WO2013001473A1 - Aditivo para la elaboración de concretos permeables - Google Patents
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Classifications
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- C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
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- C04B2111/00241—Physical properties of the materials not provided for elsewhere in C04B2111/00
- C04B2111/00293—Materials impermeable to liquids
Definitions
- the present invention relates to an additive for the preparation of permeable concrete with improved properties and method for its preparation, in particular an additive for the preparation of permeable concrete that can be added to any type of stone aggregate and / or cement, improving the required mechanical properties of the product in each of the stages before, during and after setting.
- Concrete is the material resulting from the mixture of hydraulic activation binder materials, such as cement with inert solid granular materials with suitable particle sizes and water.
- the aforementioned mixture consists of a moldable paste with adherent properties, which hardens when it becomes a material of stony consistency.
- Cement is a material considered ecological and environmentally friendly, however, it is a material with notable deficiencies in its strength, durability, degradability, etc.
- Patent No. 236,456 of Halliburton Energy Services, Inc. for an improved permeable cement composition that includes an effective amount of a surfactant.
- the addition of surfactant to the permeable cement composition provides at least one pumpable slurry with a minimum amount of water or brine solution.
- the additives of the prior art are additives that are added in situ, and not from concrete plants, which causes that an automatic dosing cannot be made and dosing errors have to be made by manual and non-automated way.
- Permeable concretes are not concrete of good plasticity and / or workability.
- the state-of-the-art cement results in high costs since not reaching the necessary strengths, very high thicknesses have to be used, which limits its use to places where the Resistance does not have to be very high or low traffic cone walkers, sidewalks, bike paths, parking lots, etc.
- a further object of the present invention is to provide an additive for the preparation of permeable concretes with improved properties, which provides a permeable concrete composition and which does not absorb much heat such as the state of the art concrete.
- Another object of the present invention is provide an additive for the preparation of permeable concrete with improved properties where said additive can be added to the cement mix from the plant automatically, thereby reducing logistics and installation costs because it is easy to maneuver and allows packaging and transport of the composition in different presentations and / or volumes.
- a further object of the present invention is to provide an additive for the preparation of permeable concrete with improved properties where the handling time of the concrete is wide, regardless of the factor of day, night or warm weather.
- More of the present invention provide an additive for the preparation of permeable concretes with improved properties that increase the strength of any cement of the prior art, adding a considerably smaller amount of additive.
- a further object of the present invention is to provide an additive for the preparation of permeable concretes with improved properties, with which a cement of greater flexibility is provided than any of the permeable concretes of the prior art.
- a further object of the present invention is to provide an additive for the preparation of permeable concretes with improved properties, wherein the amount of additive used in the cement composition is used up to 25% less, with respect to the amount of cement in the prior art, reaching greater resistance.
- Figure 1 illustrates the metal cylinders to perform compression resistance tests with their respective attachments.
- Figure 2 illustrates a comparison in which the condensation of water in a cement with a state of the art additive compared to a cement with additive of the present invention which shows how it maintains moisture.
- Figure 3 illustrates a comparison of curing and surface setting of two permeable cements, one with additive, state of the art and the other with additive of the present invention.
- Figure 4 illustrates a comparison of the casting and setting under water of two permeable cements, one with additive of the prior art and the other with additive of the present invention.
- the invention is directed to an improved additive for the preparation of permeable concretes with improved properties that can be added to any type of stone aggregate and / or cement, improving the required mechanical properties of the product in each of the previous stages, during and after to setting; and at method for preparing said additive.
- the additive of the present invention is mixed with cement, water and stone aggregates through conventional processing techniques, but also in accordance with the characteristics of the product to be obtained, it is possible to optionally add other ingredients.
- the techniques mentioned include but are not limited to plant mixing techniques, mixing in situ, mixing large volumes, mixing small volumes manually, use of industrial concrete mixers, mixer trucks and the like.
- the permeable concrete with improved properties includes improved physical chemical properties for each of the stages before, during and after setting.
- the cement obtained has, among many other characteristics, high resistance to compression, abrasion and flexion, whereby its applications include, in addition to the common or already known ones, applications using smaller thicknesses with high strength and with the benefit of permeability than those shown in The state of the art. Said applications are mentioned for illustrative purposes, but not limited to the invention, and among which are pavements of fast roads, roads, highways, docks, sea platforms, airstrips, breakwaters, etc. All Applications have great benefits not only structural and economic but also helps the environment.
- the additive of the present invention when combined with cement, water and granular materials gives the cement obtained, to its process of preparation and placement, the following characteristics:
- the additive of the present invention can be added to the concrete mixture from the plant prior to transportation, and not to mix at the site where it is worked. That is, the dosage of additive can be from concrete plants or on site. With the above, it is possible to package the additive added in different volumes, including transporting it in tank cars.
- the setting time is longer than those of the permeable concrete of the state of the art, allowing it to be placed quietly in the morning and / or in warm climates without affecting the malleability of the product and avoiding constantly adding water during placement, a situation that causes get out of technical specifications that affect the correct behavior of the concrete and its stability.
- the placement of polyethylene sheets on the surface is not required during the curing process, this benefits to the process since when removing the polyethylene ahead of time there are cracks and crumbling of the surface. As well as it is possible that the curing and superficial setting of the permeable concrete with improved properties is smooth and even.
- the permeable concrete with improved properties that includes the additive of the present invention has a plasticity and consequently significantly greater handling than the concretes of the prior art.
- the additive of the present invention is used in a considerably lower percentage than the known permeable concrete additives. To achieve resistances of at least 300 Kg / cm 2 in the concrete product of the current technique, 25% less additive is added relative to the amount required by the known additives to the concrete mixtures of the prior art.
- the additive of the present invention can be mixed with any type of stone aggregate as well as with the different types of cement that currently exist without restriction.
- the permeable concrete with improved properties that includes the additive of the present invention is a product that has the ability to set under water, which allows its use for hydraulic or ophshore engineering work.
