MXPA01010265A - Composiciones basadas en cemento mejoradas. - Google Patents

Abstract

En una modalidad, la presente invencion se refiere a una composicion basada en cemento que contiene por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva comprende metacaolin secado por aspersion. En otra modalidad, la presente invencion se refiere a una composicion basada en cemento que contiene por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva se caracteriza porque comprende cuentecillas aglomeradas de microparticulas, las cuentetillas aglomeradas tienen un diametro promedio de por lo menos aproximadamente 10 micras y las microparticulas tienen un diametro promedio de aproximadamente 10 micras o menos.

Description

COMPOSICIONES BASADAS EN CEMENTO MEJORADAS DESCRIPCIÓN DE IA INVENCIÓN La invención se refiere a composiciones basadas en cemento que contienen metacaolin novedosas . Se conoce el uso de metacaolin en cemento. Por ejemplo, la Patente Norteamericana 4,793,861 describe un producto basado en cemento que se refuerza con fibras de vidrio que tienen buena resistencia a los ambientes alcalinos. El producto contiene, por cada 100 partes por peso de cemento, aproximadamente 10 a 40 partes por peso de metacaolin, este último mostrando una reactivación a la prueba de Chapelle modificada mayor de 500 mg de CaO por gramo de metacaolin. La Patente Norteamericana 4,842,649 describe una composición mezclada de cemento hidráulico compuesta de cemento portland, escoria, puzolanas que incluyen metacaolin y mezclas que incluyen carbonato de potasio y composiciones reductoras de agua. La Patente Norteamericana 4,975,396 describe un proceso para producir composiciones cementosas reforzadas en las cuales los constituyentes siguientes se mezclan en la fase acuosa en el siguiente orden: aproximadamente 35-55 partes por peso de agua mezclada con aproximadamente 3-12 partes de polímero, por peso de polímero seco; hasta aproximadamente 5 partes de un agente auxiliar reductor de agua y/o un agente de licuefacción; de aproximadamente 15-30 partes de metacaolin; de aproximadamente 50-120 partes de arena silícea; y aproximadamente 100 partes de cemento. El mezclado continuo se mantiene hasta que se obtiene una pasta homogénea, tizotrópica. Después, se introducen en la pasta entre 2 y 15% en peso de las fibras de vidrio resistentes al ambiente alcalino, con relación al peso de la pasta. La Patente Norteamericana 4,994,114 describe un método para seleccionar una puzolana (por ejemplo metacaolin) para la incorporación en un material compuesto que comprende cemento y vidrio. La Patente Norteamericana 5,167,710 describe un proceso para hacer una mezcla de cementos que contiene fibras, en donde una pasta se forma al mezclar el cemento, y por 100 partes por peso del cemento, aproximadamente 5 a 20 partes por peso de un primer material pulverizado del cual los granos tienen un diámetro promedio de entre 1/5 y 1/10 del diámetro promedio de los granos del cemento y aproximadamente 20 a 35 partes por peso de agua. La pasta entonces se mezcla con fibras reforzadas. La pasta también puede incluir un segundo material pulverizado, del cual el promedio de diámetro de grano está entre 1/5 y 1/10 de diámetro promedio del primer material pulverizado. La Patente Norteamericana 5,372,640 describe productos con base de cemento reforzados con fibras de vidrio resistentes al ambiente alcalino que -se vuelven casi insensibles al envejecimiento cuando se agregan de 30 a 40 partes por peso de una composición de metacaolin para cada 100 partes de cemento. La Patente Norteamericana 5,624,489 describe un aditivo preventivo de conversión para las composiciones basadas en cemento con alto porcentaje de alúmina, el aditivo comprende : Polvo puzolánico siliceo, por ejemplo zeolita, escoria de alto horno granulada, cenizas volantes, cascara de arroz, metacaolín; sales inorgánicas que contienen cationes de sodio o potasio y aniones de sulfato, carbonato, nitrato, silicato, fosfato, cloruro o bromuro, y opcionalmente otras mezclas químicas, por ejemplo superplastificantes. La Patente Norteamericana 5,626,665 describe sistemas cementosos comprendidos de yeso, arcilla calcinada y clinker . Las puzolanas son materiales finamente divididos que pueden reaccionar con álcali para formar productos cementosos. El tamaño de partícula fina de las puzolanas, sin embargo, puede llevar a un incremento en la demanda de agua. En sistemas basados en cemento, la adición de agua extra puede reducir el rendimiento del sistema al reducir la resistencia e incremento de la permeabilidad a las estructuras basadas en cemento resultantes. La resistencia disminuida es indeseable por varias razones. Inicialmente, el retardo en los resultados de desarrollo