MXPA06011528A - Aglutinante hidraulico. - Google Patents

Abstract

En un aglutinante hidraulico que contiene escorias, los silicatos de aluminio y sulfato de calcio, la escoria, en particular, escoria de horno, en cantidades debajo de 50% (p/p) al igual que los silicatos de aluminio diferentes a la escoria de horno, como por ejemplo ceniza de humero y silicatos de aluminio naturales, como por ejemplo basalto o andesita, en cantidades de 5 a 75% (p/p) respectivamente relacionadas con la mezcla entera con el requerimiento de la suma esten presentes la escoria y los silicatos de aluminio sea entre 82 y 95.9% (p/p) y como uno de los activadores de CaSo4, en cantidades entre 4 y 15% (p/p) como componentes esenciales. Adicionalmente se desplegan los activadores alcali, en particular hidroxidos de alcali y/o carbonatos de Na y/o de K en cantidades de 0.1 a 3% (p/p).

Description

AGLUTINANTE HIDRÁULICO La invención se relaciona con un aglutinante hidráulico activado con álcali que contiene escorias y materiales silico-aluminosos. La composición y producción de los cementos metalúrgicos súper sulfatados se basa en la adición de sulfato de calcio al cemento . De acuerdo con la organización internacional para Estandarización (ISO) el cemento súper sulfatado se define como una mezcla de por lo menos 75% (p/p) de escorias de horno granuladas, rastrilladas, grandes aditivos de sulfato de calcio (> 5% (p/p) S03) y como máximo 5% (p/p) de cal apagada, escoria de cemento Pórtland o cemento Pórtland. Para la producción de cemento súper sulfatado, la escoria granulada de acuerdo con la norma alemana tiene que contener por lo menos 13% (p/p) de A1203 y tiene que corresponder a la fórmula (CaO + MgO + Al203) /Si02 > 1.6. De acuerdo con Keil, una cantidad de 15 a 20% de escoria de alúmina con un módulo minimo de (CaO + CaS + 0.5 MgO + A1203) / (Si02 + MnO) > 1.8 es preferido. De acuerdo con Blondiau la relación de CaO/Si02 ha sido entre 1.45 y 1.54 y la relación de Al203/Si02 ha sido entre 1.8 y 1.9. La cal, escoria o cemento, se añade con el fin de incrementar el valor de pH en la pasta de cemento y para mejorar la solubilidad de la tierra de alúmina en la fase líquida durante la hidratación del cemento. El endurecimiento del cemento metalúrgico súper sulfatado puede llevarse a cavo sin aditivos químicos o un tratamiento de formación especifico. La patente US 5 626 665 revela una puzolana par uso con el cemento Pórtland para la producción de un cemento como sistema. La puzolana mezclada contiene arcilla quemada y por lo menos un componente elegido del grupo que consiste de alrededor de 2% a alrededor de 30% de yeso duro, a alrededor de 0% hasta alrededor de 25% de polvo calcinado hidratado, a alrededor de 0% hasta alrededor de 20% de cal hidratada, alrededor de 0% hasta alrededor de 20% de polvo calcinado de cal hidratado, alrededor de 50% de ceniza y alrededor de 0% hasta alrededor de 5% de plastificante orgánico. La cal calcinada está presente en cantidades suficientes con el fin de producir una puzolana mezclada con un peso total final de 100%. La puzolana mezclada se mezcla con cemento Pórtland en una relación de peso de alrededor de 1:20 hasta alrededor de 1:1, preferentemente alrededor de 1:2 hasta alrededor de 1:3. En cementos Pórtland normales y cementos metalúrgicos, en los que se lleva a cabo la hidratación en la fase líquida libre de alúmina solubilizada, el contenido de sulfato de calcio se restringe a un porcentaje menor con el fin de evitar una descomposición interna potencial para la formación de calcio-sulfo-aluminato (candlot bacilli) como una consecuencia de alúmina no solubilizada. En estos cementos la influencia principal del sulfato de calcio consiste en la acción retardante, que se excreta en el tiempo de fraguado. La basicidad de los aluminatos de calcio hidratados al igual que la insolubilidad de la alúmina contenida en los aluminatos depende de la concentración de la cal en la fase líquida del cemento y esto independientemente de si los aluminatos de calcio hidratados en el cemento endurecido están presentes o no en la forma cristalina o en la forma amorfa. La concentración de la cal en la fase líquida determina el tipo de influencia del sulfato de calcio en el tiempo de fraguado del cemento y la cantidad máxima de sulfato de calcio, que el cemento puede contener sin resultar en una descomposición interior para la formación retardada de ettringri e. En los cementos metalúrgicos súper sulfatados, la concentración de cal en la fase líquida se encuentra abajo del límite de insolubilidad de la alúmina. Las mayores adiciones