WO2021042222A1 - Paneles monolíticos de hormigón estratificado; método de manufactura in situ de paneles monolíticos de hormigón estratificado con espesor y densidad variable, y uso como paneles aislantes térmicos de envolvente o aislantes acústicos - Google Patents

Paneles monolíticos de hormigón estratificado; método de manufactura in situ de paneles monolíticos de hormigón estratificado con espesor y densidad variable, y uso como paneles aislantes térmicos de envolvente o aislantes acústicos Download PDF

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WO2021042222A1 PCT/CL2019/050086 CL2019050086W WO2021042222A1 WO 2021042222 A1 WO2021042222 A1 WO 2021042222A1 CL 2019050086 W CL2019050086 W CL 2019050086W WO 2021042222 A1 WO2021042222 A1 WO 2021042222A1
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density
panel
stratified
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Iván Ignacio NAVARRETE LESCHOT
Mauricio Alejandro LÓPEZ CASANOVA
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Pontificia Universidad Católica De Chile
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    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
    • B28B23/00—Arrangements specially adapted for the production of shaped articles with elements wholly or partly embedded in the moulding material; Production of reinforced objects
    • B—PERFORMING OPERATIONS; TRANSPORTING
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    • B28B—SHAPING CLAY OR OTHER CERAMIC COMPOSITIONS; SHAPING SLAG; SHAPING MIXTURES CONTAINING CEMENTITIOUS MATERIAL, e.g. PLASTER
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    • Y02P—CLIMATE CHANGE MITIGATION TECHNOLOGIES IN THE PRODUCTION OR PROCESSING OF GOODS
    • Y02P40/00—Technologies relating to the processing of minerals
    • Y02P40/10—Production of cement, e.g. improving or optimising the production methods; Cement grinding

Definitions

  • the present invention relates to monolithic panels of stratified concrete (also referred to as concrete); method of on-site manufacturing of monolithic stratified concrete panels of variable thickness and density, simple and lower cost; and use of the panels as a constructive structure, for example, walls and slabs of housing, residential buildings or industrial use; thermal insulation (i.e., low thermal transmittance) of the envelope or acoustic insulator (i.e., low acoustic transmittance), considering its density, the panel having a good thermal and acoustic insulation behavior based on its thickness and density.
  • thermal insulation i.e., low thermal transmittance
  • acoustic insulator i.e., low acoustic transmittance
  • Concrete panels can be constructed in such a way as to adjust their physical and mechanical properties according to the intended application - from a wide range of possible applications, for example, walls and cladding slabs of houses, residential buildings or industrial use, including, walls vertical and horizontal such as radieres and ceilings
  • panels are generally made of concrete formed from a mixture of binder, typically portland cement, and coarse (gravel and gravel) and fine (sand) aggregate material, and that in suspension, it is molded and cured.
  • the composition of the suspension mixture determines the physical and mechanical properties of the panel. When the suspension contains materials with low air content, the panel will show improved structural properties. On the contrary, when the suspension contains materials with a high air content, for example light aggregates, the panel will show improved thermal and acoustic insulation properties.
  • multilayer concrete panels are formed by concreting, one layer of concrete on top of another as required. Also distributing the layer (s) of lightweight aggregate material that provides thermal insulation and the layer (s) of aggregate material of normal or high density that provides structural strength, as required. With the inconvenience of high cost associated with its production, due to the multiple necessary concreting and curing steps, and a decrease in performance, between successive concrete layers.
  • stratified concrete is made up of a homogeneous concrete mixture that is mixed, transported, placed and later stratified to form layers of controlled thickness and of different resistance, density and thermal and acoustic insulation.
  • stratified concrete mixtures are composed of the following materials: water, binder materials, gravel, gravel, sand, lightweight aggregate, and chemical additives.
  • the binder materials can be ordinary portland cement, pozzolanic portland cement, geopolymeric binder, or a combination of cement and supplemental cementitious materials, such as: fly ash, blast furnace slag, silica fume (micro silica), metakaolin, rice husk, rile ash from rice plants treatment of sewage, ash and natural pozzolans, or other materials with pozzolanic cementitious activity.
  • supplemental cementitious materials such as: fly ash, blast furnace slag, silica fume (micro silica), metakaolin, rice husk, rile ash from rice plants treatment of sewage, ash and natural pozzolans, or other materials with pozzolanic cementitious activity.
  • said low-density aggregate material is selected from expanded polystyrene, expanded glass, pumice stone, expanded clay, expanded shale, expanded shale, volcanic slag, volcanic tuff, agglomerates of fly ash, pelletized materials, expanded perlite, expanded vermiculite, stabilized foam, airgel, brick rubble, or plastic fibers.
  • chemical additives are selected from the group consisting of: organic or inorganic density modifying agents, viscosity modifying agents, fire retardant agents, waterproofing agents, thickening agents, pigments, coloring agents, plasticizing agents, dispersing agents , auxiliary drainage agents, auxiliary resistance agents whether wet or dry.
  • each material is used will depend on the thicknesses of the insulating concrete layer and the structural concrete layer required by the stratified concrete panel according to the existing regulations and the technical specifications of the project.