de resistencia temprana en agrietamiento de superficie debido a la evaporación. En segundo lugar, los trabajos toman más tiempo debido a que el hormigón debe permanecer en su lugar sustancialmente más tiempo, y se demora el acabado. El tamaño de partícula fina de las puzolanas además puede conducir a la fluidez deficiente de los sistemas basados en cementos antes del fraguado. Por lo tanto, existe aún una necesidad de puzolanas mejoradas que tengan demanda de agua menor para producir una resistencia compresiva mayor mientras mantenga la actividad puzolánica en sistemas basados en cementos. Puesto que la actividad puzolánica, se asocia con el tamaño de partícula, un material que tiene tamaño de partícula más fino produce una reacción puzolánica más rápida. Como resultado, la mayoría de las puzolanas altamente reactivas son, en forma producida, polvos finos con baja densidad de volumen. Sin embargo, aún existe una necesidad de puzolanas que tengan fluidez mejorada como polvo seco con una alta densidad de volumen para reducir los costos de transporte y almacenaje. La invención se refiere a composiciones basadas en cemento que contienen una puzolana altamente reactiva basada en metacaolín. Las composiciones basadas en cemento tienen demanda de agua menor y fluidez deseable en forma seca comparada con las composiciones basadas en cemento convencionales. Las estructuras resultantes o compuestos hechos de las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención tienen resistencia compresiva elevada comparada con las estructuras hechas de composiciones basadas en cemento hechas con puzolanas convencionales. En una modalidad, la presente invención se refiere a una composición basada en cemento que contiene por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva comprende metacaolín secado por aspersión. En otra modalidad, la presente invención se refiere a una composición basada en cemento que contiene por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva se caracteriza como comprendida de cuentecillas aglomeradas de micropartículas, las cuentecillas aglomeradas tienen un diámetro promedio de al menos aproximadamente 10 mieras y las micropartículas tienen un diámetro promedio de aproximadamente 5 mieras o menos. En aún otra modalidad, la presente invención se refiere a una composición basada en cemento que contiene por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva comprende un metacaolín aglomerado y un dispersivo.

Las composiciones basadas en cemento de est invención se pretenden para el uso en aplicaciones basadas e cemento tales como argamasas para piscina, lechadas, mortero y hormigón. Las composiciones de la presente invenció contienen por lo menos un material cementoso, por lo meno una puzolana altamente reactiva y opcionalmente por lo meno un dispersivo. La composición basada en cemento es toda l mezcla seca combinada de la composición cementosa y lo materiales de puzolana altamente reactiva que reaccionan co agua para formar el ligante en el hormigón u otro material El hormigón es un material de construcción comprendido de l composición basada en cemento, agua, mezclas opcionales áridos . Los materiales cementosos incluyen esos materiale típicamente requeridos para hacer cemento. Generalment ablando, los materiales cementosos son materiale aglomerantes que endurecen para formar un medio de unió entre los sólidos. Los materiales cementosos incluye cementos, que son cualquier mezcla de cal finamente molida alúmina y sílice que fraguará a un producto duro que combin con otros ingredientes para formar un hidrato tal com cemento portland, cementos hidráulicos, cemento mezclado cemento de manipostería, mortero y áridos relacionados mezclas y/o aditivos incluyendo cal hidratada, piedra caliza yeso, corteza calcárea, talco, escoria o arcilla.

El cemento portland ordinario es un cemento hidráulico producido al pulverizar clinker de cemento portland. Los cementos portland se clasifican bajo normas ASTM © 150-95 en ocho tipos, incluyendo: Tipo I para uso en construcción de hormigón general, donde las propiedades especiales especificadas para los Tipos II, III, IV, y V no se requieren; Tipo II para el uso en construcción de hormigón general expuesta a la acción de sulfato moderada, o donde se requiere el calor moderado de la hidratación; Tipo III para el uso cuando se requiere alta resistencia temprana; Tipo IV para el uso cuando se requiere bajo calor de hidratación; Tipo V para el uso cuando se requiere alta resistencia de sulfato; y Tipos IA, IIA, y IIIA, que son los mismos que los Tipos I, II, y III, respectivamente, excepto que tienen un agente oclusor de aire adicionado. El "cemento portland ordinario" en el contexto de esta invención incluye los