WO2014037602A1 - Aditivo seco para yesos y procedimiento para su preparación - Google Patents

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Luis Moneo Peco
Jose Antonio Flores Yepes
Joaquín Julian PASTOR PEREZ
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Universidad Miguel Hernandez De Elche
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    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0042—Powdery mixtures
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    • C04B28/00—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements
    • C04B28/14—Compositions of mortars, concrete or artificial stone, containing inorganic binders or the reaction product of an inorganic and an organic binder, e.g. polycarboxylate cements containing calcium sulfate cements

Definitions

  • the present invention refers to an additive intended to improve the properties of the plaster commonly used in construction, as well as to the method for obtaining said additive.
  • the proposed additive is presented in the form of dry powder, so that the mixture with the plaster whose properties are intended to improve will be carried out before mixing with water, circumstance of which it is possible to obtain numerous advantages that will be described below, between which fits an easy to use and transport product with a solid final composition.
  • the properties of calcium sulfate are improved, substantially increasing its properties such as: plastic behavior against pressure waves with significant increases in surface hardness, triples / quadruples the mechanical strength, as well as a significant improvement in The fire resistance ability.
  • the field of application of the present invention is within the sector of the industry dedicated to the manufacture of construction materials, as a protective element of structures in general against fire and / or explosions.
  • citric acid in plaster additives is quite frequent and it is possible to find many products on the market that include it in its composition.
  • Said acid has a hygroscopic nature that causes it to crystallize in granules of varying size depending on the moisture collected, which is why all additives that use citric acid must be added to the water of the mixture. Or put another way, its application is always in the liquid phase.
  • Another known antecedent is that consisting of a high molecular weight additive for calcined gypsum and cement compositions, consisting of a mixture to be used in combination with water in the preparation of a slurry that is hydrated to form an application gypsum cement. outdoors with a reduced expansion, comprising: 30-70% by weight of hydraulic cement; 30-70% by weight of calcined plaster; and 0.05-2.5% by weight of polycarboxylate, wherein said polycarboxylate is a polymer based on oxyalkylene glycol alkyl ethers and derivatives of unsaturated dicarboxylic acids.
  • the additive set forth in said specification is also intended to be applied in the plaster preparation water, so it obviously differs from the properties and advantages of the dry additive that is recommended.
  • a plaster additive that offers the qualities of citric acid or polycarboxylic acids but that exists in solid phase, can be mixed with the plaster directly at the factory, including said additive in the plaster bag itself with all Quantifiable guarantees for quality control systems, thus minimizing the possibilities of errors in the dosage and facilitating the work of the operators that will give it the final use on site.
  • This will mean that by having a dosage control, other additions that confer higher mechanical properties, such as carbon fibers, polypropylene, polyamide-type terephtal amide polyamides, glass fibers and other components such as mineral fibers, can be incorporated. further reinforce the intrinsic fire behavior in the matrix itself. It is also important to point out the possibility of incorporating also the matrix: foaming, aerating or even insulating materials such as polystyrenes, polyurethanes, etc.
  • the invention that is recommended consists of a plaster additive, in the form of dry powder, which is applied to the dry plaster before mixing with water. More specifically, the additive has the following composition: on a basis of polycarboxylic acid (citric acid, among others), a proportion by weight of between 0.8% and 1.2% of colloidal silicon dioxide is added, the Exact percentage to be used depending on the tolerances established within the manufacturing process of the dry additive. The greater the amount of colloidal silicon dioxide used, the greater the dispersion effect caused on the acid particles.
  • the mixture of colloidal silicon dioxide with polycarboxylic acid gives the dry additive the property of being an effective dispersant in addition to protecting it against the hygroscopy of the acid avoiding the formation of lumps or precipitates.
  • the difference in surface tension of colloidal dioxide from Silicone keeps dispersion or particles separated for a long period of time.
  • the process is established by the adsorption of the polar group towards the surface of the acid.
  • the strong adsorption is caused by the large number of surface points to which the dispersant binds at the same time.
