MX2014000339A - Aglomerante hidraulico. - Google Patents

Abstract

La invención se refiere a un aglutinante hidráulico, que contiene 25 a 85 % en peso de clinker de cemento, de 0 a 7 % en peso de CaSO4, y aditivos minerales. Dicho aglutinante hidráulico contiene de 1 a 10% en peso de un sistema de control de configuración dual, que comprende un activador y un retardador, en el que la relación en peso de activador a retardador, con respecto a la sustancia seca, se selecciona para que sea mayor que 85:15, en particular, mayor que 90:10, en particular mayor que 95:5, en particular mayor que 98:2.

Description

AGLOMERANTE HI DRÁU LICO Campo de la I nvención La invención se refiere a un aglutinante hidráulico que contiene de 25 a en peso de clinker de en peso y aditivos m La invención se refiere además a u n sistema de activación y el uso del ag lutinante hidráulico o del sistema de activación en u na mezcla de concreto premezclado Antecedentes de la I nvención El concreto es un material de construcción muy común con alta resistencia y buena durabilidad Además de los ag regados y ag ua tambien contiene como ag lutinante hidráulico cemento Portland que se produce fases que forman la resistencia por solidificación y curado en contacto con el ag Este concreto basado en clinker de cemento Portland es uno de los principales aglutinantes del Cementos basado en clinker de cemento Portland contienen sulfato de calcio para controlar el fraguado y El sulfato de calcio reacciona con las fases del clinker de aluminato para inicialmente formar Después del consumo del sulfato de calcio y en ausencia de la etringita formada gradualmente se transforma a las fases hidratadas con procionés bajas en Las fuentes de sulfato de calcio en este caso incluyen anhidrita o mezclas de dos o más de estos Al agregar varios aditivos al cemento Portland como la escoria de alto horno cenizas puzolanas arcillas calcinadas o caliza molida los cementos Portland compuestos se puede producir con diferentes Al mismo la emisión específica de puede ser reducida por esta sustitución de los aditivos mencionados para el cemento debido a que en la producción de clinker de cemento Portland aproximadamente toneladas de C02 por tonelada de clinker de cemento Portland serán emitidas por calcinación de las materias primas y la oxidación de los combustibles en el horno tubular La adición de aditivos al cemento Portland es una práctica común desde hace más de 1 00 años y está reg ulada por muchas normas de cemento y Sin la sustitución de los aditivos de clinker de cemento Portland en el cemento o de implica una disminución de la sobre todo en la resistencia inicial por lo q ue se deben tomar medidas para lograr resistencias suficientes a pesar de la reducción de contenido deseado de clinker de cemento Portland Una de estas medidas es la activación qu por mediante compuestos Cemento portland con suplementos minerales tales como escorias de alto horno o cenizas volantes muestran elevadas resistencias despues de la excitación o activación Sin embargo al mismo tiempo se reduce significativamente la facilidad de procesamiento del concreto o U n clínker de cemento 5 con escoria de alto horno o escoria de Portland con la designación CEM I I I de acuerdo con la norma EN 197 que se mezcla con un activador puede por tomarse del documento WO La sin en tal cemento es que presenta una ío resistencia final reducida y un corto tiempo de procesamiento debido a que el concreto fragua muy Por una activación con un pH como se describe en los documentos US Bl y 1 55 Bl conduce a un fraguado y endurecimiento muy rápido del 15 cemento compuesto con cenizas volantes con un tiempo de fraguado inicial de hasta 38 minutos y un fraguado final de hasta 46 En contraste con la activación de cemento Portland con cal y compuestos el documento WO 20 describe una estrategia de activación diferente para cementos compuestos de escoria de alto horno con menos de 30 en peso de cemento Portland en base a la combinación de óxido de magnesio y El concreto resultante se designa como Las formulaciones tienen una resistencia 25 inicial muy a menos que se añada