Tipos (I-V y IA-IIIA) de cemento portland como se hace referencia en ASTM C 150-95. En una modalidad, las composiciones basadas en cemento de la presente invención contienen de aproximadamente 50% a aproximadamente 99.5% en peso de un material cementoso. En otra modalidad, las composiciones basadas en cemento de la presente invención contienen de aproximadamente 75% a aproximadamente 99% en peso de un material cementoso. Las composiciones basadas en cemento contienen por lo menos una puzolana altamente reactiva. Las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención tienen por lo menos una demanda de agua menor, resistencia compresiva mayor, y fluidez elevada comparada con las composiciones basadas en cemento que no contienen una puzolana altamente reactiva. En una modalidad, las composiciones basadas en cemento de la presente invención contienen de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 50% en peso de una puzolana altamente reactiva. En otra modalidad, las composiciones basadas en cemento de la presente invención contienen de aproximadamente 1% a aproximadamente 25% en peso de una puzolana altamente reactiva. En aún otra modalidad, las composiciones basadas en cemento de la presente invención contienen de aproximadamente 2% a aproximadamente 20% en peso de una puzolana altamente reactiva. La puzolana altamente reactiva es altamente reactiva en que los compuestos que tienen resistencias compresivas elevadas se obtienen como resultado de la presente invención. Es decir, los componentes de las composiciones basadas en cemento de la presente invención que contienen la puzolana altamente reactiva reaccionan y fraguan de tal forma que los compuestos que tienen resistencias compresivas elevadas se obtienen comparados con las composiciones basadas en cemento que no contienen la puzolana altamente reactiva como se describe en la presente. Aunque la puzolana altamente reactiva posee poco o ningún valor cementoso, en presencia de humedad, típicamente reacciona con hidróxido de calcio a temperaturas ordinarias para formar los compuestos que poseen las propiedades cementosas. La puzolana altamente reactiva se constituye por cuentecillas aglomeradas de micropartículas. En una modalidad, las cuentecillas aglomeradas tienen un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 10 mieras a aproximadamente 100 mieras (por encima de aproximadamente 10 mieras) . En otra modalidad, las cuentecillas aglomeradas tienen un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 15 mieras a aproximadamente 50 mieras (por encima de aproximadamente 15 mieras) . En aún otra modalidad, las cuentecillas aglomeradas tienen un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 20 mieras a aproximadamente 40 mieras (por encima de aproximadamente 20 mieras) . En una modalidad, las partículas tienen un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 0.1 mieras a aproximadamente 5 mieras (alrededor de 15 mieras o menos) . En aún otra modalidad, las micropartículas tienen un tamaño de partícula promedio de aproximadamente 0.2 mieras a aproximadamente 2 mieras (aproximadamente 2 mieras o menos) . En aún otra modalidad, las micropartículas tienen un tamaño de partícula promedio dé aproximadamente 0.25 mieras a aproximadamente 0.75 mieras (alrededor de 0.35 mieras o menos) . En una modalidad preferida, la distribución de tamaño de partícula de las micropartículas es aproximadamente 95% de las micropartículas que son de aproximadamente 0.2 mieras a aproximadamente 5 mieras . En otra modalidad preferida, la distribución de tamaño de partícula de las cuentecillas aglomeradas es aproximadamente 95% de las cuentecillas aglomeradas que son de aproximadamente 15 mieras a aproximadamente 30 mieras. En otra modalidad, las cuentecillas aglomeradas de las partículas de metacaolín tienen un diámetro de partícula promedio de al menos 5 veces de aquel de las micropartículas de metacaolín constituyentes. Las micropartículas más pequeñas de aproximadamente 0.1 mieras no afectan negativamente en forma típica al rendimiento de las cuentecillas aglomeradas, pero las micropartículas más grandes de aproximadamente 10 mieras deben disminuirse ya que pueden reducir la integridad física de las cuentecillas aglomeradas de esta invención. Existe un número de métodos y dispositivos para medir los tamaños de partícula en este rango. Para los propósitos de esta invención, el tamaño de partícula se determina por las técnicas de sedimentación convencionales utilizando un analizador de tamaño de partícula SEDIGRAPH® 5100 de Micromeretics Inc.