  • the stratified concrete panels are concreted perpendicular to the stratification direction with a homogeneous concrete mix, which is placed in a single filling process.
  • the most used process consists of filling horizontally arranged forms, subsequently this is vibrated with a vibrating table in a period of between 30 and 300 seconds with a frequency of between 2000 and 4000 rpm and vibrating amplitudes between 0.025 and 1.5 mm, looking for generate energy rates between 1 and 30 J / kg. This allows the normal or high density aggregate to fall and the light aggregate to rise into the mix, a product of the force of gravity and the buoyant (or buoyant) force, respectively.
  • the stratification of the concrete occurs, which consists of the formation of two layers, one layer conventional concrete structure and another lightweight concrete thermal insulating layer.
  • Another process that can be used to stratify concrete in layers is to apply a centrifugal force through rotational acceleration, concreting the elements vertically in these cases.
  • precast panel systems are not widely used in homes due to their low thermal and acoustic properties but are high-quality and easy-to-build products. They refer to the panel produced with a unique mix of concrete that has an outer insulating light layer and an inner heavy / dense layer, which has good acoustic and thermal properties.
  • the thickness of the layers can be controlled by segregation by layering by vibration using aggregates of different densities and moderately viscous paste.
  • Panels with supplementary cementitious materials such as fly ash and expanded glass beads (spheres) were tested together with Portland cement and geopolymeric binders, demonstrating the potential of variable density concrete panels.
  • variable density concrete panels estimates the reinforced performance which is the structural serviceability and the Durability performance of variable density concrete panels. Mixtures were designed, the properties of the concrete were measured in fresh, and the thermal performance was estimated, in hardened concrete samples. Stratification of the variable density concrete panel is achieved by managing the cool properties of the concrete mix to be vibrated, and the potential for stratification was defined by rheological ranges. The variable density concrete panel was shown to show adequate resistance capacity in both compression and tension, but the strength was affected by factors such as the degree of stratification, the stability and thickness of the layers, and the curing environment.
  • the thermal insulation improved.
  • the deformations were related to the degree of stratification. The deformation decreases with greater stratification as the stress and tension in the light layer is relieved more.
  • the stratified concrete panel showed good adsorption resistance, poor permeability properties, and high porosity. Overvibration caused the concrete panel to tend to have a rough surface finish.
  • stratification can be prevented or facilitated depending on the composition of the concrete mix; the rate of stratification produced during vibration is independent of the vibration time; the shape of the aggregate plays an important role in stratification; Stratification can be reduced by either reducing the maximum aggregate size or increasing the angularity of the coarse aggregate; that the maximum size of the aggregate and the shape of the coarse aggregate need to be specially considered for minimize or eliminate stratification; and relationship of the tendency to stratification of the concrete mixture with the combined effect of its volume ratio on the surface and the density difference between the coarse aggregate and the mortar, more than with each individual parameter.
  • the viscosity of the mortar and the energy applied in the stratification process are relevant; the composition of the mix is more important than the vibration process; that to minimize or facilitate stratification when using normal or high density aggregates and light aggregates with large maximum size in normal weight mortars, the viscosity of the mortar is important to consider.
  • the main alternatives to this stratified concrete panel are, for example, Geo-pol insulating panels, ICF insulating blocks for walls, AISLACRET, HEATCONCRETE structural thermal concrete, COVINTEC and TERMOMETRO panels and conventional reinforced concrete. , both prefabricated and built in situ, with insulating panels on the inside of POLIGYP or VOLCAPOL or on the outside EIFS.
  • the Geopol panel is a double sheet steel roof panel (density 7,850 kg / m, thermal conductivity 58 W / mK), where a core of expanded polystyrene (EPS) is confined.
  • the production process is continuous and both the shaping of the steel sheets and the incorporation and adherence of the EPS core to the steel are carried out, by adding chemical products and mechanical pressing.
  • the insulating blocks for ICF walls are configured based on high density Expanded Polystyrene (EPS) units (23 kg / m 3 ) and reinforced concrete, which provides a rigid wall with high thermal and acoustic insulation. It is used as an exterior structural wall, partition, lintel, etc. In addition, it allows any type of finish, both exterior and interior (sinding, veneers, stucco, etc). It allows faster constructions, lower losses with a lower final cost, granting unsurpassed thermal / acoustic comfort to those who will inhabit the house.
  • EPS Expanded Polystyrene
  • Structural Aislacret, Ready Mix thermal concrete is a concrete that provides thermal insulation and energy efficiency without requiring additional coating and with thinner walls. It is lower cost as it is a structural and thermal solution at the same time; less thickness; reduces imperfections in placement; lightweight, with a lower density than conventional concrete; it has a very good surface finish; it is of low permeability and of greater durability in aggressive environments; it has a low coefficient of thermal conductivity and a high insulating capacity that does not reduce its structural capacity; it is easy to place and work; it has less potential for thermal and hydraulic shrinkage and good resistance to water diffusion, reducing the possibility of damage due to the presence of moisture. It can be used on walls of houses and buildings. HEATCONCRETE.
