WO2017098409A1 - Formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño - Google Patents

Formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño Download PDF

Info

Publication number
WO2017098409A1
WO2017098409A1 PCT/IB2016/057385 IB2016057385W WO2017098409A1 WO 2017098409 A1 WO2017098409 A1 WO 2017098409A1 IB 2016057385 W IB2016057385 W IB 2016057385W WO 2017098409 A1 WO2017098409 A1 WO 2017098409A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
amount
high performance
performance concrete
minutes
water
Prior art date
Application number
PCT/IB2016/057385
Other languages
English (en)
French (fr)
Inventor
Andres Mauricio NUÑEZ LOPEZ
Original Assignee
Cementos Argos S.A.
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Cementos Argos S.A. filed Critical Cementos Argos S.A.
Priority to US15/781,949 priority Critical patent/US10590039B2/en
Publication of WO2017098409A1 publication Critical patent/WO2017098409A1/es

Links

Classifications

    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • 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
    • C04B28/02—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 hydraulic cements other than calcium sulfates
    • C04B28/04—Portland cements
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/38—Fibrous materials; Whiskers
    • C04B14/48—Metal
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/04—Silica-rich materials; Silicates
    • C04B14/06—Quartz; Sand
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B14/00—Use of inorganic materials as fillers, e.g. pigments, for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of inorganic materials specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B14/02—Granular materials, e.g. microballoons
    • C04B14/26—Carbonates
    • C04B14/28—Carbonates of calcium
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B18/00—Use of agglomerated or waste materials or refuse as fillers for mortars, concrete or artificial stone; Treatment of agglomerated or waste materials or refuse, specially adapted to enhance their filling properties in mortars, concrete or artificial stone
    • C04B18/04—Waste materials; Refuse
    • C04B18/14—Waste materials; Refuse from metallurgical processes
    • C04B18/146—Silica fume
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0032—Controlling the process of mixing, e.g. adding ingredients in a quantity depending on a measured or desired value
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B40/00—Processes, in general, for influencing or modifying the properties of mortars, concrete or artificial stone compositions, e.g. their setting or hardening ability
    • C04B40/0028—Aspects relating to the mixing step of the mortar preparation
    • C04B40/0039—Premixtures of ingredients
    • C04B40/0046—Premixtures of ingredients characterised by their processing, e.g. sequence of mixing the ingredients when preparing the premixtures
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B7/00—Hydraulic cements
    • C04B7/02—Portland cement
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2103/00—Function or property of ingredients for mortars, concrete or artificial stone
    • C04B2103/30—Water reducers, plasticisers, air-entrainers, flow improvers
    • C04B2103/32—Superplasticisers
    • C—CHEMISTRY; METALLURGY
    • C04—CEMENTS; CONCRETE; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES
    • C04B—LIME, MAGNESIA; SLAG; CEMENTS; COMPOSITIONS THEREOF, e.g. MORTARS, CONCRETE OR LIKE BUILDING MATERIALS; ARTIFICIAL STONE; CERAMICS; REFRACTORIES; TREATMENT OF NATURAL STONE
    • C04B2201/00—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values
    • C04B2201/50—Mortars, concrete or artificial stone characterised by specific physical values for the mechanical strength
    • C04B2201/52—High compression strength concretes, i.e. with a compression strength higher than about 55 N/mm2, e.g. reactive powder concrete [RPC]
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y02—TECHNOLOGIES OR APPLICATIONS FOR MITIGATION OR ADAPTATION AGAINST CLIMATE CHANGE
    • Y02W—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES RELATED TO WASTEWATER TREATMENT OR WASTE MANAGEMENT
    • Y02W30/00—Technologies for solid waste management
    • Y02W30/50—Reuse, recycling or recovery technologies
    • Y02W30/91—Use of waste materials as fillers for mortars or concrete