- Las partículas se vuelven lechadas en agua con un dispersivo y bombeadas a través del detector con agitación para dispersar las pérdidas de aglomerados. Las puzolanas altamente reactivas adecuadas para el uso en la presente invención pueden prepararse mediante un proceso que comprende aglomerar una lechada líquida que comprende por lo menos un metacaolín. En una modalidad preferida, el metacaolín combinado con agua tiene un tamaño de partícula de aproximadamente 0.1 mieras a aproximadamente 5 mieras . Las distribuciones del tamaño de partícula deseadas del metacaolín pueden obtenerse al moler o pulverizar las partículas más grandes de metacaolín y/o a través de tamizado, centrifugación, clasificación de aire u otro medio de separación para remover las partículas más grandes de aproximadamente 10 mieras. El metacaolín es conocido por aquellos expertos en la técnica y puede prepararse al calcinar caolín hidratado, que se representa generalmente por la fórmula Al2?3»2H20»2H20, donde el agua está presente como agua intersticial. El metacaolín de esta invención se hace típicamente por la calcinación a temperaturas de aproximadamente 350 °C a aproximadamente 1000 °C, de mayor preferencia de aproximadamente 500° a 900 °C. Los términos "metacaolín" y "metacaolínita" se utilizan en la presente para dar a entender un producto activado de caolinita, producido térmicamente o por cualquier otro medio. La fórmula abreviada para metacaolín puede escribirse utilizando los símbolos A y S estándares (A=A120 y S=Si02) como AS2. En una modalidad, el metacaolín se combina con un líquido para formar una lechada. El líquido típicamente es agua pero también puede incluir líquidos orgánicos y mezclas líquidas de agua y orgánicos. Opcionalmente, una cantidad efectiva de por lo menos un dispersivo se incluye en la lechada para facilitar la dispersión del metacaolín. Estos dispersivos pueden preformarse y adicionarse a la lechada o formarse dentro de la lechada. La lechada típicamente es neutral, por ejemplo teniendo un pH de aproximadamente 6 a aproximadamente 8, y preferiblemente alrededor de 0.5 a aproximadamente 7.5. El pH de la lechada puede ajustarse, si es necesario, por la adición de un ácido o base para que el pH final de la lechada sea aproximadamente neutral. La formación de la lechada típicamente se conduce a temperatura ambiente y a presión atmosférica. Las temperaturas más altas o más bajas y las presiones pueden utilizarse pero no son necesarias. Los dispersivos adecuados para el uso en la presente invención incluyen dispersivos orgánicos y dispersivos inorgánicos. Los dispersivos generalmente incluyen dispersivos con base de amonio y dispersivos con base de fosfato. Los dispersivos además incluyen dispersivos de sulfonato, dispersivos ' de ácido carboxílico y dispersivos poliméricos, tales como dispersivos de poliacrilato.

En una modalidad, de aproximadamente 0.1% a aproximadamente 20% en peso del metacaolín de uno o más dispersivos se añade a la lechada. En otra modalidad, de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 10% en peso del metacaolín de 1 ó más dispersivos se añade a la lechada. En aún otra modalidad, de aproximadamente 1% a aproximadamente 8% en peso del metacaolín de 1 o más dispersivos se añade a la lechada. Los dispersivos con base de fosfato inorgánicos incluyen fosfato de diamonio, fosfato dipotásico, fosfato disódico, fosfato de monoamonio, fosfato de monopotasio, fosfato de monosodio, tripolifosfato de potasio, pirofosfato ácido de sodio, hexametafosfato de sodio, tripolifosfato de sodio, pirofosfato de tetrapotasio, pirofosfato de tetrasodio, fosfato de tripotasio, fosfato de trisodio, fosfato urea y mezclas de los mismos. Los dispersivos de sulfonato incluyen sulfonatos de naftaleno, sulfonatos de alquilnaftaleno, sulfonatos de alquilfenol etoxilados, sulfonatos de petróleo, sulfonatos de ácido graso, lignosulfonatos, sulfonatos de olefina, sulfonatos de amina y sulfonatos de alquilarilo. Ejemplos específicos incluyen aquellos bajo la designación comercial Morwet® disponibles de Witco Corp., aquellos bajo la designación comercial Sellogen disponibles de Henkel Corp., y aquellos bajo la designación comercial Emkapon disponibles de Emkay Chemical Co. Los ácidos carboxílicos incluyen típicamente ácido orgánicos y sus sales correspondientes que contienen d aproximadamente 6 a aproximadamente 25 átomos de carbono. E otra modalidad, los ácidos carboxílicos incluyen típicament ácidos orgánicos y sus sales correspondientes que contiene de aproximadamente 8 a aproximadamente 20 átomos de carbono. Los poliacrilatos incluyen ácido poliacrílico sales de copolímeros acrílicos, copolímeros de ácido acrílic (por ejemplo con ácido maleico) , y poliacrilatos de amonio metal álcali y sales de policarboxilato. Ejemplos específico incluyen aquellos bajo las designaciones comerciales Acumer y Acusol disponibles de Rohm & Haas Co., aquellos bajo