WO2017187414A1

WO2017187414A1 - Formulación a base de cemento hidráulico adicionado con vidrios amorfos y microesferas para productos de reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto

Info

Publication number: WO2017187414A1
Application number: PCT/IB2017/052489
Authority: WO
Inventors: José OSAWA DIAZ
Original assignee: Osawa Diaz José
Priority date: 2016-04-29
Filing date: 2017-04-28
Publication date: 2017-11-02
Also published as: US10047007B2; MX2016005644A; US20170313623A1; CA2951055A1

Abstract

La presente invención se refiere a una formulación base que sirve para conformar un producto final dirigido a la reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto. Principalmente, la formulación base posee cemento en un porcentaje del 35% al 45% en peso del producto final. La formulación base también posee vidrios amorfos en un porcentaje del 20% al 30% en peso del producto final, en forma triturada a partir de vidrio común, vidrio reciclado o vidrio soda-lime. Finalmente, la formulación base además puede poseer microesferas sólidas de cuarzo en un porcentaje del 10% al 20% en peso del producto final. Lo anterior brinda al producto final muchas propiedades deseables, tales como alta resistencia mecánica, alta resistencia química, facilidad de aplicación, facilidad de pulido, evita la junta fría y el producto final es térmica y dimensionalmente estable, entre otras propiedades deseables. Los productos finales pueden comprender correctores de concreto, impermeabilizantes, recubrimientos, entre otros.

Description

FORMULACION A BASE DE CEMENTO HIDRAULICO ADICIONADO CON VIDRIOS AMORFOS Y MICROESFERAS PARA PRODUCTOS DE REPARACIÓN, MANTENIMIENTO O REHABILITACIÓN DE ESTRUCTURAS DE CONCRETO

Campo técnico de la invención

La presente invención se relaciona al campo tecnológico de los productos para construcción. Particularmente, la invención se refiere a una formulación a base de cemento hidráulico adicionado con vidrios y microes feras , a fin de obtener productos para reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto con propiedades deseables mejoradas.

Antecedentes de la invención

En la actualidad las estructuras de concreto tienen una degradación debida al tiempo, al clima y/o a su utilización. Lo anterior provoca que esas estructuras pierdan sus propiedades originales, por lo que requieren de reparación, mantenimiento o rehabilitación para que mantengan o recuperen su funcionalidad. Este problema afecta a tanto a pisos como muros y techos. Por lo tanto, existen en el mercado una gama de productos dirigidos a reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto.

Por ejemplo, los correctores de concreto pueden reparar fisuras, cuarteaduras, grietas o desprendimientos en los pisos de concreto; mientras que en techos y muros pueden ser utilizados para reparaciones mientras no sean estructurales . Existen algunos productos correctores de concreto que para poder reparar el área afectada necesitan la aplicación previa de un primario, un producto base cemento y en algunos casos un recubrimiento para darle resistencia a la superficie. Este procedimiento tiene un costo muy elevado, es un proceso más complicado de aplicar y requiere de mucho tiempo para la reparación. También, existen productos fabricados con cemento y arena sílice que tratan de hacer la reparación en un solo paso; pero no logran tener los mismos tiempos de fraguado, resistencias a compresión, flexión, durabilidad y acabado terso. Además, sobra mencionar que, los productos contienen sílice libre pueden ocasionar problemas de silicosis y generar cáncer en los pulmones, por lo cual requieren de uso de mascarillas respiratorias especializadas para su protección . Asimismo, los productos impermeabilizantes no permiten el paso de agua y pueden ser utilizados tanto en techos, pisos y muros. En especial sirven para la reparación o fabricación de albercas, cisternas y depósitos de agua base concreto. Pueden ser utilizados tanto de manera preventiva como correctiva. Sin embargo, los impermeabilizantes existentes están compuestos a base de polímeros, formados por resinas termoplásticas de tipo acrílicas, vinílicas, estirenadas y sus copolímeros. Estos impermeabilizantes se contraen y expanden con los cambios de temperatura y eventualmente se forman rompimientos o fisuras del material, lo que causa se tengan que reemplazar con mayor frecuencia.

Finalmente, los recubrimientos igualmente pueden ser aplicados en techos, pisos y muros de las estructuras de concreto, y pueden aportar mayor resistencia, durabilidad y otras características que dependerán del producto y uso específico de la estructura de concreto. No obstante lo anterior, los recubrimientos tradicionales se hacen con pinturas base agua. Las pinturas tienen un buen funcionamiento solamente que no tienen suficiente durabilidad y se les tiene que reemplazar con mucha frecuencia.

