MX2014012604A - Mezcla y metodo para resistencia al daño por congelacion-descongel acion y resistencia al daño por incrustacion de composicicones cementosas. - Google Patents

Mezcla y metodo para resistencia al daño por congelacion-descongel acion y resistencia al daño por incrustacion de composicicones cementosas.

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Abstract

Se describe una mezcla de resistencia al daño por congelación-descongelación y resistencia al daño por incrustación para una composición cementosa que incluye una suspensión acuosa que comprende un polímero superabsorbente insoluble en agua y microesferas poliméricas expandibles. Un método para preparar una composición cementosa resistente al daño por congelación-descongel ación y resistente al daño por incrustación que incluye formar una mezcla de un cemento hidráulico y una mezcla que incluye una suspensión acuosa de un polímero superabsorbente insoluble en agua y microesferas poliméricas expandidas.

Description

MEZCLA Y MÉTODO PARA RESISTENCIA AL DAÑO POR CONGELACIÓN- DESCONGELACIÓN Y RESISTENCIA AL DAÑO POR INCRUSTACIÓN DE COMPOSICIONES CEMENTOSAS CAMPO DE LA INVENCION Se proporciona una mezcla de resistencia al daño por congelación-descongelación y resistencia al daño por incrustación y un método para preparar una composición cementosa con resistencia al daño por congelación-descongelación y resistente al daño por incrustación.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN Los ciclos de congelación-descongelación pueden dañar extremadamente las composiciones cementosas endurecidas saturadas con agua, tal como concreto. La mejor técnica conocida para prevenir o reducir el daño hecho es la incorporación en la composición de poros o huecos microscópicamente finos. Los poros o huecos funcionan como cámaras de expansión internas y por lo tanto pueden proteger la composición del daño por congelación-descongelación al reducir los cambios en la presión hidráulica provocados por el ciclado de congelación-descongelación. Un método convencional utilizado para producir tales huecos en las composiciones cementosas es al introducir agentes incorporadores de aire en las composiciones, que estabilizan las burbujas pequeñas del aire que se atrapan en la composición durante el mezclado.
Desafortunadamente, este procedimiento para producir huecos de aire en las composiciones cementosas está plagado por un número de problemas de producción y colocación, algunos de los cuales son los siguientes: Contenido de Aire: Los cambios en el contenido de aire de la composición cementosa pueden dar por resultado una composición con resistencia deficiente al daño por congelación-descongelación si el contenido de aire disminuye con el tiempo o reduce la resistencia a la compresión de la composición si el contenido de aire se incrementa con el tiempo. Ejemplos son bombear una composición cementosa (disminuyendo el contenido de aire por compresión) , adición en el sitio de trabajo de un superplastificante (eleva frecuentemente el contenido de aire o desestabiliza el sistema de huecos de aire) , e interacción de mezclas especificas con el surfactante incorporador de aire (que podría incrementar o disminuir el contenido de aire) .
Estabilización de Huecos de Aire: La incapacidad para estabilizar las burbujas de aire puede ser provocada por la presencia de materiales que adsorben el surfactante estabilizante, es decir, ceniza volante que tiene carbón de área de superficie alta o agua insuficiente para el surfactante para que funcione apropiadamente, es decir, concreto de bajo revenimiento.
Características del Hueco de Aire: La formación de burbujas que son muy grandes para proporcionar resistencia al daño por congelación y descongelación puede ser resultado de calidad deficiente o agregados deficientemente graduados, uso de otras mezclas que estabilizan las burbujas, etcétera. Tales huecos son frecuentemente inestables y tienden a flotar a la superficie del concreto fresco.
Sobreacabado : La remoción de aire por sobreacabado, remueve el aire de la superficie del concreto, dando por resultado típicamente tensión por la incrustación de la zona de vaciado de la pasta de cemento adyacente a la superficie sobre acabada.
La generación y estabilización de aire en el momento del mezclado y asegurando que permanezca en la cantidad apropiada y el tamaño de hueco de aire hasta que la composición cementosa endurezca siguen siendo los retos más grandes día a día para el productor de composición cementosa en Norteamérica. El contenido de aire de las características del sistema de huecos de aire atrapados en la composición cementosa no se pueden controlar por medios cuantitativos directos, sino solo indirectamente a través de la cantidad y/o tipo de agente incorporador de aire agregado a la composición. Los factores tales como la composición y forma de partícula de los agregados, el tipo y cantidad del cemento en la mezcla, la consistencia de la composición cementosa, el tipo de mezclador utilizado, el tiempo de mezclado, y la temperatura todos influyen en el desempeño del agente incorporador de aire. La distribución de tamaño del hueco en el concreto con aire atrapado ordinario puede mostrar una gama muy amplia de variación, entre 10 y 3,000 micrómetros (µp\) o más. En tales composiciones cementosas, además de los huecos pequeños que son esenciales para la resistencia al daño por congelación-descongelación cíclica, la presencia de huecos más grandes, que contribuyen poco a la durabilidad de la composición cementosa y podrían reducir la resistencia de la composición, tienen que ser aceptado como una característica inevitable.
Los agentes incorporadores de aire han mostrado que proporcionan resistencia al daño por congelación-descongelación, así como resistencia al daño por incrustación, que se presenta cuando la superficie de la composición cementosa endurecida se rompe por cualquiera de una variedad de razones, algunas de las cuales se plantean en lo anterior. Sin embargo, debido a que los agentes incorporadores de aire convencionales sufren de los problemas planteados en lo anterior, la industria de composición cementosa está en búsqueda de mezclas nuevas y mejores para proporcionar las propiedades que se proporcionan actualmente por los agentes incorporadores de aire convencionales.
Un desarrollo reciente es utilizar microesferas poliméricas para crear huecos de tamaño controlado dentro de las composiciones cementosas. Sin embargo, el desarrollo está aún en marcha para mejorar la función de las microesferas poliméricas dentro de las composiciones cementosas, y para reducir el costo de incluir microesferas poliméricas en las composiciones cementosas.
Se ha descubierto que, mientras que las microesferas poliméricas son capaces de proporcionar resistencia al daño por congelación-descongelación similarmente a, o mejor que los agentes incorporadores de aire convencionales, las microesferas poliméricas no pueden ser capaces de proporcionar el grado de resistencia al daño por incrustación proporcionado por los agentes incorporadores de aire convencionales. La resistencia al daño por congelación-descongelación de las composiciones cementosas se somete a prueba a través de ASTM C-666, y resistencia al daño por incrustación durante el ciclado de congelación-descongelación se somete a prueba a través de ASTM C-672, ambos de los cuales se incorporan en la presente a manera de referencia.
Adicionalmente, a fin de proporcionar huecos de aire apropiadamente dimensionados , pueden ser necesarias microesferas poliméricas para ser expandidas antes de la incorporación en las composiciones cementosas. Después de la expansión, las microesferas poliméricas expandidas pueden tener hasta aproximadamente 75 veces el volumen de las microesferas no expandidas. La provisión de mezclas de composición cementosa que incluyen microesferas poliméricas expandidas pueden ser costosas, debido al alto costo de envió asociado con el envío de una mezcla que incluye microesferas expandidas de volumen alto, particularmente si se proporcionan en una suspensión acuosa que puede incluir un volumen de agua.
Lo que se necesita es una mezcla de composición cementosa que comprenda microesferas poliméricas, y opcionalmente componentes adicionales, que proporcione resistencia adecuada al daño por congelación-descongelación y/o daño por incrustación, y un método para proporcionar las microesferas poliméricas en la composición cementosa en un precio razonable.