Definitions

  • the present invention relates to the field of cementitious industry, and more particularly it relates to a formulation of ultra high performance concrete and method of obtaining said concrete, which allows to carry out a concrete of good mechanical properties of compression, traction , deformation, high durability, ductility and toughness, in a practical, fast and safe way, reducing related costs.
  • the ultra high performance concrete CUAD (acronym in Spanish) or UHPC (acronym in English), are well known in the field of art and are known to allow better mechanical properties compared to conventional concrete or high performance concrete. During the course of the years, a variety of studies and trials have been carried out that have determined different ultra-high performance concrete.
  • ultra-high performance concrete with high proportions of short fibers can be mentioned, that is, a compact reinforced concrete.
  • the fiber content for this concrete is between 5 and 10% by volume, and the fibers do not exceed 6 mm in length.
  • the tensile strength of the concrete is improved, but little contributes to increasing ductility.
  • the material therefore, is used in structures with high percentages of traditional reinforcing rods.
  • ultra high performance concretes with intermediate portions of long fibers.
  • the fiber content for these concretes varies between 2 and 3% by volume, and the fibers are between 13 and 20 mm long.
  • the fibers improve the tensile strength and ductility of the concrete and are intended to replace all or a part of the reinforcing rods that would normally be used in reinforced concrete elements.
  • ultra-high performance concrete with very high proportions of fibers of various lengths can be mentioned.
  • the fiber content of this concrete can be up to 11% by volume and the short fibers can vary from 1 to 20 mm long. Fibers significantly increase both tensile strength and ductility of concrete, and can replace all traditional reinforcing rods in one element.
  • the matrix of a concrete of this type transfers the forces between the fibers and ensures certain physical and chemical properties of the material.
  • It is also another object of the present invention to provide a formulation of ultra high performance concretes comprising: an amount of between 19% to 29% of Portland Cement; an amount between 6.5% to 16.5% calcium carbonate; an amount between 5.5% to 15.5% of Silica fume; an amount of between 22% to 32% silica sand; an amount of between 15% to 25% of Water; an amount between 1.5% to 3.0% of high-level water regulating additives; and an amount of between 1.5% to 2.5% of metallic fibers.
  • It is yet another object of the present invention to provide a method for obtaining ultra high performance concretes comprising the steps of: premixing an amount of Portland cement with calcium carbonate and silica smoke to form a premix; load a quantity of water with a high-range water reducing additive into a mixer and mix at a speed of between 100 to 3000 RPM for 1 to 2 minutes; add the premix in the mixer; mix the premix together with the water-additive mixture until the flow time is reached; reached the fluidity, mix for 1.5 to 2.5 minutes at maximum speed; add in the mixer an amount of sand for 0.5 to 1.5 minutes and mix for 2 to 4 minutes at maximum speed; stop the mixer; scrape the inside of the mixer until the sand mixture is removed with the fluid mixture; restart the mixing process, mixing at maximum speed for 2 to 3 minutes until obtaining a final semi-material; stop the mixer; add an amount of metallic fiber for 0.5 to 1.5 minutes; continue the process of mixing the final semi-material with the metallic fibers at maximum speed for 1 to 3 minutes until the desired consistency
  • the formulation of ultra high performance concretes of the present invention may comprise:
  • silica sand an amount of between 22% to 35% silica sand; an amount of between 15% to 25% of Water; an amount between 1.5% to 2.5% of high-level water regulating additives; Y
  • metallic fibers of length between 13mm to 60mm and diameter between 0.3mm to 0.75mm.
  • mixtures of fibers with different lengths are used, and mixtures between short and long fibers can be used.
  • said water regulating additive can be a high-range water-reducing super-plasticizer additive that can be selected from the group consisting of master Glenium 7920, Glenium 356, Sikaviscocrete UHF 7350-2 and Sika viscocrete 5e-c3, no this being limiting for the invention, but the other materials can also be considered and used for the present invention.
  • silica sand is used in the present invention, this does not imply that the invention is limited thereto, but that other types of sands well known in the art field can be considered and used in the art.
  • present invention for example being silica sands, quartz sands, quartz dust, etc.
  • the ultra high performance concrete formulation of the present invention has been prepared with the following components and percentages:
  • the product the ultra high performance concrete formulation of the present invention has been prepared with the following components and percentages:
  • the product the ultra high performance concrete formulation of the present invention has been prepared with the following components and percentages:
  • the present invention aims to provide a method for obtaining ultra high performance concrete, which comprises a first stage of premixing an amount of between 19% to 29% of Portland Cement with an amount of between 6.5% to 16.5% calcium carbonate and an amount between 4.5% to 15.5% silica fume to form a premix.
  • an amount of sand is loaded in a skip or loader which transports the sand to the mixer.
  • said sand is added to the mixer, being that an amount of between 22% and 35% of sand is added for 0.5 to 1.5 minutes and then mixed for 2 to 4 minutes at maximum speed.
  • the mixer is stopped and the inside of the mixer is scraped until the Sand mixture with the fluid mixture.
  • the mixing process is restarted, mixing at maximum speed for 2 to 3 minutes until a final semi-material is obtained, then the mixer is stopped, and the properties in this fresh of the material are evaluated .
  • an amount of 1.0 to 3.0% of metallic fibers is added for 0.5 to 1.5 minutes. Then, the process of mixing the final semi-material together with the metal fibers at maximum speed is continued for 1 to 3 minutes until a desired consistency is obtained, and the material obtained is discharged. During the stage of unloading the concrete material, the measurement of properties of the concrete in the fresh state is carried out.
  • the step of mixing an amount of water with a high-range water reducing additive can be performed for 1.5 minutes.
  • the step of mixing the mixture, once the fluidity is achieved, can be carried out for 2 minutes.
  • the sand addition step in the mixer can be carried out for 1 minute, and mixed for 3 minutes.
  • the step of adding the metallic fiber can be carried out for 1 minute, while the step of mixing the mixing of the final semi-material with the metallic fibers, can be carried out for 2 minutes.
  • the formulation and method of obtaining ultra high performance concrete of the present invention are constituted, which allow a concrete of good mechanical properties with low related costs.
  • the method of the invention is of the utmost importance because the times and order of how the materials are mixed must be controlled in order to achieve ultra high performance concrete with the mechanical properties mentioned above.
  • the advantages of the invention include the low cost of the supplementary cementitious materials used and the use of seven (7) low cost components for their manufacture. This concrete will allow to direct the constructions and the designs towards a more sustainable environment since it allows less consumption of material and less maintenance of the structures.