de sulfato de calcio para la activación de reacciones de escoria de horno determinan la formación de tricalcio-sulfo-aluminato con una actividad hidráulica más alta sobre la base de la cal solubilizada y la alúmina solubilizada sin dar como resultado una descomposición potencial . La adición del sulfato de calcio a la escoria de horno granulada no crea cemento en expansión sino que actúa como un agente acelerador en la formación de los compuestos hidratados . En el cemento súper sulfatado las porciones más grandes de sulfato de calcio no se consideran como un problema. El tricalcio-sulfo-aluminato, en el que resultan de hecho contribuye al incremento de la actividad hidráulica en lugar de la descomposición que causan, como es el caso del cemento Pórtland y el cemento metalúrgico normal . El fraguado inicial y endurecimiento del cemento súper sulfatado va conjuntamente con la formación de la forma de sulfato alta de calcio-sulfo-aluminato a partir de los componentes de escoria y la adición de sulfato de calcio. La adición de cemento Pórtland al cemento se requiere para el ajuste de la alcalinidad adecuada con el fin de permitir la formación de ettringite . Los productos más importantes de la hidratación so mono- y trisulfo-aluminato-tobermorito- como fase y alúmina. El cemento súper sulfatado en el curso de la hidratación aglomera más agua que el cemento Pórtland. Cumple con los requerimientos de la norma de cemento en cuanto a la fineza de molido. Se considera como cemento con un valor calorífico bajo. Como cualquier cemento Pórtland o metalúrgico puede utilizarse en la forma de concreto, mortero para fraguar o mortero para ranuras. Las condiciones a considerar para el uso del cemento súper sulfatado son idénticas con las que son decisivas para mezclar y la aplicación de otros cementos. Para mejorar los aglutinantes silico-aluminosos se ha sugerido activarlos con álcali y en particular con salmuera de sosa o salmuera de hidróxido de potasio. Los aglutinantes silico-aluminosos activados de álcali (AAAS) son materiales similares al cemento que se forman a través de la reacción de sólidos de sílice y alúmina con una solución álcali o de sal de álcali para la producción de geles y compuestos cristalinos. La tecnología de activación álcali se desarrolló originalmente por Purdon desde 1930 hasta 1940 quien descubrió que la adición de álcali a la escoria produce un aglutinante de endurecimiento rápidamente. Contrariamente al cemento súper sulfatado existe una amplia variedad de materiales (escoria de cal natural o calcinada, ceniza de humero, aluvial de belito, muela de molino, etc.) pueden utilizarse como una fuente para los materiales silico-aluminosos. Pueden utilizarse diferentes soluciones álcali para la producción o reacciones de endurecimiento (hidróxido álcali, silicato, sulfato y carbonato, etc.) . Eso significa que las fuentes para aglutinantes AAS son prácticamente ilimitadas. Durante la activación álcali una alta concentración de iones de OH actúan en la mezcla de materiales silico-aluminosos. Aunque en la pasta de cemento Pórtland o súper sulfatada se genera un pH >12 debido a la solubilidad del hidróxido de calcio, el valor de pH en el sistema AAA es mayor a 13.5. La cantidad de álcali, que es en general entre 2 y 25% (p/p) el álcali (>3% Na20) , depende de la alcalinidad silico-aluminosa. La reactividad del aglutinante AAAS depende de su composición química y mineral, el grado de vitrificación y la fineza de molido. En general, los aglutinantes AAAS pueden empezar a fraguar en un lapso de 15 minutos y a largo plazo ofrecen un endurecimiento rápido y un incremento considerable en resistencia. La reacción de fraguado y el proceso de endurecimiento no se entienden completamente aún. Van conjuntamente con la lixiviación inicial del álcali y la formación de hidrosilicatos de calcio ligeramente cristalinos del grupo toberomorito. El calcio silico-aluminoso empieza a cristalizarse para formar productos similares a la zeolita y consecuentemente de álcali-zeolita. Los valores de resistencia en el sistema AAAS se contribuyen al contacto intenso de cristalización entre las zeolitas y los hidrosilicatos de calcio. La actividad hidráulica se mejora a través del incremento de las dosis de álcali. La reacción entre la actividad hidráulica y la cantidad de álcali así como la presencia de zeolita en el producto hidratado ha revelado que el álcali no solamente actúa como un simple catalizador sino que participa en las reacciones de la misma forma que la cal y el yeso duro y presenta una resistencia relativamente alta debido a una