MXPA06014916A - Composicion y aplicacion de cemento de fosfato espreable novedoso que se une a styrofoam. - Google Patents

Abstract

Una composicion particulada de mezcla seca de un oxido calcinado de Mg y/o Ca, un fosfato acido y cenizas o su equivalente, en donde el oxido calcinado esta presente en el rango de desde aproximadamente 17% a aproximadamente 40% en peso y el fosfato acido esta presente en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 52% en peso y las cenizas o su equivalente estan presentes en el rango de desde aproximadamente 24% a aproximadamente 39% en peso cuando la arena se agrega a la mezcla seca, esta presente en el rango de desde aproximadamente 39% a aproximadamente 61% en peso de la mezcla seca combinada y la arena. Tambien se describe un metodo para formar un miembro estructural en donde una suspension acuosa de aproximadamente 3.62 a aproximadamente 5.44 kilogramos de agua se agregan a la mezcla seca y a la arena.

Description

COMPOSICIÓN Y APLICACIÓN DE CEMENTO DE FOSFATO ESPREABLE NOVEDOSO QUE SE UNE A STYROFOAM ANTECECENTES DE LA INVENCIÓN CAMPO DE LA INVENCIÓN Esta invención se refiere a una cerámica bombeable y más particularmente, esta invención se refiere a una composición cerámica que puede usarse en la industria de la construcción aplicable a una amplia variedad de condiciones de temperatura para aplicar la cerámica a una pared vertical así como a paredes horizontales e inclinadas, tales como techos para proporcionar un material de recubrimiento barato para cemento o bases de styrofoam.

ARTE PREVIO Existe una necesidad significante, particularmente en los países de Sudamérica y del Caribe, de un material de construcción que puede mezclarse en sitio, aplicado a una estructura base que incluye styrofoam, que puede trabajarse como yeso y que aún se establece en una cantidad suficientemente corta de tiempo que no requiere anclajes mecánicos tales como alambres y otros mecanismos para sujetar el producto en superficies verticales. Las casas baratas son un requerimiento en los países en desarrollo y particularmente las casas baratas que pueden erigirse rápidamente sin la necesidad de mano de obra calificada y que son capaces de soportar climas tropicales y subtropicales.

Argonne National Laboratory ha sido un líder en el desarrollo de cemento con base de fosfato o productos de cerámica que son útiles para una amplia variedad de aplicaciones como se indica por Wagh et al. Patente Norteamericana No. 5,645,518 emitida el 8 de Julio 1997, para Método para Estabilización de Desperdicios Mezclados a Bajo Nivel a Temperatura Ambiente, Wagh et al., Patente Norteamericana No. 5,830,815 emitida el 3 de Noviembre, 1998 para Método de Estabilización de Desperdicios Vía Cerámicas de Fosfato Unidas Químicamente, Singh et al, Patente Norteamericana No. 5,846,894 emitida el 8 de Diciembre, 1998 para Productos Estructurales Fosfato Unidos de Desperdicios de Alto Volumen, Wagh et al, Patente Norteamericana No. 6,153,809 emitida el 8 de Noviembre, 2000 para Estabilización de Aniones de Sal en Cerámicas de Fosfato, Singh et al., Patente Norteamericana No. 6,204,214 emitida el 20 de Marzo de 2001 para Cerámicas de Fosfato Unidas Inyectables/Bombeables, Wagh et al, Patente Norteamericana No. 6,498,119 emitida el 24 de Diciembre, 2002 para Cerámicas de Fosfato Químicamente Unidas de Óxidos Trivalentes de Hierro y Manganeso y Wagh et al., Patente Norteamericana No. 6,518,212 emitida el 11 de Febrero de 2003, para Cerámicas Fosfosilicato Químicamente Unidas, las descripciones totales de cada una de las patentes anteriormente referidas se incorporan en este documento como referencia.

En general, las patentes anteriores describen un fosfato de hidrógeno de amonio o fosfato álcali metálico monovalente químicamente unido y un óxido separadamente soluble tal como óxido de calcio o magnesio con una variedad de materiales de filtro para proporcionar un material útil para una amplia variedad de productos terminales.

Sin embargo, ahora se ha descubierto que el uso de una proporción diferente de materiales proporciona un prod cto de cemento basado en fosfato bombeable que puede usarse para formar paredes verticales rígidas y techos y facilita la construcción rápida de edificios y otras estructuras en una amplia variedad de condiciones de temperatura y humedad.