Landscapes

  • Chemical & Material Sciences (AREA)
  • Engineering & Computer Science (AREA)
  • Ceramic Engineering (AREA)
  • Materials Engineering (AREA)
  • Structural Engineering (AREA)
  • Organic Chemistry (AREA)
  • Civil Engineering (AREA)
  • Chemical Kinetics & Catalysis (AREA)
  • Inorganic Chemistry (AREA)
  • Environmental & Geological Engineering (AREA)
  • Curing Cements, Concrete, And Artificial Stone (AREA)
  • Preparation Of Clay, And Manufacture Of Mixtures Containing Clay Or Cement (AREA)

Abstract

Una formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño que permite un concreto de buenas propiedades mecánicas de tracción, compresión, deformación, durabilidad, ductilidad y tenacidad entre tantas otras cosas, con reducidos costos afines.

Description

FORMULACIÓN Y MÉTODO DE OBTENCIÓN DE CONCRETOS DE ULTRA
ALTO DESEMPEÑO
ESTADO DEL ARTE DE LA INVENCION
Campo de la Invención
La presente invención se relaciona con el campo de la industria cementicia, y más particularmente se refiere a una formulación de concretos de ultra alto desempeño y método de obtención de dichos concretos, que permite llevar a cabo un concreto de buenas propiedades mecánicas de compresión, tracción, deformación, alta durabilidad, ductilidad y tenacidad, de manera práctica, rápida y segura, reduciendo los costos afines.
Descripción del arte previo
Para comprender mejor el objeto y alcance de la presente invención es conveniente describir el estado actual del arte en referencia a los concretos de ultra alto desempeño y los inconvenientes que se presentan.
Los concretos de ultra alto desempeño CUAD (siglas en español) o UHPC (siglas en inglés), son bien conocidos en el campo del arte y se sabe que, permiten mejores propiedades mecánicas frente a los concretos convencionales o concretos de alto desempeño. Durante el transcurso de los años, se han llevado a cabo una diversidad de estudios y ensayos que han determinado diferentes concretos de ultra alto desempeño.
A modo de ejemplo, se pueden mencionar los concretos de ultra alto desempeño con altas proporciones de fibras cortas, es decir, un concreto reforzado compacto. En donde, el contenido de fibras para este concreto se encuentra entre 5 y 10% por volumen, y las fibras no exceden 6 mm en longitud. Al adicionarse las fibras, se mejora la resistencia a la tracción del concreto, pero poco contribuyen a aumentar la ductilidad. El material, por lo tanto, se usa en estructuras con altos porcentajes de varillas de refuerzo tradicionales.
En otro ejemplo de realización, existen concretos de ultra alto desempeño con porciones intermedias de fibras largas. El contenido de fibras para estos concretos varia entre 2 y 3% por volumen, y las fibras están entre 13 y 20 mm de largo. Las fibras mejoran la resistencia a la tracción y la ductilidad del concreto y se pretende que reemplacen todas o una parte de las varillas de refuerzo que normalmente serian usadas en elementos de concreto reforzado .
En un tercer ejemplo de realización, se pueden mencionar los concretos de ultra alto desempeño con proporciones muy altas de fibras de varias longitudes. En donde, el contenido de fibras de este concreto puede ser de hasta 11% por volumen y las fibras cortas pueden variar desde 1 hasta 20 mm de largo. Las fibras incrementan significativamente tanto la resistencia a la tracción como la ductilidad del concreto, y pueden reemplazar todas las varillas de refuerzo tradicionales en un elemento. Al igual que con los compuestos reforzados con fibras que se forman usando una matriz orgánica, la matriz de un concreto de este tipo, transfieren los esfuerzos entre las fibras y asegura ciertas propiedades físicas y químicas del material .
Si bien, los desarrollos tecnológicos aplicados en los concretos han dado como resultado un mejor y mayor entendimiento de la micro-estructura del concreto, aun no se utilizan en la industria de la construcción en un gran número de países. Esto se debe a sus altos costos de fabricación, carencia en los procesos de fabricación y falta de difusión, por ejemplo en Colombia en el marco de la norma sismo-resistente de Colombia, NSR-10, además presenta las desventajas que en algunos casos se emplean más de siete (7) componentes en su elaboración, no uso de cementantes suplementarios o uso de cementantes suplementarios de alto costo y desconocimiento de los procesos de mezclado y colocación. En virtud del actual estado de la técnica disponible para los concretos de ultra alto desempeño, resultaría muy conveniente contar con una nueva formulación y método de obtención que permita un concreto con buenas propiedades mecánicas, bajos costos afines y que pueda llevarse a cabo en cualquier región del mundo sin necesidad de contar con componentes especiales.
BREVE DESCRIPCION DE LA INVENCION
Es por lo tanto un objeto de la presente invención proveer una nueva formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño que permite lograr buenas propiedades mecánicas de compresión, tenacidad, tracción, durabilidad, ductilidad, y deformación entre tantas otras.
Es todavía otro objeto de la presente invención proveer un concreto de ultra alto desempeño que puede obtenerse en cualquier región del mundo, sin necesidad de utilizar elementos especiales para su obtención, reduciéndose así los costos afines.
