WO1998056579A1 - Material arido-polimerico para la construccion - Google Patents

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WO1998056579A1
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Antonio Sanchez Perez
Miriam Marzal Iribas
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Electroacustica General Iberica, S.A.
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Definitions

  • the invention now advocated consists of an arid-polymeric material for construction, among the lightweight materials and with insulating properties.
  • the hardness of the material of the present invention is equivalent to that of traditional materials but with the plasticity conferred by polymeric materials.
  • This material is preferably presented in the form of a panel, even when other shapes are also contemplated, such as bricks, tiles, casting in molds, etc.
  • This invention characterizes a prefabricated material, of low density, between 250 and 775 kg / m3, with excellent properties of mechanical and atmospheric resistance, easy handling, flame retardant, good thermal insulation and, also, acoustic insulation, as well as cost of moderate production.
  • this product incorporates an expanded clay (arlite), bonded in the form of a panel by means of a resin and, occasionally, additional loads of deteriorated hollow glass microspheres (fillite), constructed in sandwich of a cohesion material formed by two meshes of fiberglass of a weight between 40 and 200 g / m2 although, alternatively, one or both layers of outer meshes can be dispensed with, whether or not proportionally watering the panel.
  • arlite expanded clay
  • fillite hollow glass microspheres
  • the invention object of the present specification refers to a coating for buildings, among the coatings provided with light materials and with insulating properties, preferably a panel, which can be presented in different versions, both of coating and of self-supporting material, maintaining the hardness of traditional aggregates, but conferring the plasticity of polymeric materials.
  • Other shapes are also contemplated, such as bricks, tiles or cast molds.
  • this product incorporates expanded clay cores between 3 and 16 mm and varying densities between 250 and 775 Kg / m3.
  • the cohesion material incorporated between the hollows of the clay cores, is a polyurethane resin with its corresponding catalyst and, optionally, loads, preferably, fillite (hollow glass microspheres), although several others like fiber fit of cut glass, fly ash, calcium carbonate and the like.
  • Figure 1 shows the variant with the attack surface uncoated by the mesh, in a panel that incorporates the arlite, the resin, the catalyst and the charges.
  • Figure 2 is a panel according to the preferred example of the invention, which incorporates coating material on both sides, the attack and the lower one.
  • Figure 3 is the graph of a flexural test, performed with a 180 x 70 x 30 mm specimen.
  • the present invention relates to a new arid-polymeric material, for construction, preferably in the form of panels, although it can be obtained in the form of bricks, tiles, etc., by cutting of large blocks or by means of molds of different dimensions, with excellent properties of mechanical resistance and atmospheric agents, easy handling, fire retardant, good thermal insulation and, also, acoustic insulation, as well as moderate production cost.
  • This material incorporates expanded or similar clay balls, coalesced in two different ways, either by a mixture of resin and catalyst or by a mixture of polyurethane resin and catalyst loaded with hollow or compact glass microspheres, obtaining a material with thickness variable, in the case of the panel, between 30 and 50 mm (taking into account that, according to the tests carried out, the breaking load increases with the thickness), as well as with density values between 250 and 775 kg / m3.
  • this new arid-polymeric material for construction shows different mechanical behavior depending on the type of primary cores used in its manufacture, as well as the load of cohesion material.
  • the flexural testing machine consists of a bridge, of adjustable pillar height, provided with a head with solid bars that incorporate a 2500 kg hydraulic traction cylinder, with a dynamometer that acts when traction starts between its two ends, as well as a tool that incorporates the specimens, the force being applied centrally to the piece and with a cylinder that attaches to the column of the head.
  • the flexural strength of the panels, without any coating, varies from 11.5 Kg to 65.3 Kg for the 180 x 70 x 30 mm test specimens.
  • the impact footprint test machine is one of the type of columns with transverse slat of variable height and graduated up to 100 mm and prolonged drilling in a guide, for a 500 g steel ball.
  • the preferred coating provides medium flexural strengths from 11.5 Kg to 391.18 Kg, for 180 x 70 x 30 mm test specimens and, without considering the coating, the average density values range from 425 to 723 Kg / m3.
  • the nuclei used in the experiences have been small balls of arlite (1) of denomination G3, F3 and F5, which correspond to particle diameters between 3 and 16 mm, and with densities between 250 - 600 Kg / m3, even if in practice a range of densities of up to 658 Kg / m3 can be achieved.
  • the resin used is a phenolic resin (2) of the resol type supplied by the company Fers Resins and with the trade name TH-500 *, with main characteristics, high resistance to ignition and low contribution to the combustion; low smoke generation; high performance at high temperature and fast curing.
  • Catalyst (3) also from Fers Resins, has the trade name C-501 *.
  • the charges (4), of alternative incorporation, are the referred to hollow glass microspheres, fillite.
  • the fiberglass meshes (5) contemplated are of a weight of 150 g / m2, supplied by Groberglass, model GR-5.
  • Figure 3 shows the flexural load supported for a given formulation. As already indicated above, the tests have been performed for 180 x 70 x 30 mm specimens. The abscissa identify the specimen and the ordinates the staggered kg of 50 in 50.
  • the uncoated face is precisely that corresponding to the surface receiving the attack of the bending tool.
  • the final plan shows the load values with two-sided coating, each of them constructed, also, with 150 g / m2 fiberglass mesh linked with a syntactic foam, also as an example of the tests.