- the invention provides an additive formulation for the preparation of permeable concretes with improved properties, which contains the following ingredients: from approximately 33.70 to 54.90% water; from about 0.30 to 0.50% defoamer; from about 0.30 to 0.40% bactericide; from about 0.30 to 0.50% polyglycol; from about 7.20 to 24.00% of a combination of emulsifiers; from about 15.50 to 17.00% humectant; from about 20.8 to 22.90% dispersant; and, about 0.70 to 1.00% biopolymer.
- a non-ionic surfactant such as a copolymer of siloxane polyester, is used in very low amounts of 0.30 to 0.50% of the total additive, which lowers all the foam in the mixture and prevents the formation of new bubbles that damage the cement and which reduce both the compressive strength and the rupture module.
- the bactericide used is isothiazolidone, which is part of the additive for permeable concretes of the present invention for the purpose of preserving the product in the package with very little toxicity and high effectiveness, which allows to preserve, the product packaged for at least one year without suffering any deterioration, thus preventing the development of bacteria.
- Polyglycol Organic compound with unique low polydispersion properties that lubricates the walls of the mixing vessels preventing the permeable concrete from sticking to the walls, preferably using polyethylene glycol.
- the additive of the present invention preferably includes a combination of 2 emulsifiers, namely: 3.60 to 12% sodium arylsulfonate of the composition of the additive and 3.60 to 12% of alkylammonium salt of the composition of the additive, which have the function of encapsulate the cement without allowing the evaporation of water, which greatly influences the compressive strength and rupture modulus because the moisture is maintained in the cement without the base absorbing it or water being lost by evaporation, which results in avoiding the use of polyethylene sheets as previously stated.
- the humectant included in the additive of the The present invention preferably consists of a copolymer of methacrylic acid that confers manageability and molding to the cement, without losing its characteristics, which is very useful because the additive can be added from the concrete plant regardless of the weather, without losing The mentioned properties.
- the additive of the present invention in a preferred embodiment includes polyether with carboxylic groups and long chain of ethylene oxide, as a dispersant that grants fluidity to the concrete without disintegrating, a situation that results in water savings of 10% to 15%.
- polyether with carboxylic groups and long chain of ethylene oxide makes it possible to have resistance concretes just like the concrete of the prior art but using less cement in the mixture, or, a greater resistance using the same amount of cement as in a concrete of the state of the art.
- Biopollmero The biopolymer included in the preferred mode of additive for permeable concretes of the present invention consists of diutan gum, which gives the concrete properties to be able to sneak under water without cement completely disintegrating or there is sedimentation of stone aggregates.
- an additive formulation for the preparation of permeable concrete and it is important to mention that the percentages of each of the ingredients that make up the formulation may vary and depend on the properties required according to the use or application of the final product. Therefore, there is a range of permeable concretes of different mechanical properties required of the product in each of the stages before, during and after setting and that are made from the aforementioned formulation:
- Moisture absorption of a cement mixture was evaluated using the additive of the present invention and a cement mixture with prior art additive. This evaluation was visual and tactile.
- the test was conducted by placing a sample of each type of cement (one with the additive of the present invention and the other with a prior art additive) in two small cylindrical containers of reduced height with an approximate volume of 25 ml and allowed to stand for 10 minutes. As time passed, it was observed that the surface of the cement sample that includes the additive of the present invention remained smooth and free of water on the surface, while the sample with prior art additive accumulated a considerable amount of water in the surface as a result of condensation of water or evaporation of water included in the concrete mixture. Allowing the evaporation of water has an important influence on the compressive strength and the modulus of rupture of permeable concrete. The test results are shown in Figure 2.
- Casting was evaluated and set under water of a cement mixture using the additive of the present invention and a cement mixture with a prior art additive. This evaluation was visual. The test was conducted by emptying a sample of each type of cement into two containers of considerable height with an approximate volume of 20 1. These containers contained 2/3 of their water capacity and their behavior was evaluated from the entrance of the mixture of concrete to water. After the visual evaluation of both ours, the cement mixture that includes the additive of the present invention has not been mixed with the water, it did not disintegrate nor was sedimentation of stone aggregates found. On the other hand, the sample with prior art additive disintegrated with the water on contact with it, an important amount of stone sediments from the concrete mixture was also noted. The test results are shown in Figure 4.
- the compressive strength and rupture modulus of a cement was evaluated using the additive of the present invention against the same properties of a cement with a prior art additive.
- the concretes were prepared by adding the amounts of additives, cement, water and stone aggregates that were shown in the table set forth below for the present example.
- the additive added to the concrete mixture with improved properties was prepared in accordance with the preparation method described above.
- Permeable concretes were also visually inspected before, during and after the tests to assess some signs of their different behaviors. development of cylinders for compression resistance tests and rupture module
- the most common way to determine the strength of concrete is to evaluate the specimens to compression and the modulus of rupture, so that the quality of the concrete can be judged adequately, so it is required that the cylinders are made correctly according to what is specified for the filling of the molds, compaction, flush and identification thereof.
- test equipment Before proceeding to take the samples the test equipment must be in optimal conditions for use, clean and complete in all its parts, in addition to all surfaces that will be in contact with the concrete must be wet, in the case of the truck puts on a rubber to prevent it from absorbing water and with the same rubber the sample is covered.
- the sample should be taken from at least three different portions of the load, making sure that the sample is taken in the middle third of it.
- the sample can be obtained by passing the container (wheelbarrow or bucket) through the discharge jet, once the necessary portions for the sample are obtained, they are vigorously mixed with the ladle, until it is observed that the appearance of the Mix is homogeneous. If the sample is obtained from a mixer, the sample is poured into the truck and mixed vigorously until a homogeneous sample is obtained.