  • the rest of the polymeric skeleton is large enough to create an effect known as steric stabilization, by which a physical barrier is created that keeps the acid particles apart. Permanent defloculation is achieved with a minimum separation distance between particles of 200 ⁇ . In addition to producing a decrease in the viscosity of the mixture.
  • the subsequent dosage of additive-plaster mixture (achieved the formulation), is for each 1000 kg of dry plaster between 0.25 and 1 kg of additive, varying the amount depending on the final properties sought for the mixture.
  • the increase in the amount of additive in the plaster will cause a proportional increase in the setting time of the plaster once mixed with water.
  • a ratio of 1 kg of plaster per 0.3 kg of water will be sufficient, at least in the optimal case of mixing with mechanical and energy means, a ratio of 0.5 kg of water per 1 kg of plaster and establishing a maximum ratio of 1 kg of plaster to 0.7 kg of water.
  • This low water / plaster ratio gives the mixture properties of high mechanical strength, surface hardness and resistance to bending and compression.
  • the low water capillary network makes it especially suitable for mixing with other materials and creating developments of constructive assemblies in order to increase behavioral properties according to use (for example thermal, acoustic, against flames or shock or pressure waves caused by explosions)
  • Another possible mode of application of the additive described is its application on the mortar already in the process of setting, which in this case will serve as a retarder, allowing to increase the workability of the dough.
  • the procedure for the preparation of the proposed additive will consist of a series of steps described below:
  • silicone colloidal dioxide On said base of polycarboxylic acid or citric acid, silicone colloidal dioxide will be added in the proportion of 0.8-1.2% per 1000 gr of acid.
  • Both components will be mechanically mixed with an energetic agitator or for example a paddle mixer, stirring the mixture until it adapts a homogeneous color and texture, performing this act at room temperature, not less than 5 ° C or greater than 30 ° C.
  • the mixture must be properly packaged so as to avoid contact with the outside air, which could vary the humidity parameters of the final product.
  • the packaging wrapper must be opaque and tight.
  • the additive obtained also has the advantage of being inert with respect to the materials usually used in modified plasters, so that it is possible to include in the mixture in addition to already mentioned fibers, aggregates, polyurethane, polystyrene, perlite, etc. without the possibility of causing an unexpected reaction that degrades the quality of the final product.
  • the versatility offered by the described additive therefore, causes it to be configured as a novel element that solves important problems associated with this type of product, also providing an easy application and the use for its manufacture of economic components and easily acquired in the market.
  • polycarboxylic acid or dehydrated or dihydrated citric acid will be available in crystallized form until 5 Kg of acid is completed.
  • silicone colloidal dioxide will be added by depositing it on the citric acid base indicated above.
  • the mixture will then be packaged using a barrier and opaque plastic that conveniently protects the product obtained in a dry atmosphere.
  • the next step will consist of mixing the dry additive obtained with the dry gypsum matrix.
  • 1 gram of additive (mixing application range between 0.05-2gr) will be added.
  • These components once deposited in a rectangular plastic bucket, will be mechanically mixed with the help of a rod (any mechanical mixer can also be used) for about 15 minutes, until the assembly has a homogeneous appearance.
  • a rod any mechanical mixer can also be used
  • the mixture being carried out in a traditional way.
  • the setting process will be delayed by the proportion of the additive used which, measured in the operator's work time, implies from 5 minutes to several hours. This implies the possibility of using it by subsequent molding.

Abstract

Aditivo seco para yeso y procedimiento para su fabricación caracterizado por el hecho de que se compone de una base de ácido policarboxílico, más concretamente ácido cítrico, a la cual se le añade dióxido coloidal de silicona en proporción de entre un 0,8% y 1,2% del peso referido al ácido. El aditivo propuesto está presentado en forma de polvo seco, de manera que la mezcla con el yeso cuyas propiedades se pretenden mejorar se realizará antes de la mezcla con agua, pudiendo incorporar el aditivo en la masa seca de yeso durante su fabricación. El procedimiento para su obtención pasa por la disposición de una base de ácido cítrico presentado en forma de cristales sólidos a la que se le adiciona dióxido coloidal de silicona en la proporción indicada para posteriormente mezclarlo hasta la obtención de un color y unas texturas homogéneas.