SUMARIO DE LA INVENCIÓN Por consiguiente, es un objeto de la presente invención proporcionar un cemento basado en fosfato bombeable que puede trabajarse tal como mediante allanado que se puede establecer rápidamente y en forma suficiente en una amplia variedad de condiciones de temperatura y humedad para ser útil como un material de construcción en paredes horizontales y verticales y paredes inclinadas.

Otro objeto de la presente invención es proporcionar una composición particulada de mezcla seca, que comprende un óxido calcinado de Mg y/o Ca, un fosfato ácido y cenizas o equivalentes, en donde el óxido calcinado está presente en el rango de desde aproximadamente 17% a aproximadamente 40% en peso y el fosfato ácido está presente en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 52% en peso y las cenizas o el equivalente están presentes en el rango de desde aproximadamente 24% a aproximadamente 39% en peso.

Aún otro objeto de la presente invención es proporcionar un método para formar un miembro estructural, comprendiendo aplicar una suspensión acuosa de una mezcla seca de un óxido calcinado de Mg y/o Ca y un fosfato ácido y cenizas o un equivalente y arena, en donde el óxido calcinado está presente en el rango de desde aproximadamente 17% a aproximadamente 40% en peso y el fosfato ácido está presente en el rango de aproximadamente 29% a aproximadamente 52% en peso y las cenizas o el equivalente están presentes en el rango de desde aproximadamente 24% a aproximadamente 39% en peso y la arena está presente en el rango de desde aproximadamente 39% a aproximadamente 61 % en peso de la mezcla seca y la arena a un sustrato y permitiendo que la suspensión se cure.

Y aún un objeto final de la presente invención es proporcionar una composición particulada de mezcla seca, comprendiendo un MgO calcinado, un fosfato ácido de potasio y cenizas o el equivalente, en donde el MgO calcinado está presente en el rango de desde aproximadamente 17% a aproximadamente 40% en peso y el fosfato ácido de potasio está presente en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 52% en peso y las cenizas o equivalente están presentes en el rango de desde aproximadamente 24% a aproximadamente 39% en peso y en donde la proporción en peso de MgO calcinado para el fosfato ácido de potasio es aproximadamente uno.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Aunque la descripción detallada de la invención usa óxido de magnesio calcinado, cenizas y arena de playa como partes constituyentes de la invención, el óxido de calcio puede sustituirse por el óxido de magnesio completamente o parcialmente, la ceniza volcánica y otros sustitutos apropiados, conocidos en la técnica, también pueden ser útiles en lugar o en combinación con cenizas. Otros agentes de relleno además de la arena también pueden usarse, todos ellos conocidos en la técnica.

Esta invención proporciona un producto tipo cemento que es particularmente adaptado para la construcción de edificios usando base Styrofoam y para la reparación de concreto existente y otras estructuras, debido a la adherencia al Styrofoam y al concreto existente y muchos otros materiales. El establecimiento rápido del material es deseable porque cuando se rocía en las paredes verticales, se solidificará mientras se permite el tiempo justo suficiente para que se trate la superficie como allanando. El producto reacciona con el Styrofoam y también con el concreto y muchas otras superficies y el enlace es químico y fuerte. Esta característica elimina la necesidad e cualquier sujeción mecánica tal como alambres para sujetar el producto en las superficies verticales. Los beneficios del proceso y producto descritos en esta invención sobre la construcción de concreto vertido o bloques convencionales son: • Velocidad mejorada de construcción, • Calidad superior del producto comparado al concreto, es decir no se rompe ni se contrae, • Barrera excelente a la humedad • Aislamiento térmico excelente debido al Styrofoam, • Superficie resistente al fuego y • Dos a tres veces la resistencia de comprensión y seis veces la resistencia de flexión, • En climas tropicales y sub-tropicales, el concreto se somete a rápida erosión mientras que con el material sujeto de la inventiva no sucede.

El polvo empacad es libre de fluir y el material pre-empacado y pre-mezclado puede almacenarse y enviarse en largas distancias sin que ocurra el endurecimiento o que se le hagan grumos.

La habilidad para hacer los ajustes en las proporciones de mezcla de los componentes permite que el producto se use en varias temperaturas ambiente y que el funcionamiento puede estandarizarse para proporcionar tiempo de mezclado, bombeo y aspersión fijo. Con los ajustes en las composiciones, se logra el tiempo deseable de endurecimiento y adherencia para el Styrofoam o el concreto.