Es además otro objeto de la presente invención proveer una formulación de concretos de ultra alto desempeño que comprende: una cantidad de entre 19% a 29% de Cemento Portland; una cantidad de entre 6.5% a 16.5% de Carbonato de calcio; una cantidad de entre 5.5% a 15.5% de Humo de sílice; una cantidad de entre 22% a 32% de Arena de sílice; una cantidad de entre 15% a 25% de Agua; una cantidad de entre 1.5% a 3.0% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y una cantidad de entre 1,5% a 2,5% de Fibras metálicas.
Es aun otro objeto de la presente invención proveer un método para la obtención de concretos de ultra alto desempeño que comprende las etapas de: premezclar una cantidad de cemento Portland con carbonato de calcio y humo de sílice hasta formar una premezcla; cargar en una mezcladora, una cantidad de agua con un aditivo reductor de agua de alto rango y mezclar a una velocidad de entre 100 a 3000 RPM durante 1 a 2 minutos; adicionar la premezcla en la mezcladora; mezclar la prezmezcla en conjunto con la mezcla de agua - aditivo hasta alcanzar el tiempo de fluidez; alcanzada la fluidez, mezclar durante 1.5 a 2.5 minutos a máxima velocidad; adicionar en la mezcladora, una cantidad de arena durante un 0.5 a 1.5 minutos y mezclar durante 2 a 4 minutos a máxima velocidad; parar la mezcladora; raspar el interior de la mezcladora hasta remover la mezcla de arena con la mezcla fluida; reiniciar el proceso de mezclado, mezclando a máxima velocidad durante 2 a 3 minutos hasta obtener un semi-material final; parar la mezcladora; adicionar una cantidad de fibra metálica durante 0.5 a 1.5 minutos; continuar el proceso de mezclado del semi-material final con las fibras metálicas a máxima velocidad durante 1 a 3 minutos hasta obtener la consistencia deseada, y descargar el material concreto obtenido .
DESCRIPCION DE TALLADA DE LA INVENCION
Haciendo ahora referencia a la invención, la misma consiste en una formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño que logra un concreto con buenas propiedades mecánicas de tracción, compresión, deformación, ductilidad, tenacidad, y durabilidad entre tantas otras. Asi mismo, la formulación de la presente invención utiliza elementos que permiten la reducción de los costos a fines. Es asi que, la formulación de concretos de ultra alto desempeño de la presente invención puede comprender :
una cantidad de entre 19% a 29% de Cemento Portland;
una cantidad de entre 6.5% a 16.5% de Carbonato de calcio ;
una cantidad de entre 4.5% a 15.5% de Humo de sílice ;
una cantidad de entre 22% a 35% de Arena de sílice; una cantidad de entre 15% a 25% de Agua; una cantidad de entre 1,5% a 2.5% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y
una cantidad de entre 1,5% a 2,5% de Fibras metálicas, de longitud entre 13mm a 60mm y diámetro entre 0,3mm a 0,75mm. Dependiendo de la aplicación se emplean mezclas de fibras con diferente longitud, pudiéndose emplear mezclas entre fibras cortas y fibras largas.
En donde, dicho aditivo regulador de agua puede ser un aditivo súper-plastificante reductor de agua de alto rango que puede ser seleccionado del grupo que consiste en master Glenium 7920, Glenium 356, Sikaviscocrete UHF 7350-2 y Sika viscocrete 5e-c3, no siendo esto limitativo para la invención, sino que, los otros materiales también pueden ser considerados y utilizados para la presente invención. Se resalta que, si bien en la presente invención se utiliza arena de sílice, esto no implica que la invención se encuentre limitada a la misma, sino que, otros tipos de arenas bien conocidos en el campo del arte pueden ser consideradas y utilizadas en la presente invención, siendo por ejemplo arenas de sílice, arenas de cuarzo, polvo de cuarzo, etc.
Es así que, dentro de las ventajas de la presente formulación encontramos que adicionar carbonato de calcio favorece la ganancia de resistencia en edades tardías, además del incremento de manejabilidad favoreciendo los tiempos de transporte. Los altos niveles de mane abilidad del material permiten obtener un comportamiento auto- compactable y auto nivelante.
Por otra parte, se han preparado varias formulaciones de acuerdo con la presente invención las cuales han resultado efectivas y sobre las cuales se brindarán los siguientes ejemplos no limitativos de la invención. Tales ejemplos comprenden los componentes y sus porcentajes de ensayo que se encuentran dentro de los rangos arriba indicados.
EJEMPLO 1
En un primer ejemplo de realización preferida, la formulación de concretos de ultra alto desempeño de la presente invención ha sido preparada con los siguientes componentes y porcentajes:
una cantidad del 20% de Cemento Portland;
una cantidad del 16. 5% de Carbonato de calcio;
una cantidad del 10% de Humo de sílice;
una cantidad del 24. 5% de Arena de sílice; una cantidad del 25% de Agua;
una cantidad del 2.5% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y
una cantidad del 1.5% de Fibras metálicas. Bajo esta formulación, se ha obtenido sorpresivamente un concreto con propiedades mecánicas de compresión fe = 100-110 MPa, de tracción ft = 1-3 MPa, y de deformación d = 0,8%. Asi mismo, el concreto obtenido ha demostrado una notable ductilidad (micro-fisuración) , con alta durabilidad y tenacidad.
EJEMPLO 2
En un segundo ejemplo de realización preferida, el producto la formulación de concretos de ultra alto desempeño de la presente invención ha sido preparado con los siguientes componentes y porcentajes:
una cantidad del 24% de Cemento Portland;