Description

ADITIVO SECO PARA YESOS Y PROCEDIMIENTO PARA SU
PREPARACIÓN
D E S C R I P C I Ó N
OBJETO DE LA INVENCIÓN
La presente invención, tal y como expresa el enunciado de la memoria descriptiva que se redacta, se refiere a un aditivo destinado a mejorar las propiedades del yeso comúnmente empleado en construcción, así como al procedimiento para obtener dicho aditivo.
El aditivo propuesto está presentado en forma de polvo seco, de manera que la mezcla con el yeso cuyas propiedades se pretenden mejorar se realizará antes de la mezcla con agua, circunstancia de la cual es posible obtener numerosas ventajas que a continuación se describirán, entre la cuales cabe un producto fácil de empleo y transporte de composición final sólido. Además gracias a la adición de este aditivo, se mejoran las propiedades del sulfato de calcio aumentando sustancialmente sus propiedades como: comportamiento plástico frente a ondas de presión con aumentos significativos de dureza superficial, triplica/cuadriplica la resistencia mecánica, así como una importante mejora en la capacidad de resistencia al fuego.
CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
El campo de aplicación de la presente invención se encuentra dentro del sector de la industria dedicada a la fabricación de materiales para la construcción, como elemento protector de estructuras en general frente al fuego y/o explosiones. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Es conocida por parte del titular de la presente memoria la existencia de un aditivo para mezclado con yeso común P200800891 el cual consiste en un mortero modificado de sulfato cálcico que presenta la particularidad de incorporar vermiculita expandida y además de la mezcla de sulfato cálcico y agua, aditiva la mezcla con ácido tartárico, ácido cítrico, sulfato de cobre y citrato potásico o sódico, el cual se ha de administrar sobre la fase líquida de la mezcla, previamente al vertido de dicha fase sobre el yeso.
El empleo de ácido cítrico en aditivos para yeso resulta bastante frecuente y es posible encontrar multitud de productos en el mercado que lo incluyen en su composición. Dicho ácido posee una naturaleza higroscópica que provoca el que cristalice en granulos de tamaño variable en función de la humedad captada, razón por la cual, todos los aditivos que emplean ácido cítrico han de ser añadidos al agua de la mezcla. O dicho de otro modo, su aplicación siempre es en fase líquida.
Otro antecedente conocido es el consistente en un aditivo de alto peso molecular para composiciones de yeso calcinado y de cemento, consistente en una mezcla para ser utilizada en combinación con agua en la preparación de una lechada que se hidrata para formar un cemento de yeso de aplicación a la intemperie con una expansión reducida, que comprende: 30-70% en peso de cemento hidráulico; 30-70% en peso de yeso calcinado; y 0,05-2,5% en peso de policarboxilato, en donde dicho policarboxilato es un polímero a base de oxialquilenglicol-alquiléteres y derivados de ácidos dicarboxílicos insaturados. El aditivo expuesto en dicha memoria también está destinado a aplicarse en el agua de preparación del yeso, por lo que evidentemente difiere de las propiedades y ventajas del aditivo seco que se preconiza.
Así, a la hora de realizar la mezcla de yeso aditivado, se hace necesario reunir los componentes principales (yeso, agua) por una parte y disponer al mismo tiempo del aditivo en fase líquida, que habrá de ser dosificado convenientemente en el lugar de empleo y, habitualmente, por personal no cualificado para la realización adecuada de la dosificación. Aun realizándose en fase líquida y en la proporción adecuada, puede no haberse llegado a una homogenización por escaso tiempo o realización no adecuada por densidades o precipitaciones del producto. Además, la falta de control sobre la dosificación hace imposible conocer la calidad del yeso hasta que éste ha sido dispuesto en la superficie a la que va destinado, habiendo de confiar únicamente en la pericia de los operarios, teniendo un hándicap, la repetitividad de la operación.