La composición de la inventiva difiere de aquellas reclamadas en las patentes previas citadas en este documento. Por ejemplo, la proporción del fosfato de potasio y el óxido de magnesio en las patentes anteriores se ha regido por la estoiquiometría de reacción entre ellas, es decir, la proporción tiene 3:1 aproximadamente. Sin embargo, durante los estudios del caso para construir una casa usando estas composiciones, se ha descubierto que esta proporción no se usa. El descubrimiento sorprendente que se reclama en este documento es la composición única en la cual la proporción es lo más cercano a uno, lo cual proporciona un material que se establece rápidamente el cual puede aplicarse a las superficies verticales.

Además del fosfato de monopotasio y óxido de magnesio, cenizas, borato de sodio (opcionalmente) y arena se usan en la composición total. El producto formado de mezclar estos componentes en varias proporciones permite que la mezcla se rocíe en sobre paredes de Styrofoam para la construcción de nuevos edificios y la mezcla también puede aplicarse a las estructuras de concreto existentes como un agente de reparación debido a su habilidad para adherirse al concreto estándar. Este proceso de construcción rápida de edificios es también novedoso.

El proceso consiste de mezclar una pasta como se describe en este documento, en un mezclador de tornillo de concreto y entonces se bombea a través de mangueras a una tobera de aspersión que se usa para rociar la suspensión en las paredes verticales. El tiempo total de mezclado y aspersión toma aproximadamente 10 minutos. Una vez rociada, la suspensión es gruesa y no gotea desde la pared, pero inicia el endurecimiento mediante la liberación de calor exotérmico. Este calor ayuda a producir una reacción química entre el Styrofoam o las superficies de cemento y el producto endurecido creando un enlace infinito con la superficie base.

En el caso de una pared de Styrofoam, la unión puede mejorarse mediante pintar la pared con recubrimiento acrílico. En lugar de pintura, un acrilato puede mezclarse con la mezcla seca antes de formular la suspensión. En el caso de la pared de cemento, tal como recubrimiento de acrilato no se requiere porque los compuestos de calcio en cemento reaccionan con la suspensión y ocurre una buena unión entre los dos.

La superficie rociada puede allanarse para crear una superficie más suave o pueden gravarse diseños en la superficie usando moldes apropiados. Una vez endurecida, la superficie puede pintarse usando pinturas convencionales.

Tabla 1. Composiciones para 45.36 kg en volumen de mezcla de material Componente Rango General Rango Preferido Rango más preferido Óxido de Magnesio 4.08-9.07 6.80-8.62 7.26-8.16 (kilogramos) Fosfato de mono potasio 6.80-11.79 7.26-9.07 7.71-8.16 (kilogramos) Arena (kilogramos) 18.14-27.22 20.41-24.95 22.68 Acido bórico o tetraborato de sodio 0-226.8 28.35-113.4 28.35-56.7 (gramos) Vidrio o cualquier otra fibra (2.54 cm en longitud) 0-226.8 28.35-170.1 80.05-141.75 (gramos) Agua (litros) 3.79-5.68 4.73-5.68 4.92-5.30 El siguiente ejemplo ilustra las composiciones de los materiales en polvo y el proceso para las aplicaciones intentadas.

Eiemplo 1 : Aplicaciones a temperatura ambiente baja La prueba se llevó a cabo a 4.44°C. La composición usada en este ejemplo se recomienda para un rango de temperatura de 4.44°C a 15.55 °C. La composición usada en este caso fue 18 partes de MgO, 17 partes de fosfato de monopotasio y 15 partes de ceniza- Esta mezcla se mezcló con 50 partes de arena y 11 parte de agua en peso. La mezcla completa se coloco en una tolva, se mezcló y se rocío en las paredes de una habitación de una casa prototipo hecha de hojas de Styrofoam y se erigieron en una fundamento de concreto. Incluso el techo de la casa se hizo de hojas de Styrofoam que se aseguraron en soportes de aluminio. La aspersión continua fue posible por horas y la casa completa se rocío en 4-5 horas. Pronto después de la aspersión, algunas áreas se alisaron mediante allanado.

En una hora, las paredes se calentaron indicando que ocurrió una reacción química dentro de la pared. La superficie llegó a estar dura y las paredes y techo estuvieron rígidas y firmes. Cuando las secciones de la pared se cortaron y la interfase del Styrofoam y el material endurecido se examinaron, se encontró que los dos fueron inseparable sin destruir el Styrofoam.