  • WO2018076126A1 describes a structural, lightweight and / or low thermal conductivity concrete made up of: a) a binder matrix corresponding to a range of 20-50% by volume of the total volume of the concrete comprising: i. a portland cement type i, ii, iii, iv or v, or a mixture thereof; ii supplementary cementitious materials in a ratio of up to 4 times by volume of portland cement; iii. with a ratio (by volume) of water to cement and supplementary cementitious materials in a range of 0.20 - 0.70; iv.
  • a binder matrix corresponding to a range of 20-50% by volume of the total volume of the concrete comprising: i. a portland cement type i, ii, iii, iv or v, or a mixture thereof; ii supplementary cementitious materials in a ratio of up to 4 times by volume of portland cement; iii. with
  • a maximum volume of calcium hydroxide (ch) of 10%; and b) light aggregates corresponding to a range between 30 - 80% of the total volume of the concrete; where the concrete has a compressive strength, after 28 days of age, of at least 10 MPa, a density less than 1.4 t / m, a thermal conductivity less than 0.288 W / (K * m); at 23 ° C and 50% relative humidity, a quotient of resistance to conductivity of at least q 60 (MPa * m * k) / w and a quotient of resistance to density of at least 17 (MPa * m / t).
  • the North American COVINTEC panel system is a solution that is not only characterized by its high efficiency and safety during its construction process, but also by its ability to produce significant savings in execution and assembly times.
  • This consists of a core of Expanded Polystyrene (EPS) of density (10 kg / m 3 ) that is covered on both sides with shotcrete of normal density. Both concrete faces are reinforced with a three-dimensional steel mesh that ensures the transfer of loads from one layer of reinforced concrete to the other.
  • TERMOMETRO is a Melón Hormigones solution, based on COVINTEC but with the use of conventional forms to form the two layers of reinforced concrete.
  • Reinforced concrete has high structural and constructive performance. However, its thermal performance is poor. Therefore, in order for concrete structures to comply with thermal requirements, an extra layer of thermal insulation is added to the construction, which considerably reduces the performance of concrete works, increasing construction times and costs.
  • ultra-light concretes (those with a density less than 700 kg / m) present good thermal performance, but insufficient compressive strength to be used as structural concrete. Additionally, these concretes have a good performance as an acoustic insulating material.
  • acoustic screens that comprise a metal base with a specific AT 1000 corrugation, on which methacrylate (or PMMA) can be applied; mobile acoustic screens comprising tongue and groove acoustic panels with glass wool absorbent material on both sides, and optionally an aerifico plate in case of need for a visor, and a metal frame in channel profile plus support foot; acoustic barriers made of micro-perforated rock wool panel comprising metal plates of approx.
  • acoustic barriers made of metallic PMMA panel made of galvanized steel with sound-absorbing interior; the acoustic barriers of acrylic PMMA panel that have the function of interposing an obstacle to the sound propagation between a source and a receiver; PAC panel acoustic barriers that are made of two 1.2 mm thick, self-supporting steel sheets, with a high-density mineral wool core between them.
  • the patent US8323782 differs from the present invention mainly because it sets the thicknesses of the layer of lightweight concrete and the layer of structural concrete, establishing the thickness relationship between layer of lightweight concrete and structural concrete layer in 2: 1.
  • the present invention makes it possible to vary and control the thickness of both layers through the composition of the mixture and the vibrating process, and thus obtain laminated concrete panels with different energy-thermal and structural performances.
  • US patent panel mentioned refers to panels with thicknesses of 30 and 40 cm with thermal transmittance of 0.8 and 0.6 W / m2K, respectively.
  • the panel of the present invention achieves the same thermal transmittance with thicknesses of 21 and 26 cm, thus reducing, by more than 30%, the thickness of the panel without losing thermal properties.
  • the present invention refers to a method of preparing a laminated concrete panel with at least one layer of structural concrete and at least one layer of insulating concrete, both thermal and acoustic, using only a concreting and laying process. This makes it possible to eliminate the extra tasks of adding insulating material to concrete structures, increasing the productivity of the construction processes; and stratified concrete panel and its use as a constructive structure, for example, walls and slabs of housing envelope, residential buildings or industrial use, road acoustic insulation wall, among others, the panel having good thermal and acoustic insulation behavior .
  • Figures 1A and IB It shows the relationship between experimental results and expected predictive results (BI) for the correlation between panel thickness, dose of insulating material and size of conventional thick aggregate.
  • Figure 1A relates to structural strength.
  • Figure IB relates to thermal transmittance.
  • Figure 2. Shows the thermal conductivity of the insulating layer with different proportions of expanded polystyrene beads and microbeads.
  • Figure 3 Sample comparison of surface finish of test tubes made with expanded polystyrene beads and microbeads.
  • Figures 4A and 4B Shows thickness comparison by varying the composition of the cementitious mix and the vibration to obtain the stratified cementitious body.
  • Figure 5. Shows surface water absorption results of different envelope solutions.
  • the present invention refers to monolithic panels of stratified concrete (also referred to as concrete); method of on-site manufacturing of monolithic stratified concrete panels of variable thickness and density, simple and lower cost; and use of the panels as a constructive structure, for example, walls and slabs of housing, residential buildings or industrial use; thermal insulation (i.e., low thermal transmittance) of the envelope or acoustic insulator (i.e., low acoustic transmittance), considering its density, the panel having a good thermal and acoustic insulation behavior based on its thickness and density.