Las modalidades del contenido se describen con referencia a las figuras acompañantes y son para propósitos ilustrativos solamente. El contenido no se limita en esta solicitud a los detalles de la construcción o el arreglo de los componentes ilustrados en las figuras. Números de referencia similares se utilizan para indicar componentes similares, a menos que se indique de otra manera.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LAS FIGURAS La FIGURA 1 es un diagrama esquemático de una modalidad de un aparato para llevar a cabo el método (s) sujeto.
La FIGURA 2 es un diagrama esquemático de una modalidad de un aparato para llevar a cabo el método (s) sujeto.
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se proporciona una mezcla de resistencia al daño por congelación-descongelación y/o resistencia al daño por incrustación para una composición cementosa, que comprende una suspensión acuosa que comprende un polímero superabsorbente insoluble en agua y microesferas poliméricas expandibles . También se proporciona un método para preparar una composición cementosa resistente al daño por congelación -descongelación y/o resistente al daño por incrustación, que comprende formar una mezcla de cemento hidráulico y una mezcla que comprende una suspensión acuosa de un polímero superabsorbente insoluble y microesferas poliméricas expandidas .
Las microesferas poliméricas expandidas proporcionan espacios huecos en las composiciones cementosas antes del fraguado final, y tales espacios huecos actúan para incrementar la durabilidad de congelación-descongelación del material cementoso. Las microesferas poliméricas expandidas introducen huecos en las composiciones cementosas para producir una estructura de huecos completamente formada en las composiciones cementosas que resiste la degradación del concreto producida por la congelación cíclica saturada con agua y no depende de la estabilización de burbujas de aire durante el mezclado de las composiciones cementosas. La mejora de la durabilidad de congelación-descongelación producida con las microesferas poliméricas expandidas se basa en un mecanismo físico para reducir las tensiones producidas cuando el agua se congela en un material cementoso. En la práctica convencional, los huecos apropiadamente dimensionados y espaciados se generan en el material endurecido al utilizar mezclas químicas para estabilizar los huecos de aire atrapados en una composición cementosa durante el mezclado. En las composiciones cementosas convencionales estas mezclas químicas como una clase son llamadas agentes incorporadores de aire. La presente mezcla utiliza microesferas poliméricas expandidas para formar una estructura de huecos en las composiciones cementosas y no requiere la producción y/o estabilización del aire atrapado durante el proceso de mezclado.
El uso de microesferas poliméricas expandidas elimina sustancialmente algunos de los problemas prácticos encontrados en la técnica actual. También hace posible utilizar algunos materiales, es decir, ceniza volante con alto contenido de carbón, de grado bajo, que se pueden verter conforme se consideren inutilizables en las composiciones cementosas con aire atrapado sin tratamiento adicional. Esto da por resultado ahorro de cemento, y por lo tanto ahorros económicos. Ya que los huecos "creados" por este procedimiento son mucho más pequeños que aquellos obtenidos por agentes incorporadores de aire convencionales, el volumen de las microesferas poliméricas expandidas que se requiere para lograr la durabilidad deseada también es mucho más bajo que en las composiciones cementosas con aire atrapado convencionales. Por lo tanto, una resistencia a la compresión más alta se puede lograr con las presentes mezclas y métodos en el mismo nivel de protección contra el daño por congelación y descongelación. En consecuencia, el componente más costoso utilizado para lograr resistencia es decir, cemento, se puede ahorrar.
Las microesferas poliméricas expandidas pueden estar comprendidas de un polímero que es por lo menos uno de polietileno, polipropileno, polimetilmetacrilato, poli-o- cloroestireno, cloruro de polivinilo, cloruro de polivinilideno, poliacrilonítrilo, polimetacrilonitrilo, poliestireno, y copolimeros de los mismos, tales como copolímeros de cloruro de vinilideno-acrilonitrilo, poliacrilonitrilo-copolimetacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno-poliacrilonitrilo, o cloruro de vinilo-cloruro de vinilideno, y similares. Ya que las microesferas se componen de polímeros, la pared puede ser flexible, tal que se mueve en respuesta a la presión. El material del cual las microesferas se van a fabricar, por lo tanto, puede ser flexible y, en ciertas modalidades, resistente al entorno alcalino de las composiciones cementosas. Sin limitación, las microesferas poliméricas expandible adecuadas son disponibles de Eka Chemicals Inc., una empresa de Akzo Nobel (Duluth, GA) , bajo el nombre comercial EXPANCELMR.
En ciertas modalidades, las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas pueden tener un diámetro promedio de aproximadamente 100 µ?t? o menor , en ciertas modalidades aproximadamente 50 µ?t? o menor , en ciertas modalidades aproximadamente 24 µ?? o menor, en ciertas modalidades aproximadamente 16 µ? o menor, en ciertas modalidades aproximadamente 15 µ?t? o menor, en ciertas modalidades aproximadamente 10 µ?? o menor, y en otras modalidades aproximadamente 9 µp? o menor. En ciertas modalidades, diámetro promedio de las microesferas poliméricas no expandidas puede ser de aproximadamente 10 µp\ a aproximadamente 16 µp?, en ciertas modalidades de aproximadamente 6 µp? a aproximadamente 9 µp?, en ciertas modalidades de aproximadamente 3 µp? a aproximadamente 6 µp?, en ciertas modalidades de aproximadamente 9 µp? a aproximadamente 15 µp?, y en otras modalidades de aproximadamente 10 µ?? a aproximadamente 24 µ??. Las microesferas poliméricas pueden tener un núcleo hueco y una pared compresible. La porción interior de las microesferas poliméricas comprende una cavidad o cavidades huecas que pueden contener gas (rellenadas con gas) o liquido (rellenadas con liquido) .
En ciertas modalidades, las microesferas poliméricas expandibles, expandidas pueden tener un diámetro promedio de aproximadamente 200 a aproximadamente 900 µp?, en ciertas modalidades, aproximadamente 40 a aproximadamente 216 µ?t?, en ciertas modalidades aproximadamente 36 a aproximadamente 135 µp\, en ciertas modalidades aproximadamente 24 a aproximadamente 81 µp?, y en ciertas modalidades aproximadamente 12 a aproximadamente 54 µ??.
Se ha descubierto que mientras es más pequeño del diámetro de las microesferas poliméricas expandibles, es más pequeña la cantidad de las microesferas que se requiere para lograr la resistencia al daño por congelación-descongelación deseada en las composiciones cementosas. Esto es benéfico desde una perspectiva de desempeño, en que una disminución más pequeña en la resistencia a la compresión se presenta por la adición de las microesferas, asi como una perspectiva y económica, puesto que se requiere una cantidad más pequeña de esferas. Similarmente , el espesor de pared de las microesferas poliméricas se puede optimizar para minimizar el costo del material, pero para asegurar que el espesor de la pared sea adecuado para resistir el daño y/o fractura durante el mezclado, colocación, consolidación y procesos de acabado de la composición cementosa.
La resistencia al daño por incrustación es un resultado de la densidad de la composición cementosa en la superficie de la composición. Mayor densidad de la superficie de una composición cementosa endurecida da por resultado una resistencia al daño por incrustación incrementada. En algunas aplicaciones cementosas, las mezclas modificadoras de viscosidad solubles en agua ("VMAs", por sus siglas en inglés) se consideran neutras a la resistencia al daño por incrustación, o aún cómo mejorar la resistencia al daño por incrustación .
