WO2016180999A1 - Adición para obtener hormigones estructurales y morteros conductores térmicos - Google Patents

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Definitions

  • the invention is applied in the construction sector, in particular in the field of efficiency and sustainability of the buildings that activate the structures thermally and / or geothermally.
  • TABS Thermally Activated Bui ⁇ ding System
  • This system consists of the thermal activation of the concrete structure of the building, offering a path for the passage of heat to exchangers , which may be geothermal or not. or both.
  • the concretes that are currently used to activate these structures are the same concretes that are routinely used to build structures, this greatly impairs the effectiveness of active structures due to their poor thermal properties and making it an unsuitable product. The reason for this situation is that any modification of the thermal properties in the concrete would cause a considerable decrease in mechanical strengths making it impossible to use as structural concrete, and it is necessary to prioritize structural safety.
  • thermal structural concrete that has a resistant capacity for a structural concrete and differentiated thermal properties of any concrete and for mortars very high thermal characteristics are obtained. These io properties make it especially suitable for use in activated foundations for very low enthalpy geothermal energy and / or for thermally activated concrete structures or also for injection moderators in geothermal probes.
  • thermo conductivity ⁇ thermal conductivity
  • the amount of addition may be increased or decreased or the dosage of the addition modified, to adapt the thermal conductivity of the concrete, but still be structure!.
  • the dosage of the addition may be modified to adapt the thermal conductivity of the mortar.
  • the addition is a specific formulation product in each case that by varying one or more of the components of the addition its properties will be modified in particular the thermal conductivity of the concrete, which said property may be determined by the specific standards (as the UNE -EN 1745: 2013 or UNE- EN 12667: 2002)
  • the thermal structural addition consists of three to six components according to their application: ⁇ Fine aggregate (limestone or siliceous) of granulometry Less than 4 mm, in a proportion that will range from 0% to 95% with respect to the total weight. ⁇ Fine (limestone or siliceous) of less than 0.064 mm granuometer, in a proportion between 0% and 95% with respect to the total weight.
  • Viscosity modulating additive of the type of DCL ethers, biopoiimers or their derivatives In a proportion between 0% and 10% with respect to the total weight.
  • This addition is added in the mixer of the usual concrete mixer plant together with a conventional concrete, which knowing its dosage (cement, water, coarse, fine aggregate, additive and / or other additions), in turn that its mechanical strength and consistency adjust the dosage of the thermal addition and determine the amount of the addition per m 3 If an increase in conductivity is necessary, the graphite and / or graphene content would be increased and fine and fine aggregates would be adjusted to obtain a very compact concrete , It is recommended to use type I cement (por ⁇ iand cement). Given the characteristics of the addition, the added concrete obtains special rheological characteristics, which among others makes it possible to obtain an autocornpacianie concrete, and therefore it is very compact and of high density.
  • a preferred embodiment would be that concrete for a foundation of a building with geothermal energy where they wish to activate these foundations to use geothermal energy for efficient and renewable air conditioning. , without a high investment in a field of probes for complement 100% of the climatic needs and the possible domestic hot water (DHW).
  • DHW domestic hot water
  • a conventional concrete typified or designated as ⁇ -30/8/20 / IIb is used, it is recommended that the cement used be of the CEM I type, in the case of using a cement of the CEM II type, prior checks would be necessary to avoid possible unexpected interactions.

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Abstract

La adición, para obtener hormigones estructurales y morteros conductores térmicos, os una formulación pulverulenta específica para cada caso, que añadida como adición a un hormigón o un mortero convencional, se obtiene un hormigón estructural o mortero, con características térmicas mejoradas (conductividad térmica λ). Si la adición se añade, en una planta, a un hormigón convencional se obtiene un hormigón estructural con conductividades térmicas aumentadas, y que se pueden adaptar a las necesidades térmicas del edificio, Siendo muy adecuado para la activación térmica de estructuras o activación geotérmica de cimentaciones. El hormigón adicionado obtienen características reoiógicas especiales, que entre otras hace que se pueda obtener un hormigón autocompactante. SI la adición se añade, en una mezcladora, a un mortero convencional se obtiene un mortero de conductividades térmicas muy elevadas que lo hacen muy adecuado para las sondas geotérmicas.