l designación comercial Colloid disponibles de Rhone-Poulen Corp., y aquellos bajo la designación comercial Mayospers disponibles de Mayo Chemical. En una modalidad, las composiciones basadas e cemento y/o la composición de puzolana también contienen po lo menos uno de los reductores de agua y superplastificantes Una cantidad menor de un agente de floculación también pued incorporarse en la mezcla para facilitar l dispersión/suspención de las partículas en el medio líquido Además, materiales diferentes a metacaolín puede incorporarse en la mezcla. Por ejemplo, una cantidad menor d sorbentes especiales solubles en agua o dispersables en agu (por ejemplo, sílices, alúminas u otras arcillas) para absorber selectivamente azufre, jabones, compuestos fosforosos u otros compuestos dañinos pueden incorporarse en la mezcla y terminar en las cuentecillas aglomeradas. Materiales aditivos adicionales incluyen yeso, sales álcali, polvo hidratado al horno, cal hidratada, cenizas volantes, agentes plastificantes, etc. En una modalidad, las composiciones basadas en cemento y/o las puzolanas altamente reactivas contienen un ligante tal como carboximetilcelulosa, alcohol polivinílico y/o polivinilpirrolidona. En otra modalidad, las composiciones basadas en cemento y/o las puzolanas altamente reactivas no contienen un ligante tal como carboximetilcelulosa, alcohol polivinílico y/o polivinilpirrolidona. En una modalidad preferida, la composición de puzolana altamente reactiva no contiene un ligante tal como carboximetilcelulosa, alcohol polivinílico y polivinilpirrolidona . En otra modalidad, las composiciones basadas en cemento y/o las puzolanas altamente reactivas contienen una cantidad menor de por lo menos un material ligante, preferiblemente un ligante dispersable en agua. Como se utiliza en la presente, un ligante "dispersable en agua" dará a entender que bajo condiciones de proceso típicas el ligante es soluble en agua u otro medio líquido o se dispersa lo suficiente o se suspende en el mismo. Los ligantes adecuados para el uso del contexto de la presente invención incluyen alginatos, dextrina, glucosa, gomas, almidón, ceras, pegamentos; compuestos poliméricos, tales como poli (vinilacetato) ; ácidos minerales tales como el ácido sulfúrico y ácido fosfórico; fosfatos tales como el fosfato de amonio; compuestos de sílice tales como silicatos alcalinos e hidrosol de sílice; y arcillas coloidales tales como atapulgita. Estos materiales ligantes se presentan típicamente en una cantidad de hasta aproximadamente 10% en peso de la puzolana altamente reactiva en una base libre de humedad, preferiblemente alrededor de 1% a aproximadamente 5% en peso. Típicamente, el compuesto polimérico, se presenta como el único ligante, está presente en una cantidad de hasta 3% en peso de la puzolana altamente reactiva en una base libre de humedad y la arcilla coloidal, si está presente como el único ligante, está presente en una cantidad de aproximadamente 5% en peso de la puzolana altamente reactiva en una base libre de humedad (como se utiliza en la presente en este contexto, quiere decir el peso logrado después de calentar a un peso constante de aproximadamente 121.1°C (250°F) ) . La aglomeración del metacaolín; que es la formación de las cuentecillas aglomeradas puede llevarse a cabo al secar por aspersión la lechada, al secar instantáneamente la lechada, secar giratoriamente, mezclar la lechada u otras técnicas de conglomeración. Las técnicas de secado instantáneo se conocen en la industria de la arcilla. Las técnicas de secar por aspersión se conocen en la industria de la arcilla. Como referencia, consulte, por ejemplo, "Atomatization and Spray Drying" por W.R. Marshall (Chemical Engineering Monograph Series, No. 2, Vol. 50 (1954)), que se incorpora en la presente para referencia por sus enseñanzas en este respecto. Al secar por aspersión la mezcla de metacaolín, aditivos líquidos y opcionales (preferiblemente agua) o ingredientes se ajustan, si es necesario por la adición de líquidos para que la lechada de metacaolín se pueda bombear y se pueda esparcir. En una modalidad, la concentración de metacaolín en la lecha es al menos 40% en peso de la lechada. En otra modalidad, la concentración de metacaolín en la lechada es al menos 50% en peso de la lechada. En aún otra modalidad, la concentración de metacaolín en la lechada es al menos 30% en peso de la lechada. Se observa que debido a las consideraciones reológicas, las partículas interactivas más pequeñas tienden a hacer una mezcla viscosa, así que las propiedades de transporte dependen del tamaño de las partículas así como de su concentración. La mezcla o lechada entonces se rocía en una atmósfera de gases inertes, calientes (para este producto) .