- stopwatch with a minimum approximation of 0.2 seconds
- Round and smooth steel bullet tip rod with a diameter of 1.6 cm and an approximate length of 60 cm, both ends should be rounded in the form of a ball of 1.6 cm in diameter
- mallet of rubber with a weight of 1 Kg
- metallic, rectangular ladle with a capacity of approximately 1.5 liters
- metal truck with a capacity of at least 30 liters equipped with pneumatic tire
- vibrocompactor vibrating plate brand Wacker WP 1550 with 4500 watts air-cooled internal combustion gasoline engine at 3600 rpm, compaction depth 20 cm.
- the cylindrical molds will be of a diameter of 15 cm and a height of 18 cm, in addition to the equipment compacting the material 20% leaving the cylinders already compacted with a height of 14.7-15.3 cm also apply the slenderness factor for compression tests. Cylindrical molds must be completely closed. Once they are perfectly closed, the cylinders are lightly impregnated with a release agent on the interior surfaces.
- Figure 1 shows the metal cylinders for compression tests.
- each of the cylinders are made as follows:
- the mold in three sections ensuring that the volume is the same in each of them: the first section is filled to a third of the total volume of the cylinder and accommodates with the bullet tip rod trying to fill the empty spaces (it only fits, it should not be compacted or pressed hard), do the same for the other 2 sections only that the filling in the last section will be only up to the highest level of the cylindrical mold.
- the additive of the present invention allows to produce permeable concretes that have great benefits in addition to those already mentioned in the present description, among which we can add the continuous and direct recharge of the aquifer layers, decrease in waterlogging or water stagnations, low cost of Installation compared to drainage systems, allows a permeability of 100 to 200 1 / m 2 / minute.
- the benefits of The use of the cement additive of the present invention is not only economical and structural as described, but also promotes sustainable development and environmental protection.
- permeable concretes that include the additive of the present invention are not only applicable to the uses mentioned here such as fast track pavements, roads, highways, docks, sea platforms, airstrips, breakwaters, etc., they would also be useful and perfectly applicable to light traffic streets, walkways, sidewalks, bicycle paths, parking lots, parks, pedestrian areas, courtyards, roads, etc.
Landscapes
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- Materials Engineering (AREA)
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Abstract
Se describe un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas y método para su preparación, que comprende en una composición total: de 33.70 a 54.90% de agua; de 0.30 a 0.50% de antiespumante; de 0.30 a 0.40% de bactericida; de 0.30 a 0.50% de poliglicol; de 7.20 a 24.00% de una combinación de emulsionantes; de 15.50 a 17.00% de humectante; de 0.8 a 22.90% de dispersante; y de 0.70 a 1.00% de biopolímero. El aditivo para la elaboración de concretos permeables puede ser adicionado a cualquier tipo de agregado pétreo y/o cemento mejorando las propiedades mecánicas requeridas del producto en cada una de las etapas previa, durante y posterior al fraguado.
Description
ADITIVO PARA LA ELABORACIÓN DE CONCRETOS PERMEABLBS CON
PROPIEDADES MEJORADAS Y MÉTODO PARA SU PREPARACIÓN
CAMPO DB LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas y método para su preparación, en particular un aditivo para la elaboración de concretos permeables que puede ser adicionado a cualquier tipo de agregado pétreo y/o cemento, mejorando las propiedades mecánicas requeridas del producto en cada una de las etapas previa, durante y posterior al fraguado. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
El concreto, es el material resultante de la mezcla de materiales aglomerantes de activación hidráulica, tales como el cemento con materiales granulares sólidos inertes con granulometrias adecuadas y agua. La mencionada mezcla consiste en una pasta moldeable de propiedades adherentes, que al fraguar se endurece tornándose en un material de consistencia pétrea.
Una de las principales características del concreto es que resiste muy bien los esfuerzos de compresión, sin embargo su comportamiento frente a otros esfuerzos tales como tracción, flexión, abrasión, etc., no es el mejor. Para poder modificar las características y comportamiento
del concreto es común agregar aditivos.
En la actualidad, en la industria del cemento, del concreto y de la construcción en general se ha estimulado la sensibilización en torno al medio ambiente, intensificando la atención y acción a este tipo de aspectos, de ahí que se considere al ambiente como parte fundamental del desarrollo sustentable para absorber los efectos de la actividad humana, planteando el mejoramiento de la ciencia y la tecnología.
Uno de los aspectos ambientales a considerar es el del agua, la recarga de mantos acuiferos y eliminación de agentes contaminantes. Un método utilizado y perfeccionado en la última década para corregir los aspectos mencionados es la utilización de concretos permeables en pavimentos. Esta acción permite la recarga de los mantos acuiferos, filtración de los agentes que contaminan las aguas subterráneas, y disminución de encharcamientos reduciendo con esto focos de infección.
El cemento es un material considerado ecológico y amigable con el medio ambiente, sin embargo, es un material con notables deficiencias en su resistencia, durabilidad, degradabilidad, etc.
Los aditivos para la elaboración de cemento y procedimientos para su elaboración han tomado muchas formas. Por ejemplo, en el arte previo podemos encontrar la Patente Mexicana No. 270,135 (Jaime Grau 6., et. al.) que describe un aditivo para la elaboración de concretos
ecológicos permeables con alta resistencia a la compresión, flexión y abrasión, y que permite la filtración del agua hacia el subsuelo, dicho aditivo al ser mezclado con cemento, agua y cualquier agregado duro da como resultado un concreto de gran resistencia y de larga durabilidad. El aditivo se elabora a base de agentes dispersantes, agentes de enlace, humectantes, hidroxipropiletil celulosa o hidroxipropilmetil celulosa y sílice aluminatos y agua, agentes surfactantes, agentes bactericidas y antiespumantes .
Además de lo anterior, en México existe protección con la patente No. 236,456 de Halliburton Energy Services, Inc. para una composición de cemento permeable mejorada que incluye una cantidad efectiva de un tensioactivo. La adición de tensioactivo a la composición de cemento permeable proporciona por lo menos una lechada bombeable con una cantidad mínima de agua o solución de salmuera.