Se hace por tanto deseable, un aditivo para yesos que ofrezca las cualidades del ácido cítrico o de los ácidos policarboxilicos pero que al existir en fase sólida, pueda mezclarse con el yeso directamente en fábrica, incluyendo dicho aditivo en el propio saco de yeso con todas garantías cuantificables por sistemas de control de calidad, minimizando así las posibilidades de errores en la dosificación y facilitando el trabajo de los operarios que van a darle el uso final en obra. Esto hará que al disponer de un control de la dosificación se puedan incorporar otras adiciones que confieran propiedades mecánicas a un mas elevadas, como son fibras de carbono, polipropileno, poliamidas tipo poliparafenileno tereftal amida, fibras de vidrio y otros componentes como son fibras minerales que refuercen aun más el comportamiento al fuego intrínseco en la propia matriz. Es además importante señalar la posibilidad de incorporar también a la matriz: espumantes, aireantes o incluso materiales aislantes como poliestirenos, poliuretanos, etc,.
Por otra parte, otras ventajas que ofrece el aditivo que se preconiza, derivadas de la composición que más adelante se describirá son:
- Reducción de la cantidad de agua de mezcla necesaria pudiendo realizar relaciones agua/yeso aditivado de 0,3; es decir se puede llegar a fabricar composiciones de 300 gramos de agua por 1000 gramos de sulfato aditivado.
- Mejora de la trabajabilidad de la mezcla y facilidad de control del tiempo de fraguado. A medida que se aumenta la dosificación del aditivo aumenta el tiempo de fraguado o el tiempo de trabajabilidad de la mezcla.
- Posibilidad de aportación, como se ha indicado, de otros materiales o sustancias como fibras o elementos aligerantes, debido a la alta compacidad de la mezcla.
- Obtención de una matriz final de baja capilaridad.
- Una vez fraguado, mejora de la resistencia a cambios bruscos de temperatura.
- Elevada resistencia mecánica.
- Alta dureza superficial y mecánica a la flexión compresión.
- Elevada resistencia al fuego.
- Alto índice de aislamiento a las ondas de presión para soportar explosiones. Esta propiedad se deduce de las pruebas efectuadas con explosiones reales en ensayos de campo.
No es conocida por parte del titular de la presente memoria la existencia de ningún aditivo para yesos con la composición que presenta el aditivo que se describe, así como tampoco ninguno que ofrezca una mejora de las propiedades de la mezcla final añadiéndose en fase sólida.
EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La invención que se preconiza consiste en un aditivo para yesos, en forma de polvo seco, que se aplica sobre el yeso seco antes de proceder al mezclado con agua. Más concretamente, el aditivo presenta la siguiente composición: sobre una base de ácido policarboxílico (ácido cítrico, entre otros), se adiciona una proporción en peso de entre el 0,8% y 1,2% de dióxido coloidal de silicona, estando el porcentaje exacto a emplear en función de las tolerancias que se establezcan dentro del proceso de fabricación del aditivo seco. A mayor cantidad de dióxido coloidal de silicona empleado, mayor es el efecto de dispersión provocado sobre las partículas del ácido.
Tras las investigaciones realizadas, se ha concluido que el efecto del dióxido coloidal comienza a ser significativo a partir de la adición en peso del 0,8%, mientras que a partir del 1,2%, una adición en peso superior no provoca cambios significativos en la actuación de este componente sobre el comportamiento final del aditivo seco.
La aplicación del ácido cítrico en forma de cristales (en su forma anhidra) mezclados junto con la masa seca no produce resultados aceptables ya que la higroscopia del ácido provoca que se formen grumos que no se disuelven adecuadamente, lo que imposibilita el adecuado control de la cantidad de aditivo que finalmente incorporaría el yeso. Es por esta razón que se hace necesario añadir algún elemento que impida dicha formación de grumos, permitiendo una adecuada disolución del aditivo. Dicho elemento debe poseer muy determinadas cualidades, como son una alta termoestabilidad para que no sufra alteraciones en su estructura durante el fraguado, impermeabilidad que evite su interactuación con el agua del fraguado y que posea una alta absorción selectiva sobre los cristales hidratados del ácido cítrico, encontrando que el dióxido coloidal de silicona cumple con dichos requisitos además de ofrecer otras propiedades añadidas que refuerzan las características ventajosas del aditivo.