  • thermal insulation i.e., low thermal transmittance
  • acoustic insulator i.e., low acoustic transmittance
  • the present invention provides a method for fabricating or prefabricating a monolithic laminated concrete panel comprising: placing in a mold, a concrete mixture - in aqueous suspension, comprising at least one binder and at least one type of aggregate, to form - in a single pour and allowing the aqueous suspension to stratify, under the influence of gravitational forces, buoyancy forces and applying vibrations, a layered concrete body having at least 2 layers of different density, said layered concrete body subsequently being subjected to a curing stage to form the layered concrete panel, said at least two layers comprising: at least one structural layer, plus dense and resistant, and at least one insulating layer, less dense.
  • Said binder is selected from the group consisting of: portland cement, or cements mixed with pozzolans, and / or supplementary cementitious materials such as: fly ash, blast furnace slag, silica fume (micro silica), metakaolin, scale ash rice, rile ash from sewage treatment plants, natural ash and pozzolans, or other materials with pozzolanic cementitious activity; or geopolymeric binder.
  • said aggregate material is selected from normal or high density aggregate material, and / or low density aggregate material.
  • said high or normal density aggregate material that is to say with a density greater than 2000 kg / m, is selected from slag, greyish, basalt, steel fibers, sand, gravel, crushed stone, sandstone, quartz, glass, concrete recycled, limonite, barite, ilmenite, magnetite, hematite, ferrophosphate, goethite or steel.
  • said low-density aggregate material is selected from expanded polystyrene, expanded glass, pumice stone, expanded clay, expanded shale, expanded shale, volcanic slag, volcanic tuff, agglomerates of fly ash, pelletized materials, perlite expanded, expanded vermiculite, stabilized foam, airgel, brick rubble or plastic fibers.
  • said concrete mix optionally and additionally includes at least one type of chemical additive.
  • Said chemical additive is selected from the group consisting of: organic or inorganic density modifying agents, viscosity modifying agents, fire retardant agents, waterproofing agents, thickening agents, pigments, coloring agents, plasticizing agents, dispersing agents, auxiliary agents for drainage, auxiliary resistance agents whether wet or dry.
  • said concrete mix further comprises secondary materials selected from the group consisting of: steel rods that can be incorporated to improve the strength of the cured layered concrete body; Plastic tubes that can be incorporated to provide conduits for water or cables in the cured stratified concrete body, among others.
  • secondary materials can be incorporated by placing the secondary material in the mold before, during or after the aqueous suspension of cementitious agglomerate is poured into the mold.
  • said aqueous suspension is substantially homogeneous before the lamination step. Also, it is substantially homogeneous, each layer generated in said laminated panel, which is obtained after the layering step.
  • the vibrations are applied to said aqueous suspension in an energy range of 1 to 30 J / kg. Even more preferably, the vibrations are applied to said aqueous suspension in a range of 2 to 17 J / kg. Preferably, the vibration applied to said aqueous suspension is 8 J / kg.
  • the gravitational force causes the denser aggregate material present in the aqueous suspension to descend or settle at the bottom of the mold.
  • the buoyancy force causes the lighter aggregate material in the suspension to rise or migrate to the top of the mold.
  • the application of vibrations to the suspension promotes the stratification of the aqueous suspension.
  • Said application of vibration can be conducted for example in a vibrating table system, a tilting table having vibrators, using vibrating forms or immersion vibrators, among others.
  • a vibrating table operated at approximately 4000 rpm can be used and generate a vertical acceleration of approximately 8 g, with an amplitude of approximately 0.25 mm, for a period of between approximately 150 and 300 s, which allows generating energy rates of between 2.8 J / kg and 5.6 J / kg.
  • Equation 1 (Eq. 1) allows to calculate the applied energy rate (W), in J / kg, from the frequency (f), in rpm, and amplitude (s), in mm, of the vibrating table, and the period of vibration (t), in seconds.
  • Table 1 shows examples of energy rates determined from Equation 1 and the frequency, amplitude and vibration time used with a vibrating table. Table 1.
  • the suspension After pouring and vibrating, the suspension is left for a sufficient time to cure it to form a solid laminate body. Curing can be facilitated by the application of pressure or heat.
  • the steps of the method of the present invention can be repeated to form multilayer concrete panel.
  • a second aspect of the present invention comprises providing a laminated concrete panel comprising at least one structural layer and at least one insulating layer, of variable thickness.
  • single pour refers to a cured and uncured concrete mix that has been poured or cast into a mold in a single step.
  • the present invention relates to laminated concrete panels having at least two layers. At least one structural layer that confers the required strength to the panel and at least one insulating layer that provides thermal and acoustic insulation properties.
  • Figures 4A and 4B show specimens with different thickness of structural layer and insulating layer, as the composition of the concrete mix and the vibration energy vary.
  • the structural layer comprises an aggregate material of normal or high density, having better mechanical strength compared to the insulating layer.
  • the insulating layer comprises a more porous lightweight aggregate material, having improved thermal and acoustic insulating properties compared to the structural layer.
