MXPA04011979A

MXPA04011979A - Cemento impermeable y composicion sinergica empleada para la obetncion de alta impermeabilidad.

Info

Publication number: MXPA04011979A
Application number: MXPA04011979A
Authority: MX
Inventors: Homero Ramirez Tobias
Original assignee: Cemex Trademarks Worldwide Ltd
Priority date: 2004-11-30
Filing date: 2004-11-30
Publication date: 2007-11-21
Also published as: CA2587942A1; GT200500324A; PA8652201A1; AR056257A1; EP1841710A1; BRPI0517125A; US20080271643A1; WO2006059207A1

Abstract

La invencion presente describe un cemente Portland impermeable que comprende clinker de cemento, yeso, adiciones; y una cantidad sinergicamente efectiva de una composicion de agentes repelentes y reductores de agua en que se incorpora durante el proceso de fabricacion de dicho cemento, en donde la reduccion de la absorcion de agua es de al menos 80%. La invencion presente esta relacionada ademas con un metodo para fabricar un cemento Portland impermeable. Se describe ademas una composicion sinergica para impartir una alta impermeabilizacion a productos elaborados con mortero o concreto.

Description

CEMENTO IMPERMEABLE Y COMPOSICIÓN SINERGICA EMPLEADA PARA LA OBTENCIÓN DE ALTA IMPERMEABILIDAD CAMPO DE LA INVENCIÓN La invención presente se relaciona generalmente con composiciones de cemento, y de manera más específica se relaciona con un cemento impermeable y una composición sinérgíca que confiere características de alta impermeabilidad. La invención presente se relaciona también al método para fabricar dicho cemento impermeable.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN El consumidor generalmente desea un cemento que exhiba buenas propiedades de resistencia temprana, fraguado rápido, buena adherencia, manejabilidad o trabajabilidad y textura fina. En la actualidad, una propiedad altamente deseable por el consumidor y la industria de la construcción radica en que el cemento, además de exhibir las propiedades anteriores, sea impermeable. Se han desarrollado un número de compuestos y métodos enfocados a reducir la absorción de agua en composiciones y productos hechos a base de cemento que pueden clasificarse de manera general en: i) aditivos repelentes de agua que crean un efecto de bloqueo hidrofóbico que modifica la tensión superficial y el efecto de mojado de la superficie de concreto; ii) materiales finamente divididos que crean un bloqueo físico por relleno de poros; iii) reactivos químicos sólidos finamente divididos que disminuyen la porosidad a través de la densificación de las mezclas de mortero y/o concreto, y eventualmente llegan a reaccionar con los compuestos de hidratación del cemento; iv) aditivos reductores de agua los cuales disminuyen la porosidad por medio de una reducción de la cantidad de agua necesaria para la mezcla de concreto; v) uso de compuestos poliméricos que forman una capa interior plástica impermeable al agua; y vi) composiciones o agentes que forman películas de recubrimiento sobre la superficie del concreto. Ejemplos de los aditivos para concreto/ mortero y métodos para reducir la absorción de agua en composiciones y productos a base de cemento que está dentro del estado de la técnica se describen abajo. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,762,867 titulada "Mortero de cemento y concreto con una absorción reducida de agua" concedida el 9 de agosto de 1988 a Polyrand AB, divulga un aditivo sellador para materiales porosos tales como concreto y mortero, hecho a base de polímeros el cual se mezcla al cemento, agua y agregados, durante la preparación de la mezcla de concreto o mortero. La inclusión de este aditivo sellador en la mezcla de concreto o mortero da como resultado elementos de menor absorción de agua, aunque su uso causa problemas con la resistencia tardía del concreto, especialmente en ambientes fríos y húmedos, y en aplicaciones marinas. Las partículas poliméricas en el aditivo sellador contienen un componente hidrofóbico, en donde las pequeñas partículas de polímeros hidrofóbicos se acumulan en las paredes de capilaridades y poros para estabilizar los sistemas de capilaridad y porosidad, finalmente disminuyendo la absorción de agua. La patente de los Estados Unidos de América No. 6,652,643 titulada "Composición y proceso para mejorar la resistencia a la penetración de agua de productos cementantes y productos cementantes hechos con la misma" concedida el 25 de noviembre de 2003 a Great Brarrier Technologies, Inc., describe una emulsión acuosa de brea o substancia cerosa que se agrega a productos cementantes (cemento) y agregados, como substituto de agua o como el ingrediente acuoso al momento de preparar la mezcla de concreto/ mortero, para mejorar la resistencia a la penetración del agua de productos como el concreto, mortero, pavimentos, prefabricados, etc. Preferiblemente, dicha composición comprende un tensioactivo para estabilizar la emulsión acuosa. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,878,948 describe una composición cementante integrada por cemento, agregados, agua, un polímero soluble en agua y un éster de polietilen glicol de un ácido graso que actúa como un aditivo resistente al agua. La patente de los Estados Unidos de América No. 6,800,679 titulada "Repelente durable al agua y artículos recubiertos" se relaciona con una composición que forma una película de recubrimiento para concreto, madera, tela (y en general cualquier superficie porosa) basado en un repelente que contenga grupo perfluoroalquilo y una •resina que contenga fluoruro, que proporciona características de impermeabilidad duradera. La patente de los Estados Unidos de América No. 5,069,822 titulada "Recubrimiento protector para concreto reforzado" está relacionada con una composición líquida de polímeros elastoméricos que forma una membrana protectora con un buen desempeño en conductividad para evitar la corrosión del acero de refuerzo en el concreto. La patente de los Estados Unidos de América No. 4,894,405 titulada "Composición impermeabilizante de concreto y albañilería" se relaciona con una composición de recubrimiento penetrante constituida por un componente de poliuretano y un componente de organosilano y/o organosiloxano. Este recubrimiento penetrante tiene como principal objetivo evitar el deterioro y la corrosión generada por los iones de cloruro provenientes de las soluciones salinas y del descascarado. El recubrimiento es un compuesto a prueba de agua que protege la superficie porosa del concreto y otras superficies de albañilería penetrando los poros para crear una película de poliuretano. Otros compuestos o composiciones usados como aditivos para impregnar, sellar o recubrir concreto con la finalidad de impermeabilizar o aumentar la resistencia a la penetración de agua se divulgan en las patentes de los Estados Unidos de América No. 3,772,065; 3,819,400; 3,879,206; 3,980,597; 3,994,735; 4,442,245; 4,567,230 y 5,346,943, las cuales se incorporan aquí como referencia. Además, Existen aditivos para concreto que consisten en una mezcla acuosa fluible de componentes múltiples que se añaden al concreto o mortero fresco para mejorar ciertas propiedades o atributos conforme se comparan a un concreto o mortero convencional. Un ejemplo de este tipo de mezcla acuosa fluible de componentes múltiples se describe en la patente de los Estados Unidos de América No. 5,843,216, en donde la mezcla acuosa fluible comprende un agente de carga (por ejemplo, material pozolánico tal como humos silíceos) y un agente estabilizador seleccionado de agentes reductores de agua en el concreto convencional o de amplio rango, que proporciona una plasticidad y trabajabilidad mejoradas. Otro ejemplo de una mezcla de componentes múltiples se describe en la patente de los Estados Unidos de América No. 6,436,184, en donde un agente modificador de la hidratación que se combina con un cemento tipo Portland produce una microestructura modificada que no conduce al hinchamiento significante durante el fraguado y limita la contracción durante el secado de la matriz cementante del mortero o concreto. El agente modificador de la humedad comprende, en combinación sulfato de calcio, copolímero de oxido de etileno/ propileno, y un activador del copolímero. También, una mezcla de una solución coloide de sílice y un agente reductor de agua tal como policarboxilato para mejorar la fluidez de la composición es conocida a partir de la solicitud de patente de los Estados Unidos de América No. de Serie 2002/0014187.