Los secadores por aspersión de varios diseños pueden utilizarse. Estos secadores pueden ser del tipo de flujo mezclado concurrente, contracorriente. Las toberas, discos o similares pueden utilizarse para dispersar la lechada en gotitas. La temperatura de la entrada y salida de aire de secador por aspersión dependerá, desde luego del diseño del secador. La temperatura interna actual de las cuentecillas aglomeradas en la cámara de secado debe estar debajo de los filtros 107.22°C (25°F), por ejemplo de aproximadamente 82.22°C (180°F) a 93.33°C (200°F) . A estas temperaturas, existe muy poco o ningún cambio en las estructuras de cristales de la arcilla (el agua libre se elimina pero el agua intersticial no se elimina) . Las gotitas de este modo se vuelven cuentecillas aglomeradas porosas de metacaolín y se recolectan corriente abajo de la cámara secadora, mediante los métodos usuales. Utilizando un secador concurrente, la temperatura de entrada de aire y la velocidad de alimentación de la lechada de arcilla se ajustan para producir una temperatura de salida de aire dentro del rango de aproximadamente 121.11°C (250°F) a 148.88°C (300°F) . En otra modalidad, la mezcla de metacaolín, líquido (preferiblemente agua) e ingredientes opcionales pueden aglomerarse en un mezclador mecánico. La mezcla típicamente implica utilizar un mezclador de alta cizalla. Un tipo preferido de mezclador emplea clavijas o alabes montadas radialmente en un eje giratorio, de manera que la punta de l clavija o alabe, que viaja a alta velocidad provoca que la partículas sólidas, el ligante y el agua choquen contra hagan contacto entre sí de tal forma que formen u aglomerado. A tiempo, las partículas normalmente seca tienden a hacerse más largas o más grandes. Este fenómeno s mejora por las puntas de los alabes o clavijas que están mu cerca de una pared estacionaria o a un objeto sólido (po ejemplo, otro alabe o clavija) moviéndose a una velocida relativamente diferente. Los vórtices establecidos por est movimiento de cizalla tienden a mejorar la forma esférica d los cuentecillas de crecimiento. Otros procesos de contacto mecánico intensivo d menos energía se conocen por aquellos expertos en la técnica incluyendo el uso de granuladores de tambor o de disco granuladores de cuentecilla fluidizada efervescente, granuladores de tambor, rotatorios, vibratorios o giratorios Para las descripciones de estos procesos, véase, por ejemplo Sherrington, P.J., Granulation, Heyden & Son, Ltd., (1981) que se incorpora en la presente para referencia por s enseñanza en este respecto. Estos y dispositivos similare puede utilizarse para producir granulos, aunque no todos so óptimos para fabricar la presente invención. La presente invención proporciona cuentecilla aglomeradas fuertes, porosas de metacaolín en el rango d tamaño de partícula relativamente pequeña de aproximadamente 10 a aproximadamente 100 mieras. La "resistencia" puede definirse por cualquier número de pruebas de frotación. Por ejemplo, agitar el producto en aceite y después medir el tamaño de partícula o la velocidad de filtro dará una medición relativamente de resistencia. Alternativamente, si el producto se transporta neumáticamente en el circuito durante un periodo de tiempo, esto puede separar partículas fuertes de las formulaciones más débiles. Las cuentecillas aglomeradas contienen de aproximadamente 70% a aproximadamente 100% en peso de micropartículas de metacaolín y de aproximadamente 0% a aproximadamente 30% de uno o más dispersivos y aditivos. En otra modalidad, las cuentecillas aglomeradas contienen de aproximadamente 80% a aproximadamente 99% en peso de micropartículas de metacaolín y de aproximadamente 1% a aproximadamente 20% de uno o más dispersivos y aditivos. En aún otra modalidad, las cuentecillas aglomeradas contienen de aproximadamente 90% a aproximadamente 98% en peso de micropartículas de metacaolín y de aproximadamente 2% a aproximadamente 10% de uno o más dispersivos y aditivos. Las cuentecillas aglomeradas se combinan con el material cementoso para formar una composición basada en cemento. La pasta de cemento se hace al añadir agua a la composición basada en cemento. La argamasa para piscinas, lechadas, hormigón y mortero se hacen al combinar agua, la composición basada en cemento y cualquier árido deseado, mezclas o aditivos. En los sistemas de cemento de la técnica anterior, las arcillas calcinadas convencionales de un tamaño de partícula suficientemente fino provoca un aumento en la demanda de agua sobre la demanda del cemento portland ordinario. La demanda de agua incrementada se correlaciona directamente a las disminuciones dramáticas en las resistencias casi compresivas tempranas de los sistemas cementosos de la técnica anterior que contienen arcillas calcinas convencionales con respecto al cemento portland ordinario. El incremento aparente en la demanda del agua puede contrarrestarse por las mezclas químicas llamadas reductores de agua o superplastificantes (reductores de agua de alto rango) . Para morteros, la demanda de agua puede correlacionarse a la docilidad, utilizando un aparato de tabla de flujo como se describe en ASTM C230-90. El flujo se mide de acuerdo con el procedimiento en la sección 10 de ASTM C109/109M. El número que sigue del número de método de prueba de ASTM indica que es el método de prueba de ASTM en efecto durante ese año específico, tal como 1995 en el caso donde en el 95 sigue el método de ASTM. El ASTM C 109/Í09M-95 cuantifica la fluidez y la resistencia comprensiva de los morteros de cemento hidráulico. La resistencia compresiva es la resistencia máxima medidas de un espécimen a la carga compresiva axial normalmente expresada como fuerza por unidad de área de corte transversal. Aunque los métodos de prueba de ASTM se establecen específicamente, aquellos expertos en la técnica pueden estar conscientes de los métodos alternativos que pueden utilizarse para probar las cualidades o resultados anotados. La única diferencia es, los resultados o cualidades pueden reportarse en una forma diferente en donde un sistema de conversión puede utilizarse para dar los resultados comparables. Consecuentemente, la invención no puede limitarse por los métodos de prueba anotados y los resultados de la misma, sino solamente en lugar a las reivindicaciones como se establecen a continuación tomando en cuenta los métodos de prueba equivalentes y resultados. Ejemplos de esta invención se incluyen a continuación. Desde luego, los ejemplos no se pretenden como limitantes a esta invención como modificación de los ejemplos, mediante el expediente ordinario será fácilmente aparente para aquellos con experiencia en la técnica. A menos que se indique lo contrario, en los siguientes ejemplos y en algún lugar en la especificación y reivindicaciones, todas las partes y porcentajes son en peso, las temperaturas están en grados centígrados, las presiones están en o cerca de la atmosférica.