  • the laminated concrete panel of the present invention can be prepared in situ by a single pouring process comprising the following steps: a) mixing an agglomerate and at least one aggregate material with water, in a mixer selected from the group consisting of: mixers rotary, ribbon mixers, orbiting screw mixers, oscillating mixers or, until a homogeneous aqueous suspension is obtained, b) pouring the aqueous solution - in a single pour, in a mold, letting it stratify in layers according to the density of the particles under the influence of the force of gravity, the buoyant force and the vibration energy; and thus to obtain a concrete body comprising at least 2 homogeneous layers, a structural layer and at least one insulating layer, and subsequently, c) curing said concrete body, where the thickness of the structural layer and of the insulating layer are controlled using a percentage amount of lightweight aggregate material in a range of 10% to 70% of the volume of concrete, with a size in the range of 0.1 to 25 mm in mean diameter, and
  • the thickness of the structural layer and the insulating layer are controlled using a percentage amount of lightweight aggregate material in a range of 10% to 70% of the volume of concrete, with a size in the range of 0.1 to 25 mm of mean diameter, and a vibration energy in the range of 2 to 17 J / kg.
  • the thickness of the structural layer and the insulating layer are controlled using a percentage amount of lightweight aggregate material of 10% to 70% of the volume of the concrete, with a size of 0.1 to 5 mm in mean diameter. , and a vibration energy of 8 J / kg.
  • the present method further comprises in step a), adding at least one type of chemical additive.
  • Said chemical additive is selected from the group consisting of: organic or inorganic density modifying agents, viscosity modifying agents, fire retardant agents, waterproofing agents, thickening agents, pigments, coloring agents, plasticizing agents, dispersing agents, auxiliary drainage agents, auxiliary agents of resistance either wet or dry.
  • Table 2 shows values of layering level, thermal transmittance and compression resistance versus quantity and size of agglomerated material and vibration speed and time.
  • Table 2 correspond to a mixture of cementitious binder selected from concrete and a lightweight aggregate material selected from expanded polystyrene bead and microbead.
  • the present invention relates to a laminated concrete panel having at least one layer of structural concrete and at least one layer of insulating concrete, both thermally and acoustically, which is obtained using only a concreting and placing process. This makes it possible to eliminate the extra tasks of adding insulating material to concrete structures, increasing the productivity of the construction processes.
  • the present invention allows the lamination process to be varied to quantify the effect on the thickness of the panels.
  • the invention relates the thickness of the panel, the dose of insulating material and the maximum size of conventional coarse aggregate, with the level of segregation, thermal transmittance and resistance to compression.
  • Mix 1 comprises portland type I cement as binder, as aggregate material gravel with a maximum size of 9.525 mm (3/8 ”), and as insulating material, 40% by volume of expanded polystyrene beads, which were mixed with water. for 8 minutes on a rotary mixer to form an aqueous cementitious suspension.
  • Said aqueous cementitious suspension was poured into cylindrical molds, having the following dimensions: 20 cm in height and 10 cm in diameter.
  • Half of the molds were vibrated for 45 seconds, while the other half were vibrated for 90 seconds, at a frequency of 3000 rpm and amplitude of 1.2 mm, generating vibration rates of 8.1 and 16.2 J / kg, respectively, and then allowed to stand for 28 days at room temperature.
  • Mix 2 comprises portland type I cement as a cementitious binder, as an aggregate material gravel with a maximum size of 9.525 mm (3/8 ”), and as an insulating material, 20% by volume of expanded polystyrene beads, which were mixed with water for 8 minutes on a rotary mixer to form an aqueous cementitious suspension.
  • Said aqueous cementitious suspension was poured into cylindrical molds, having the following dimensions: 20 cm in height and 10 cm in diameter. Half of the molds were vibrated for 45 seconds, while the other half were vibrated for 90 seconds, at a frequency of 3000 rpm and amplitude of 1.2 mm, generating vibration rates of 8.1 and 16.2 J / kg, respectively, and then allowed to stand for 28 days at room temperature.
  • Mix 3 comprises pure portland cement as a cementitious binder, as an aggregate material gravel with a maximum size of 19.05 mm (3/4 ”), and as an insulating material, 40% in volume of expanded polystyrene beads, which were mixed with water for 8 minutes on a rotary mixer to form an aqueous cementitious suspension.
  • Said aqueous cementitious suspension was poured into cylindrical molds, having the following dimensions: 20 cm in height and 10 cm in diameter.
  • Half of the molds were vibrated for 45 seconds, while the other half were vibrated for 90 seconds, at a frequency of 3000 rpm and amplitude of 1.2 mm, generating vibration rates of 8.1 and 16.2 J / kg, respectively, and then allowed to stand for 28 days at room temperature.
  • Mix 4 comprises pure portland cement as a cementitious binder, as an aggregate material gravel with a maximum size of 19.05 mm (3/4 ”), and as an insulating material, 20% by volume of expanded polystyrene beads, which were mixed with water for 8 minutes on a rotary mixer to form an aqueous cementitious suspension.
  • Said aqueous cementitious suspension was poured into cylindrical molds, having the following dimensions: 20 cm in height and 10 cm in diameter.