una pequeña cantidad de compuesto de metal alcalino junto con silicio y un El documento US 889 muestra cómo el tiempo de procesamiento y la capacidad de procesamiento y el 5 desarrollo de resistencia de las composiciones hidráulicas mixtas se pueden controlar por la adición retardada del activador junto con un fraguado cuidadoso de la adición de 5 hasta 9 constituyentes de cemento La composición hidráulica que contiene 1 5 a 22 en peso de agua 50 a 83 ío en peso de cenizas volantes calcáreas C de acuerdo con la norma ASTM y 5 al 23 en peso de los materiales de cemento q ue comprenden cemento escoria molida g ranulada de alto en lo sucesivo referido como arena de escoria y silicio opcionalmente 15 que en su totalidad es activado por una com binación de ácido cítrico y un activador de metal alcalino con ácido bórico De acuerdo con esta el tiempo de procesamiento desde unos pocos minutos a más de cien horas es controlable esencialmente mediante la adición retardada 20 del el ácido cítrico y el activador de metal Cuando se opera en proporciones por debajo de se reportó una buena resistencia del mortero Sin debido a la complejidad de la formulación es dudoso q ue estos valores se pueden conseguir con un 25 concreto bajo condiciones de aplicación práctica con diferentes temperatura diferentes calidades de agregación Breve Descri pción de la Invención La presente invención tiene como objetivo lograr una significativa mejora repetible en la sobre todo en las primeras mientras que la capacidad de procesamiento y el tiempo de procesamiento con respecto a un cemento comparable no al menos se Para log rar este la a partir de un aglomerante hidráulico del tipo mencionado esencialmente consiste de 1 a 10 en peso de un sistema de control de frag uado dual está que comprende un activador y un en el que la proporción en peso de activador a basado en la sustancia seca es mayor q ue 1 preferiblemente mayor de 1 preferiblemente mayor que 5 en se selecciona mayor q ue El solicitante ha encontrado aquí que proporciones menores de cl ínker de cemento se pueden compensar por el uso del sistema de control de fraguado dual de la invención en nos de la resistencia en las fases tempranas y Los beneficios convencionales del activador se combinan con los de la demora en el cumplimiento de las cond iciones El que en los ejemplos consiste principalmente de acelera sig nificantemente la hidratación tanto del cl ínker como de los materiales de cemento En la resistencia temprana de los cementos compuestos acelerados se eleva en los días 1 y 2 de asentamiento de manera Esta es en la pero a expensas del desarrollo de la resistencia 28 días más De acuerdo con la invención evita influir en esta pérdida tardía frecuentemente observada de la resistencia sin el efecto en la activación temprana de la adición combinada de un activador y un retardador la capacidad de procesamiento del cemento en el mortero y concreto mejoró sig Las mediciones calorimétricas junto con los cálculos termodinámicos muestran que el sistema de activación q ue comprende un retardador y un mejora el grado de hidratación en el día 1 de Aunque el sistema de activación combinado de la presente invención tiene un g rado relativamente bajo de hidratación en el d ía 1 de fraguado en comparación con sistemas activados el desarrollo de la resistencia temprana de estos dos sistemas es y sig nificativamente mayor q ue la de sistema no Las imágenes de SEM electrónico de la figura muestran q ue debido a la adición común de un activador este y un retardador gluconato de da como resultado una microestructura más que mejora el comportamiento mecánico del sistema de activación Las porciones de volumen mayores de los productos de reacción y etringita en los cementos con sistema de activación combinada calculado sobre la base del agua unida q u ímicamente en un tiempo de hidratación de un cumplen con estas Debido a la presencia de un el sistema de control de frag uado dual puede ser utilizado en cantidades más altas en relación a la mezcla total del Mientras que el uso de activadores se ha real izado en cantidades de hasta aproximadamente 1 en