considerable influencia de los cationes . Se han reportado en numerosos estudios concernientes a la actividad de materiales silico-aluminosos con álcali y sus sales. En la Patente WO 00/00447 un aglutinante hidráulico súper sulfatado ya se ha sugerido en el que se despliegan las cantidades de sulfato de calcio en cantidades de más de 5% (p/p) . Junto con los silicatos de aluminio bajo las cuales en la definición de WO 00/00447 también se han sumado escorias de horno, es esencial en la forma de realización anterior del aglutinante hidráulico qué se añadió el polvo de horno de cemento en cantidades de 3 a 10% (p/p) como el activador. Adicionalmente fue esencial en esta forma de realización anterior que por lo menos 35% (p/p) de escoria de horno se desplegara con el fin de poder salvaguardar los valores de resistencia en una etapa temprana. Sin embargo, sobre todo, una resistencia relativamente baja en una etapa temprana dio como resultado la disminución del contenido de la escoria de horno, donde al mismo tiempo debido a la adición de polvo de horno de cemento el factor agua/ cemento se elevó y el peligro de encogimiento, y así también se incrementó la formación de grietas. De esta manera, la invención tiene el objetivo de reemplazar las cantidades más altas de escoria de horno por diferentes silicatos de aluminio de la escoria de horno como por ejemplo ceniza de humero y al mismo tiempo lograr una resistencia mejorada en una etapa temprana y mejorar el desempeño de encogimiento con una tendencia reducida a la formación de grietas . Para resolver este objetivo, el aglutinante hidráulico de acuerdo con la presente invención, generalmente consiste de escorias y en particular de escorias de horno en cantidades de 7 a 50% (p/p) así como los diferentes silicatos de aluminio de las escorias de horno, preferentemente cenizas de humero, como silicatos de aluminio naturales, preferentemente basalto o andesita, en cantidades de 5 a 75% (p/p) con el requerimiento de la suma de escorias y silicatos de aluminio es entre 82 y 95.9% (p/p) y CaS04 en cantidades entre 4 y 15% (p/p) están presentes y que adicionalmente se despliegan los activadores álcali y en particular hidróxido de álcali y/o carbonato de Na y/o K en cantidades de 0.1 a 3% (p/p) . De acuerdo con la invención la adición de polvo de horno de cemento puede abandonarse totalmente que es la razón porque el factor de agua/ cemento puede reducirse y el riesgo de la formación de grietas puede minimizarse. Una adición menor respectivamente de un activador álcali conduce a valores de resistencia agudamente favorables en una etapa temprana, donde en el caso del uso de polvo de horno de cemento como activador álcali así como en el caso de otros activadores de álcali la cantidad se confina explícitamente a valores debajo de 3% (p/p) con el fin de no deteriorar el desempeño de encogimiento positivo. También puede desplegarse ventajosamente como acelerador de fraguado la escoria de cemento Pórtland en cantidades entre 0.1 y 5% (p/p) . Sobre todo es factible con el aglutinante hidráulico de acuerdo con la invención abandonar esencialmente el CaO, de manera que la producción del aglutinante se vuelva más amigable con el medio ambiente debido a que las emisiones de C02 se reducen a través del abandono de incineración de piedra caliza. Sin embargo, de una manera particularmente ventajosa, la mezcla puede contener piedra caliza y/o arenas o cuarzos con los requerimientos de que el contenido de Al203 de la mezcla es > 5% (p/p) . Los agentes súper licuificadores o de plastificación respectivamente pueden añadirse para mejorar la facilidad de proceso y/o para la reducción de la relación agua/cemento de una manera convencional, donde preferentemente el agente de plastificación y/o súper licuificador se añade al aglutinante en cantidades de 0.1 a 1% (p/p) relacionados con la sustancia seca para la reducción de la relación de agua/ cemento. Sobre todo, a la factibilidad para reemplazar adicionalmente las escorias de horno por silicatos de aluminio diferentes a las escorias de horno sin abandono de la resistencia en etapas tempranas, la posibilidad se abre para mejorar el desempeño de encogimiento en una etapa temprana y para reducir la demanda de agua. La consecuencia es una permeabilidad reducida y una mayor tolerancia a la fatiga. A continuación se explicará la invención por medio de forma de realización ejemplificadas como se enumeran en la Tabla 1. La Tabla 1 al mismo tiempo muestra también los valores de resistencia respectivas (CS) después de un día, después de dos días y después de 28 días.