una cantidad del 11.5% de Carbonato de calcio;
una cantidad del 10.5% de Humo de sílice;
una cantidad del 27% de Arena de sílice;
una cantidad del 22,5% de Agua;
una cantidad del 2.5% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y
una cantidad del 2% de Fibras metálicas.
Bajo esta formulación, se ha obtenido sorpresivamente un concreto con propiedades mecánicas de compresión fe de 140 - 170 MPa, de tracción ft de 7 - 10 MPa, y de deformación d = 1%. Así mismo, el concreto obtenido ha demostrado una notable ductilidad (micro- fisuración) , con alta durabilidad y tenacidad.
EJEMPLO 3
En un tercer ejemplo de realización preferida, el producto la formulación de concretos de ultra alto desempeño de la presente invención ha sido preparado con los siguientes componentes y porcentajes:
Una formulación de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 1, en donde:
una cantidad del 24,02% de Cemento Portland; una cantidad del 11,48% de Carbonato de calcio;
una cantidad del 10,44% de Humo de sílice; una cantidad del 29% de Arena de sílice;
una cantidad del 21,15% de Agua;
una cantidad del 1,9% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y
una cantidad del 2% de Fibras metálicas.
Bajo esta formulación, se ha obtenido sorpresivamente un concreto con propiedades mecánicas de compresión de fe = 165-175 MPa, de tracción ft = 9-10MPa, y de deformación d = 1,1%. Así mismo, el concreto obtenido ha demostrado una notable ductilidad (micro-fisuración) , con alta durabilidad y tenacidad. Por otro lado, la presente invención tiene por objeto brindar un método para la obtención de concretos de ultra alto desempeño, el cual comprende una primera etapa de premezclar una cantidad de entre 19% a 29% de Cemento Portland con una cantidad de entre 6.5% a 16.5% de Carbonato de calcio y una cantidad de entre 4.5% a 15.5% de Humo de sílice hasta formar una premezcla. Luego, se carga en una mezcladora, una cantidad de 15% a 25% de agua con una cantidad de entre 1,5% a 3,0% de aditivos reductores de agua de alto rango y mezclar a una velocidad de entre 100 a 3000 RPM durante 1 a 2 minutos. Pasado dicho tiempo, se procede a adicionar la premezcla de cemento portland - carbonato de calcio - humo de sílice en la mezcladora. Seguidamente, se lleva a cabo la mezcla de la prezmezcla en conjunto con la mezcla de agua - aditivo hasta alcanzar el tiempo de fluidez- Alcanzada la fluidez, se debe mezclar durante 1.5 a 2.5 minutos a máxima velocidad.
Así mismo, se carga una cantidad de arena en un skip o cargador el cual trasporta la arena hacia la mezcladora. Alcanzada la altura suficiente, se procede a adicionar dicha arena en la mezcladora, siendo que se adiciona una cantidad de entre 22% a 35% de arena durante 0.5 a 1.5 minutos y que luego se mezcla durante 2 a 4 minutos a máxima velocidad. Luego, se para la mezcladora y se raspa el interior de la mezcladora hasta remover la mezcla de arena con la mezcla fluida. Una vez finalizada la etapa de remoción, se procede a reiniciar el proceso de mezclado, mezclando a máxima velocidad durante 2 a 3 minutos hasta obtener un semi-material final, luego se para la mezcladora, y se evalúan las propiedades en esta fresco del material. Una vez finalizada la evaluación y de ser correctas las propiedades, se procede a adicionar una cantidad de 1,0 a 3,0% de fibras metálicas durante 0.5 a 1.5 minutos. Seguidamente, se continúa con el proceso de mezclado del semi-material final junto con las fibras metálicas a máxima velocidad durante 1 a 3 minutos hasta obtener una consistencia deseada, y se descarga el material obtenido. Durante la etapa de descargue del material concreto, se lleva a cabo la medición de propiedades del concreto en estado fresco.
En un ejemplo de realización preferida, la etapa de mezclar una cantidad de agua con un aditivo reductor de agua de alto rango, se puede realizar durante un 1.5 minutos. La etapa de mezclar la mezcla, una vez lograda la fluidez, se puede llevar a cabo durante 2 minutos. La etapa de adición de arena en la mezcladora, se puede llevar a cabo durante 1 minuto, y se mezcla durante 3 minutos. La etapa de adición de la fibra metálica, se puede llevar a cabo durante 1 minuto, mientras que, la etapa de mezclar la mezcla del semi-material final con las fibras metálicas, se puede llevar a cabo durante 2 minutos.
De esta manera, se encuentran constituidos la formulación y el método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de la presente invención, que permiten un concreto de buenas propiedades mecánicas con bajos costos afines. Asi mismo, se resalta que el método de la invención es de suma importancia debido a que se deben controlar los tiempos y el orden de cómo se mezclan los materiales para lograr asi un concreto de ultra alto desempeño con las propiedades mecánicas anteriormente mencionadas. A su vez, dependiendo de la mezcladora utilizada y la energía de mezclado de ésta, se ha decidido acortar los tiempos de mezclado y se ha considera un proceso húmedo, basado en actividades. Además, dentro de las ventajas de la invención se encuentra el bajo costo de los materiales cementantes suplementarios empleados y el uso de siete (7) componentes de bajo coste para su fabricación. Este concreto permitirá direccionar las construcciones y los diseños hacia un ambiente más sostenible ya que permite menor consumo de material y menor mantenimiento de las estructuras.