Para atender este tipo de problemas técnicos, existen algunas formulaciones que buscan resolver parcialmente este problema. Se ha buscado incluir aditivos en la formulación cementicia a base de vidrio. Si el vidrio adicionado se proporciona en forma amorfa, entonces la formulación incrementa su resistencia al movimiento, brindando recubrimientos más fuertes y duraderos. Sin embargo, se complica la aplicación del producto a las superficies. Por otra parte, si se añaden microesferas de vidrio hueco, la formulación resultante es más ligera pero pierde resistencia a la compresión.

A este respecto, existen en el Estado de la Técnica algunos documentos que se refieren al manejo de este tipo de formulaciones de cemento. Por ejemplo, la patente estadounidense US3,823,021 describe un cemento mejorado que propone el uso de partículas de vidrio en conjunto con cemento y sílica. Las partículas de vidrio propuestas en esa patente pueden variar como partículas de vidrio molido o hechas polvo en un rango de malla de 233 a 2.6 de vidrio soda-lime; o alternativamente como microesferas de vidrio con un diámetro de 1678 a 60 mieras. El documento no prevé el uso de ambos elementos en combinación. Por lo tanto, la desventaja de esta invención consiste en que la formulación resultante presenta los problemas comentados en el párrafo anterior . Por otra parte, la solicitud de patente estadounidense US20140047999 describe una formulación cementicia resistente a la corrosión ácida y a las altas temperaturas. Esta formulación define un compuesto cementicio formado de varios elementos y una matriz, en donde la matriz puede comprender microesferas huecas de cerámica (cenosferas, una fracción ligera de fly-ash) con una densidad especifica de 0.3 a 0.8 g/cm3 y con un tamaño de partícula de 10-600 mieras, que contienen típicamente Si02 (56-64%) y el A1203 (28-35%) . Además, la matriz está combinada con partículas de cristal recicladas porosas que diversos grados de tamaños de partícula de 8000 a 100 mieras. La desventaja de este documento, como se mencionó anteriormente, es que la adición de microesferas de vidrio hueco producen una formulación resultante más ligera que pierde resistencia mecánica.

Asimismo, las solicitudes de patente de china atienden algunos de estos usos de la siguiente manera. La solicitud de patente China CN101628801A describe un mortero aislante de calor, que comprende 8.99 a 15% de polvo de vidrio reciclado y de 20 a 40% de microesferas huecas de cristal, además de cemento y aditivos. La solicitud de patente China CN103539391A describe un cemento impermeable y aislante de calor que comprende de 8 a 10 partes en peso de polvo de vidrio reciclado y de 18 a 22 partes en peso de microesferas huecas de cristal, además de cemento y aditivos. La solicitud de patente China CN104893694A describe un cementante ligero que comprende de 5 a 15 partes en peso de polvo de vidrio reciclado con un tamaño variable de 100 a 10 mieras y de 20 a 30 partes en peso de microesferas huecas de cristal, además de cemento y aditivos. La solicitud de patente China CN104724983A describe un uso diferente para la elaboración de ladrillos resistentes al fuego, cuya formulación comprende de 4 a 6 partes en peso de polvo de vidrio reciclado y de 2 a 3 partes en peso de microesferas huecas de cristal, además de cemento, aditivos y fibras. La desventaja principal de todos estos documentos chinos, como se especifica en párrafos precedentes, es que la adición de microesferas de vidrio hueco producen una formulación resultante más ligera que pierde resistencia mecánica.

Finalmente, se identificó la patente estadounidense US7,335,252 que protege una composición que prevé el uso de microesferas de cualquier tipo, tanto sólidas como huecas, o una combinación de ambas. La patente está enfocada a mezclas de recubrimiento durante las operaciones de perforación de pozos petroleros, en donde la formulación de recubrimiento debe ser fluida y ligera para utilizarse como principal constituyente para cementar los pozos petroleros . Por lo tanto, este documento no divulga la combinación o adición de el vidrio amorfo que permita además mejorar la resistencia mecánica de la estructura.