Ejemplo 1 2 3 Escoria de Horno 41.9 42 25.5 Ceniza de humero % 41.9 - 58.65 Andesita % - 42 Anhidrita % 15 15 15 KOH a, o 0.5 0.3 0.5 Agente de Plastificación o, o 0.7 0.7 0.7 Agua/ cemento 0.26 0.29 0.29 CS 1 día MPa 13.2 10.9 - CS 2 días MPa 27.4 23.7 16.7 CS 28 días MPa 97.4 61.3 46.1 En la Figura 1 el desempeño de encogimiento del aglutinante de acuerdo con la invención con por lo menos puede verse un reemplazo parcial de la escoria de horno a través de ceniza de humero y sobresale la mejora resultante.

Claims (1)

1. REIVINDICACIONES 1. Aglutinante hidráulico que contiene escorias, silicatos de aluminio y sulfato de calcio, caracterizado porque la escoria, in particular escoria de horno, en cantidades desde .7 hasta 50% (p/p) así como diferentes silicatos de aluminio de las escorias de horno, preferentemente ceniza de humero y silicatos de aluminio, preferentemente basalto o andesita, en cantidades de 5 a 75% (p/p) con el requerimiento de que la adición de escorias y de silicatos de aluminio sea entre 82 y 95.9% (p/p) y CaS04 en cantidades entre 4 y 15% (p/p) esté presente y que se despliegue la adición de activadores álcali, en particular hidróxidos de álcali y/o -carbonatos de Na y/o K en cantidades de 0.1 a 3% (p/p) . 2. El aglutinante hidráulico de acuerdo con la Reivindicación 1, caracterizado porque se despliega la escoria de horno en las cantidades entre 20 y 35% (p/p) . 3. El aglutinante hidráulico de acuerdo con la Reivindicación 1 o 2, caracterizada porque la mezcla adicionalmente contiene piedra caliza y/o cuarzos con el requerimiento de que el contenido de Al203 de la mezcla sea de > 5% (p/p) . 4. El aglutinante hidráulico de acuerdo con la Reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque se añade un agente de plastificación y/o súper licuificador en cantidades de 0.1 a 1% (p/p) relacionado con la sustancia seca. 5. El aglutinante hidráulico de acuerdo con cualquiera de las Reivindicaciones 1 a 4, caracterizadas porque la escoria de cemento Pórtland se despliega en cantidades de 0.1 y 5% (p/p) como acelerador de fraguado.