Se hacen y se comparan dos composiciones de mortero, una composición de acuerdo con la presente invención y la otra composición no de acuerdo con la presente invención. En la primera composición (de acuerdo con la presente invención) una composición basada en cemento de 93% en peso del cemento de mortero y 7% en peso de metacaolín secado por aspersión en la forma de cuentecillas aglomeradas se combinan con agua con una relación de cemento a agua de 0.48. En la segunda composición (no de acuerdo con la presente invención) , una composición basada en cemento de 93% en peso del cemento de mortero y 7% en peso del metacaolín convencional se combina con agua con una relación de agua a cemento de 0.48. Primero, se examina la fluidez. Los resultados indican que la demanda de agua es menor al compuesto hecho de acuerdo con la invención. Para poder obtener la misma fluidez o docilidad, 1.2% en peso de una mezcla de químico superplastificante se añade a la primera composición mientras 3.2% en peso de la misma mezcla química de superplastificante se añade a la segunda composición (se agrega más mezcla química de superplastificante a la segunda composición para que la segunda composición tenga la misma fluidez como la segunda composición) . Esto indica una reducción en la demanda de agua de la primera composición que contiene metacaolín secado por aspersión.

En segundo lugar, la resistencia compresiva con el tiempo se examina. Cada composición de mortero se forma en un cubo de dos pulgadas y la resistencia compresiva se prueba. Las resistencias compresivas reportadas representan el promedio de prueba de los dos cubos (para composición en cada tiempo de prueba) . Cuando no está bajo prueba, los cubos de mortero se almacenan en agua salobre. Los resultados se reportan en la Tabla 1. TABLA 1 Resistencia Compresiva (psi) Tiempo de prueba (días) Invención Metacaolín Convencional 1 3,310 1,630 7 7,350 5,820 28 8,910 6,630 En una modalidad, la cantidad de agua combinada con las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es aproximadamente 5% menor que la requerida para obtener la misma fluidez comparada con las composiciones basadas en cemento convencionales tales como aquellas hechas con puzolanas convencionales incluyendo metacaolín convencional (diferente del agua, las cantidades de estos componentes, tales como los aditivos opcionales, son los mismos) . En otra modalidad, la cantidad de agua combinada con las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es aproximadamente 10% menor que la requerida para obtener la misma fluidez comparada con las composiciones de cemento basadas en cemento convencionales tales como aquellas hechas con puzolanas convencionales incluyendo metacaolín convencional (diferente del agua, las cantidades de otros componentes, tales como aditivos opcionales son los mismos) . En aún otra modalidad, la cantidad de agua combinada con las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es aproximadamente 20% menor que la requerida para obtener la misma fluidez comparada con las composiciones basadas en cemento convencionales tales como aquellas hechas con puzolanas convencionales incluyendo metacaolín convencional (diferente del agua, las cantidades de otros componentes, tales como aditivos opcionales, son los mismos) . Esto es una mejora notable ya que una demanda de agua menor se asocia con un incremento en densidad y un incremento en resistencia. Las composiciones basadas en cemento convencionales (aquellas hechas con puzolanas convencionales incluyendo metacaolín convencional) tienen una densidad de volumen inconsistente de 15 lbs/p3 y una densidad de volumen consolidada de 28 lbs/p3. En una modalidad, la densidad de volumen inconsistente de las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es al menos aproximadamente 25 lbs/p3" (de acuerdo con ASTM D716-86) . En otra modalidad, la densidad de volumen inconsistente de las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es al menos aproximadamente 33 lbs/p3 (de acuerdo con AST; D716-86) . En una modalidad, la densidad de volumen consolidada de las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es al menos aproximadamente 35 lbs/p3. En otra modalidad, la densidad de volumen consolidada de las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es al menos aproximadamente 40 lbs/p3. En aún otra modalidad, la densidad de volumen consolidada de las composiciones basadas en cemento de acuerdo con la presente invención es al menos 415 lbs/p3. Las composiciones de mortero hechas de acuerdo con la presente invención no sólo muestran docilidad superior, sino también resistencia compresiva superior. Es difícil mejorar simultáneamente tanto la docilidad como la resistencia compresiva, aún la presente invención proporciona composiciones basadas en cemento que muestran tanto docilidad mejorada como resistencia compresiva. La presente invención también proporciona composiciones basadas en cemento que tienen densidades de volumen relativamente elevadas (inconsistentes y/o consolidadas) . Mientras la invención se ha explicado con relación a sus modalidades preferidas, se entenderá que varias modificaciones de la misma se volverán aparentes para aquellos expertos en la técnica al leer la especificación. Por lo tanto, se entenderá que la invención descrita en la presente se pretende para cubrir tales modificaciones a medida que caigan dentro del alcance de las reivindicaciones anexas.