Por lo tanto, existe en el estado de la técnica la necesidad de una formulación base que sirva a los diferentes productos para reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto que combinen, tanto una mayor resistencia mecánica, como una fácil aplicación del producto a las superficies. Es deseable que los productos tengan una alta adherencia a cualquier superficie, una alta resistencia a la compresión y a la flexión, una ba a absorción de agua, que sean de fácil aplicación y pulido, que no formen junta fría, que tengan una resistencia a productos químicos, que no presenten agrietamientos, con estabilidad dimensional y térmica para evitar contracción y dilatación, y que puedan ser lijados, pigmentados o pintados. Asimismo, se busca que los productos se fabriquen con base en polvos en seco, facilitando así su transportación y aplicación.

Objeto de la invención Un objetivo de la presente invención consiste en proporcionar una formulación cementicia base que sirva a diferentes productos para la reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto.

Otro objetivo de la invención consiste en que la formulación base proporcione mejores propiedades mecánicas como una alta adherencia, una alta resistencia a la compresión y a la flexión.

Más aún, otro objetivo de la invención se trata de que los productos de la formulación base sean de fácil aplicación a las superficies y que faciliten las labores de pulido, lijado, pigmentado o pintado.

Otro objetivo de la invención consiste en que los productos aplicados no presenten agrietamientos por contracción y no formen junta fría.

Más aún, otro objetivo de la invención se trata de que los productos aplicados tengan estabilidad dimensional y térmica para evitar contracción y dilatación, baja absorción de agua, y resistencia a la corrosión por productos químicos .

Un objetivo más de la presente invención es que los aditivos de la formulación base no afecten la salud de los trabajadores encargados de la aplicación del producto. Finalmente, otro objetivo de la invención consiste en que los productos se fabriquen con base en polvos en seco, facilitando asi su transportación y aplicación.

Breve descripción de las figuras

Para proporcionar un mejor entendimiento del dispositivo probador de la invención se anexan los siguientes dibujos:

La figura 1 corresponde a una representación gráfica de la estructura de una formulación a base de cemento hidráulico adicionado con vidrios amorfos, del estado de la técnica.

La figura 2 corresponde a una representación gráfica de la estructura de una formulación a base de cemento hidráulico adicionado con microesferas , del estado de la técnica.

La figura 3 corresponde a una representación gráfica de la estructura de una formulación a base de cemento hidráulico adicionado con vidrios amorfos y microesferas , de conformidad con la presente invención.

La figura 4 corresponde a una representación gráfica de la estructura del producto final conformado con la formulación a base de cemento hidráulico adicionado con vidrios amorfos y microes feras , de conformidad con la presente invención. Descripción detallada de la invención

La presente invención será aquí descrita de conformidad con una modalidad preferida y con apoyo de las figuras que se acompañan. Las figura 1 y 2 son representación gráfica de la estructura de una formulación a base de cemento hidráulico adicionado con vidrios o cristales amorfos y con microes feras , respectivamente. En la representación de la figura 1 se observa que los vidrios son amorfos y si se quieren mover va a existir una gran resistencia al movimiento debido a su figura irregular. Mientras que en la figura 2, la presencia de las esferas facilita el movimiento intersticial de las mezclas a base de cemento. Asimismo, es conocido que las microes feras , cuando son huecas, pueden brindar propiedades de reducción de densidad, aislamiento térmico y aislamiento acústico. Por su parte, en la figura 3 se observa que la presencia de las esferas sólidas facilita el movimiento de los vidrios y hace que su aplicación sea mucho más sencilla y con menor cantidad de esfuerzo.

La presente invención consiste en una formulación base que sirve para conformar una pluralidad de productos para reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto. Estos productos pueden incluir correctores de concreto, impermeabilizantes, recubrimientos, entre otros. La variación entre un producto y otro se debe a la combinación de diferentes aditivos para la formación del producto final. Por lo tanto, queda comprendido dentro del alcance de la presente invención la variabilidad entre estos y otros productos que utilicen la formulación base.

Asi pues, la formulación base consiste en una combinación de cemento hidráulico con vidrios o cristales amorfos y microesferas sólidas. En la modalidad preferida, el vidrio amorfo es triturado o molido a partir de vidrio común, vidrio reciclado o vidrio soda-lime. Preferentemente, el vidrio amorfo se utiliza en un porcentaje del 20% al 30% en peso del producto final. De igual forma, en la modalidad preferida, las microesferas sólidas son de cuarzo. Preferentemente, las microesferas sólidas componen del 10% al 20% en peso del producto final. De preferencia, el resto del producto final posee cemento del 35% al 45% en peso y aditivos del 1% al 5% en peso. Adicionalmente , el producto final puede incluir fibras poliméricas en proporciones menores al 1% en peso del producto final.