peso basado en el peso del aglutinante la combinación con el retardador permite el uso de cantidades de hasta 1 en peso y aumentar consecuentemente la En una manera preferida el sistema de control de fraguado dual se usa en cantidades de en en particular de 2 a 3 en basado en el ag lutinante el activador comprende uno o más metales alcalinos o alcalinoterreos seleccionado del grupo que consiste en tiosulfatos y sales de ácidos orgánicos tales como formiatos y de metales especialmente de o Li El activador en combinación con al menosuno de los compuestos antes comprende preferiblemente al menos uno de los compuestos mencionados incluye además al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en especialmente trietanolamina o glicerina o derivados de el activador se utiliza en cantidades de 1 a en en particular de 2 a 4 en basado en el ag lutinante Particularmente preferido es el uso de como un Este mejora la formación de etringita lo que da por resultado en una porosidad reducida debido a una mayor capacidad de unirse al ag ua El retardador comprende preferiblemente al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste de Zn y sales de especialmente ácido fosfonato de en particular boratos y ácido ácidos en particular ácidos en particular ácido ácido ácido tartárico y sus y derivados de los y compuestos basados en lignina o lig Los azúcares pueden ser y Por derivados de deben entenderse en particular alcoholes de azúcar tales como sorbitol Se prefiere particularmente el uso de sales de metales alcalinos alcalinoterreos de ácido glucónico se prefiere especial en particular gluconato de Na como un El retardador preferiblemente se usa en una cantidad de a en en particular a en basado en el ag lutinante Como ya se mencionó al los aditivos m inerales se usan en agl utinantes h id ráulicos que se basan en clinker de cemento y en los cuales se reduce el factor de para compensar la reducida cantidad de clinker de cemento En la presente estos preferentemente comprenden escoria de alto horno cenizas puzolanas arcillas piedra caliza mol ida o combinaciones de los Particularmente preferida es la combinación de escoria de alto horno y piedra Los aditivos minerales están contenidos preferentemente en cantidades de 1 5 a en en base al aglutinante Si como aditivos se usan cen iza volantes o puzolanas arcil las particularmente en cantidades de 1 a 1 en basado en el ag lutinante hid ráulico se pueden incluir para aumentar aún más el desarrollo de la resistencia y permiti r una reducción adicional del contenido de Los agluti nantes hidráulicos de acuerdo con la invención son cementos de los grupos CEM l CEM l l CEM B y CEM B de acuerdo con la norma EN 1 y las composiciones no incluidas en 1 97 tales como por un cemento que contiene en peso de escoria y 1 en peso de piedra caliza o una composición CEM V q ue contenga 1 en peso de piedra caliza el contenido de aditivos minerales se desplaza en el intervalo de 1 5 a en Esto significa q ue el contenido de clinker puede variar de 25 a en La proporción de aditivos en particular los componentes tales como cenizas volantes ricos en puzolanas naturales o arcillas calcinadas está en el rango de 0 a 70 en la piedra caliza como aditivo mineral se puede en cantidades de 0 a en peso y materiales hidráulicos latentes tales como escoria o cenizas volantes calcáreas pueden encontrarse en el rango de 0 a 75 en El sistema de activación de acuerdo con la invención se caracteriza por un sistema de control de fraguado dual que comprende un y un en el q ue la proporción de activador a retardador se selecciona mayor que 1 en particular mayor que 1 particularmente mayor de 5 más preferiblemente mayor que Con respecto a las modalidades se hace referencia a las explicaciones anteriores con respecto al aglutinante El sistema de activación está presente ya sea como una parte integral del aglutinante hid ráulico o se puede añadir sólo despues de mezclar el concreto o El ag lutinante hidráulico según la i nvención o el sistema de activación según la invención se pueden seguir procesando en una mezcla de concreto lista para tal como se define en las reivind