Se ha descubierto sorprendentemente que las VMAs solubles en agua pueden conducir a daño por incrustación incrementado en las composiciones cementosas sin aire atrapado. Sin que se desee ser limitado por la teoría, se cree que las moléculas de VMA solubles en agua tienen alta afinidad con las moléculas de agua, lo cual permite que el agua actúe como agua "libre". El agua "libre" puede migrar a la superficie de la composición cementosa durante la colocación y fraguado (conocido como "exudación"), reduciendo la densidad de la superficie de la composición cementosa, que puede dar por resultado daño por incrustación. De esta manera, conforme la exudación se incrementa, el daño por incrustación puede incrementarse.
Los polímeros superabsorbentes insolubles en agua ("SAPs", por sus siglas en inglés), sin embargo, se han descubierto que disminuyen la exudación. Sin que se desee ser limitado por la teoría, se cree que los SAPs insolubles en agua capturan agua "libre" en la composición cementosa, y reducen de esta manera la exudación. Esto da por resultado una resistencia al daño por incrustación incrementada.
Los siguientes ejemplos ilustran como las VMAs solubles en agua y los SAPs insolubles en agua afectan la exudación en las composiciones cementosas, y no se deben considerar para limitar el presente contenido de ninguna manera.
EJEMPLOS Los Ejemplos 1-5 se diseñaron para someter a prueba el efecto de un agente de modificación de viscosidad de éter de celulosa soluble en agua en la exudación en una composición cementosa. El Ejemplo 1 no tuvo éter de celulosa soluble en agua, y los Ejemplos 2-5 tuvieron las cantidades de éter de celulosa soluble en agua mostradas en la Tabla 1.
Tabla 1 No. de Ejemplo 1 2 3 4 5 Éter de celulosa soluble en 0.0000 0.0013 0.0026 0.0039 0.0117 agua (% cwt*) % de exudación 3.67 4.05 4.08 3.88 3.97 *% cwt es el porcentaje de éter de celulosa soluble en agua basado en la cantidad total del cemento presente en la composición cementosa.
La Tabla 1 muestra que el éter de celulosa soluble en agua puede incrementar el porcentaje de exudación en ciertas composiciones cementosas.
Los Ejemplos 6-10 se diseñaron para someter a prueba el efecto de un agente modificador de viscosidad de biopolimero soluble en agua en la exudación en una composición cementosa.
El Ejemplo 6 no tuvo biopolimeros soluble en agua, y los Ejemplos 7-10 tuvieron las cantidades de biopolimero soluble en agua mostradas en la Tabla 2.
Tabla 2 No. de Ejemplo 6 7 8 9 10 Biopolimero soluble en agua 0.0000 0.0013 0.0026 0.0039 0.0117 (% cwt*) % de exudación 4.41 4.55 4.74 4.64 4.70 *% cwt es el porcentaje de biopolimero soluble en agua basado en la cantidad total del cemento presente en la composición cementosa .
La Tabla 2 muestra que el biopolimero soluble en agua puede incrementar el porcentaje de exudación en ciertas composiciones cementosas.
Los Ejemplos 11-18 se diseñaron para someter a prueba el efecto de un agente modificador de viscosidad de polímero soluble en agua en la exudación en una composición cementosa. Los Ejemplos 11 y 12 no tuvieron biopolimero soluble en agua, pero tuvieron 5.1% y 1.1% de aire atrapado, respectivamente. Los Ejemplos 13-18 tuvieron las cantidades de polímero soluble en agua mostradas en la Tabla 3.
Tabla 3 No. de 11 12 13 14 15 16 17 18 Ej emplo Polímero 0.0000 0.0000 0.0130 0.0261 0.0522 0.0782 0.1043 0.1304 soluble en agua (% en peso* ) % de 4.38 5.82 5.64 5.81 6.89 7.15 7.52 8.32 exudación *% cwt es el porcentaje de polímero soluble en agua basado en la cantidad total del cemento presente en la composición cementosa .
La Tabla 3 muestra que el polímero soluble en agua puede incrementar el porcentaje de exudación en ciertas composiciones cementosas.
Los Ejemplos 19-26 se diseñaron para someter a prueba el efecto de un polímero superabsorbente insoluble en agua en la exudación en una composición cementosa. Los Ejemplos 19 y 20 no tuvieron biopolímero soluble en agua, pero tuvieron 6.6% y 1.8% de aire atrapado, respectivamente. Los Ejemplos 21-26 tuvieron las cantidades de polímero superabsorbente insoluble en agua mostradas en la Tabla 4.
Tabla 4 No. de 19 20 21 22 23 24 25 26 Ej emplo SAP soluble 0.0000 0.0000 0.0575 0.0575 0.1150 0.1150 0.2301 0.2301 en agua (% cwt* ) % de 2.46 3.74 3.17 3.31 2.83 2.92 2.10 1.93 exudación *% cwt es el porcentaje de polímero superabsorbente insoluble en agua basado en la cantidad total del cemento presente en la composición cementosa.
La Tabla 4 muestra que el polímero superabsorbente insoluble en agua puede disminuir generalmente el porcentaje de exudación en ciertas composiciones cementosas.
Los inventores han descubierto que los polímeros superabsorbentes insolubles en agua también estabilizan las suspensiones acuosas que comprenden partículas poliméricas expandibles. Por lo tanto, los polímeros superabsorbentes insolubles en agua se pueden utilizar para estabilización de resistencia al daño por incrustación y/o mezcla de acuerdo con el presente contenido.
Los SAPs incluyen polielectrolitos reticulados que se hinchan al contacto con agua o soluciones acuosas, dando por resultado la información de un hidrogel. En un proceso, los SAPs se pueden producir a través de un reactor de banda sin fin o un amasador. El proceso comienza con una solución de monómero acuosa que se polimeriza a través del reactor de bandas sin fin o el amasador. En el caso del reactor de banda sin fin, la solución se vierte en el comienzo de la banda, y la polimerización se completa adiabáticamente, formando un gel similar a caucho duro. Al final de la banda, un extrusor corta el gel en piezas pequeñas, que luego se secan y se muelen al tamaño de partícula deseado. En el caso del amasador, la polimerización y corte del gel se completa en una sola etapa.
En otro proceso, los SAPs se producen a través de polimerización por suspensión inversa. En este proceso, la solución de monómero acuoso se suspende en un solvente inorgánico, tal como hexano o ciclohexano. La suspensión se polimeriza, y el agua se puede remover a través de destilación azeotrópica. El producto se filtra y se seca, dejando el producto SAP.
Las moléculas y/o partículas de SAP comprenden iones que se juntan estrechamente por la red de polímero dando por resultado una presión osmótica incrementada. Cuando la molécula/partícula de SAP entra en contacto con el agua, los iones se diluyen con el agua, aliviando de esta manera la presión osmótica.
Los polímeros superabsorbentes adecuados incluyen polielectrolitos reticulados, tales como poliacrílieos reticulados, poliacrilamida reticulada, o copolímeros de acrilamida/ácido acrílico covalentemente reticulados. En ciertas modalidades, las mezclas y/o métodos descritos en la presente pueden incluir uno o más de uno de los polímeros superabsorbentes anteriores.
En ciertas modalidades, el tamaño de las partículas de polímeros superabsorbente que se pueden incluir en las mezclas y/o métodos descritos en la presente es de aproximadamente 5 µp? a aproximadamente 1,000 µt?, en modalidades adicionales de aproximadamente 5 µta a aproximadamente 500 µ?t?, y en modalidades aún adicionales de aproximadamente 5 m a aproximadamente 300 µ?a.
En ciertas modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles, no expandidas que se incluyen dentro de la mezcla pueden ser de aproximadamente 10 a aproximadamente 99.9 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En otras modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles que se incluyen en la mezcla pueden ser de aproximadamente 50 a aproximadamente 99.9 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En modalidades adicionales, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles que se incluyen en la mezcla puede ser de aproximadamente 80 a aproximadamente 99.9 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua.