El documento US 2009/0197991 Al (Construction Research & Technology GmbH) da a conocer una composición de cemento y agua, y un aditivo para modificar la reologia (RMA) La inclusión del RMA mejora la composición de cemento. La composición protegida es susceptible de incluir otros aditivos de los ya conocidos en el estado de la técnica.
Es común en el arte previo encontrar patentes relacionadas con aditivos para concreto y/o composiciones
de cementos, como es el caso de la Patente norteamericana No. 3,948,672 de Texaco, misma que otorga protección a una composición de cemento, permeable para el tratamiento y fijación de una película permeable de concreto de la barrera entre la formación y el pozo.
Finalmente, en el documento Norteamericano No. 6,875,265 B1 (Sung Soon Kang) , otorga protección a un cemento de alto rendimiento mejorado que incluye cantidades establecidas de agregados, cemento, agua, pigmento, polvo de carbón de leña, etc. que resulta en un producto con una fuerza compresiva de 120-300 kgf/cm3 y coeficiente de permeabilidad de 2xl0"2 cm/seg.
Es importante hacer mención que a pesar de la existencia de cualquiera de los aditivos para la elaboración de concretos permeables y/o las composiciones de concretos permeables del estado de la técnica, se siguen teniendo ciertas desventajas. Existe la necesidad de nuevos aditivos y/o composiciones de cemento que resuelvan de manera eficaz los problemas que a continuación se mencionan:
Los aditivos del arte previo son aditivos que son agregados in aitu, y no desde las plantas de concreto, lo que ocasiona que no se pueda hacer una dosificación automática y se tengan errores de dosificación por hacerse de manera manual y no automatizada.
Los tiempos de fraguado son cortos lo que lleva a la continua adición de agua y en consecuencia salirse de
especificaciones técnicas que son necesarias para el funcionamiento correcto y/o eficiencia del concreto.
El trabajo y/o colocación de los concretos del arte previo en climas cálidos son complicados durante el día ya que el calor le afecta considerablemente a la mezcla, disminuyendo aún más los tiempos de fraguado y al colocarlo en horarios nocturnos se incrementan los costos de aplicación.
Para colocar el cemento, se requiere humedecer constantemente la base antes de colocar el concreto para evitar la absorción de agua, lo que provoca poca humedad y en consecuencia grietas en la superficie.
Para el proceso de curado, una vez colocado el cemento del estado de la técnica, se requiere la colocación de láminas de polietileno en la superficie, lo cual es problemático ya que el viento las levanta, ocasionando un mal fraguado, fisuras y desmoronamientos en la parte superficial del concreto.
Los concretos permeables no son concretos de buena plasticidad y/o manejabilidad.
Una de las desventajas más importantes es la utilización de un porcentaje alto de aditivo con relación a la cantidad de cemento.
El cemento del estado de la técnica trae como resultado costos elevados ya que al no alcanzar las resistencias necesarias se tienen que usar espesores muy altos, lo que limita su uso a lugares donde la
resistencia no tiene que ser muy alta o de poco tráfico cono andadores, banquetas, ciclopistas, estacionamientos, etc.
De esta manera, ninguno de los documentos mencionados anteriormente en el estado de la técnica reclama o sugiere la composición y/o aditivo dentro del alcance de la composición presentada en esta solicitud, en la cual se presenta un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas que puede ser adicionado a cualquier tipo de agregado pétreo y/o cemento mejorando las propiedades mecánicas requeridas del producto en cada una de .las etapas previa, durante y posterior al fraguado. OBJETOS DE LA INVENCIÓN
Es un objeto de la presente invención proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas que pueda ser adicionado y mezclado con cualquier tipo de agregado pétreo y con cualquier tipo de cemento.
Un objeto más de la presente invención es proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, que proporcione una composición de concretos permeable y que no absorbe mucha cantidad de calor como el concreto del estado de la técnica.
Otro objeto más de la presente invención es
proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas en donde dicho aditivo pueda ser adicionado a la mezcla de cemento desde la planta de manera automática, reduciendo con esto costos de logística e instalación por ser de fácil maniobrabilidad y permitiendo el envasado y transporte de la composición en diferentes presentaciones y/o volúmenes .
Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas en donde el tiempo de manejabilidad del concreto sea amplio, sin importar el factor de día, noche o clima cálido.
Es un objeto . más de la presente invención proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas que incrementan la resistencia de cualquier cemento del estado de la técnica, agregando una cantidad considerablemente menor de aditivo.
Es otro objeto de la presente invención proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, el cual aumenta la resistencia del concreto superando 300 kg/cm2 con menor cantidad de cemento.
Es aún otro objeto más de la . presente invención proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, en donde la etapa
de curado del concreto no requiere el uso de láminas de polietileno.
Un objeto más de la presente invención es proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, con el cual se proporcione un cemento de mayor flexibilidad que cualquiera de los concretos permeables del arte previo.
Es aún otro objeto más de la presente invención proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, en donde el cemento pueda fraguar bajo el agua ayudando a disminuir costo y tiempos en la fabricación de muelles y plataformas marinas .
Otro objeto más de la presente invención es proporcionar un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, en donde la cantidad de aditivo utilizada en la composición de cemento se utiliza hasta en un 25% menos, con respecto a la cantidad de cemento del arte previo, alcanzando mayores resistencias.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
La Figura 1 ilustra los cilindros metálicos para efectuar los ensayos de resistencia a la compresión con sus respectivos aditamentos.
La Figura 2 ilustra un comparativo en el cual se muestra la condensación del agua en un cemento con un
aditivo del estado de la técnica en comparación con un cemento con aditivo de la presente invención el cual muestra cómo mantiene la humedad.
La Figura 3 ilustra un comparativo del curado y fraguado en superficie de dos cementos permeables, uno con aditivo, del estado de la técnica y el otro con aditivo de la presente invención.
La Figura 4 ilustra un comparativo del colado y fraguado bajo el agua de dos cementos permeables, uno con aditivo del estado de la técnica y el otro con aditivo de la presente invención.