icaciones 20 a 5 Descri pción Detallada de la Invención La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos de realización Ejemplo 1 Varios cementos compuestos se usaron en morteros que ío contenían 450 g de cemento y 1 350 g de arena normal EN La proporción ag La tabla 1 contiene los resultados de la resistencia a la compresión del mortero en comparación con cementos comparativos no los cementos que comprenden un un retardador y 15 cementos que contienen el sistema de activación combinada de la invención Tabla 1 la i 8 d 20 en peso de en peso de cenizas volantes de en peso de yeso C i l l 25 Los resultados de los sistemas a muestran la eficacia del sistema de activación combinado de acuerdo con la invención que contiene sulfato de sodio y glauberita como ejemplos de activadores en combinación con diferentes retardadores para mejorar la resistencia del material compuesto que contiene materiales puzolánicos tales como ceniza volante de sílice en cantidades elevadas y opcionalmente metacaolín El efecto positivo de la combinación de activador y retardador con respecto a la sola adición de un activador se muestra Los sistemas a muestra el aumento significativo en la resistencia de los morteros con cementos compuestos q ue contienen g randes cantidades de escoria de alto horno y combinaciones ejem plares de activadores y retardadores de acuerdo con la presente invención Una vez la combinación de activador y retardador conduce a un desarrollo de la resistencia sig nificativamente mayor en todas las en comparación con una adición del activador o retardador La eficacia del sistema de activación depende claramente de la calidad de los componentes del La respuesta a la activación depende de su reactividad quím ica y composición Estos ejemplos ilustran el papel del el del retardador y el de la adición combinada de acuerdo con la presente invención Mientras q ue la adición del activador aumenta especialmente la resistencia in icial y reduce más o menos la resistencia tardía dependiendo de las propiedades de la arena de escoria metálica y del cl la adición del retardador conduce a lo a a una reducción de la resistencia pero a un aumento en la resistencia Sólo la combi nación de la invención de dos componentes da buenos resultados en todas las Sistema demuestra la eficacia del sistema de activación combinada de acuerdo con la presente invención cuando se aplica a cementos compuestos con piedra caliza Sorprendentemente la activación del cemento compuesto se obtiene por la adición del sistema de activación de acuerdo con la invención en la presencia de mayores cantidades de piedra caliza predominantemente resultando en un aumento sustancial de la resistencia en todas las El sistema muestra el efecto del sistema de activación com binada cuando se utiliza en los cementos compuestos En cementos compuestos la sustitución de la arena de escoria metálica reactiva por la piedra caliza predominantemente inerte daría lugar a una reducción de la resistencia en todas las etapas proporcionalmente a la cantidad reemplazada de la arena de escoria metálica Esto es confirmado por los datos de los diferentes cementos comparativos Sí el sistema de activación combinada se aplica de acuerdo con la presente invención la reducción de la resistencia inicial causada por la sustitución de la escoria de alto horno reactiva por piedra caliza sustancialmente no es más que compensada Aun así la resistencia tard ía incrementa Sistema ilustra la eficacia de la adición de retardante a un sistema compuesto de escoria de alto que es activada por nitrato de Ca y nitrito En ambos la resistencia tardía fue mejorada sig nificativamente por la adición del sin afectar la resistencia Los sistemas y contienen ejemplos de cementos compuestos con puzolana con una mayor cantidad de toba El sistema pequeñas cantidades de metacaol ín La activación con sulfato de sodio conduce a un aumento sig nificativo en la resistencia inicial a expensas de la resistencia despues de 28 La adición del retardante aumenta aún más la resistencia temprana y en parte reduce la pérdida de resistencia en la etapa El sistema ilustra la