En ciertas modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la mezcla puede ser de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En otras modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la mezcla puede ser de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 20 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En otras modalidades adicionales, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la mezcla puede ser de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 10 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua.
En ciertas modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles, no expandidas que se incluyen en la mezcla pueden ser de aproximadamente 10 a aproximadamente 99.9 por ciento en volumen, basado en el volumen total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En otras modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles que se incluyen en la mezcla pueden ser de aproximadamente 50 a aproximadamente 99.9 por ciento en volumen, basado en el volumen total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En modalidades adicionales, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles que se incluyen en la mezcla pueden ser de aproximadamente 80 a aproximadamente 99.9 por ciento en volumen, basado en el volumen total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua .
En ciertas modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la mezcla puede ser de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 por ciento en volumen, basado en el volumen total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En otras modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la mezcla puede ser de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 20 por ciento en volumen, basado en el volumen total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua. En modalidades adicionales, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la mezcla puede ser de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 10 por ciento en volumen, basado en el volumen total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua .
La relación de la cantidad de partículas poliméricas expandibles, no expandidas a la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua presente en la mezcla puede ser de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 6:1 en peso, en ciertas modalidades de aproximadamente 50:1 a aproximadamente 10:1 en peso, en modalidades adicionales de aproximadamente 30:1 a aproximadamente 20:1 en peso.
La relación de la cantidad de partículas poliméricas expandibles, no expandidas a la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua presente en la mezcla puede ser de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 3:1 en volumen, en ciertas modalidades de aproximadamente 50:1 a aproximadamente 6:1 en volumen, en modalidades adicionales de aproximadamente 30:1 a aproximadamente 10:1 en volumen.
El cemento hidráulico puede ser un cemento Portland, un cemento de aluminato de calcio, un cemento de fosfato de magnesio, un cemento de fosfato de potasio de magnesio, un cemento de sulfoaluminato de calcio o cualquier otro aglutinante hidráulico adecuado. El agregado se puede incluir en la composición cementosa. El agregado puede ser sílice, cuarzo, arena, mármol triturado, esferas de vidrio, granito, piedra caliza, calcita, feldespato, arenas aluviales, cualquier otro agregado durable y mezclas de los mismos.
En ciertas modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles, expandidas, que incluyen en la composición cementosa, administradas a través de las mezclas y/o métodos descritos en la presente, puede ser de aproximadamente 0.002 a aproximadamente 0.06 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición cementosa. En otras modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles que se incluye en la composición cementosa, suministrada a través de la mezcla, puede ser de aproximadamente 0.005 a aproximadamente 0.04 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición cementosa. En modalidades adicionales, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles que se incluye en la composición cementosa, administradas a través de la mezcla, puede ser de aproximadamente 0.008 a aproximadamente 0.03 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición cementosa.
En ciertas modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluole en agua que se incluye en la composición cementosa, administrado a través de las mezclas y/o métodos descritos en la presente, puede ser de aproximadamente 0.00002 a aproximadamente 0.02 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición cementosa. En otras modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la composición cementosa, administrada a través de la mezcla, puede ser de aproximadamente 0.00005 a aproximadamente 0.013 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición cementosa. En modalidades adicionales, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la composición cementosa, administrada a través de la mezcla, puede ser de aproximadamente 0.00008 a aproximadamente 0.01 por ciento en peso, basado en el peso total de la composición cementosa .
En ciertas modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles, expandidas que se incluye en la composición cementosa, administradas a través de las mezclas y/o métodos descritos en la presente, puede ser de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 4 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa. En ciertas modalidades, la cantidad de microesferas poliméricas expandibles, expandidas que se incluye en la composición cementosa, administradas a través de las mezclas o métodos sujetos, puede ser de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 4 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa. En ciertas modalidades, la cantidad, microesferas poliméricas expandibles, expandidas que se incluye en la composición cementosa, administradas a través de las mezclas o métodos sujetos, pueden ser de aproximadamente 0.4 a aproximadamente 4 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa. En ciertas modalidades, la cantidad microesferas poliméricas expandibles, expandidas que se incluye en la composición cementosa, administradas a través de las mezclas o métodos sujetos, puede ser de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 3 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa. En ciertas modalidades, la cantidad microesferas poliméricas expandibles, expandidas que se incluye en la composición cementosa, administradas a través de las mezclas o métodos sujetos, puede ser de aproximadamente 0.5 a aproximadamente 3 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa.
En ciertas modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la composición cementosa, administrado a través de las mezclas y/o métodos descritos en la presente, puede ser de aproximadamente 0.002 a aproximadamente' 0.1 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa. En otras modalidades, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la composición cementosa, administrado a través de la mezcla, puede ser de aproximadamente 0.005 a aproximadamente 0.1 por ciento, o aproximadamente 0.02 a aproximadamente 0.1 en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa. En modalidades adicionales, la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la composición cementosa, administrado a través de la mezcla, puede ser de aproximadamente 0.008 a aproximadamente 0.08 por ciento en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa.
También se proporciona un método para expandir microesferas poliméricas expandibles, que comprende poner en contacto una suspensión acuosa que comprende microesferas poliméricas expandibles, no expandidas con vapor próximas a y/o durante la fabricación de una composición cementosa, en donde la suspensión acuosa comprende opcionalmente además una mezcla para la composición cementosa. En ciertas modalidades, el método puede comprender poner en contacto una suspensión acuosa que comprende microesferas poliméricas expandibles, no expandidas con vapor in-situ durante la fabricación de una composición cementosa.
El proceso para "poner en contacto una suspensión acuosa que comprende microesferas poliméricas expandibles, no expandidas con vapor próximo a y/o durante la fabricación de una composición cementosa", puede incluir por lo menos uno de: (i) poner en contacto la suspensión acuosa que comprende las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas con vapor inmediatamente antes de la introducción, tal como al inyectar, la suspensión acuosa en una corriente de agua de alimentación que se alimenta en una composición cementosa durante la fabricación de la composición cementosa; (ii) poner en contacto la suspensión acuosa que comprende las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas con vapor para expandir las microesferas poliméricas expandibles y enfriar rápidamente las microesferas poliméricas expandibles expandidas en agua en una instalación de fabricación de composición cementosa, y reservar la suspensión acuosa que contiene microesferas expandidas, enfriadas para la introducción en una composición cementosa fabricada en la instalación. Como se utiliza en la presente, "en una instalación de fabricación de composición cementosa" significa que la expansión de las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas se presenta en la misma instalación o en una instalación adyacente próxima donde se fabrica la composición cementosa.
Con referencia a la FIGURA 1, en ciertas modalidades, la suspensión acuosa 12 que comprende microesferas poliméricas expandibles, no expandidas se alimentan a través de un primero conducto 14, mientras que al mismo tiempo el vapor 16 se alimenta a través de un segundo conducto 18. El primer conducto 14 y el segundo conducto 18 se juntan 20 inmediatamente antes de la alimentación en un tercer conducto 22, que contiene agua de alimentación 24 que fluye 26 en una mezcla de composición cementosa. La unión del primer y segundo conductos da por resultado un calentamiento rápido de las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas, provocando que las microesferas se expandan. Las microesferas expandidas luego se enfrian rápidamente por el agua de alimentación que fluye a través del tercer conducto 22, que permite que las microesferas expandidas retengan su tamaño en la introducción en la mezcla de composición cementosa. En ciertas modalidades, el tercer conducto 22 puede estar fluyendo 26 en un recipiente de depósito (no mostrado) y reservar para introducción posterior en una composición cementosa. En una modalidad alternativa, el tercer conducto 22 se puede eliminar, y las microesferas expandidas se pueden introducir directamente en un recipiente de depósito en el sito (no mostrado) y reservar para introducción posterior en una composición cementosa después de que se pone en contacto por el vapor en el segundo conducto 18. En ciertas modalidades, las microesferas expandidas pueden tener un volumen que es hasta aproximadamente 75 veces más grande que su volumen no expandido, original.