  • Half of the molds were vibrated for 45 seconds, while the other half were vibrated for 90 seconds, at a frequency of 3000 rpm and amplitude of 1.2 mm, generating vibration rates of 8.1 and 16.2 J / kg, respectively, and then allowed to stand for 28 days at room temperature.
  • Specimen A showed to be completely homogeneous and without stratification, not being possible to distinguish an insulating layer from a structural layer.
  • Test piece B showed incomplete stratification, having a structural layer thickness of 3 cm, in the lower part, an insulating layer thickness of 5 cm, in the upper part, and an intermediate transition zone that did not present characteristics of an insulating layer or structural 12 cm.
  • Specimen C showed complete stratification, having a structural layer thickness of 14 cm and an insulating layer thickness of 6 cm.
  • Specimen D showed complete stratification, having a structural layer thickness of 14 cm and an insulating layer thickness of 6 cm.
  • Test piece E showed incomplete stratification, presenting structural aggregates inside the thermal insulating layer, having a structural layer thickness of 6 cm and an insulating layer thickness of 14 cm.
  • Specimen F showed complete stratification, having a structural layer thickness of 8 cm and an insulating layer thickness of 12 cm.
  • Specimen G showed complete stratification, having a structural layer thickness of 16 cm and an insulating layer thickness of 4 cm.
  • Specimen H showed complete stratification, having a structural layer thickness of 16 cm and an insulating layer thickness of 4 cm.
  • the experimental data in table 2 show how by varying the composition of the mixture, the structural and insulating performances of the stratified concrete panel vary. Table 2
  • Expanded polystyrene beads were used, and the thermal conductivity and variability of this property were evaluated in the insulating layer of concrete mixtures with different combinations of quantity and size of expanded polystyrene beads and microbeads, improving the thermal properties of the expanded polystyrene panel. stratified concrete.
  • Fig. 2 shows that the mixture in which said light aggregate material corresponded to only expanded polystyrene microbeads, achieved a lower thermal conductivity as an insulating layer.
  • Table 3 shows values of energetic properties versus quantity and proportions of beads and microbeads used in mixtures with 32% vol of insulating material.
  • Figure 3 shows the improvement in the surface finish of the thermal insulating layer by replacing the beads with the expanded polystyrene microbeads.
  • This layer presented a low variability in thickness (less than 5%), a compressive strength greater than 2 MPa and a superficial capillary permeability similar to that presented by EIFS panels.
  • the variability in the thickness was quantified from the results obtained in three specimens for each mixture (see Table 2).
  • the superior compressive strength was quantified as established in the ASTM C109 / C109M-16a standard.
  • Superficial capillary permeability is measured according to the provisions of regulation 0585-13 and only in test tubes with 100% microbeads.
  • Table 4 shows values of variability of thickness and superior compressive strength of expanded polystyrene beads and microbeads.
  • Figure 5 shows the results of capillary adsorption over time of test pieces of the insulating layer of stratified concrete (Stratified LWC), conventional concrete (NWC) and EIFS plates. From these results it can be seen that the insulating layer of stratified concrete panels has a higher initial absorption than EIFS panels and conventional concrete. However, after this first hour, the capillary absorption rate decreases considerably for lightweight concrete, being lower than its two competitors.
  • MPa Beads thickness s insulation
  • Table 6 shows the quantity / concentration of expanded polystyrene microbeads versus the thickness of the insulating layer and the total thickness of the specimen, determined from Equation 2 (Eq. 2): where e a is the thickness of the insulating layer and e t is the total thickness of the element.
  • Table 7 shows the water / cementitious ratio and thermal conductivity data of the insulating layer of concrete with cement and fly ash.

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Abstract

La presente invención se refiere a un método de preparación de un panel de hormigón estratificado con al menos una capa de hormigón estructural y al menos una capa de hormigón aislante, tanto térmica como acústica, utilizando solo un proceso de hormigonado y colocación. Esto permite eliminar las faenas extras de adición de material aislante a las estructuras de hormigón, aumentando la productividad de los procesos constructivos; y panel de hormigón estratificado y su uso como estructura constructiva, por ejemplo, muros y losas de envolvente de viviendas, edificios habitacionales o de uso industrial, muro aislante acústico de carretera, entre otros, teniendo el panel un buen comportamiento térmico y de aislación acústica.

Description

PANELES MONOLÍTICOS DE HORMIGÓN ESTRATIFICADO; MÉTODO DE MANUFACTURA IN SITU DE PANELES MONOLÍTICOS DE HORMIGÓN ESTRATIFICADO CON ESPESOR Y DENSIDAD VARIABLE, Y USO COMO PANELES AISLANTES TÉRMICOS DE ENVOLVENTE O AISLANTES ACÚSTICOS
MEMORIA DESCRIPTIVA CAMPO DE LA INVENCIÓN
La presente invención se refiere a paneles monolíticos de hormigón (también referido como concreto) estratificado; método de manufactura in situ de paneles monolíticos de hormigón estratificado de espesor y densidad variable, simple y de menor costo; y uso de los paneles como estructura constructiva, por ejemplo, muros y losas de envolvente de viviendas, edificios habitacionales o de uso industrial; aislante térmico (i.e., baja transmitancia térmica) de envolvente o aislante acústico (i.e., baja transmitancia acústica), considerando su densidad teniendo el panel un buen comportamiento térmico y de aislación acústica en base a su espesor y densidad.
ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN
Los paneles de hormigón se pueden construir de modo de ajustar sus propiedades físicas y mecánicas según la aplicación buscada - de una amplia gama de aplicaciones posibles, por ejemplo, muros y losas de envolvente de viviendas, edificios habitacionales o de uso industrial, incluyendo, paramentos verticales y horizontales tales como radieres y cielos Es sabido que los paneles están hechos en general de hormigón formado a partir de una mezcla de aglomerante, típicamente cemento portland, y material de agregado grueso (grava y gravilla) y fino (arena), y que en suspensión, se moldea y cura. La composición de la mezcla en suspensión determina las propiedades físicas y mecánicas del panel. Cuando la suspensión contiene materiales con bajo contenido de aire, el panel mostrará propiedades estructurales mejoradas. Como opuesto, cuando la suspensión contiene materiales con un alto contenido de aire, por ejemplo, agregados livianos, el panel mostrará propiedades de aislamiento térmico y acústico mejoradas.
Por otra parte, los paneles de hormigón de múltiples capas se forman al hormigonar, una capa de hormigón sobre otra según se requiera. Distribuyéndose también la(s) capa(s) de material de agregado liviano que proporciona aislamiento térmico y la(s) capa(s) de material de agregado de densidad normal o alta que proporciona resistencia estructural, según se requiera. Con el inconveniente de alto costo asociado a su producción, debido a los múltiples pasos de hormigonado y curado necesarios, y una disminución en el rendimiento, entre capas de hormigón sucesivas.
Por su parte el hormigón estratificado se compone de una mezcla homogénea de hormigón que es mezclada, transportada, colocada y que posteriormente es estratificada para formar capas de espesores controlados y de diferente resistencia, densidad y aislación térmica y acústica. En particular, formando al menos dos capas distintivas: una de hormigón liviano y aislante y una de hormigón estructural y resistente. Específicamente, las mezclas de hormigón estratificado se encuentran compuestas por los siguientes materiales: agua, materiales aglomerantes, grava, gravilla, arena, agregado liviano y aditivos químicos. Los materiales aglomerantes pueden ser cemento portland ordinario, cemento portland puzolánico, ligante geopolimérico, o una combinación de cemento y materiales cementicios suplementarios, tales como: ceniza volante, escoria siderúrgica de alto horno, humo de sílice (micro sílice), metacaolín, cenizas de cascarilla de arroz, cenizas de riles de plantas de tratamiento de aguas servidas, cenizas y puzolanas naturales, u otros materiales con actividad cementicia puzolánica. Preferentemente, dicho material de agregado de baja densidad, es decir de densidad menor a 2000 kg/m , se selecciona de poliestireno expandido, vidrio expandido, piedra pómez, arcilla expandida, lutita expandida, pizarra expandida, escoria volcánica, toba volcánica, aglomerados de ceniza volante, materiales peletizados, perlita expandida, vermiculita expandida, espuma estabilizada, aerogel, escombros de ladrillo o fibras plásticas. Por otro lado, los aditivos químicos se seleccionan del grupo consistente de: agentes modificadores de densidad ya sea orgánicos o inorgánicos, agentes modificadores de viscosidad, agentes retardantes de fuego, agentes impermeabilizantes, agentes espesantes, pigmentos, agentes colorantes, agentes plastificantes, agentes dispersantes, agentes auxiliares de drenaje, agentes auxiliares de resistencia ya sea húmeda o seca.
Las proporciones en las cuales se utiliza cada material, dependerá de los espesores de la capa de hormigón aislante y de la capa de hormigón estructural que requiera el panel de hormigón estratificado según la normativa existente y las especificaciones técnicas del proyecto.
Los paneles de hormigón estratificado se hormigonan de manera perpendicular a la dirección de estratificación con una mezcla homogénea de hormigón, la cual se coloca en un solo proceso de llenado. El proceso más utilizado consiste en llenar moldajes dispuestos horizontalmente, posteriormente este se vibra con una mesa vibratoria en un periodo de entre 30 y 300 segundos con una frecuencia de entre 2000 y 4000 rpm y amplitudes de vibrado entre 0,025 y 1,5 mm, buscando generar tasas de energía de entre 1 y 30 J/kg. Esto permite el descenso del agregado de densidad normal o alta y el ascenso del agregado liviano al interior de la mezcla, producto de la fuerza de gravedad y de la fuerza de flotación (o boyante), respectivamente. De esta forma se produce la estratificación del hormigón, la cual consiste en la formación de dos capas, una capa estructural de hormigón convencional y otra capa aislante térmica de hormigón liviano. Otro proceso que se puede utilizar para la estratificación del hormigón en capas es aplicar una fuerza centrífuga a través de una aceleración rotacional, hormigonando los elementos de manera vertical en estos casos.