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Abstract

Se presenta bajo la forma de panel, ladrillos, baldosas, etc. y caracteriza un material prefabricado, de baja densidad, de promedio menor a 500 kg/m3, con excelentes propiedades de resistencia mecánica y a los agentes atmosféricos, fácil manipulación, ignífugo, buen aislante térmico y, también, aislante acústico, así como de coste de producción moderado, en base a una arcilla expandida, aglutinada mediante una resina, ocasionalmente con cargas, en sandwich de dos mallas de fibra de vidrio, con espumas sintácticas y/o resina con catalizador.

Description

MATERIAL ÁRIDO-POLIMÉRICO PARA LA CONSTRUCCIÓN
DESCRIPCIÓN
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La invención ahora propugnada consiste en un material árido-polimérico para la construcción, de entre los materiales ligeros y con propiedades aislantes .
La dureza del material de la presente invención es equivalente a la de los materiales tradicionales pero con la plasticidad que le confieren los materiales polimé- ricos . Este material se presenta, preferentemente, bajo la forma de panel, aún cuando también se contemplan otras formas, como ladrillos, baldosas, colada en moldes, etc.
Caracteriza esta invención un material prefabricado, de baja densidad, de entre 250 y 775 kg/m3 , con excelentes propiedades de resistencia mecánica y a los agentes atmosféricos, fácil manipulación, ignífugo, buen aislante térmico y, también, aislante acústico, así como de coste de producción moderado.
A tales fines este producto incorpora una arcilla expandida (arlita) , aglutinada en forma de panel mediante una resina y, ocasionalmente, unas cargas adicionales de microesferas huecas deterioradas de vidrio (fillite) , construido en sandwich de un material de cohesión formado por dos mallas de fibra de vidrio de un gramaje comprendido entre 40 y 200 g/m2 si bien, alternativamente, puede prescindirse de una o de las dos capas de mallas exteriores, regruesando o no proporcionalmente el panel.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La utilización de materiales aligerados en la construcción es conocida desde hace bastantes decenios, habiendo pasado al lenguaje común algunas de las marcas o denominaciones societarias de estos productos como, por ejemplo, los áridos de nombres genéricos vermiculita o arlita (esférulas de arcilla expandida) , así como plásticos diversos (poliesterino expandido, poliester) , vidrio celular, etc.
Todos estos materiales se utilizan individualmente y no incorporados a otros, definiendo una diversidad de productos que cubren una variada gama de aplicaciones en la construcción.
El solicitante desconoce la existencia de paneles, ladrillos o baldosas, construidos con los materiales y recubrimientos de la presente invención.
DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención objeto de la presente memoria se refiere a un recubrimiento para edificaciones, de entre los recubrimientos provistos con materiales ligeros y con propiedades aislantes, preferentemente un panel, que puede ser presentado en distintas versiones, tanto de recubrimiento como de material autoportante, manteniendo la dureza de los áridos tradicionales, pero confiriendo la plasticidad de los materiales poliméricos. También se contemplan otras formas, como ladrillos, baldosas o colada en moldes .
A tales efectos de obtención de elementos constructivos diferentes, este producto incorpora núcleos de arcilla expandida de entre 3 y 16 mm y de densidades variables entre 250 y 775 Kg/m3. El material de cohesión, incorporado entre los huecos de los núcleos de arcilla, es una resina de poliure- tano con su correspondiente catalizador y, opcionalmente, unas cargas, preferiblemente, fillite (microesferas de vidrio huecas) , si bien caben otras diversas como fibra de vidrio cortada, cenizas volantes, carbonato calcico y similares .
Existe también un recubrimiento de mejora (piel del sandwich) de las propiedades mecánicas del material , concretamente, fibra de vidrio cortada o mallas de fibra de vidrio de un gramaje comprendido entre 40 y 200 g/m2 , impregnadas con espumas sintácticas o bien sólo con el conjunto resina-catalizador, así como obteniéndose superficies lisas con núcleos de arcilla de entre 0,1 y 1 mm.
DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para complementar la descripción que se está llevando a efecto y con objeto de facilitar la mejor y más fácil comprensión de las características del invento, se acompaña a la presente memoria descriptiva, como parte integrante de la misma, un juego de planos en donde, con carácter ilustrativo y nunca limitativo, se ha procedido a representar lo siguiente:
La Figura 1 muestra la variante con la superficie de ataque sin recubrir por la malla, en panel que incorpora la arlita, la resina, el catalizador y las cargas.
La Figura 2 es un panel según el ejemplo preferente de la invención, que incorpora material de recubrimiento por ambas caras, la de ataque y la inferior. La Figura 3 es el gráfico de un ensayo de flexión, realizado con una probeta de 180 x 70 x 30 mm.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
A la vista de lo anteriormente enunciado, la presente invención se refiere a un nuevo material árido- polimérico, para la construcción, preferentemente en forma de paneles, si bien puede ser obtenido en forma de ladri- líos, baldosas, etc., por corte de bloques grandes o mediante moldes de distintas dimensiones, con excelentes propiedades de resistencia mecánica y a los agentes atmosféricos, fácil manipulación, ignífugo, buen aislante térmico y, también, aislante acústico, así como de moderado coste de producción.
Incorpora este material bolas de arcilla expandida o similar, cohesionadas de dos formas diferentes, bien por una mezcla de resina y catalizador o bien por una mezcla de resina de poliuretano y catalizador cargada con microesferas de vidrio, huecas o compactas, consiguiendo un material con espesor variable, en el caso del panel, entre 30 y 50 mm (teniendo en cuenta que, según los ensayos realizados, la carga de rotura aumenta con el espesor) , así como con valores de densidad comprendidos entre 250 y 775 kg/m3.