Con referencia a la FIGURA 2, en ciertas modalidades, la unión 20 del primer conducto 14 y el segundo conducto 18 pueden comprender un cuarto conducto 21. El cuarto conducto 21 puede incluir un generador de contrapresión 28, tal como una válvula de control de flujo o un dispositivo de restricción de flujo, tal como una boquilla de orificio. El generador de contrapresión 28 es capaz de restringir y/o controlar el flujo de la mezcla de la suspensión acuosa 12 y el vapor 16 a fin de asegurar que la mezcla alcance la presión y temperatura apropiada requeridas para expandir adecuadamente las microesferas expandibles en la suspensión acuosa 12. En ciertas modalidades, el generador de contrapresión 28 también puede por lo menos parcialmente prevenir el flujo posterior del agua de alimentación 24 del tercer conducto 22.
En ciertas modalidades, la presente mezcla se puede preparar utilizando un aparato que comprende: (a) un generador de vapor u otra fuente de vapor; (b) un conducto de vapor en comunicación fluida con el generador de vapor u otra fuente de vapor; (c) un conducto de material fluido en comunicación fluida con una fuente de un material fluido, en donde el material fluido comprende microesferas poliméricas expandibles, no expandidas y opcionalmente un polímero superabsorbente insoluble en agua; (d) una zona de tratamiento en comunicación fluida con el generador de vapor u otra fuente de vapor a través del conducto de vapor, y con el conducto del material fluido, tal que el material fluido se pone en contacto con el vapor dentro de la zona del tratamiento; y (e) un generador de contrapresión en comunicación fluida con la zona de tratamiento, capaz de incrementar la presión en la zona del tratamiento, que da por resultado la expansión de las microesferas poliméricas expandibles cuando el material fluido sale de la zona del tratamiento .
El material fluido que comprende las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas también pueden incluir componentes tales como dispersantes, surfactantes , agentes anti-aglomerantes, y/o agentes formadores de película, así como opcionalmente el polímero superabsorbente insoluble en agua .
En una modalidad, un material fluido que incluye agua, las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas, y opcionalmente el polímero superabsorbente insoluble en agua que se incluye en la mezcla para composiciones cementosas se pone en contacto con vapor dentro de la zona del tratamiento, tal que las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas se someten a temperatura y presión incrementada, que lo cual da por resultado la pre-expansión de las microesferas poliméricas expandibles. En la salida de la zona de tratamiento, opcionalmente a través del generador de contrapresión, la microesferas poliméricas expandibles experimentan un descenso de presión igual a la diferencia entre la presión en la zona del tratamiento y la presión en el entorno exterior en la zona del tratamiento. Esta súbita disminución en la presión da por resultado una rápida expansión de las microesferas poliméricas expandibles.
El generador de contrapresión es capaz de restringir y/o controlar el flujo del material fluido y vapor a través de la zona del tratamiento, para asegurar que la temperatura y presión dentro de la zona del tratamiento sean suficientes para proporcionar un descenso de presión suficiente para permitir que las microesferas poliméricas expandibles se expandan a un grado deseado en la salida del generador de contrapresión. El generador de contrapresión puede comprender, por ejemplo, una válvula de control de flujo o un dispositivo de restricción de flujo, tal como una boquilla de orificio. Alternativa o adicionalmente , el generador de contrapresión puede comprender: (i) una longitud del conducto suficiente para impedir el flujo a través de la zona del tratamiento, tal que la presión dentro de la zona del tratamiento se mantiene o se incrementa; y/o (ii) un conducto que tiene un tamaño interior que es más pequeño que el tamaño interior de cualquiera o ambos del conducto del material fluido o el conducto de vapor, tal que la presión dentro de la zona de tratamiento se mantiene o se incrementa; y/o (iii) un conducto que tiene un patrón de pared interior irregular, tal como un conducto estriado, tal que la presión dentro de la zona de tratamiento se mantiene o se incrementa.
En ciertas modalidades, la temperatura dentro de la zona de tratamiento puede ser de aproximadamente 105°C (221°F) a aproximadamente 145°C (293°F), en ciertas modalidades de aproximadamente 135°C (275°F) a aproximadamente 145°C (293°F) . En ciertas modalidades, la presión dentro de la zona de tratamiento puede ser de aproximadamente 120 kPa (17.4 psi) a aproximadamente 420 kPa (60.9 psi), en ciertas modalidades de aproximadamente 315 kPa (45.7 psi) a aproximadamente 420 kPa (60.9 psi).
El material fluido que comprende las microesferas poliméricas expandibles, expandidas se puede agregar a o mezclar con el agua de proceso u otras mezclas liquidas, y luego incorporar en la composición cementosa. De esta manera, el material fluido tratado puede contener tanto las microesferas poliméricas expandibles, expandidas como el polímero superabsorbente insoluble en agua, o puede contener las microesferas poliméricas expandibles expandidas, y ser mezclado con una mezcla líquida, tal como una dispersión que contiene el polímero superabsorbente insoluble en agua. Alternativamente, el material fluido que comprende las microesferas poliméricas expandibles, expandidas y el polímero superabsorbente insoluble en agua se pueden incorporar directamente en una composición cementosa (antes o durante el mezclado de la composición cementosa) sin primero la adición del material fluido tratado para procesar el agua u otras mezclas del líquido.
Los presentes métodos se pueden llevar a cabo en el sito en las instalaciones de fabricación de la composición cementosa, tal como plantas de concreto de fácil mezclado. Tales instalaciones pueden incluir áreas de almacenamiento para el cemento, agua y otros componentes que se agregan a las composiciones cementosas que se producen, tales como mezclas de agregado y/o composición cementosa. En las instalaciones, los diversos componentes de las composiciones cementosas, tales como cemento, agua, agregado, y/o mezclas se combinan conjuntamente para formar una composición cementosa. La mezcla se puede llevar a cabo en un camión de mezclado, tal como un camión de mezclado de concreto. Una vez que los componentes se mezclan, la composición cementosa se puede transportar a un sitio de trabajo, donde la composición se coloca y se deja endurecer. La composición cementosa también se puede utilizar para fabricar artículos cementosos, tales como bloques de concreto o adoquines de concreto, en el sito en las instalaciones de fabricación de la composición cementosa o en otra instalación.
En ciertas modalidades, las presentes mezclas y métodos permiten una suspensión acuosa de microesferas poliméricas expandibles y/o una mezcla que comprende microesferas poliméricas expandibles, no expandidas que se envía a las instalaciones de fabricación de composición cementosa a un costo mínimo. Una vez que la suspensión acuosa y/o mezcla que contiene las microesferas poliméricas expandibles, no expandidas llega a tal instalación, las microesferas poliméricas expandibles se pueden expandir el sitio. Como es comparada con las suspensiones de envío y/o mezclas que contienen microesferas poliméricas expandibles expandidas, que puede tener un volumen de hasta 75 veces mayor que las microesferas no expandidas, las suspensiones y/o mezclas de envío que contienen microesferas expandidas no expandidas reduce drásticamente los costos de envío, lo cual podría igualar o exceder el costo actual de la mezcla. Adicionalmente, otros costos logísticos, tal como almacenamiento, también se pueden reducir.
