 4, caracterizado porque dicho cemento Portland tiene un contenido de aluminato de calcio no mayor que 5% en masa y porque un total de dos veces la masa del aluminato de calcio y la masa de ferrita de aluminato de calcio es un contenido no mayor que 20% en masa de dicho cemento Portland.

6. Un método para la producción de un cemento resistente a sulfatos caracterizado porque se mezcla escoria de alto horno granulada molida para cemento resistente a sulfatos de conformidad con lo establecido en cualquiera de las reivindicaciones 1, 2 ó 3 y cemento Portland que contiene de 1.5 a 4% de yeso en un porcentaje en masa reducido a S03. RESUMEN DE LA INVENCIÓN En la preparación de un cemento resistente a sulfatos mediante la mezcla de escoria de alto horno granulada molida con cemento Portland y yeso de alta velocidad de disolución que sirve para mejorar la resistencia a los sulfatos, es difícil mezclar uniformemente el yeso de alta velocidad de disolución con la escoria de alto horno granulada molida y el cemento Portland, porque el tamaño de partículas y la gravedad específica del yeso de alta velocidad de disolución son diferentes , de los del cemento Portland. Un mezclado uniforme de escoria de alto horno con cemento Portland y yeso de alta velocidad de disolución es esencial para preparar un cemento resistente a sulfatos que presenta propiedades homogéneas de solidificación temprana. Un cemento resistente a sulfatos uniformemente mezclado puede obtenerse mediante el mezclado previo de una escoria de alto horno granulada molida que tiene un contenido de alúmina de 12 a 17.5% con yeso de alta velocidad de disolución y mezclando después la premezcla obtenida con cemento Portland. Es preferible que el yeso de alta velocidad de disolución sea un yeso hemihidratado, yeso anhidro de tipo III, o bien yeso anhidro que tiene un área superficial específica de 8000 o más en términos de valor de Blaine.