Ahora bien, el tamaño de partícula o granulometría del vidrio amorfo y las microesferas sólidas es relevante para la invención, toda vez que su variación de tamaño produce un efecto sinérgico importante. La variación en el tamaño de los vidrios amorfos permite una resistencia mecánica, mientras que la variación de tamaño de las microesferas sólidas permite que las mismas consigan un acomodo en los espacios intersticiales que se forman entre el cemento hidráulico y los vidrios amorfos, tal y como se ilustra en la figura 3. De esta forma, en la modalidad preferida el rango de vidrio amorfo es de menos de 180 mieras. Por otra parte, una primera modalidad de la formulación base posee un rango de microesferas sólidas menores a 600 mieras y una segunda modalidad de la formulación base posee un rango de microesferas sólidas menores a 180 mieras. Asi, la primera modalidad se utiliza principalmente en los productos de corrector de concreto e impermeabilizantes, mientras que la segunda modalidad se utiliza principalmente en el producto de recubrimientos en donde el producto final puede alcanzar a formar películas menores a 1 mm de espesor.

Más aún, es relevante la distribución porcentual del tamaño de grano o gránulometría, ya que un tamaño predominante de cada componente permite lograr adecuadamente el efecto combinado. En una modalidad ejemplar, la distribución porcentual de la granulometria del vidrio amorfo se plasma en la tabla 1 que se muestra a continuación:

Tabla 1. Distribución de granulometria del vidrio amorfo en una modalidad ejemplar.

A su vez, la tabla 2 que a continuación se ilustra muestra la distribución porcentual de la granulometria de las microesferas sólidas para la primera modalidad:

Tabla 2. Distribución de granulometria de microesferas sólidas en la primera modalidad.

Granulometria % de

(Mieras) distribución

600 20.00%

300 4.38%

180 5.78%

125 30.73%

105 10.93%

90 9.93%

75 5.97%

63 6.04%

53 2.36% 45 1.92%

<45 1.98%

Finalmente, la tabla 3 que a continuación se ilustra muestra la distribución porcentual de la granulometria de las microesferas sólidas para la segunda modalidad:

Tabla 3. Distribución de granulometria de microesferas sólidas en la segunda modalidad.

Atendiendo a la figura 4 se puede observar uan representación gráfica de un producto final terminado, que incluye en su composición a la formulación base. En la representación gráfica se pueden observar los diferentes vidrios amorfos, las microesferas y aditivos como las fibras. Como ya se explicó en párrafos precedentes, la formulación de la presente invención permite cerrar de la mejor manera los espacios intersticiales con los diferentes tamaños y distribuciones, tanto de vidrios o cristales amorfos, como de microesferas sólidas de cuarzo. Además, las fibras presentes en el producto final, cumplen con la función de unir a los elementos y de aumentar la resistencia a la flexión. El contenido de fibra y las características de la fibra que se va a utilizar en los diferentes productos finales también va a depender del uso para el cual éste va a ser destinado.

En otro de los productos finales, el cemento puede comprender cemento de fraguado rápido con un menor tamaño de partículas que un cemento normal. Este tipo de cemento de fraguado rápido funciona muy bien con la formulación base objeto de la presente invención, toda vez que en lugar de utilizar agregados como gravas y arenas, se utiliza vidrio soda-lime y microesferas de diferentes granulometrías para cerrar mejor los espacios, aditivos y fibras.

Como se menciono anteriormente, las soluciones que existen en el mercado cuentan con algunos de los componentes que se mencionan individualmente como puede ser el cemento de fraguado rápido o la fibra; pero ninguno de ellos utiliza los vidrios soda-lime o las microesferas de cuarzo, que le otorgan propiedades únicas, tales como: alta resistencia mecánica, alta resistencia química, facilidad para aplicar y pulir la superficie resultante, así como el cerrar los espacios con las microesferas es lo que le permite al producto final tener una muy baja absorción de agua y por lo tanto tener una permeabilidad mínima a la misma. A su vez esta tecnología no genera junta fría (siempre y cuando se siga el procedimiento adecuado de escarificar la superficie) de los productos con las superficies viejas, lo que permite tener perfecta adherencia entre ambas y garantizar que el producto seleccionado cumpla con las características deseadas dependiendo del uso que se le quiera dar a la superficie. El reemplazo de los agregados utilizados normalmente en la industria de la construcción por vidrio es beneficioso ya que no provoca cambios significativos en la densidad del concreto. Esto es debido a que el vidrio posee una densidad del mismo orden que los agregados comúnmente utilizados, dependiendo de sus características de producción. Además tiene una muy baja absorción de agua y no presentan sílice cristalina ya que ésta fue previamente procesada para la elaboración de los vidrios. Al igual que el vidrio, las microesferas de cuarzo son libres de sílice cristalina y debido a que conforman un porcentaje substancial del 10% al 20%, se reduce el riesgo de contraer cualquier enfermedad que una sobreexposición o uso continuo de este material pueda causar . Con base en la revelación anterior, ciertas modalidades y detalles han sido descritos con el fin de ilustrar la presente invención, y será evidente para los expertos en la materia que se pueden hacer variaciones y modificaciones sin desviarse del alcance de la presente invención.