En ciertas modalidades, una composición cementosa que comprende 1.5% en volumen, basado en el volumen total de la composición cementosa, las microesferas poliméricas expandibles expandidas puede tener una resistencia a la compresión de 28 días más alta de 30% como es comparada con la composición cementosa que comprende un agente incorporador de aire convencional, todavía puede también pasar ASTM C 666, que se incorpora a manera de referencia.
Una composición de mezcla descrita en la presente puede contener otras mezclas o ingredientes y no se debe limitar necesariamente a las formulaciones establecidas. Una composición cementosa proporcionada por el método (s) descrito en la presente puede contener otras mezclas o ingredientes y no se debe limitar necesariamente a las formulaciones establecidas. Estas mezclas y/o ingredientes que se pueden agregar incluyen, pero no se limitan a: dispersantes, aceleradores/mej oradores de fraguado y resistencia, retardantes de fraguado, reductores de agua, inhibidores de corrosión, agentes humectantes, polímeros solubles en agua, agentes modificadores de reología, repelentes de agua, fibras no de degradación, mezclas a prueba de humedad, reductores de permeabilidad, mezclas fungicidas, mezclas germicidas, mezclas insecticidas, reductor de reactividad alcalina, mezclas de unión, mezclas reductoras de encogimiento, y cualquier otra mezcla o aditivo adecuado para el uso en las composiciones cementosas. Las mezclas y composiciones cementosas descritas en la presente no necesitan contener ninguno de los componentes anteriores, pero pueden contener cualquier variedad de los componentes anteriores.
El agregado se puede incluir en la composición cementosa para proporcionar morteros que incluyen agregado fino, y concretos que incluyen agregados finos y gruesos. Los agregados finos son materiales que pasan casi completamente a través de una criba del Número 4 (ASTM C 125 y ASTM C 33), tal como arena de sílice. Los agregados gruesos son materiales que se retienen predominantemente en una criba del Número 4 (ASTM C 125 y ASTM C 33), tal como sílice, cuarzo, mármol triturado, esferas de vidrio, granito, piedra caliza, calcita, feldespato, arenas aluviales, arenas o cualquier otro agregado durable, y mezclas de los mismos.
Una puzolana es un material silíceo o aluminosilíceo que posee poco o nada de valor cementoso pero, en presencia de agua y forma finamente dividida, reaccionará químicamente con el hidróxido de calcio producido durante la hidratación de cemento Portland para formar materiales con propiedades cementosas. Tierra diatomácea, sílex, opalinos, arcilla, esquistos, ceniza volante, escoria, sílice fumante, tovas volcánicas y pumicitas son algunos de las puzolanas conocidas. Ciertas escorias de altos hornos granuladas molidas y cenizas volantes con alto contenido de calcio poseen tanto propiedades puzolánica como cementosas. Puzolana natural es un término de la técnica utilizado para definir las puzolanas que se presentan en la naturaleza, tales como tovas volcánicas, piedra pómez, trasses, tierras diatomáceas, opalina, sílex y algunos esquistos. Los materiales nominalmente inertes también pueden incluir cuarzo en bruto finamente dividido, dolomitas, piedras calizas, mármol, granito, y otros. La ceniza volante se define en ASTM C618.
Si se utiliza, la sílice fumante puede ser no compactada o se puede compactar o agregar parcialmente como una suspensión. La sílice fumante reacciona adicionalmente con los subproductos de hidratación del aglutinante de cemento, que proporciona resistencia incrementada de los artículos acabados y disminuye la permeabilidad de los artículos acabados. La sílice fumante, u otras puzolanas tal como ceniza volante o ceniza calcinada tal como metacaolín, se pueden agregar a la mezcla vaciada en húmedo cementosa en una cantidad de aproximadamente 5% a aproximadamente 70% basado en el peso del material cementoso.
Un dispersante se utiliza puede ser cualquier dispersante adecuado, tal como lignosulfonatos, sulfonatos de beta-naftaleno, condensados de formaldehido de melamina sulfonados, poliespartatos, policarboxilatos con y sin unidades de poliéter, resinas condensadas de formaldehido de sulfonato de naftaleno o dispersantes oligoméricos.
Se pueden utilizar dispersantes de policarboxilato, por lo cual se propone un dispersante que tiene una cadena principal de carbono con cadenas laterales pendientes, en donde por lo menos una porción de las cadenas laterales se une a la cadena principal a través de un grupo carboxilo, un grupo éter, o un grupo amida o imida. El término dispersante también se propone para incluir aquellos químicos que también funcionan como un plastificante, reductor de agua de intervalo alto, fluidificador, agente anti-floculante , o superplastificante para composiciones cementosas.
El término dispersante oligomérico se refiere a oligómeros que son un producto de reacción de: componente A, opcionalmente componente B, y componente C; en donde cada componente A es independientemente una porción funcional, no polimérica que adsorbe sobre una partícula cementosa; en donde el componente B es una porción opcional, en donde si está presente, cada componente B es independientemente una porción no polimérica que se coloca entre la porción del componente A y la porción del componente C; en donde el componente C es por lo menos una porción que es un polímero no iónico, soluble en agua lineal o ramificado que no adsorbe sustancialmente partículas de cemento. Los dispersantes oligoméricos se describen en la Patente de E.U.A. No. 6,133,347, Patente de E.U.A. No. 6,492,461, y Patente de E.U.A. No. 6,451,881.
Los aceleradores/mejoradores de fraguado y resistencia que se pueden utilizar incluyen, pero no se limitan a: sal de nitrato de un metal alcalino, metal alcalinotérreo, o aluminio; una sal de nitrito de un metal alcalino, metal alcalinotérreo, o aluminio; un tiocianato de un metal alcalino, metal alcalinotérreo o aluminio; una alcanolamina; un tiosulfato de un metal alcalino, metal alcalinotérreo, o aluminio; un hidróxido de un metal alcalino, metal alcalinotérreo, o aluminio; una sal de ácido carboxílico de un metal alcalino, metal alcalinotérreo, o aluminio (de manera preferente formiato de calcio) ; una polihidroxilalquilamina ; y/o una sal de haluro de un metal alcalino o metal alcalinotérreo (de manera preferente bromuro) .
Las sales de ácido nítrico tienen la fórmula general M(N03)a donde es un metal alcalino, o un metal alcalinotérreo o aluminio, y en donde a es 1 para sales de metal alcalino, 2 para sales alcalinotérreas, y 3 para sales de aluminio. Se prefieren sales de ácido nítrico de Na, K, Mg, Ca y Al.
Las sales de nitrito tienen la fórmula general M(N02)a donde M es un metal alcalino, o un metal alcalinotérreo o aluminio, y donde a es 1 para sales de metal alcalino, 2 para sales alcalinotérreas, y 3 para sales de aluminio. Se prefieren sales de ácido nítrico de Na, K, Mg, Ca y Al .
Las sales del ácido tiociánico tienen la fórmula general M(SCN)b, donde M es un metal alcalino, o un metal alcalinotérreo o aluminio, y donde b es 1 para sales de metal alcalino, 2 para sales alcalinotérreas y 3 para sales de aluminio. Estas sales son diversamente conocidas como sulfonatos, sulfocianuros , rodanatos o sales de rodamida . Se prefieren sales da ácido tiociánico de Na, K, Mg, Ca y Al.