El propósito y las ventajas de la presente invención serán expuestos y aparentes a partir de la descripción que a continuación se presenta, asi como también serán entendidos por medio de la práctica de la invención. Las ventajas adicionales de la invención serán verificables y se alcanzarán por medio del método y procedimiento indicado particularmente en la siguiente descripción detallada, asi como en las reivindicaciones anexas.
Descripción detallada de la invención
La invención está dirigida a un aditivo mejorado para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas que puede ser adicionado a cualquier tipo de agregado pétreo y/o cemento, mejorando las propiedades mecánicas requeridas del producto en cada una de las etapas previa, durante y posterior al fraguado; y al
método para la preparación de dicho aditivo.
Para la obtención de un concreto permeable con propiedades mejoradas con las características y ventajas aquí descritas, el aditivo de la presente invención se ' mezcla con cemento, agua y agregados pétreos a través de técnicas de procesamiento convencionales, aunque también, de conformidad con las características del producto que se desea obtener, es posible añadir opcionalmente otros ingredientes. Las técnicas mencionadas incluyen pero no están limitadas a técnicas de mezclado en planta, mezclado in situ, mezcla de grandes volúmenes, mezcla de pequeños volúmenes de manera manual, uso de mezcladoras de concreto industriales, camiones mezcladores y similares. El concreto permeable con propiedades mejoradas incluye propiedades físico químicas mejoradas para cada una de las etapas previa, durante y posterior al fraguado. El cemento obtenido tiene entre muchas otras características alta resistencia a la compresión, abrasión y flexión con lo cual sus aplicaciones incluyen ademas de las comunes o ya conocidas, aplicaciones utilizando espesores más pequeños con alta resistencia y con el beneficio de la permeabilidad que las mostradas en el estado de la técnica. Dichas aplicaciones son mencionadas con fines ilustrativos, más no limitativos de la invención, y entre las cuales se encuentran pavimentos de vías rápidas, carreteras, autopistas, muelles, plataformas marítimas, pistas de aterrizaje, espigones, etc. Todas las
aplicaciones tienen grandes beneficios no sólo estructurales y económicos sino que también ayuda al medio ambiente.
El aditivo de la presente invención al ser combinado con cemento, agua y materiales granulares otorga al cemento obtenido, a su proceso de elaboración y de colocación las siguientes características:
A diferencia de otros aditivos, el aditivo de la presente invención es posible adicionarlo a la mezcla de concreto desde la planta previa a su transportación, y no efectuar la mezcla en el sitio donde se trabaja. Es decir, la dosificación de aditivo puede ser desde las plantas de concreto o en la obra. Con lo anterior, es posible envasar el aditivo añadido en diferentes volúmenes, inclusive transportándolo en carros tanque.
El tiempo de fraguado es más amplio que aquellos de los concretos permeables del estado de la técnica, permitiendo colocarlo con tranquilidad en horario matutino y/o en climas cálidos sin afectar la maleabilidad del producto y evitando añadir constantemente agua durante su colocación, situación que provoca salirse de especificaciones técnicas que afectan el comportamiento correcto del concreto y estabilidad del mismo.
Además, con el aditivo de la presente invención no se requiere durante el proceso de curado la colocación de láminas de polietileno en la superficie, esto beneficia
al proceso ya que al quitar el polietileno antes de tiempo se presentan fisuras y desmoronamientos de la superficie. Así como también se logra que el curado y fraguado superficial del concreto permeable con propiedades mejoradas sea terso y parejo.
Previo a la etapa de fraguado, el concreto permeable con propiedades mejoradas que incluye el aditivo de la presente invención tiene una plasticidad y en consecuencia manejabilidad notablemente superior que los concretos del arte previo.
El aditivo de la presente invención es utilizado en un porcentaje considerablemente menor que los aditivos para concreto permeable ya conocidos. Para alcanzar resistencias de por lo menos 300 Kg/cm2 en el producto de concreto de la técnica actual se agrega 25% menos de aditivo con relación a la cantidad requerida por los aditivos conocidos a las mezclas de concreto del arte previo.
El aditivo de la presente invención se puede mezclar con cualquier tipo de agregado pétreo al igual que con los diferentes tipos de cemento que existen actualmente sin restricción.
En el proceso de colocación del concreto permeable con propiedades mejoradas que incluye el aditivo de la presente invención, no se requiere humedecer la base, además de que la mezcla requiere de una menor cantidad de agua con respecto a los concretos conocidos.
El concreto permeable con propiedades mejoradas que incluye el aditivo de la presente invención es un producto que tiene la capacidad de fraguar bajo el agua, lo que permite su utilización para trabajos de ingeniería hidráulica u oífshore.
La invención proporciona una formulación de aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, misma que contiene los siguientes ingredientes: de aproximadamente 33.70 a 54.90% de agua; de aproximadamente 0.30 a 0.50% de antiespumante; de aproximadamente 0.30 a 0.40% de bactericida; de aproximadamente 0.30 a 0.50% de poliglicol; de aproximadamente 7.20 a 24.00% de una combinación de emulsionantes; de aproximadamente 15.50 a 17.00% de humectante; de aproximadamente 20.8 a 22.90% de dispersante; y, de aproximadamente 0.70 a 1.00% de biopolímero.
De acuerdo con la descripción anterior, se proporciona a continuación la modalidad preferida y la función de cada uno de los productos de la formulación de aditivo de la presente invención:
Antiespumante; Se utiliza un surfactante no iónico, tal como un copolímero de poliéster siloxano, en cantidades muy bajas de 0.30 a 0.50% del total del aditivo, el cual abate toda la espuma en la mezcla y previene la formación de nuevas burbujas que perjudican al cemento ya que disminuyen tanto la resistencia a la compresión, como el
módulo de ruptura.
Bactericida; En una modalidad preferida de la invención, el bactericida utilizado es isotiazolidona, el cual forma parte del aditivo para concretos permeables de la presente invención con los fines de conservación del producto en el envase con muy poca toxicidad y gran efectividad, lo cual permite conservar, el producto envasado por al menos un año sin sufrir deterioro alguno, impidiendo así el desarrollo de bacterias.