Claims

REIVINDICACIONES Habiendo asi especialmente descrito y determinado la naturaleza de la presente invención y la forma como la misma ha de ser llevada a la práctica, se declara reivindicar como de propiedad y derecho exclusivo:
1. Una formulación de concretos de ultra alto desempeño que comprende:
una cantidad de entre 19% a 29% de Cemento Portland;
una cantidad de entre 6.5% a 16.5% de Carbonato de calcio ;
una cantidad de entre 4.5% a 15.5% de Humo de sílice ;
una cantidad de entre 22% a 35% de Arena de sílice; una cantidad de entre 15% a 25% de Agua;
una cantidad de entre 1,5% a 3,0% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y
una cantidad de entre 1,5% a 2,5% de Fibras metálicas .
2. Una formulación de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 1, en donde dicho aditivo regulador de agua es un aditivo súper- plastificante reductor de agua de alto rango.
3. Una formulación de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 1, en donde comprende :
una cantidad del 20% de Cemento Portland;
una cantidad del 16,5% de Carbonato de calcio;
una cantidad del 10% de Humo de sílice;
una cantidad del 24,5% de Arena de sílice; una cantidad del 25% de Agua;
una cantidad del 2,5% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y
una cantidad del 1,5% de Fibras metálicas.
4. Una formulación de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 1, en donde comprende :
una cantidad del 24% de Cemento Portland;
una cantidad del 11.5% de Carbonato de calcio;
una cantidad del 10.5% de Humo de sílice;
una cantidad del 27% de Arena de sílice;
una cantidad del 22,5% de Agua;
una cantidad del 2.5% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y una cantidad del 2% de Fibras metálicas
5. Una formulación de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 1, en donde comprende :
una cantidad del 24. 02% de Cemento Portland; una cantidad del 11. 48% de Carbonato de calcio;
una cantidad del 10. 44% de Humo de sílice; una cantidad del 29% de Arena de sílice;
una cantidad del 21. 15% de Agua ;
una cantidad del 1. , 9% de Aditivos reguladores agua de alto rango; y
una cantidad del 2% de Fibras metálicas.
6. Un método para la obtención de concretos de ultra alto desempeño que comprende las etapas de:
premezclar una cantidad de cemento Portland con carbonato de calcio y humo de sílice hasta formar una premezcla,
cargar en una mezcladora, una cantidad de agua con un aditivo reductor de agua de alto rango y mezclar a una velocidad de entre 100 a 3000 RPM durante 1 a 2 minutos, adicionar la premezcla en la mezcladora,
mezclar la prezmezcla en conjunto con la mezcla de agua - aditivo hasta alcanzar el tiempo de fluidez, alcanzada la fluidez, mezclar durante 1.5 a 2.5 minutos a máxima velocidad,
adicionar en la mezcladora, una cantidad de arena durante un 0.5 a 1.5 minutos y mezclar durante 2 a 4 minutos a máxima velocidad,
parar la mezcladora,
raspar el interior de la mezcladora hasta remover la mezcla de arena con la mezcla fluida,
reiniciar el proceso de mezclado, mezclando a máxima velocidad durante 2 a 3 minutos hasta obtener un semi-material final,
parar la mezcladora,
adicionar una cantidad de fibra metálica durante 0.5 a 1.5 minutos,
continuar con el proceso de mezclado del semi- material final con las fibras metálicas a máxima velocidad durante 1 a 3 minutos hasta obtener una consistencia deseada, y
descargar el material obtenido.
7. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 6, en donde previo a la etapa de adición de las fibras metálicas, se procede a evaluar las propiedades en estado fresco del material .
8. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha etapa de mezclar una cantidad de agua con un aditivo reductor de agua de alto rango, se realiza durante un 1.5 minutos .
9. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha etapa de mezclar la mezcla, una vez lograda la fluidez, se lleva a cabo durante 2 minutos.
10. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha etapa de adición de arena en la mezcladora, se lleva a cabo durante 1 minuto, y se mezcla durante 3 minutos.
11. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 10, en donde previo a la etapa de adición de arena en la mezcladora, dicha arena se carga en un cargador.
12. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 6, en donde dicha etapa de adición de la fibra metálica, se lleva a cabo durante 1 minuto.
13. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con la reivindicación 6, en donde la etapa de mezclar la mezcla del semi-material final con las fibras metálicas, se lleva a cabo durante 2 minutos.
14. Un método de obtención de concretos de ultra alto desempeño de acuerdo con las reivindicaciones 6 a 13, en donde comprende :
una cantidad de entre 19% a 29% de Cemento Portland;
una cantidad de entre 6.5% a 16.5% de Carbonato de calcio ;
una cantidad de entre 4.5% a 15.5% de Humo de sílice ;
una cantidad de entre 22% a 35% de Arena de sílice; una cantidad de entre 15% a 25% de Agua;
una cantidad de entre 1.5% a 3.0% de Aditivos reguladores de agua de alto rango; y
una cantidad de entre 1,0% a 3,0% de Fibras metálicas .
PCT/IB2016/057385 2015-12-07 2016-12-06 Formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño WO2017098409A1 (es)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US15/781,949 US10590039B2 (en) 2015-12-07 2016-12-06 Formulation and method for producing ultra-high-performance concretes