eficacia del sistema combinado de activación de acuerdo con la invención q ue contiene cemento Portland convencional sin materiales de cemento La adición combinada de un activador y retardador aumenta la resistencia en todas las etapas en comparación con el sistema que contiene sólo un En resumen los ejemplos dados en la Tabla 1 es el nuevo sistema de activación tal como se reivindica en este efectiva en el aumento significativo en la resistencia del mortero de compuesto a base de cenizas escoria de alto y combinaciones de los La combinación de activador y retardador superó el rendimiento del sistema y la del cementos de comparación inactivos q ue contienen ya sea el activador o el retardador Por lo en u n cemento compuesto activado convencional o cemento Portland de acuerdo con la invención una resistencia significativamente más alta se puede lograr con un contenido de clinker constante o el contenido de clinker se puede reducir mientras que se mantenga un nivel de resistencia Ejemplo En el Ejemplo se probó un cemento de acuerdo con el sistema en concreto con la sig uiente composición 380 cemento D 1 12 arena de mm 102 arena de mm 1 18 arena de 1 mm 203 arena de 1 mm 337 arena de mm 501 arena de mm 505 arena de mm 1 52 de ag ua aditivos para concreto La Tabla 2 muestra los resultados para la resistencia a la compresión de concreto que contiene cemento junto con el sistema de activación de acuerdo con la invención en comparación con un cemento comparativo inactivo preparado y almacenado a y Tabla 2 Estos datos indican q ue una composición hidráulica de acuerdo con la presente invención proporciona niveles de resistencia significantemente en particular en fases au n a temperaturas insufficientOCRQuality

Claims (1)

1. REIVI NDICACION ES 1 . Ag lutinante hidráulico que contiene 25 a 85 % en peso de clinker de cemento, de 0 a 7 de % en peso, en particular, de 1 a 7 % en peso de CaSO4, y aditivos minerales, 5 caracterizado porque contiene de 1 a 1 0 % en peso de un sistema de control de frag uado, que comprende un activador, y un retardador, en el q ue la proporción en peso de activador a retardador, basado en la sustancia seca se selecciona para que sea mayor que 85: 1 5, preferiblemente mayor de 90: 10, ío preferiblemente mayor de 95: 5, en particular mayor q ue 98:2. 2. Aglomerante hidráulico según la reivi ndicación 1 , caracterizado porque el sistema de control de fraguado se utiliza en cantidades de 1 a 7% en peso, especialmente de 2 a 3 % en peso basado en el ag lutinante hid ráulico. 15 3. Aglomerante hidráulico según la reivindicación 1 o 2 , caracterizado porque el activador comprende uno o más compuestos de metales alcalinos o alcalinoterreos, en particular al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en carbonatos, cloruros, sulfatos, n itratos, nitritos, 20 tiocianatos, tio-sulfatos, y sales de ácidos orgánicos tales como formiatos y acetatos de metales alcalinos, en particular Na , K o Li . 4. Aglomerante h idráulico según la reivindicación 3, caracterizado porque el activador es al menos un compuesto 25 adicional seleccionado de entre el grupo que consiste en polialcoholes tales como por ejemplo trietanolamina o triisopropanolamina , glicerina o derivados glicol . 5. Aglutinante hidráulico de acuerdo con u na de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque el activador se 5 utiliza en cantidades de 1 a 6% en peso, en particular de 2 a 4 % en peso, basado en el aglutinante hidráulico. 6. Aglutinante hidráu lico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque como activador se utiliza Na2SO4. ío 7. Aglutinante hidráulico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque el retardador comprende al menos un com puesto seleccionado del grupo q ue consiste de zinc y sales de plomo, fosfatos, fosfonatos, en particular, ácido fosfonobutantricarboxílico, fosfonatos de 15 aminometileno, y en particular, fosfonato de aminotrismetilenfosfonato, boratos y ácido bórico, silicofluoruros, ácidos orgánicos, en particular ácidos hidroxicarboxílicos, en particular ácido g lucónico, ácido cítrico, ácido tartárico y sus sales, azúcares y derivados de 20 los m ismos y compuestos basados en lig nina o lignosulfonatos. 