Poliglicol; Compuesto orgánico con propiedades únicas de baja polidispersión que lubrica las paredes de los recipientes de mezcla evitando que el concreto permeable se pegue en las paredes, utilizando de manera preferida polietilenglicol .
Combinación de emulsionantes; el aditivo de la presente invención incluye preferiblemente una combinación de 2 emulsionantes, a saber: 3.60 al 12% de arilsulfonato de sodio de la composición del aditivo y 3.60 al 12% de sal de alquilamonio de la composición del aditivo, que tienen la función de encapsular el cemento sin permitir la evaporación del agua, lo cual influye notablemente en la resistencia a la compresión y al módulo de ruptura en virtud de que la humedad se mantiene en el cemento sin que lo absorba la base o se pierda agua por evaporación, lo cual da como resultado evitar el uso de láminas de polietileno como previamente se ha expuesto.
Humectante; El humectante incluido en el aditivo de la
presente invención consiste preferiblemente de un copollmero del ácido metacrilico que confiere manejabilidad y moldeo al cemento, sin que pierda sus características, lo cual es de gran utilidad en virtud de que se puede agregar el aditivo desde la planta de concreto independientemente del clima, sin perder las propiedades mencionadas.
Dispersante; El aditivo de la presente invención en una modalidad preferida incluye poliéter con grupos carboxilicos y cadena larga de óxido de etileno, como un dispersante que concede fluidez al concreto sin disgregarse, situación que trae consigo un ahorro de agua del 10% al 15%. El uso de poliéter con grupos carboxilicos y cadena larga de óxido de etileno permite tener concretos de resistencia igual que los concretos del arte previo pero utilizando menos cemento en la mezcla, o bien, una mayor resistencia utilizando la misma cantidad de cemento que en un concreto del estado de la técnica .
Biopollmero; El biopolimero incluido en la modalidad preferida de aditivo para concretos permeables de la presente invención consiste de goma de diutan, que confiere al concreto propiedades para poder colarse bajo el agua sin que se disgregue totalmente el cemento o exista sedimentación de los agregados pétreos.
De conformidad con la presente descripción, se presenta a continuación una formulación de aditivo para
la elaboración de concretos permeables, y que es importante hacer mención que los porcentajes de cada uno de los ingredientes que conforman la formulación pueden variar y dependen de las propiedades requeridas según el uso o aplicación del producto final. Por lo tanto, se tiene una gama de concretos permeables de diferentes propiedades mecánicas requeridas del producto en cada una de las etapas previa, durante y posterior al fraguado y que se elaboran a partir de la formulación referida:
Preparación del aditivo de la invención para la elaboración de concretos permeables
La formulación de la modalidad preferida se llevó a cabo de acuerdo con el siguiente método, cuyas etapas a continuación se presentan:
1) Proporcionar el 50% (de 16.85 a 27.45%) del agua a utilizar en un recipiente de acero inoxidable, el cual se coloca en un dispersor de alta velocidad;
2) Agitar a 2000 rpm, y agregar de 0.30 a 0.50% del antiespumante;
3) Reducir la velocidad a 400 rpm por un periodo de 25 a 30 min para obtener una emulsión;
4) Reducir la velocidad (de agitación) a 300 rpm e incorporar el 50% (de 16.85 a 27.45%) de agua restante junto con 0.30 a 0.40% de bactericida y de
0.30 a 0.50% de poliglicol;
5) Aumentar la velocidad hasta 600 rpm, durante 30
minutos;
6) Reducir la velocidad a 400 rpra, agregar los humectantes y dispersantes y mantener la misma velocidad por 15 minutos; y,
7) Agregar los emulsionantes y el biopolímero y continuar la agitación por un periodo de 30 minutos.
EJEMPLO 1
Evaluación de la absorción de humedad
Se evaluó la absorción de humedad de una mezcla de cemento utilizando el aditivo de la presente invención y una mezcla de cemento con aditivo del estado de la técnica. Dicha evaluación fue visual y táctil. La prueba se condujo al colocar una muestra de cada tipo de cemento (uno con el aditivo de la presente invención y el otro con aditivo del arte previo) en dos pequeños recipientes cilindricos de altura reducida con un volumen aproximado de 25 mi y se dejaron reposar durante 10 minutos. Al transcurrir el tiempo se observó que la superficie de la muestra de cemento que incluye el aditivo de la presente invención permaneció tersa y libre de agua en la superficie, por su lado la muestra con aditivo del arte previo acumuló una cantidad considerable de agua en la superficie como resultado de la condensación del agua o bien de la evaporación de agua incluida en la mezcla de concreto. El permitir la evaporación de agua influye de manera importante en la resistencia a la compresión y en
el módulo de ruptura de los concretos permeables. Los resultados de la prueba se muestran en la Figura 2.
EJEMPLO 2
Evaluación del curado y fraguado
Se evaluó el curado y fraguado de una mezcla de cemento utilizando el aditivo de la presente invención y una mezcla de cemento con aditivo del estado de la técnica. Dicha evaluación fue visual y táctil. La prueba se condujo al colocar una muestra de cada tipo de cemento en dos recipientes rectangulares de altura reducida con un volumen aproximado de 40 1 y se dejaron reposar hasta su fraguado. En el estado de la técnica se cubre con láminas de polietileno el concreto durante la etapa de curado/fraguado, en esta ocasión ambos concretos se dejaron descubiertos. Al transcurrir el tiempo se observó que la superficie de la muestra de cemento que incluye el aditivo de la presente invención permaneció tersa y libre de cualquier tipo de fracturas o grietas, por su parte la muestra con aditivo del arte previo colocado sin láminas de polietileno, muestra una cantidad importante de grietas y fisuras en la superficie de la muestra. Los resultados de la prueba se muestran en la Figura 3. EJEMPLO 3
Evaluación del colado y fraguado bajo el agua
Se evaluó el colado y fraguado bajo el agua de
una mezcla de cemento utilizando el aditivo de la presente invención y una mezcla de cemento con aditivo del estado de la técnica. Dicha evaluación fue visual. La prueba se condujo al vaciar una muestra de cada tipo de cemento en dos recipientes de altura considerable con un volumen aproximado de 20 1. Dichos recipientes contenían 2/3 de su capacidad de agua y se evaluó su comportamiento desde la entrada de la mezcla de concreto al agua. Posterior a la evaluación visual de ambas nuestras se tiene que la mezcla de cemento que incluye el aditivo de la presente invención no se mezcló con el agua, no se disgregó ni tampoco se encontró sedimentación de agregados pétreos. Por su lado, la muestra con aditivo del arte previo se disgregó con el agua al contacto con la misma, también se notó una importante cantidad de sedimentos pétreos provenientes de la mezcla de concreto. Los resultados de las pruebas se muestran en la Figura 4.