Por lo general, los compuestos y métodos destinados a reducir la absorción de agua divulgados en el estado de la técnica hacen uso de compuestos químicos, polímeros y técnicas de rellenado de poros en productos a base de cemento, los cuales son típicamente agregados como aditivos o como mezcla de aditivos para hacer concreto o mortero, aplicados como recubrimiento o impregnados sobre la superficie del concreto ya fraguado para formar una barrera impermeable, o hacen uso de polímeros que son embebidos dentro de la matriz del concreto. Sin embargo, no existe un cemento impermeable que no sea un recubrimiento, que no trabaje por medio de polímeros y no sea un aditivo que se agregue al cemento durante el proceso de preparación de la mezcla para hacer mortero o concreto. Además, no existe una composición sinérgica de compuestos repelentes y reductores de agua que produzcan una alta impermeabilidad a un producto de construcción. Por lo tanto, existe una necesidad en la técnica por un cemento impermeable novedoso y un método de fabricación que comprenda una composición sinérgica novedosa de agentes químicos. La composición sinérgica de agentes químicos consiste en repelentes y reductores de agua que son incorporados durante el proceso de fabricación del cemento, ya sea en la molienda del clínker o a través de un proceso de homogeneización, manteniendo las propiedades de cementos comparables pero con alta impermeabilidad. Por lo tanto, es un objeto de la invención presente una composición de cemento impermeable que comprende una combinación sinérgica de agentes químicos repelentes y reductores de agua que forme parte de la misma durante el proceso de fabricación de dicho cemento. Es otro objeto de la invención presente una composición sinérgica de agentes químicos repelentes y reductores de agua para producir un cemento impermeable, o en la elaboración de mortero y concreto. Todavía otro objeto de la invención presente es proporcionar un cemento impermeable que exhiba buenas propiedades de resistencia, fraguado rápido, buena adherencia, manejabilidad o trabajabilidad y una textura fina. Aún otro objeto de la invención presente es proporcionar un método para elaborar un cemento impermeable que comprenda la composición sinérgica de agentes químicos repelentes y reductores de agua.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN La invención presente describe una composición sinérgica de agentes químicos repelentes y reductores de agua como componente durante la producción de cemento para proporcionar un cemento impermeable que reduce la absorción de agua desde un 80% conforme se compara a un cemento convencional. La invención presente también describe un cemento que contiene dicha composición sinérgica de agentes químicos repelentes y reductores de agua y un método para fabricar un cemento impermeable, en donde los agentes repelentes de agua y los agentes reductores de agua pueden ser incorporados en la etapa de molienda de clínker, o a través de un proceso de homogeneización que los mezcla con el clínker, yeso y otras adiciones. Opcionalmente, la composición sinérgica de agentes químicos repelentes y reductores de agua puede ser utilizada en la preparación de mortero y concreto para obtener una alta impermeabilización de los mismos. Otros objetos, ventajas y aspectos novedosos de la invención serán evidentes a partir de la siguiente descripción detallada junto con los dibujos acompañantes.

BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS Los aspectos que se consideran característicos de la presente invención se establecerán con particularidad en las reivindicaciones anexas. Sin embargo, la invención misma, tanto por su organización como por su método de operación, conjuntamente con otros objetos y ventajas de la misma, se comprenderán mejor en la siguiente descripción, cuando se lea en relación con los dibujos que se acompañan, en los cuales: La Figura 1 es una gráfica que muestra el porcentaje dé resistencia a la compresión de las pruebas realizadas, de acuerdo con el método de prueba ASTM-C-109. La Figura 2 es una gráfica que muestra la reducción porcentual de absorción de agua de las pruebas realizadas, de acuerdo con el método de prueba ASTM-C-1403. Las Figuras 3A a 3F son fotografías que ilustran el efecto impermeabilizante de las distintas muestras de cemento probadas conforme el método de prueba ASTM-C-1403, durante un tiempo de 1 hora hasta 15 días de absorción de agua.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN La invención presente se relaciona con una composición sinérgica como un componente del cemento, la cual comprende agentes repelentes de agua y agentes reductores de agua. La invención presente se relaciona además con un cemento impermeable y un método para fabricar el cemento impermeable, en donde la composición sinérgica de agentes repelentes de agua y agentes reductores de agua se integra en la etapa de molienda de clínker, o a través de un proceso de homogeneización que la mezcla con el clínker, yeso y otras adiciones. Opcionalmente, la composición sinérgica de agentes químicos repelentes y reductores de agua puede ser utilizada en la preparación de mortero y concreto para obtener una alta impermeabilización de los mismos. Como se utiliza en la invención presente, el término "composición sinérgica" significa la combinación de agentes reductores y repelentes de agua en una proporción de entre 0.01% y 5% en peso del peso del cemento Pórtland. El término "cantidad sinérgicamente efectiva" es aquella que proporciona los efectos de repelencia y reducción de agua logrando una alta impermeabilidad duradera en el producto final. De acuerdo con la invención presente, una composición de un agente reductor de agua y un agente repelente de agua se incorpora como componente durante la fabricación de un cemento tipo Portland para producir un cemento impermeable. La composición de agentes reductor y repelente de agua es de gran ventaja según se compara con la práctica convencional de añadir en forma individual o separada el agente reductor de agua y/o agente repelente de agua como aditivos al cemento o durante la preparación del concreto. Dichas prácticas no proporcionan características de alta impermeabilidad como lo provee la composición sinérgica de la invención presente. Aunque el mecanismo de la composición del agente reductor de agua y del agente repelente de agua incorporada como un componente más durante la fabricación de un cemento no es completamente entendido, proporciona un efecto sinérgico como se comprueba por medio de la prueba convencional de reducción de absorción de agua de una muestra de cemento impermeable. Se cree que a medida que el cemento comienza a endurecer, el añadir un aditivo repelente al agua tal como, por ejemplo, un estearato forma una barrera repelente al agua, evitando de manera efectiva la migración de humedad a través del cemento. Sin embargo, se ha comprobado que el uso de estearatos metálicos (por ejemplo, aluminio, calcio, cobalto, litio, plomo y zinc) como aditivo repelente de agua, no es efectivo y falla en proporcionar características de alta impermeabilidad deseada en una composición de cemento. Los agentes reductores de agua son aditivos muy conocidos para hacer concreto. Típicamente, los aditivos reductores de agua son conocidos también como "plastificantes'' o "súper plastificantes" y son compuestos químicos que cuando se añaden al concreto, lo fluidifican durante un periodo de tiempo de forma tal que (1) se puede obtener la trabajabilidad normal en el concreto que tiene proporciones de agua - cemento mucho menores a las que serían normalmente empleadas, o (2) se puede obtener un concreto fluyente extremadamente trabajable sin efectos laterales indeseables, o una combinación de ambos. Una reducción en la proporción de agua a cemento normalmente resulta en resistencia incremental del concreto. Ejemplos de aditivos repelentes de agua comercialmente conocidos incluyen: ácido esteárico, sus sales y derivados; ácido oleico, sus sales y derivados; sílice coloidal comercializada bajo la marca Sika 1®, y dispersiones de estearato y otros aditivos repelentes de agua comercializados bajo la marca Darapel®. Una persona con conocimientos en la materia reconocerá que los compuestos y formulaciones antes mencionados son ilustrativos que no pretenden limitar la invención presente al uso exclusivo de estos. Ejemplos de aditivos reductores de agua comercialmente disponibles incluyen las siguientes clases: (1) ácido lígnosulfónico, sus sales y derivados; (2) melamina y sus derivados; (3) naftaleno y sus derivados; y (4) carboxilatos y sus derivados. Ilustrativo de las clases anteriores pueden ser aquellos comercializados bajo las marcas Disal®, Daracem 19®, Melment F10®, Glenium®, Domino! 490®. Una persona con conocimientos en la materia reconocerá que los compuestos y formulaciones antes mencionados son ilustrativos que no pretenden limitar la invención presente al uso exclusivo de estos. La integración de esta composición sinérgica de agentes químicos para la producción del cemento impermeable es efectuada a través de un método de fabricación que comprende los pasos de: a) proporcionar una fuente de clínker de cemento Pórtland; b) proporcionar una fuente de yeso; c) proporcionar adiciones; d) proporcionar una composición sinérgica de agentes repelente y reductor de agua; e) moler los componentes a) a d) dentro de un sistema de molienda hasta lograr la finura y granulometría adecuada conforme a estándares convencionales. Opcionalmente, los componentes a) a d) son inicialmente molidos en forma independiente para luego ser alimentados en cantidades dosificadas para finalmente ser mezclados u homogeneizados. En una modalidad alterna no preferida, la composición sinérgica de la invención presente puede ser únicamente formulada y ser dosificada en una cantidad sinérgicamente efectiva a la mezcla de mortero y concreto. A continuación se dan Ejemplos no limitantes para ¡lustrar la invención presente.