8. Aglutinante hidráulico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porq ue como un retardador, se utiliza una sal de metal alcalino y/o sal de 25 metal alcalinoterreo de ácido glucónico, especialmente gluconato de sod io. 9. Aglutinante hidráulico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado porque el retardador se utiliza en u na cantidad de 0.01 -0.5% en peso en particular 5 0.03-0.06%, basado en el aglutinante hidráu lico. 10. Aglutinante hidráulico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado porque como aditivos minerales se utilizan arena escoria de alto horno, cenizas volantes, puzolanas naturales, arcillas calcinadas, piedra ío caliza mol ida, o combi naciones de las mismas. 1 1 . Ag luti nante hidráulico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 1 0, caracterizado porque el aditivo mineral se utiliza en una cantidad de 1 5 a 75 % en peso, basado en el aglutinante hidráulico. 15 12. Ag lutinante hidrául ico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 1 1 , caracterizado porq ue las arcillas reactivas adicionales, en particular metacaolín , se utilizan en cantidades de desde 1 hasta 1 5 % en peso, basado en el ag lutinante hidráulico. 20 1 3. Sistema de activación que comprende un sistema de control de fraguado dual que incluye un activador, y un retardador, en el que la relación de activador a retardador, basado en la sustancia seca es mayor q ue 85 : 1 5, en particular mayor que 90: 1 0, particularmente mayor de 95: 5, en 25 particular mayor que 98:2. 14. Sistema de activación de acuerdo con la reivindicación 1 3 , caracterizado porque el activador contiene uno o más compuestos de metales alcalinos o alcalinoterreos, en particular al menos un compuesto seleccionado del grupo que consiste en carbonatos, cloruros, fosfatos sulfónicos, nitratos, nitritos, tiocianatos, tiosulfatos, y sales de ácidos orgánicos, tales como formiatos y acetatos de metales alcalinos, especialmente de Na, K o Li . 1 5. Sistema de activación de acuerdo con la reivindicación 14, caracterizado porque el activador además contiene al menos un compuesto seleccionado del grupo q ue consiste en polialcoholes que incluyen , por ejemplo trietanolamina o triisopropanolamina, glicerina o derivados glicol. 16. Sistema de activación de acuerdo con la reivindicación 1 3, 14 o 1 5, caracterizado porq ue como activador se utiliza Na2SO4. 1 7. Sistema de activación de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 13 a 16, caracterizado porque el retardador comprende al menos un compuesto seleccionado del grupo q ue consiste de sales de zinc y de plomo, fosfatos, fosfonatos, tales como: ácido fosfonobutanotricarboxílico, fosfonatos de aminometileno (por ejemplo fosfonato de amino-tris-me-tileno) , boratos y ácidos bóricos, silicofluoruros, ácidos orgánicos, particularmente ácidos hidroxicarboxílicos tales como ácido glucónico, ácido cítrico, ácido tartárico y sus sales, azúcares y derivados de los mismos y compuestos basados en lignina o lignosulfonatos. 1 8. Sistema de activación de acuerdo con una cualquiera 5 de las reivi ndicaciones 13 a 17, caracterizado porque el retardador comprende una sal de metal alcalino y/o una sal de metal alcalinoterreo de ácido glucónico. 1 9. Sistema de activación de acuerdo con una cualq uiera , de las reivindicaciones 1 3 a 18 , caracterizado ío porque el retardador comprende gluconato de sodio. 20. Mezcla de concreto lista para usar que contiene un sistema activador de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 3 a 20. 21 . Mezcla de concreto lista para usar de acuerdo con la 15 reivindicación 20, q ue contiene al sistema de activación en una cantidad de 1 a 1 0 % en peso, basado en el ag l utinante hidrául ico. 22 Mezcla de concreto lista para usar q ue contiene un ag lutinante hidráulico de acuerdo con una cualquiera de las 20 reivindicaciones 1 a 12. 23. Un artículo moldeado producido utilizando un aglutinante hid ráulico o un sistema de activación de acuerdo con una cualq uiera de las reivindicaciones 1 a 19.