La habitación esencialmente se construyó con dos personas trabajando todo el día. Es importante señalar que la reacción exotérmica se compensó por la temperatura ambiente, de manera que el producto se mezclo bien con esta proporción.

Eiemplo II Este ejemplo se llevó a cabo a una temperatura ambiente entre 15.55-26.67°C. El procedimiento total para construir una casa fue el mismo como en el Ejemplo 1 , pero ahora se usó una composición diferente. 17 partes de MgO, 17 partes de fosfato de monopotasio, 16 partes de ceniza y 50 partes de arena se usaron. Todos los componentes excepto la arena se colocaron en bolsa de 22.68 kgs y se transportaron al sitio. La arena y 11 partes de agua se agregaron en el sitio. Además, más de 113.4 gramos de ácido bórico o tetraborato de sodio por cada 45.36 kilogramos de la mezcla total se agregaron, como fue necesario para bajar la proporción de reacción.

Las paredes de Styrofoam se cubrieron con pintura acrílica. De nuevo los resultados fueron igualmente buenos como se describió en el Ejemplo 1. Cuando las secciones de las paredes se cortaron, el Styrofoam no podría separarse del material aplicado, sin destruir el Styrofoam porque la unión fue muy íntima.

Eiemplo La formulación encontrada para la temperatura 26.67-37.78°C consistió de 16.5 partes de MgO, 17 partes de fosfato de monopotasio, 16 partes de ceniza, 50 partes de arena y 10.5 partes de agua. De nuevo 226.8 gramos de ácido bórico o tetraborato de sodio se agregaron a 45.36 kilogramos de la mezcla, como fue necesario.

También se descubrió que la adición de 56.7 - 113.4 gramos de 2.54 cm de longitud de polifibra agregada a cada bolsa de 22.68 kilogramos de la mezcla seca mezclada ayuda a prevenir cualquier rompimiento o formación de grumos del producto una vez que se aplica al Styrofoam o superficie de concreto siendo trabajada con ella.

En resumen, estos ejemplos demuestran la factibilidad de usar la formulación de la inventiva y el método para el rango total de temperatura ambiente de aproximadamente 4.44-37.78°C y como las formulaciones pueden ajustarse para lograrlo. En general, la Tabla 1 establece los rangos para cada constituyente del material de la inventiva, entendiéndose que las proporciones de los constituyentes pueden variar de conformidad con la temperatura local y las condiciones de humedad. La arena usada fue preferiblemente 30 mesh.

Aunque el fosfato de monopotasio se usó en los ejemplos, otros fosfatos, tales como fosfatos de dihidrógeno de aluminio o magnesio, dihidrógeno fosfato o mono amonio, fosfato dihidrógeno de calcio, fertilizante de triple super fosfato o la combinación de los mismos puede sustituirse en parte o totalmente, como se conoce en la técnica. Aunque las fibras de vidrio fueron específicamente descritas, otras fibras como maíz, henequén o cáñamo pueden sustituirse en parte o totalmente como se conoce en la técnica.

En general para una mezcla seca de óxido calcinado, fosfato ácido y cenizas o el equivalente, las proporciones preferidas son óxido calcinado entre aproximadamente 17% a aproximadamente 40%, fosfato ácido entre aproximadamente 29% y aproximadamente 52% y las cenizas o su equivalente entre aproximadamente 24% a aproximadamente 39%, todos los porcentajes en peso. Más preferiblemente, los porcentajes respectivos son 32-36%, 33-37% y 29-37%.

Cuando la arena o su equivalente se agrega a la mezcla seca anterior, la arena está presente entre aproximadamente 39% a aproximadamente 61% en peso de la mezcla seca combinada y arena. Se agrega agua a la combinación de mezcla seca y arena de preferencia entre 3.63 y aproximadamente 5.44 kilogramos de agua por 45.36 kilogramos de mezcla seca y arena. Las fibras de vidrio de alto aspecto o sus equivalentes se agregan, como puede ser los boratos para controlar la proporción de reacción.

Mientras se considera que se ha descrito la modalidad preferida de la invención, se entiende que varios cambios en los detalles pueden hacerse sin apartarse del espíritu o sacrificando cualquiera de las ventajas de la presente invención.