EJEMPLO 1 Se preparó una composición de cemento Pórtland impermeable, la cual comprende los componentes siguientes en las cantidades dadas: Clínker de cemento 84.25% Yeso 5.00% Caliza 10.00% Composición Sinérgica 0.75% Esta composición se preparó primero suministrando el clínker, yeso y la caliza, luego alimentando la cantidad deseada de la composición sinérgica, y finalmente moliendo juntos todos los componentes dentro de un sistema de molienda hasta lograr la finura y granulometría adecuada. Opcionalmente, todos los componentes pueden ser inicialmente molidos en forma independiente para luego ser alimentados en cantidades dosificadas para finalmente ser mezclados u homogeneizados.

EJEMPLO 2 Se preparó una composición de cemento Pórtland impermeable, la cual comprende los componentes siguientes en las cantidades dadas: Clínker de cemento 74.25% Yeso 5.00% Caliza 5.00% Puzolana 15.00% Composición Sinérgica 0.75% EJEMPLO 3 Se preparó una composición de cemento Pórtland impermeable, la cual comprende los componentes siguientes en las cantidades dadas: Clínker de cemento 94.25% Yeso 5.00% Composición Sinérgica 0.75% Las composiciones de los Ejemplos 2 y 3 se prepararon substancialmente de la misma manera como la composición del Ejemplo 1. La invención será descrita además con referencia a los resultados experimentales ilustrados en los dibujos. Haciendo referencia a la Figura 1 , en ella se muestra en forma gráfica el resultado del porcentaje de resistencia a la compresión efectuado a distintas muestras de cemento comparado con un cemento Pórtland convencional. Estas cinco muestras consisten en (1 ) un cemento que incorpora un agente repelente de agua, (2) un cemento que incorpora un agente reductor de agua, (3, 4, 5) un cemento que incorpora una composición sinérgica de agentes repelente y reductor de agua de la invención presente a distintas dosificaciones. Para llevar a cabo la prueba de resistencia a la compresión, se prepararon las muestras de cemento de acuerdo con el método de prueba ASTM-C-109 para una composición de cemento Pórtland convencional, y las composiciones de cemento siguientes: a) cemento Pórtland modificado con la incorporación de 0.01 % a 5% en peso de agente repelente de agua basado en el peso total de cemento; b) cemento Pórtland modificado con la incorporación de 0.01% a 5% en peso de agente reductor de agua basado en el peso total de cemento; c) tres muestras de cemento Pórtland impermeable de la invención presente, cada una con la incorporación de distintas dosificaciones de la composición sinérgica de agentes repelente y reductor de agua, comprendidas en el rango de 0.01% a 5% en peso total de cemento. Los resultados obtenidos de la Prueba de resistencia a la compresión para las muestras anteriores, se muestran en la Tabla 1 siguiente: TABLA 1 : Resultados Prueba de Resistencia con respecto al Cemento Convencional (%) * Se considera como base 100 a la resistencia del Cemento Pórtland Convencional.

Como se observa a partir de los resultados de la Tabla 1 , la resistencia a la compresión de las muestras de cemento modificado con la composición sinérgica no se ve afectada de manera adversa. Haciendo referencia a la Figura 2, en ella se muestra en forma gráfica la reducción porcentual con respecto al cemento tradicional de la absorción de agua de las pruebas realizadas a las distintas muestras de cemento siguientes: a) cemento Pórtland modificado con la incorporación de 0.01% a 5% en peso de agente repelente de agua basado en el peso total de cemento; b) cemento Pórtland modificado con la incorporación de 0.01% a 5% en peso de agente reductor de agua basado en el peso total de cemento; c) tres muestras de cemento Pórtland impermeable de la invención presente, cada una con la incorporación de distintas dosificaciones de la composición sinérgica de agentes repelente y reductor de agua, comprendidas en el rango de 0.01% a 5% en peso total de cemento.