Una vez obtenido este panel, alma del sandwich cuando se trabaja con espesores bajos, se realizaron experiencias con recubrimientos sólo en una o en sus dos superficies, en este último caso, incluso con materiales diferentes en ambas, con el fin de obtener diferentes propiedades mecánicas , decantándose por unas mallas de fibra de vidrio de un gramaje comprendido entre 40 y 200 gr/m2, impregnadas o no con una espuma sintáctica y/o con resina de poliuretano y un catalizador, así como con núcleos de arcilla de entre 0,1 y 1 mm.
Como ya se ha indicado, de los resultados obtenidos en estos ensayos, se confirma que este nuevo material árido-polimérico para la construcción, muestra distinto comportamiento mecánico en función del tipo de núcleos primarios que se utilicen en su fabricación, así como de la carga del material de cohesión.
Ensayos de flexión.- Se han realizado ensayos equivalentes de flexión con probetas de dimensiones 180 x 70 x 30 mm, obtenidas por moldeo o por corte con sierra de disco de una probeta cúbica de dimensiones muy superiores, habiéndose comprobado en este último caso que no existe una dirección privilegiada de corte, en ninguno de los ejes de "x" "y" o
La máquina de ensayos por flexión consiste en un puente, de altura de pilares regulable, provisto de un cabezal con barras macizas que incorporan un cilindro hidráulico de tracción de 2500 kg, con un dinamómetro que actúa cuando se inicia la tracción entre sus dos extremos, así como un útil que incorpora las probetas, aplicándose la fuerza centralmente a la pieza y con un cilindro que se acopla a la columna del cabezal .
La resistencia a flexión de los paneles, sin ningún tipo de recubrimiento, varía desde 11,5 Kg a 65,3 Kg para las probetas testeadas de 180 x 70 x 30 mm.
De las diversas pruebas se ha comprobado que la mayor resistencia media a flexión se da para formulaciones de densidad especialmente elevada, del orden de 723 Kg/m3, mientras que el aumento del tanto por ciento de carga, sobrepasado cierto límite, llega a empeorar las propiedades mecánicas al punto que, a igualdad de cantidad de resina, cargarla con un 13.3 % degrada estas propiedades .
La resistencia a la flexión aumenta con la adición de carga, que en el caso de ser un 9 % mejora la probeta, según formulaciones, desde un 83,17 % hasta un 221.7 %, respecto a un 0 % de carga) .
Para hallar la correcta dosificación del recubrimiento del sandwich, así como la que presentase mejores propiedades mecánicas, mejor procesabilidad y menor densidad, se realizaron ensayos de impacto con probetas que contenían un 6 % de catalizador y distintos porcentajes de carga .
Ensayos por huella de impacto.- La máquina de ensayos por huella de impacto es de las del tipo de columnas con listón transversal de altura variable y graduada hasta 100 mm y perforación prolongada en una guía, para una bola de acero de 500 g.
Ejemplo preferente.- El recubrimiento preferente proporciona resistencias medias a flexión desde 11,5 Kg a 391,18 Kg, para las probetas testeadas de 180 x 70 x 30 mm y, sin considerar el recubrimiento, los valores medios de densidades van desde 425 a 723 Kg/m3.
"Los materiales componentes primeros seleccionados para este recubrimiento se describen a título de ejemplo preferente, entendiéndose como alternativas posibles los que se incorporan a continuación entre paréntesis :
- Núcleo primario : Los núcleos empleados en las experien- cias han sido bolitas de arlita (1) de denominación G3, F3 y F5, que se corresponden con diámetros de partícula entre 3 y 16 mm, y con densidades comprendidas entre 250 - 600 Kg/m3, aún cuando en la práctica pueda alcanzarse un rango de densidades de hasta 658 Kg/m3.
- Material de cohesión de los núcleos : La resina utilizada es una resina de fenólica (2) de tipo resol suministrada por la empresa Fers Resins y con la denominación comercial TH-500*, de características principales alta resistencia a la ignición y baja contribución a la combustión; baja generación de humos; elevadas prestaciones a alta temperatura y rápido curado.
El catalizador (3) , también de Fers Resins, tiene la denominación comercial C-501* .
Las cargas (4) , de incorporación alternativa, son las referidas microesferas de vidrio huecas, fillite.
En cuanto a las mallas, para el ejemplo preferente del sandwich, las mallas de fibra de vidrio (5) que se contemplan son de un gramaje de 150 g/m2 , suministradas por Groberglass, modelo GR-5.
En la Figura 3 se muestra la carga de flexión soportada para una formulación dada. Como ya se ha indicado anteriormente, los test se han realizado para probetas de 180 x 70 x 30 mm. Las abcisas identifican la probeta y las ordenadas los kg escalonados de 50 en 50.
O servamos, en un primer plano de la figura, los valores de flexión para una formulación dada de este nuevo material árido-polimérico, desprovisto de todo recubrimiento (I) . El plano consecutivo más interno muestra los valores de carga con recubrimiento en una de sus caras, construido con una malla de fibra de vidrio de 150 g/m2 ligada con una espuma sintáctica (mostrada aquí como ejemplo de otras varias posibilidades testeadas) .
Se procede también a aclarar que la cara sin recubrir es precisamente la correspondiente a la superficie receptora del ataque del útil de flexión.
El plano final muestra los valores de carga con recubrimiento en las dos caras , construido cada uno de ellos, igualmente, con malla de fibra de vidrio de 150 g/m2 ligada con una espuma sintáctica, también como un ejemplo de los testeados.
No se hace más extensa esta descripción, en el buen entender de que cualquier experto en esta materia tendría suficiente información para comprender el alcance de la invención y sus ventajas derivadas, así como para proceder a reproducir la misma.
Se sobreentiende que, si no alteran la esenciali- dad de la invención, tanto las variaciones en los materia- les como la forma, el tamaño y la disposición de los elementos son susceptibles de variación dentro del mismo caracterizado .
Los términos utilizados durante la descripción y el sentido de la misma deberán ser considerados siempre de manera no limitativa.