La mezcla del dióxido coloidal de silicona con el ácido policarboxílico confiere al aditivo seco la propiedad de ser un efectivo dispersante además de protegerlo frente a la higroscopia del ácido evitando la formación de grumos o precipitados. Además, la diferencia de tensión superficial del dióxido coloidal de silicona mantiene la dispersión o las partículas separadas un largo periodo de tiempo.
El proceso se establece por la adsorción del grupo polar hacia la superficie del ácido. La fuerte adsorción está originada por el gran número de puntos de la superficie a los que se une el dispersante al mismo tiempo. El resto del esqueleto polimérico es lo bastante grande como para crear un efecto conocido como estabilización estérica, mediante el cual se crea una barrera física que mantiene separadas las partículas del ácido. La defloculación permanente se consigue con una distancia de separación mínima entre partículas de 200 Á. Además de produce una disminución de la viscosidad de la mezcla.
La dosificación posterior de mezcla aditivo-yeso (conseguida la formulación), es para cada 1000 kg de yeso seco de entre 0,25 y 1 kg de aditivo, variando la cantidad en función de las propiedades finales buscadas para la mezcla.
El aumento de la cantidad de aditivo en el yeso provocará un aumento proporcional del tiempo de fraguado del yeso una vez mezclado con agua. Para el amasado de la mezcla será suficiente con una relación de 1 kg de yeso por cada 0,3 kg de agua, como mínimo en el caso óptimo de mezclado con medios mecánicos y energéticos, siendo lo habitual una relación de 0,5 kg de agua por 1 kg de yeso y estableciendo como relación máxima de 1 kg de yeso para 0,7 kg de agua.
Esta baja relación agua/yeso confiere a la mezcla propiedades de elevada resistencia mecánica, dureza superficial y resistencia a flexión y compresión. La baja red capilar de agua lo hace especialmente idóneo para mezclar con otros materiales y crear desarrollos de conjuntos constructivos en aras de conseguir aumentar propiedades de comportamiento según el uso (por ejemplo térmico, acústico, frente a llamas u ondas de choque o presión provocadas por explosiones).
Otro posible modo de aplicación del aditivo que se describe consiste en su aplicación sobre el mortero ya en proceso de fraguado, que servirá en este caso como retardante, permitiendo aumentar la trabajabilidad de la masa. El procedimiento para la elaboración del aditivo propuesto consistirá en una serie de pasos que a continuación se describen:
- Disposición de la base de ácido policarboxílicos (ácido cítrico, entre otros), que podrá ser obtenido mediante cualquiera de los métodos tradicionales, disponiendo éste en forma anhidra (polvo cristalino).
- Sobre dicha base del ácido policarboxilico o ácido cítrico, se adicionará el dióxido coloidal de silicona en la proporción de 0,8-1,2% por cada 1000 gr de ácido.
- Ambos componentes serán mezclados mecánicamente con un agitador enérgico o por ejemplo una mezcladora de palas, removiendo la mezcla hasta que adapte un color y textura homogéneo, realizando este acto a temperatura ambiente, no inferior a 5°C ni superior a 30°C.
- Finalmente, se habrá de empaquetar adecuadamente la mezcla de forma que se evite el contacto con el aire exterior, que pudiera variar los parámetros de humedad del producto final. Así, el envoltorio para el empaquetado habrá de ser opaco y estanco.