Los resultados de la Prueba de la Reducción de la Absorción de Agua respecto del cemento Pórtland convencional, se muestran a continuación: TABLA 2: Resultados Prueba de Reducción de Absorción de Aqua con respecto al Cemento Convencional (%) De los resultados anteriores, se puede concluir que la inclusión de la composición sinérgica de la presente invención se obtiene de manera sorprendente una alta reducción de absorción de agua que permite producir el cemento con alta impermeabilidad. Se observa además que la composición sinérgíca produce una reducción de la absorción del agua superior a aquella obtenida por el agente repelente de agua o el agente reductor de agua por separado.

Por lo que respecta a las Figuras 3A a 3F, en ellas se ilustra el efecto impermeabilizante de las distintas muestras de cemento probadas conforme al método de prueba ASTM-C-1403, sometidas a la exposición al agua durante un tiempo de 1 hora, 4 horas, 24 horas, 3 días, 7 días y 15 días, de absorción de agua. Las fotos corroboran el efecto pronunciado y sorprendente de la reducción en la absorción de agua que se puede apreciar de manera más clara en las Figuras 3C a 3F, las cuales corresponden a un tiempo de exposición al agua de 24 horas, 3 días, 7 días y 15 días, respectivamente. Aún cuando se han ilustrado y descrito ciertas modalidades de la invención, debe hacerse hincapié en que son posibles numerosas modificaciones a las mismas. La presente invención, por lo tanto, no deberá considerarse como restringida excepto por lo que exija la técnica anterior y por el espíritu de las reivindicaciones anexas.

Claims

REIVINDICACIONES

1. Un cemento Pórtland impermeable que comprende: a) clínker de cemento; b) yeso; c) adiciones; caracterizado el cemento porque comprende: d) una cantidad sinérgicamente efectiva de una composición de agentes repelentes y reductores de agua que se incorpora durante el proceso de fabricación de dicho cemento, en donde la reducción de la absorción de agua es de al menos 80%

2. Un cemento Pórtland impermeable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque la cantidad sinérgicamente efectiva está dentro del rango de 0.01% a 5% en peso del cemento.

3. Un cemento Pórtland impermeable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el repelente de agua puede seleccionarse a partir del grupo formado por ácido esteárico, sus sales y derivados; ácido oleico, sus sales y derivados; sílice coloidal, y dispersiones de estearato y otros agentes repelentes.

4. Un cemento Pórtland impermeable de conformidad con la reivindicación 1 , caracterizado además porque el agente reductor de agua puede seleccionarse a partir del grupo formado por ácido lignosulfónico, sus sales y derivados; melamina y sus derivados; naftaleno y sus derivados; y carboxilatos.

5. Una composición sinérgica para impartir una alta impermeabilización que puede ser utilizada en la preparación de mortero y concreto , caracterizada porque comprende en combinación: De 0.01% a 5% en peso de un agente repelente de agua y un agente reductor de agua, basado en el peso total de cemento Pórtland, para proporcionar una reducción de la absorción de agua de al menos 80%

6. La composición sinérgica para impartir una alta impermeabilizacíón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada además porque el agente repelente de agua puede seleccionarse a partir del grupo formado por ácido esteárico, sus sales y derivados; ácido oleico, sus sales y derivados; sílice coloidal, y dispersiones de estearato y otros agentes repelentes.

7. La composición sinérgica para impartir una alta impermeabilizacíón de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado además porque el agente reductor de agua puede seleccionarse a partir del grupo formado por ácido lignosulfónico, sus sales y derivados; melamina y sus derivados; naftaleno y sus derivados; y carboxilatos.

8. Un método para fabricar un cemento Pórtland impermeable caracterizado porque comprende las etapas de: a) proporcionar una fuente de clínker de cemento Pórtland; b) proporcionar una fuente de yeso; c) proporcionar adiciones; d) proporcionar una composición sinérgica de agentes repelente y reductor de agua; e) moler los componentes a) a d) dentro de un sistema de molienda hasta lograr la finura y granulometría adecuada.

9. El método de conformidad con la reivindicaciónd, caracterizado porque opcionalmente, los componentes a) a d) son inicialmente molidos en forma independiente para luego ser alimentados en cantidades dosificadas para finalmente ser mezclados u homogeneizados.