Claims (20)

REIVINDICACIONES

1. Una composición particulada de mezcla seca, comprendiendo un óxido calcinado de Mg y/o Ca, un fosfato ácido y cenizas o su equivalente, en donde dicho óxido calcinado está presente en el rango de desde aproximadamente 17% a aproximadamente 40% en peso y dicho fosfato ácido está presente en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 52% en peso y dichas cenizas o equivalentes están presentes en el rango de desde aproximadamente 24% a aproximadamente 39% en peso.

2. La composición de conformidad con la reivindicación 1 , en donde dicho óxido calcinado está presente en el rango de aproximadamente 32% a aproximadamente 36% en peso y dicho fosfato ácido está presente en el rango de desde aproximadamente 33% a aproximadamente 37% en peso y las cenizas o su equivalente está presente en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 33% en peso.

3. La composición de conformidad con la reivindicación 1 , y que además incluye la arena presente en el rango de aproximadamente 39% a aproximadamente 68% en peso de la mezcla seca combinada y la arena.

4. La composición de conformidad con la reivindicación 2, en donde dicho óxido es MgO y dicha fosfato ácido es KH2P0 .

5. La composición de conformidad con la reivindicación 1 , en donde el equivalente a cenizas es ceniza volcánica.

6. La composición de conformidad con la reivindicación 3, en donde la proporción en peso del óxido calcinado para el fosfato ácido es aproximadamente uno y el agua está presente en el rango de aproximadamente 3.62 a aproximadamente 5.44 kilogramos por 45.36 kilogramos de mezcla seca y arena.

7. La composición de conformidad con la reivindicación 6, en donde el ácido bórico o borato de sodio está presente en la mezcla seca y arena.

8. La composición de conformidad con la reivindicación 6, en donde las fibras de alto aspecto están presentes en la mezcla seca y la arena.

9. La composición de conformidad con la reivindicación 6, en donde dicha arena está tamizada a un tamaño de tamiz de 30 mesh.

10. La composición de conformidad con la reivindicación 6, en donde un acrilato está presente en la mezcla seca y la arena.

11. Un método para formar un miembro estructural, que comprende aplicar una suspensión acuosa de una mezcla seca de un óxido calcinado de Mg y/o Ca y un fosfato ácido y cenizas o un equivalente y arena, en donde el óxido calcinado está presente en el rango de desde aproximadamente 17% a aproximadamente 40% en peso y el fosfato ácido está presente en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 52% en peso y las cenizas o su equivalente están presentes en el rango de desde aproximadamente 24% a aproximadamente 39% en peso y la arena está presente en el rango de desde aproximadamente 39% a aproximadamente 61 % en peso de la mezcla seca y la arena para un sustrato y permitiendo que se cure la suspensión.

12. El método de conformidad con la reivindicación 11 , en donde el agua está presente en el rango de desde aproximadamente 3.62 a aproximadamente 5.44 kilogramos por 45.36 kilogramos de mezcla seca y arena.

13. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde el sustrato es styrofoam cubierto con acrílico.

14. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde el sustrato es cemento.

15. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde la suspensión acuosa se rocía en una superficie vertical.

16. El método de conformidad con la reivindicación 11, en donde el ácido bórico o borato de sodio está presente para controlar la proporción de cura de la suspensión.

17. El método de conformidad con la reivindicación 12, en donde el óxido calcinado está presente en el rango de desde aproximadamente 32% a aproximadamente 36% en peso y el fosfato ácido está presente en el rango de desde aproximadamente 33% a aproximadamente 37% en peso y las cenizas o su equivalente están presentes en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 33% en peso de la mezcla seca.

18. El método de conformidad con la reivindicación 17, en donde el óxido es MgO y el fosfato ácido es KH2P04.

19. El método de conformidad con la reivindicación 17, en donde un acrilato está presente en la mezcla seca.

20. Una composición particulada de mezcla seca, que comprende un MgO calcinado, un fosfato ácido de potasio y cenizas o su equivalente, en donde dicho MgO calcinado está presente en el rango de desde aproximadamente 17% a aproximadamente 40% en peso y dicho fosfato ácido de potasio está presente en el rango de desde aproximadamente 29% a aproximadamente 52% en peso y dichas cenizas o su equivalente están presentes en el rango de desde aproximadamente 24% a aproximadamente 39% en peso y en donde la proporción de peso de MgO calcinado para el fosfato ácido de potasio es aproximadamente uno.