Applications Claiming Priority (2)

Application Number Priority Date Filing Date Title
CO15291023 2015-12-07
CO15291023 2015-12-07

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2017098409A1 true WO2017098409A1 (es) 2017-06-15

Family

ID=59013779

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/IB2016/057385 WO2017098409A1 (es) 2015-12-07 2016-12-06 Formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño

Country Status (2)

Country Link
US (1) US10590039B2 (es)
WO (1) WO2017098409A1 (es)

Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017007463A1 (de) 2017-08-08 2019-02-14 Elementbau Osthessen GmbH und Co., ELO KG Ultrahochfester Transportbeton sowie Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung
CN111233411A (zh) * 2020-03-27 2020-06-05 福州大学 一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土及其制备方法
CN114873959A (zh) * 2022-06-15 2022-08-09 四川国统混凝土制品有限公司 一种应用机制砂的超高性能混凝土及其制备方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2288171T3 (es) * 2000-09-01 2008-01-01 Lafarge Hormigones fibrados de resistencia y ductilidad muy elevadas.
EP1876153A1 (en) * 2005-04-18 2008-01-09 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Ultrahigh-strength fiber-reinforced cement composition, ultrahigh-strength fiber-reinforced mortar or concrete, and ultrahigh-strength cement admixture

Family Cites Families (7)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
EP1958926A1 (en) * 2007-01-24 2008-08-20 Lafarge New concrete composition
EP2275390A1 (en) * 2009-07-14 2011-01-19 Ecole Polytechnique Fédérale de Lausanne (EPFL) Cementitious matrices for high performance fibre reinforced cement composites (HPFRCC), in particular ultra-high performance fibre reinforced concretes (UHPFRC)
US9115026B2 (en) * 2012-08-21 2015-08-25 Taisei Corporation Cementitious matrix and fiber reinforced cement based mixture
FR3022540B1 (fr) * 2014-06-20 2021-05-14 Lafarge Sa Betons a ultra haute performance a faible teneur en ciment
CN104446264B (zh) * 2014-12-19 2015-10-28 湖南明湘科技发展有限公司 一种水泥基纳米复合材料及其制备方法
CN104891889B (zh) * 2015-04-17 2017-07-04 黄贺明 一种装配式预应力空心桥面板及其制备方法
CN104876500B (zh) * 2015-04-17 2017-07-04 黄贺明 一种用于海洋工程的自密实粉末混凝土及制备方法和应用