Claims

Reivindicaciones

1. Una formulación base que sirve para conformar un producto final dirigido a la reparación, mantenimiento o rehabilitación de estructuras de concreto; caracterizada porque comprende cemento en un porcenta e del 35% al 45% en peso del producto final; vidrios amorfos en un porcentaje del 20% al 30% en peso del producto final y microesferas sólidas en un porcentaje del 10% al 20% en peso del producto final.

2. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde el vidrio amorfo es triturado a partir de vidrio común, vidrio reciclado o vidrio soda-lime.

3. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde las microesferas sólidas son de cuarzo .

4. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde el producto final posee aditivos del 1% al 5% en peso.

5. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde el producto final puede incluir fibras poliméricas en proporciones menores al 1% en peso.

6. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde el rango del tamaño del vidrio amorfo es menor a 180 mieras.

7. La formulación base de conformidad con la reivindicación 6, en donde el tamaño del vidrio amorfo está distribuido de tal forma que las partículas de 180 mieras comprenden el 2.56%, las partículas de 150 mieras comprenden el 3.98%, las partículas de 125 mieras comprenden el 9.66%, las partículas de 90 mieras comprenden el 15.63%, las partículas de 63 mieras comprenden el 11.08%, las partículas de 45 mieras comprenden el 4.93%, y las partículas menores de 45 mieras comprenden el 52.19%.

8. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde el rango de tamaño de microesferas sólidas es menor a 600 mieras.

9. La formulación base de conformidad con la reivindicación 8, en donde el producto final es un corrector de concreto o un impermeabilizante.

10. La formulación base de conformidad con la reivindicación 8, en donde el tamaño de microesferas sólidas está distribuido de tal forma que las partículas de 600 mieras comprenden el 20.00%, las partículas de 300 mieras comprenden el 4.38%, las partículas de 180 mieras comprenden el 5.78%, las partículas de 125 mieras comprenden el 30.73%, las partículas de 105 mieras comprenden el 10.93%, las partículas de 90 mieras comprenden el 9.93%, las partículas de 75 mieras comprenden el 5.97%, las partículas de 63 mieras comprenden el 6.04%, las partículas de 53 mieras comprenden el 2.36%, las partículas de 45 mieras comprenden el 1.92%, y las partículas menores de 45 mieras comprenden el 1.98%

11. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde el rango de tamaño de microesferas sólidas es menor a 180 mieras.

12. La formulación base de conformidad con la reivindicación 11, en donde el producto final es un recubrimiento .

13. La formulación base de conformidad con la reivindicación 12, en donde el recubrimiento puede formar películas menores a 1 mm de espesor.

14. La formulación base de conformidad con la reivindicación 11, en donde el tamaño de microesferas sólidas está distribuido de tal forma que las partículas de 180 mieras comprenden el 6.88%, las partículas de 125 mieras comprenden el 40.98%, las partículas de 105 mieras comprenden el 14.57%, las partículas de 90 mieras comprenden el 13.24%, las partículas de 75 mieras comprenden el 7.95%, las partículas de 63 mieras comprenden el 8.05%, las partículas de 53 mieras comprenden el 3.14%, las partículas de 45 mieras comprenden el 2.56% y las partículas menores de 45 mieras comprenden el 2.63%

15. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde las fibras en el producto final, cumplen con la función de unir a los elementos y de aumentar la resistencia a la flexión.

16. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde el cemento puede comprender cemento de fraguado rápido.

17. La formulación base de conformidad con la reivindicación 1, en donde la variación entre productos finales se debe a la combinación de diferentes aditivos.