Claims

REIVINDICACIONES
Ia.- Material árido-polimérico para la construcción, de entre los materiales ligeros y aislantes, esencialmente caracterizado por estar construido en forma de paneles, ladrillos, baldosas, colado en moldes, etc., bien por corte de bloques grandes o bien mediante moldes de distintas dimensiones, que incorpora arcilla expandida (1) , asi como un material de cohesión, consistente en una resina (2) con su correspondiente catalizador (3) ; incorpora también un recubrimiento en sandwich de mallas de fibra de vidrio (5) y/o espumas sintácticas y/o resina (fenólica, epoxi, poliester) más un catalizador.
2a.- Material árido-polimérico para la construcción, según la reivindicación anterior, caracterizado porque la resina (2) incorpora además fillite (3) , o bien microesferas de vidrio huecas o compactas en cantidades variables.
3a.- Material árido-polimérico para la construcción, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque los núcleos de arcilla expandida disponen de diámetros entre 3 y 16 mm y de densidades variables entre 250 y 658 Kg/m3.
4a .- Material árido-polimérico para la construcción, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la malla de fibra de vidrio es de un gramaje comprendido entre 40 y 200 g/m2.
5a .- Material árido-polimérico para la construcción, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por substituir el material fillite (3) , o bien las microesferas de vidrio huecas o compactas por fibra de vidrio cortada, cenizas volantes, carbonato calcico y otros productos similares, también en cantidades variables. 6a .- Material árido-polimérico para la construcción, según las reivindicaciones anteriores, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por eliminar uno de los recubrí- mientos en sandwich de mallas de fibra de vidrio (5) y/o espumas sintácticas y/o resina más un catalizador, regrue- sando o no el panel .
7a .- Material árido-polimérico para la construcción, según las reivindicaciones anteriores, según las reivindicaciones anteriores, caracterizado por eliminar los dos recubrimientos en sandwich de mallas de fibra de vidrio (5) y/o espumas sintácticas y/o resina más un catalizador, regrue- sando adecuadamente el panel .
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