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
ES2288171T3 (es) * 2000-09-01 2008-01-01 Lafarge Hormigones fibrados de resistencia y ductilidad muy elevadas.
EP1876153A1 (en) * 2005-04-18 2008-01-09 Denki Kagaku Kogyo Kabushiki Kaisha Ultrahigh-strength fiber-reinforced cement composition, ultrahigh-strength fiber-reinforced mortar or concrete, and ultrahigh-strength cement admixture

Non-Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
CHANDRA, L. ET AL.: "The Impact of Using Fly Ash, Silica Fume and Calcium Carbonate on the Workability and Compressive Strength of Mortar.", PROCEDIA ENGINEERING, vol. 125, 2015, pages 773 - 779, XP029314272, Retrieved from the Internet <URL:http://dx.doi.org/10.1016/j.proeng. 2015.11.13 2> DOI: doi:10.1016/j.proeng.2015.11.132 *
GONZALEZ, N. ET AL.: "Influencia del volumen de fibras y curado posterior sobre el comportamiento post-fisura de un concreto de ultra alto desempeño.", REV. ING. CONSTR., vol. 29, no. 3, 2014, pages 220 - 233, Retrieved from the Internet <URL:http://dx.doi.org/10.4067/S0718-50732014000300001> *
OSORIO, D. ET AL.: "Influencia del proceso de fabricación sobre las propiedades de los concretos de ultra alto desempeño (UHPC", Retrieved from the Internet <URL:http://hdl.handle.net/10554/16805> *
RANADE, R. ET AL.: "Composite Properties of High-Strength, High-Ductility Concrete.", ACI MATERIALS JOURNAL, 2013, pages 413 - 422, XP055391090 *
YAZICI, H.: "The effect of curing conditions on compressive strength of ultra high strength concrete with high volume mineral admixtures.", BUILDING AND ENVIRONMENT, vol. 42, no. 5, 2007, pages 2083 - 2089, XP005811329 *

Cited By (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
DE102017007463A1 (de) 2017-08-08 2019-02-14 Elementbau Osthessen GmbH und Co., ELO KG Ultrahochfester Transportbeton sowie Verfahren zur Herstellung und Verarbeitung
CN111233411A (zh) * 2020-03-27 2020-06-05 福州大学 一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土及其制备方法
CN111233411B (zh) * 2020-03-27 2021-04-27 福州大学 一种掺偏高岭土和氧化镁的高韧性超高性能混凝土及其制备方法
CN114873959A (zh) * 2022-06-15 2022-08-09 四川国统混凝土制品有限公司 一种应用机制砂的超高性能混凝土及其制备方法

Also Published As

Publication number Publication date
US20180354850A1 (en) 2018-12-13
US10590039B2 (en) 2020-03-17

Similar Documents

Publication Publication Date Title
Yazıcı et al. The effect of autoclave pressure, temperature and duration time on mechanical properties of reactive powder concrete
WO2017098409A1 (es) Formulación y método de obtención de concretos de ultra alto desempeño
JP5931317B2 (ja) 水硬性組成物および該水硬性組成物を用いたコンクリート
JP6346519B2 (ja) 高強度コンクリートおよびコンクリート部材の製造方法
WO2016088083A1 (es) Formulación de cemento en base a sulfatoaluminio con proporción particular de sistemas yelemíticos
JP2005067945A (ja) 超高強度高じん性モルタル
ES2360327B1 (es) Hormigón autocompactante ligero con fibras estructurales para rehabilitación de forjados de edificios.
ES2765980T3 (es) Nitrato de calcio como aditivo en hormigón armado de acero que tiene una resistencia elevada contra la carbonatación
ES2764675T3 (es) Material de construcción dúctil
JP6619215B2 (ja) 橋梁ウェブ部材及びその製造方法
JP6735068B2 (ja) セメント組成物及びセメント硬化体の製造方法
JP2017095920A (ja) トンネル用セグメント及びその製造方法
JP5728545B2 (ja) 耐塩害セメント硬化体
JP2003277111A (ja) 硬化促進剤及びセメント組成物
ES2303220T3 (es) Morteros de alta resistencia con fluidez elevada que pueden ser vertidos.
KR20170035308A (ko) 보강섬유를 포함하는 원심력 콘크리트관 및, 그 제조방법
RU2432336C1 (ru) Комплексная добавка для бетонной смеси
JP2020164396A (ja) 耐酸性ロックボルト定着材
WO2014209171A1 (ru) Способ изготовления защитного утяжеляющего бетонного покрытия трубопровода
JP2004256317A (ja) 補強コンクリート
Park et al. Performance Improvement of High Performance Shrinkage Reducing Agent using Early Strength Improving Agent
JP6398738B2 (ja) セメント系材料用空気連行剤、当該空気連行剤を含むセメント系材料及びその製造方法
JP6300734B2 (ja) 高強度セメント混和材およびコンクリート製品の製造方法
JP7295733B2 (ja) 軽量コンクリートの製造方法
RU2425002C1 (ru) Комплексная добавка для бетонной смеси

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 16872516

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

122 Ep: pct application non-entry in european phase

Ref document number: 16872516

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1