Claims (22)

1. REIVINDICACIONES 1. Una composición basada en cemento caracterizada porque comprende por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva comprende metacaolín secado por aspersión.
2. 2. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el metacaolín secado por aspersión se hace al tratar por calor caolín hidratado, combinar el caolín hidratado tratado con calor con agua formando una lechada de metacaolín, y secar por aspersión el metacaolín para formar el metacaolín secado por aspersión.
3. 3. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 2, caracterizada porque la lechada comprende por lo menos 40% en peso de metacaolín.
4. 4. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la puzolana altamente reactiva además comprende un dispersivo.
5. 5. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 4, caracterizada porque el dispersivo comprende por lo menos uno de un dispersivo basado en amonio, un dispersivo basado en fosfato, un dispersivo de sulfonato, un dispersivo de ácido carboxílico y un dispersivo polimérico.
6. 6. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque la puzolana altamente reactiva está en la forma de cuentecillas aglomeradas que comprenden micropartículas de metacaolín.
7. 7. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende de aproximadamente 50% a aproximadamente 99.5% del material cementoso y de aproximadamente 0.5% a aproximadamente 50% de la puzolana altamente reactiva.
8. 8. Una composición basada en cemento que comprende por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva se caracteriza porque comprende cuentecillas aglomeradas de micropartículas, las cuentecillas aglomeradas tienen un diámetro promedio de al menos aproximadamente 10 mieras y las micropartículas tienen un diámetro promedio de aproximadamente 5 mieras o menos .
9. 9. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque las micropartículas tienen un diámetro promedio de aproximadamente 0.75 mieras o menos.
10. 10. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque las cuentecillas aglomeradas tienen un diámetro promedio de por lo menos aproximadamente 20 mieras.
11. 11. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque las cuentecillas aglomeradas tienen un diámetro promedio de por lo menos aproximadamente 15 mieras.
12. 12. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 8, caracterizada porque la puzolana altamente reactiva comprende metacaolín aglomerado.
13. 13. Una composición basada en cemento caracterizada porque comprende por lo menos un material cementoso y por lo menos una puzolana altamente reactiva, en donde la puzolana altamente reactiva comprende un metacaolín aglomerado y un dispersivo.
14. 14. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el metacaolín aglomerado comprende metacaolín secado por aspersión.
15. 15. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el metacaolín aglomerado comprende un metacaolín mezclado con alta cizalla.
16. 16. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el dispersivo comprende por lo menos uno de un dispersivo basado en amonio, un dispersivo basado en fosfato, un dispersivo de sulfonato, un dispersivo de ácido carboxílico y un dispersivo polimérico.
17. 17. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el dispersivo comprende un dispersivo de poliacrilato.
18. 18. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque la puzolana altamente reactiva comprende de aproximadamente 0-1% a aproximadamente 20% en peso de dispersivo.
19. 19. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque el material cementoso comprende cemento portland.
20. 20. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque de aproximadamente 50% a aproximadamente 99% en peso del material cementoso y de aproximadamente 1% a aproximadamente 50% en peso de la puzolana altamente reactiva, la puzolana altamente reactiva comprende de aproximadamente 80% a aproximadamente 99% del metacaolín aglomerado y de aproximadamente 1% a aproximadamente 20% del dispersivo.
21. 21. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque tiene una densidad de volumen inconsistente de al menos 30 lbs/p3.
22. 22. La composición basada en cemento de conformidad con la reivindicación 13, caracterizada porque tiene una densidad de volumen consolidada de por lo menos aproximadamente 40 lbs/p3.