EJEMPLO 4
Evaluación de la resistencia a la compresión y módulo de ruptura
Se evaluó la resistencia a la compresión y el módulo de ruptura de un cemento utilizando el aditivo de la presente invención contra las mismas propiedades de un cemento con un aditivo del estado de la técnica. Los concretos fueron preparados agregando las cantidades de aditivos, cemento, agua y agregados pétreos que se
muestran en la tabla expuesta mas adelante para el presente ejemplo. El aditivo añadido a la mezcla de concreto con propiedades mejoradas fue preparado de conformidad con el método de preparación descrito con anterioridad.
Los concretos fueron entonces sometidos a pruebas de compresión y módulos de ruptura del material como enseguida se indica.
Los concretos permeables también fueron visualmente inspeccionados antes, durante y después de las pruebas para valorar algunos signos de sus diferentes comportamientos . elaboración de cilindros para pruebas de resistencia a la compresión y módulo de ruptura
Como se sabe, la forma mas común para determinar la resistencia del concreto, es evaluar los especímenes a la compresión y el módulo de ruptura, para que se pueda juzgar adecuadamente la calidad del concreto, por lo que se requiere que los cilindros sean elaborados correctamente de acuerdo a lo especificado para el llenado de los moldes, compactación, enrasado e identi icación de los mismos.
a) Muestreo
Este es probablemente el paso más importante dentro de esta determinación ya que si la muestra no es representativa y confiable, todos los pasos que siguen al
muestreo se verán seriamente afectados.
Antes de proceder a tomar las muestras el equipo para la prueba debe estar en condiciones óptimas para su uso, limpio y completo en todas sus partes, además de que todas las superficies que estarán en contacto con el concreto deben estar húmedas, en el caso de la carretilla se pone un hule para evitar que la misma absorba agua y con el mismo hule se tapa la muestra.
b) Procedimiento de muestreo
La muestra debe tomarse de cuando menos tres porciones diferentes de la carga, asegurándose que la muestra se tome en el tercio medio de la misma. Se puede obtener la muestra pasando el recipiente (carretilla o cubeta) a través del chorro de descarga, una vez que se obtengan las porciones necesarias para la muestra, se procede a mezclarlas vigorosamente con el cucharón, hasta que se observe que la apariencia de la mezcla es homogénea. Si la muestra se obtiene de un mezclador se vierte la muestra en la carretilla y se mezcla vigorosamente hasta lograr una muestra homogénea.
c) Equipo para la elaboración de cilindros
Para efectuar la elaboración de los cilindros se requiere de lo siguiente: cronómetro con una aproximación mínima de 0.2 segundos; varilla punta de Bala de acero redonda y lisa con un diámetro de 1.6 cm y un largo aproximado de 60 cm, ambos extremos deben estar redondeados en forma de bola de 1.6 cm de diámetro; mazo
de goma con un peso de 1 Kg; cucharón metálico, rectangular con capacidad de aproximadamente 1.5 litros; carretilla metálica con capacidad de 30 litros como mínimo equipada con llanta neumática; y vibrocompactadora placa vibratoria marca Wacker WP 1550, con motor a gasolina de combustión interna enfriado por aire de 4500 watts a 3600 rpm, profundidad de compactación 20 cm.
d) Moldes para cilindros
Como la placa vibrocompactadora utilizada tiene una profundidad de compactación de 20 cm, los moldes cilindricos serán de un diámetro de 15 cm y una altura de 18 cm, además de que el equipo compacta el material un 20% quedando los cilindros ya compactados con una altura de 14.7-15.3 cm además aplicar el factor de esbeltez para las pruebas de compresión. Los moldee cilindricos deben estar completamente cerrados. Una vez que estén perfectamente cerrados, los cilindros se impregnan ligeramente con un desmoldante en las superficies interiores .
En la Figura 1 se muestran los cilindros metálicos para las pruebas de compresión.
e) Procedimiento para elaborar los especímenes de concreto.
Antes de elaborar los especímenes de concreto se debe de revisar lo siguiente:
Que los moldes estén bien cerrados.
Que los moldes estén bien apretados para evitar que
se zafen o queden mal elaborados.
Que los moldee tengan desmoldante en sus paredes internas .
Que se cuente con el equipo limpio y completo en todas sus partes.
f) Llenado del molde y proceso de compactación
Una vez que la mezcla tiene las condiciones adecuadas se procede a elaborar los especímenes de concreto, colocando los moldes sobre la superficie en el lugar en el que quedarán almacenados y con la muestra debidamente mezclada, homogeneizada se elaboran cada uno de los cilindros como sigue:
1) Poner un plástico sobre la carretilla para evitar que absorba agua y el mismo plástico sirve para tapar el concreto.
2) Una vez que la muestra se encuentra sobre la carretilla, mezclarla perfectamente con el cucharón para hotnogeneizar la mezcla.
3) Al vaciar cada capa con porciones de la muestra tomadas con el cucharón se debe de girar éste sobre el borde del cilindro a medida que se vaya descargando la muestra esto para asegurar su correcta distribución.