Alcanolamina es un término genérico para un grupo de compuestos en los cuales el nitrógeno trivalente se une directamente a un átomo de carbono de un alcohol alquílico. Una fórmula representativa es N [H] c [ (CH2 ) dCHRCH2R] e, donde R es independientemente H u OH, c es 3-e, d es 0 a aproximadamente 4 y e es 1 a aproximadamente 3. Ejemplos incluyen, pero no se limitan a, monoetanolamina, dietanolamina, trietanolamina y triisopropanolamina .
Las sales de tiosulfato tienen la fórmula generar Mf(S203)g donde M es metal alcalino o un metal alcalinotérreo o aluminio, y f es 1 o 2 y g es 1 , 2 o 3, dependiendo de las valencias de los elementos de metal M. Se prefieren sales de ácido de tiosulfato de Na, K, Mg, Ca y Al .
Las sales de ácido carboxilico tienen la fórmula general RCOOM en donde R es H o alquilo de Ci a aproximadamente Ci0, y M es un metal alcalino o un metal alcalinotérreo o aluminio. Se prefieren sales de ácido carboxilico de Na, K, Mg, Ca y Al. Un ejemplo de sal de ácido carboxilico es formiato de calcio .
Una polihidroxilalquilamina puede tener la fórmula general : en donde h es 1 a 3, i es 1 a 3, j es 1 a 3, y k es 0 a 3. Una polihidroxialquilamina preferida es tetrahidroxietiletilenodiamina .
Mezclas de retardo de fraguado, o también conocido como fraguado retardado o control de hidratación se utilizan para retardar, retrasar, o desacelerar la velocidad de fraguado de las composiciones cementosas. Los retardantes de fraguado se utilizan para compensar el efecto de aceleración del agua caliente en el fraguado de las composiciones cementosas, o retardar el fraguado inicial de las composiciones cementosas cuando se presentan condiciones de colocación difíciles, o problemas de suministro al sitio de trabajo, o para permitir un tiempo par procesos de acabado especiales. La mayoría de retardantes de fraguado también actúan como reductores de agua de nivel bajo y también se pueden utilizar para algún aire en las composiciones cementosas. Los lignosulfonatos, ácidos carboxílicos hidroxilados, bórax, ácidos glucónicos, tartáricos y otros orgánicos y sus sales correspondientes, fosfonatos, ciertos carbohidratos tales como azucares, polisacáridos , y ácidos de azúcar y mezclas de los mismos se pueden utilizar como mezclas retardantes.
Los inhibidores de corrosión sirven para proteger de la corrosión el acero de refuerzo incrustado. El carácter alcalino alto de las composiciones cementosas provoca que se forme una película de óxido protectora pasiva y que no se corroiga sobre el acero. Sin embargo, la carbonatación o la presencia de iones de cloruro de anticongelantes o agua de mar, junto con el óxido pueden destruir o penetrar la película y dar por resultado la corrosión. Las mezclas inhibidoras de corrosión muestran químicamente esta reacción de corrosión. Los materiales utilizados más comúnmente para inhibir la corrosión son nitrito de calcio, nitrito de sodio, benzoato de sodio, ciertos fosfatos o silicatos, fluoroaluminatos, aminas, agentes repelentes de agua basados orgánicos, y químicos relacionados.
En el campo de la construcción, muchos métodos para proteger las composiciones cementosas de tensiones de tracción y agrietamiento subsecuente se han desarrollado a través de los años. Un método moderno implica distribuir las fibras por toda una mezcla cementosa reciente. En el fraguado, esta composición cementosa es referida como cemento reforzado con fibra. Las fibras se pueden fabricar de materiales de zirconio, carbono, acero, fibra de vidrio, o materiales sintéticos, por ejemplo, polipropileno, nailon, polietileno, poliéster, rayón, aramida de alta resistencia, o mezclas de los mismos.
Las mezclas a prueba de humedad reducen la permeabilidad del concreto que tiene bajos contenidos de cemento, altas relaciones de agua-cemento o una deficiencia de partículas finas en la porción de agregado. Estas mezclas retardan la penetración de la humedad en el concreto húmedo e incluyen ciertos jabones, estearatos y productos de petróleo.
Los reductores de permeabilidad se utilizan para reducir la velocidad en la cual el agua bajo presión se transmite a través de las composiciones cementosas. La sílice fumante, ceniza volante, escoria molida, metacaolín, puzolanas naturales, reductores de agua, y látex se pueden emplear para disminuir la permeabilidad de las composiciones cementosas.
El crecimiento fúngico y de bacterias en, o en las composiciones cementosas endurecidas se puede controlar parcialmente a través del uso de mezclas fungicidas, germicidas e insecticidas. Los materiales más eficaces para estos propósitos son fenoles polihalogenados , emulsiones de dialdrin y compuestos de cobre.
Las mezclas colorantes se componen usualmente de pigmentos, ya sea orgánicos tales como ftalocianina o pigmentos inorgánicos tales como pigmentos que contienen metal que comprenden, pero no se limitan a óxidos de metal y otros, y pueden incluir, pero no se limitan a, pigmentos que contienen óxido de hierro, óxido de cromo, óxido de aluminio, cromato de plomo, óxido de titanio, blanco de zinc, óxido de zinc, sulfuro de zinc, blanco de plomo, negro de manganeso de hierro, verde de cobalto, azul de manganeso, violeta de manganeso, sulfoselenuro de cadmio, anaranjado cromo, amarillo de níquel-titanio, amarillo de cromo-titanio, sulfuro de cadmio, amarillo de zinc, azul ultramarino y azul cobalto.
Los reductores de actividad alcalina pueden reducir la reacción de agregado alcalino y limitar las fuerzas de expansión disruptivas que esta reacción puede producir en las composiciones cementosas endurecidas. Las puzolanas (ceniza volante, sílice fumante) , escoria de altos hornos, sales de litio y bario son especialmente eficaces.
El agente reductor de encogimiento que se puede utilizar comprende pero no se limita a RO(AO)i_i0H, en donde R es un radical de alquilo C1-5 o cicloalquilo C5-6 y A es un radical de alquileno C2-3, sulfato de metal alcalino, sulfatos de metal alcalinotérreo, óxidos alcalinotérreos , de manera preferente sulfato de sodio y óxido de calcio.
Los listados anteriores de las mezclas y aditivos adicionales son ilustrativos y no exhaustivos y limitantes.
En una primera modalidad, se proporciona una mezcla de resistencia al daño por congelación-descongelación y resistencia al daño por incrustación para una composición cementosa que comprende una suspensión acuosa que comprende un polímero superabsorbente insoluble en agua y microesferas poliméricas expandibles.
La mezcla de la primera modalidad puede incluir además que la relación de la cantidad de microesferas poliméricas expandibles a la cantidad de polímeros superabsorbente insoluble en agua sea de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 3:1 en peso.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir además que la relación de la cantidad de microesferas poliméricas expandibles a la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua sea de aproximadamente 30:1 a aproximadamente 6:1 en peso.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que las microesferas poliméricas expandibles comprendan un polímero que sea por lo menos uno de polietileno, polipropileno, polimetil-metacrilato, poli-o-cloroestireno, cloruro de polivinilo, cloruro de polivinilideno, poliacrilonitrilo, polimetacrilonitrilo, poliestireno, o copolímeros o mezclas de los mismos.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que las microesferas poliméricas expandibles comprendan por lo menos unos copolímeros de cloruro de vinilideno-acrilonitrilo, poliacrilonitrilo-copolimetacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno-poliacrilonitrilo, o cloruro de vinilo-cloruro de vinilideno, o mezclas de los mismos.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que las microesferas poliméricas expandibles tengan un diámetro promedio de menor que o igual a aproximadamente 100 µp?.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que las microesferas poliméricas expandibles tengan un diámetro promedio de menor que o igual a aproximadamente 24 µp?.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que las microesferas poliméricas expandibles tengan un diámetro promedio de menor que o igual a aproximadamente 16 µ??.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que las microesferas poliméricas expandibles tengan un diámetro promedio de menor que o igual a aproximadamente 9 µp? La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que el polímero superabsorbente insoluble en agua comprenda por lo menos un polielectrolito reticulado. El por lo menos un polielectrolito reticulado puede ser por lo menos uno de poliacrílico reticulado, poliacrilamina reticulada, o copolímeros de acrilamida-ácido acrílico covalentemente reticulados.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que el polímero superabsorbente insoluble en agua comprenda partículas de polímero superabsorbente insoluble en agua, y en donde el tamaño promedio de las partículas de polímero superabsorbente insoluble en agua es de aproximadamente 5 µp? a aproximadamente 1, 000 µp?.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que el tamaño promedio de las partículas de polímero superabsorbente insoluble en agua sea de aproximadamente 5 µp? a aproximadamente 300 µp?.
La mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes pueden incluir adicionalmente que la cantidad del microesferas poliméricas expandibles, no expandidas incluidas en la mezcla sea de aproximadamente 10 a aproximadamente 99.9 por ciento en peso, y la cantidad de superabsorbente insoluble en agua incluido en la mezcla sea de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua.
En una segunda modalidad, se proporciona un método para preparar una composición cementosa resistente al daño por congelación-descongelación y/o resistente al daño por incrustación que comprende formar una mezcla de un cemento hidráulico y una mezcla que comprende una suspensión acuosa de un polímero superabsorbente insoluble en agua y microesferas poliméricas expandidas. La mezcla puede comprender la mezcla de cualquiera de las primeras modalidades o subsecuentes planteadas en lo anterior.
El método de la segunda modalidad puede incluir además que la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 4 por ciento en volumen de microesferas poliméricas expandibles, expandidas, basado en el volumen total de la composición cementosa.
El método de cualquiera de las segundas modalidades subsecuentes puede incluir adicionalmente que la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 3 por ciento en volumen de microesferas poliméricas expandibles, basado en el volumen total de la composición cementosa.
El método de cualquiera de las segundas modalidades o subsecuentes puede incluir adicionalmente que la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.002 a aproximadamente 0.1 por ciento en volumen de polímero superabsorbente insoluble en agua, basado en el volumen total de la composición cementosa.
El método de cualquiera de las segundas modalidades o subsecuentes puede incluir adicionalmente que la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.008 a aproximadamente 0.08 por ciento en volumen polímero superabsorbente insoluble en agua, basado en el volumen total de la composición cementosa.
El método de cualquiera de las segundas modalidades o subsecuentes puede incluir adicionalmente que la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.002 a aproximadamente 0.06 por ciento en peso de microesferas poliméricas expandióles, expandidas, basado en el peso total de la composición cementosa.
El método de cualquiera de las segundas modalidades o subsecuentes puede incluir adicionalmente que la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.00002 a aproximadamente 0.02 por ciento en peso polímero superabsorbente insoluble en agua, basado en el peso total de la composición cementosa.

Claims (13)

NOVEDAD DE LA INVENCIÓN Habiendo descrito la presente invención, se considera como novedad, y por lo tanto se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes: REIVINDICACIONES
1. Una mezcla de resistencia al daño por congelación-descongelación y resistencia al daño por incrustación para una composición cementosa, caracterizada porque comprende una suspensión acuosa que comprende un polímero superabsorbente insoluble en agua y microesferas poliméricas expandibles.
2. La mezcla de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la relación de la cantidad de microesferas poliméricas expandibles a la cantidad del polímero superabsorbente insoluble en agua es de aproximadamente 100:1 a aproximadamente 3:1 en peso.
3. La mezcla de conformidad con la reivindicación 1 o reivindicación 2, caracterizada porque la relación de la cantidad de microesferas poliméricas expandibles a la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua es e aproximadamente 30:1 a aproximadamente 6:1 en peso.
4. La mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizada porque las microesferas poliméricas expandibles comprenden por lo menos uno de: (i) un polímero que es por lo menos uno de polietileno, polipropileno, polimetilmetacrilato, poli-o-cloroestireno, cloruro de polivinilo, cloruro de polivinilideno, poliacrilonitrilo, polimetacrilonitrilo, poliestireno, o copolímeros o mezclas de los mismos; o (ii) copolímeros de cloruro de vinilideno-acrilonitrilo, poliacrilonitrilo-copolimetacrilonitrilo, cloruro de polivinilideno-poliacrilonitrilo, o cloruro de vinilo-cloruro de vinilideno, o mezclas de los mismos.
5. La mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada porque las microesferas poliméricas expandibles, expandidas tienen un diámetro promedio de menor que o igual a aproximadamente 100 µp\, opcionalmente menor que o igual a aproximadamente 24 µp?, además opcionalmente menor que o igual a aproximadamente 16 pm, además opcionalmente menor que o igual a aproximadamente 9 µp\.
6. La mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada porque el polímero superabsorbente insoluble en agua comprende por lo menos un polielectrolito reticulado, opcionalmente en donde el por lo menos un polielectrolito reticulado es por lo menos uno de poliacrílico reticulado, poliacrilamida reticulada, o copolímeros de acrilamida/ácido acrílico covalentemente reticulados .
7. La mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada porque el polímero superabsorbente insoluble en agua comprende partículas de polímero superabsorbente insoluble en agua, y en donde el tamaño promedio de las partículas de polímero superabsorbente insoluble en agua es de aproximadamente 5 µp? a aproximadamente 1,000 pm, de manera opcional de aproximadamente 5 µp\ a aproximadamente 300 µp\.
8. La mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada porque la cantidad de microesferas poliméricas expandibles, expandidas incluidas en la mezcla es de aproximadamente 10 a aproximadamente 99.9 por ciento en peso, y la cantidad de polímero superabsorbente insoluble en agua incluido en la mezcla es de aproximadamente 0.1 a aproximadamente 30 por ciento en peso, basado en el peso total de los ingredientes de la mezcla diferente al agua .
9. Un método para preparar una composición cementosa resistente al daño por congelación-descongelación y/o resistente al daño por incrustación, caracterizado porque comprende formar una mezcla de un cemento hidráulico y la mezcla de conformidad con cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8.
10. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.2 a aproximadamente 4 por ciento en volumen de microesferas poliméricas expandióles, expandidas, basado en el volumen total de la composición cementosa, de manera opcional de aproximadamente 0.25 a aproximadamente 3 por ciento en volumen de microesferas poliméricas expandióles, basado en el volumen total de la composición cementosa.
11. El método de conformidad con la reivindicación 9 o reivindicación 10, caracterizado porque la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.002 a aproximadamente 0.1 por ciento en volumen polímero superabsorbente insoluble en agua, basado en el volumen total de la composición cementosa, de manera opcional de aproximadamente 0.008 a aproximadamente 0.08 por ciento en volumen polímero superabsorbente insoluble en agua, basado en el volumen total de la composición cementosa.
12. El método de conformidad con la reivindicación 9, caracterizado porque la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.002 a aproximadamente 0.06 por ciento en peso de microesferas poliméricas expandióles, expandidas, basado en el peso total de la composición cementosa .
13. El método de conformidad con la reivindicación 9 o reivindicación 12, caracterizado porque la composición cementosa resultante comprenda de aproximadamente 0.00002 a aproximadamente 0.02 por ciento en peso polímero superabsorbente insoluble en agua, basado en el peso total de la composición cementosa.
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