Description

DESCRIPCIÓN
ADICIÓN PARA OBTENER HORMIGONES ESTRUCTURALES Y MORTEROS
SECTOR DE LA TÉCNICA
La invención se aplica en el sector de la construcción, en particular en el campo de la eficiencia y sostenibilidad de ios edificios que activan las estructuras térmicamente y/o geotérmicamente .
ANTECEDENTES DE LA INVECCIÓN
La eficiencia y sostenibiiidad en ios edificios según reglamentaciones o directivas como la europea "Directiva 2010/31 /UE del Parlamento Europeo y del Consejo, de 19 de mayo de 2010, relativa a ia eficiencia energética de ios edificios", introduce un nuevo concepto "Edificios de Consumo Energético Casi Nulo", para la climatización y refrigeración se utiliza el sistema TABS (Thermally Activated Buiíding System), este sistema consiste en la activación térmica de la estructura del hormigón del edificio, ofreciendo un camino para el paso del calor a intercambiadores, que pueden ser geotérmico o no. o ambos. Los hormigones que se utilizan en le actualidad para activar estas estructuras son los mismos hormigones que se usan de forma habitual para construir estructuras, esto perjudica en sobremanera ia efectividad de las estructuras activas por sus malas propiedades térmicas y haciendo del mismo un producto poco adecuado. La razón de esta situación es que cualquier modificación de las propiedades térmicas en el hormigón provocaría una bajada considerable en las resistencias mecánicas haciendo imposible su uso como hormigón estructural, y es necesario primar la seguridad estructural.
Dentro de los documentos estudiados como el US2009294743 y MXPA0501 1138 escriben como obtener hormigones conductivos eléctricos, no térmicos, pero no lo obtienen mediante una adición sino mediante una formulación de hormigón. Ei documento US201 1155019 si utiliza una adición pero para obtener un hormigón resistente a! fuego y a altas temperaturas. Y entre otros, la gran mayoría dan soluciones para hormigones térmicos que son para !a mejora del aislamiento térmico disminuyendo la conductividad térmica, como en los documentos WO2014006194, CN103S70291 , CN104108913, WO2013151439, etc., pero no para aumentarla, precisamente las contrarías a las que se obtienen en esta invención. Pero de todos estos, ninguno usa la solución de ia adición al hormigón o mortero para obtener un hormigón estructura! conductivo térmico o un mortero conductivo térmico. La adición térmica es un producto único, con έί se obtiene un hormigón estructural térmico que posee capacidad resistente para un hormigón estructural y propiedades térmicas diferenciadas de cualquier hormigón y para morteros se obtienen unas características térmicas muy elevadas. Estas propiedades i o hacen especialmente adecuado para su uso en ias cimentadones activadas para geotermia de muy baja entalpia y/o para estructuras de hormigones activados térmicamente o también para moderes de inyección en sondas geotérmicas. EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN
La adición es una formulación pulverulenta que mezclada para fabricar un hormigón convencional se obtiene un hormigón estructural con características térmicas mejoras (conductividad térmica λ). O también mezclada con morteros convencionales se obtiene unos morteros conductores térmicos de características térmicas muy elevadas, especialmente para morteros de Inyección en sondas geotérmicas
Respecto a la adición al hormigón, dependiendo de ia necesidades térmicas del edificio o ias características del terreno, podrá ser aumentada o disminuida ia cantidad de adición o modificada la dosificación de la adición, para adecuar la conductividad térmica del hormigón, pero sin dejar de ser estructura!. Estas características térmicas mejoradas lo hacen muy adecuado para la activación térmica de estructuras y/o para activación geotérmica de las cimentaciones de un edificio obteniendo una mayor eficiencia y una mejor sostenibiüdad del mismo.
Respecto a la adición al mortero, dependiendo de la necesidades del térmicas del edificio o las características del terreno, podrá ser modificada la dosificación de la adición, para adecuar la conductividad térmica del mortero. Estas características mejoradas hacen al mortero muy adecuado para morteros de Inyección en sondas geotérmicas, aunque no se descartan la utilización en otros morteros.
La adición es un producto de formulación especifica en cada caso que variando unos o varios de los componentes de la adición se verá modificado sus propiedades en particular ia conductividad térmica del hormigón, que se podrá ser determinada dicha propiedad por ias normas específicas (come la UNE-EN 1745:2013 o la UNE- EN 12667:2002)
La adición estructural térmica consta de tres a seis componentes según su aplicación: ● Árido fino (calizo o silíceo) de granulometría Inferior a 4 mm, en una proporción que vanará desde un 0% hasta un 95% respecto el peso total. ● Finos (calizos o silíceos) de granuíometria inferior de 0,064 mm, en una proporción entre un 0% y un 95% respecto el peso total.
● Aditivo en polvo superplástificante de! tipo éter policarboxílicos o sus derivados.
En una proporción entre un 0% y un 15% respecto el peso total.
● Aditivo modulador de viscosidad del tipo éteres de ceiulosa, biopoiímeros o sus derivados. En una proporciones entre un 0% y un 10% respecto el peso total.
● Grafito natural o sintético de elevada conductividad térmica. En cantidades que va desde 0% hasta un 45% respecto el peso total,
● Grafeno y/o nanotubos de carbono (nanomaíeriales) para obtener las características de elevada conductividad térmica. En cantidades desde 0% hasta un 20% respecto el peso tota!,
● Aigün material puzoiánico como el humo de sílice, puzolana o ceniza volante. En cantidades que van desde un 0% hasta un 95% respecto el peso tota! .
Esta adición se añade en la amasadora de la planta hormigonera habitual junto un hormigón convencional, que sabiendo su dosificación (cemento, agua, ando grueso, árido fino, aditivo y/o otras adiciones), a su vez que su resistencia mecánica y consistencia Se ajusta la dosificación de la adición térmica y se determina la cantidad do adición per m3 Si es necesano un aumento de la conductividad se aumentaría el contenido de grafito y/o grafeno y se ajustaría los árido finos y los finos para obtener un hormigón muy compacto, Se recomienda utilizar cemento del tipo I (cemento poríiand). Dadas las características de la adición, el hormigón adicionado obtienen características reologicas especiales, que entre otras hace que se obtenga un hormigón autocornpacianíe, y por tanto que sea muy compacto y de alta densidad.
También se puede adicionar a cualquier mortero pero especialmente para moderes de inyección en sondas geotérmicas. No se tiene la necesidad de obtener resistencia mecánicas, pero si para mejorar las características térmicas y la inyectabilidad, por tante se disminuye el contenido de árido fino o sustituyéndolo completamente con finos.
REALIZACIÓN PREFERENTE DE LA INVENCIÓN
Aunque las posibles dosificaciones totales pueden ser muy elevadas dependiendo de las necesidades sobre todo de resistencias mecánicas y de conductividades, una realización preferente seria aquel hormigón para una cimentación de un edificio con geotermia donde deseen activar estas cimentaciones para usar la geotermia para climatización eficiente y renovable, sin una elevada Inversión en un campo de sondas para complementar el 100% de las necesidades climáticas y la posible agua caliente sanitaria (ACS).
Un hormigón convencional tipificado o designado como ΗΑ-30/8/20/IIb es el usado, se recomienda que el cemento utilizado sea del tipo CEM I, en el caso de utilizar un cemento del tipo CEM II sería necesarias verificaciones previas para evitar posibles interacciones no esperadas.
En el hormigón convencional no es necesario modificar la dosificación del cemento, ios aditivos habituales de puesta en obra (plastificantes), los áridos gruesos y los áridos finos. Pero para la cantidad de agua o relación de a/c (agua/cemento) es posible un ajuste como consecuencia del mezclado con la adición térmica.
Por cada rrr de hormigón convencionai indicado (2.500 kg/m3), en esta realización preferente se adiciona 50 kg de adición térmica por m3 de hormigón convencional.
Adición térmica contiene:
● 80% de árido fino calizo de tamaño inferior a 4 mm
● 13% de finos calizos de tamaño inferior a G.064 mm
● i ,9% de aditivo superpiastificante
• 0, 1 % de aditivo modulador de la viscosidad
• 5% de grafito conductivo en polvo fino
Ai adicionarlo al hormigón descrito, se ha obtenido un hormigón estructural de relación a/c de 0,57, de resistencias medias superiores a 55 MPa, muy denso y autocompactante. La conductividad térmica A alrededor de 3,5 W/(K m), muy conveniente para un terreno de conductividad elevada tipo granito, como es en la realización preferente.