4) Llenar el molde en tres secciones procurando que el volumen sea el mismo en cada una de ellas: la primera sección se llena a un tercio del volumen total del cilindro y se acomoda con la varilla punta de bala
procurando llenar loe espacios vacíos (sólo se acomoda, no se debe compactar ni presionar fuertemente) , hacer lo mismo para las otras 2 secciones solo que el llenado en la última sección será únicamente hasta el nivel más alto del molde cilindrico.
5) Enrasar para eliminar el exceso de la muestra, pasando la varilla punta de bala en movimiento de zigzag, esto para que quede lo más parejo posible.
6) Una vez que el molde está lleno se pone la base que tiene las tapas sobre la superficie de la mezcla que se encuentra en el molde cilindrico y se dan 2 golpes en cada una de las esquinas de la base que tiene las tapas, esto para asentar las tapas.
7) Ya que se tienen los moldes cilindricos con las bases que tienen las tapas,, se pasan a la vibrocompactadora 3 veces para compactar los cilindros, disminuyendo el volumen de 2.7-3.3 cm después de la compactación.
8) Una vez que los especímenes están terminados los moldes deben ser cubiertos inmediatamente con un plástico para evitar la evaporación de agua.
9) Los especímenes deben permanecer en sus moldes un tiempo no menor de 20 horas ni mayor a 48 horas, en este lapso deben desmoldarse y transportarse inmediatamente para continuar con su curado hasta el tiempo especificado.
10) Los especímenes se dejan en la cámara de
curado hasta que se someten a las pruebas de compresión a los 7, 14 y 28 días.
Los ingredientes y cantidades para la elaboración de los concretos se indican en la siguiente tabla:
Los resultados de las mediciones para los concretos permeables se proporcionan a continuación.
Es importante hacer mención que los concretos permeables que incluyen el aditivo de la presente invención no solamente son aplicables a los usos aquí mencionados tales como pavimentos de vías rápidas, carreteras, autopistas, muelles, plataformas marítimas, pistas de aterrizaje, espigones, etc., también serían útiles y perfectamente aplicables a calles de tráfico ligero, andadores, banquetas, ciclopistas, estacionamientos, parques, áreas peatonales, patios, caminos, etc.
Lo anterior es una descripción detallada de una modalidad de la invención. Se apreciará que, aunque en este documento se han descrito las modalidades específicas de la invención con propósitos de ilustración, se pueden hacer varias modificaciones sin apartarse del espíritu y alcance de la invención. La descripción, de cualquier patente u otra publicación citada en este documento se incorpora en el mismo a manera de referencia.
Claims
1. Un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, caracterizado porque comprende una composición: de 33.70 a 54.90% de agua; de 0.30 a 0.50% de antiespumante; de 0.30 a 0.40% de bactericida; de 0.30 a 0.50% de poliglicol;. de 7.20 a 24.00% de una combinación de emulsionantes; de 15.50 a 17.00% de humectante; de 20.8 a 22.90% de dispersante; y de 0.70 a 1.00% de biopolímero.
2. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el antiespumante es un copolíraero de poliéster siloxano.
3. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el bactericida es isotiazolidona.
4. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el poliglicol es polietilenglicol.
5. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque la combinación de emulsionantes consiste de arilsulfonato de sodio y sal de alquilamonio.
6. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 5, caracterizado porque el contenido total de arilsulfonato de sodio y sal de alquilamonio es a lo más el 24% de la composición de aditivo.
7. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 6, caracterizado porque contiene de 3.60 a 12% de arilsulfonato de sodio y de 3.60 a 12% de sal de alquilamonio.
8. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el humectante es copolimero del ácido metacrilico.
9. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el dispersante es poliéter con grupos carboxilicos y cadena larga de óxido de etileno.
10. El aditivo para la elaboración de concretos permeables de conformidad con la reivindicación 1, caracterizado porque el biopolímero es goma de diutan.
11. Un método para la preparación de un aditivo para la elaboración de concretos permeables con propiedades mejoradas, caracterizado porque comprende las etapas de:
a) Colocar en un dispersor de alta velocidad un recipiente de acero inoxidable al que se le agrega de 16.85 a 27.45% del agua a utilizar;
b) Agitar a 2000 rpm mientras se agrega de 0.30 a
0.50% de antiespumante;
c) Reducir la velocidad de agitación a 400 rpm por un periodo de 25 a 30 min para obtener una emulsión;
d) Reducir la velocidad de agitación a 300 rpm e incorporar de 16.85 a 27.45% del agua restante junto con de 0.30 a 0.40% de bactericida y de 0.30 a 0.50% de poliglicol;
e) Aumentar la velocidad de agitación a 600 rpm y mantenerla durante 30 minutos;
f) Reducir la velocidad de agitación a 400 rpm e incorporar de 15.50 a 17.00% de humectante y de 0.8 a 22.90% de dispersante y mantener la misma velocidad de agitación por 15 minutos;
g) Agregar de 7.20 a 24.00% de una combinación de emulsionantes y de 0.70 a 1.00% de biopolimero y continuar la agitación por un periodo de 30 minutos.
12. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el antiespumante es un copolímero del ácido metacrílico.
13. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porgue el bactericida es isotiazolidona,
14. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porgue el poliglicol es polietilenglicol .
15. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque la combinación de emulsionantes consiste de arilsulfonato de sodio y sal de algullamonio.
16. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 15, caracterizado porque la combinación de emulsionantes es de 3.60 al 12% de arilsulfonato de sodio y de 3.60 al 12% de sal de alquilamonio.
17. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el humectante es copolímero del ácido metacrílico.
18. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el dispersante es poliéter con grupos carboxílicoe y cadena larga de óxido de etileno.
19. El método para la preparación de un aditivo de conformidad con la reivindicación 11, caracterizado porque el biopolimero es goma de diutan.
20. Un cemento o agregado pétreo para la elaboración de concreto permeable caracterizado porque comprende el aditivo de conformidad con las reivindicaciones 1 a 10.
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