El aditivo conseguido, presenta además la ventaja de ser inerte con respecto a los materiales habitualmente empleados en yesos modificados, de modo que es posible incluir en la mezcla además de fibras ya mencionadas, áridos, poliuretano, poliestireno, perlita, etc. sin posibilidad de provocar una reacción inesperada que degradara la calidad del producto final. La versatilidad ofrecida por el aditivo descrito, por tanto, hace que éste se configure como un elemento novedoso que resuelve importantes problemas asociados a este tipo de producto, aportando además una fácil aplicación y el empleo para su fabricación de componentes económicos y fácilmente adquiribles en el mercado. EJEMPLO DE REALIZACIÓN DE LA INVENCIÓN
Según lo explicado anteriormente, se procede a describir un ejemplo de realización de la presente invención, el cual es meramente descriptivo, no pretendiendo limitar el alcance de la invención descrita en la memoria. En el presente ejemplo se describirá además de la fabricación del aditivo que se preconiza, la mezcla a realizar para su aplicación final en conjunción con el yeso, destinada a emplearse para un proceso de fabricación del aditivo con altos niveles de control de calidad.
En el interior de una cubeta plástica cuadrada de 9 litros de capacidad, dispuesta en un ambiente interior, protegido de luz solar y humedad, se dispondrá ácido policarboxilico o ácido cítrico deshidratado o dihidratado en forma cristalizada hasta completar 5 Kg de ácido. A continuación se procederá a añadir el dióxido coloidal de silicona depositándolo sobre la base de ácido cítrico indicada anteriormente.
En un mezclador especial de fuerte turbulencia se introduce 5 Kg de ácido policarboxilico (entre otros, ácido cítrico) añadiendo en el mezclador así mismo, 0,05kg (50 gramos) de dióxido coloidal de silicona (porcentaje en peso del 1,2% sobre la masa total de aditivo). En este se mezcla entre 5 y 10 minutos.
A continuación, se envasará la mezcla mediante un plástico con barrera y opaco que proteja convenientemente el producto obtenido, en atmosfera seca.
El paso siguiente consistirá en el mezclado del aditivo seco obtenido con la matriz de yeso seco. Para fabricar un saco de 2 kg de yeso se añadirá, para el ejemplo presente, 1 gramo de aditivo (intervalo de aplicación de mezcla entre 0,05- 2gr). Estos componentes, una vez depositados en una cubeta plástica rectangular, se mezclará mecánicamente con la ayuda de una varilla (también puede emplearse cualquier mezclador mecánico) durante unos 15 minutos, hasta que el conjunto presente un aspecto homogéneo. Finalmente, para realizar el amasado de los 2 kg de yeso se dispondrá de un 1 litro de agua, realizándose la mezcla de forma tradicional. El proceso de fraguado se retrasará en la proporción empleada del aditivo que medido en tiempo de trabajabilidad del operario, implica desde 5 minutos a varias horas. Esto implica la posibilidad de usarlo mediante moldeo posterior. También está la posibilidad de aplicar el yeso manualmente o mediante máquina, disponiendo éste de las propiedades ventajosas que se han descrito anteriormente.
Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciendo constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.

Claims

REIVINDICACIONES
1. ADITIVO SECO PARA YESO caracterizado por el hecho de que se compone de una base de ácido policarboxílico, más concretamente ácido cítrico, a la cual se le añade dióxido coloidal de silicona en proporción de entre un 0,8% y 1,2% del peso referido al ácido.
2. ADITIVO SECO PARA YESO caracterizado por que la cantidad en peso de aditivo para añadir al yeso seco para su utilización comprende desde los 0,05 gramos hasta los 2 gramos para cada 2000 gramos de yeso seco.
3. PROCEDIMIENTO PARA OBTENER UN ADITIVO SECO PARA YESO caracterizado porque se compone de los siguientes pasos:
- Disposición de una base de ácido cítrico presentado en forma de cristales sólidos, deshidratado.
- Adición de dióxido coloidal de silicona en proporción 0,8% a 1,2% en peso de la base de ácido cítrico dispuesta. (8gr/12gr)/1000gr acido
- Mezclado hasta la obtención de un color y texturas homogéneas.
- Envasado de la mezcla obtenida mediante envoltorio opaco y estanco.
2 kg de yeso se añadirá, para el ejemplo presente, 1 gramo de aditivo (intervalo de aplicación de mezcla entre 0,05-2gr.
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