Claims

REIVINDICACIONES
1. Adición para hormigones estructurales y morteros conductores térmicos caracterizado porque contiene entre tres y seis componentes en funden de su aplicación, seleccionados entre los siguientes componentes:
● Árido fino (calizo o silíceo) de granuiometría inferior a 4 mm, en una proporción comprendida entre 0% y 95% respecto al peso total .
● Finos (calizos o silíceos) de granuícmetría inferior de 0,064 mm, en una proporción comprendida entre 0% y 95% respecto ai peso total.
● Aditivo superpíástificante en polvo de! tipo éter policarboxííicos o sus derivados en una proporción comprendida entre 0% y 15% respecto ai peso total.
● Aditivo modulador de viscosidad del tipo éteres da celulosa, biopolímeros o sus derivados en una proporción comprendida entre 0% y 10% respecto al peso total.
● Grafito natural o sintético de elevada conductividad térmica en un proporción comprendida entre 0% y 45% respecto al peso total.
● Grafeno y/o nanotubos de carbono (nanomateriales) para obtener las características de elevada conductividad térmica en una proporción comprendida entre 0% y 20% respecto al peso total,
● Un material puzolánioo seleccionado entra el humo de sílice, puzolana o ceniza volante en una proporción comprendida entre 0% y 95% respecto al peso total .
2. Adición para hormigones estructurales y morteros conductores térmicos, según la reivindicación 1 caracterizado por contener:
● 80% de árido fino calizo de tamaño inferior a 4 mm
● 13% de finos calizos de tamaño inferior a 0,064 mm
● 1 ,9% de aditivo superpíástificante
● 0,1% de aditivo modulador de la viscosidad
● 5% de grafito conductivo en polvo fino.
Obteniendo resistencias medias superiores a 55 MPa, muy denso y auíocompactante y una conductividad térmica λ alrededor de 3,5 W/(K-m).
3. Método de obtención, de una mayor o menor conductividad del hormigón o del mortero adicionado mediante la adición para hormigones estructurales y morteros conductores térmicos segdn la reivindicación 1 , que consiste en modificar las proporciones indicadas de la adición de la reivindicación 1 o añadiendo mayor o menor cantidad de adición para hormigones estructurales y morteros conductores térmicos, al hormigón o al mortero
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