Materials and Structures DOI 10.1617/sl 1527-013-0206-2, Mackechnie J et al indica que el hormigón estructural tiene una pobre aislación cuando se usa como fachada de edificios, pero tiene el potencial de proporcionar beneficios térmicos significativos. Propone variar la densidad del panel muro para incorporar aislación exterior y térmica, la que se logra estratificando el hormigón con una mezcla de hormigón con agregados de diferente densidad cuya segregación se controla mediante vibración de alta frecuencia. Los paneles prefabricados tienen una capa aislante liviana exterior y una capa pesada interior que le dan resistencia térmica y estructural, respectivamente. Las propiedades térmicas y estructurales de los paneles de densidad variable se investigaron con cemento Portland (PC) y mezclas de hormigón geopolimérico, usando diferentes agregados livianos y de densidad normal o alta. Se estableció que los hormigones geopolimérico s presentan menor conductividad térmica y menor capacidad calorífica volumétrica que los hormigones con PC. Los paneles de hormigón estratificado fueron superiores que los paneles livianos, respecto de su aislación térmica. Los paneles de densidad variable al ser expuestos a condiciones ambientales dinámicas mostraron un desempeño térmico considerablemente mejor.
SB07 New Zealand. Paper Number: 065, New Insulating Precast Concrete Panels, Mackenchnie J y Saevarsdottir T, señalan que los sistemas de paneles prefabricados no se usan ampliamente en hogares por sus bajas propiedades térmicas y acústicas pero son productos de alta calidad y fáciles de construir. Se refieren al panel producido con una mezcla única de hormigón que tiene una capa liviana aislante externa y una capa pesada/densa interna, que tiene buenas propiedades acústicas y térmicas. El espesor de las capas se puede controlar por segregación por estratificación mediante vibración usando agregados de diferentes densidades y pasta moderadamente viscosa. Se ensayaron paneles con materiales cementicios suplementarios tales como ceniza volante y perlas (esferas) de vidrio expandidas junto con cemento Portland y ligantes geopoliméricos, demostrándose el potencial de los paneles de hormigón de densidad variable.
La tesis de Peter Grange (2012) supervisada por James Mackenchnie y Alian Scott, University of Canterbury, Christchurch, Nueva Zelandia, “Investigating the comercial viability of Stratified Concrete Panels”, confirma la viabilidad comercial de los paneles de hormigón estratificados (SCP) que usan arenisca y perlas de vidrio expandido como agregados para las capas pesadas y livianas del panel, respectivamente. Usaron mesas vibratorias para lograr la estratificación de los paneles. La vibración producida por la mesa vibratoria asegura una estratificación suficiente. Una estratificación parcial produce paneles con bajas propiedades térmicas, en comparación con paneles bien estratificados, y además produce un deterioro en las propiedades mecánicas. Sugiere producir SCP en una línea de ensamblaje donde se haga vibrar solo un panel, en una mesa vibratoria del mismo tamaño del panel para proporcionar la máxima energía de vibración sin una inversión de capital excesiva, y obtener así, productos satisfactorios.
La tesis de Thorbjoerg Saevarsdottir supervisada por Dr. J.R: Mackenchnie, Universidad of Canterbury, Christchurch, Nueva Zelandia, “The estructural, serviceability and durability performance of variable density concrete panels”, estima el rendimiento reforzado que es la capacidad de servicio estructural y el rendimiento de durabilidad de paneles de hormigón de densidad variable. Se diseñaron mezclas, se midieron las propiedades del hormigón en estado fresco, y se estimó el desempeño térmico, en muestras de hormigón endurecidas. La estratificación del panel de hormigón de densidad variable se logra manejando las propiedades frescas de la mezcla de hormigón que se someterá a vibración, y el potencial de estratificación se definió mediante rangos reológicos. Se demostró que el panel de hormigón de densidad variable mostraba una capacidad de resistencia adecuada tanto en la compresión como en tracción, pero la resistencia se vio afectada por factores tales como el grado de estratificación, la estabilidad y el espesor de las capas, y el entorno de curado. Cuando la estratificación del hormigón aumenta, el aislamiento térmico mejoraba. Se relacionó, las deformaciones con el grado de estratificación. La deformación disminuye con una mayor estratificación a medida que se alivió más el esfuerzo y la tensión en la capa liviana. El panel de hormigón estratificado mostró buena resistencia a la adsorción, malas propiedades de permeabilidad y alta porosidad. El sobrevibrado causó en el panel de hormigón una tendencia a tener un acabado superficial rugoso.
La tesis de Iván Navarrete Leschot (inventor) (2015), supervisada por Mauricio López Casanova (inventor), Pontificia Universidad Católica de Chile, “Stratified Conrete: Understanding its stratification process and modelling its structural behavoir”, estudia el efecto combinado de parámetros de diseño de mezcla y características de la vibración en la segregación una mezcla de hormigón única en la manufactura de paneles de hormigón estratificado. Establece el efecto asociado al tamaño del agregado y la diferencia de densidad entre el agregado grueso y el mortero. Concluye que: la estratificación puede ser prevenida o facilitada según sea la composición de la mezcla de hormigón; la tasa de estratificación producida durante la vibración es independiente del tiempo de vibración; la forma del agregado juega un rol importante en la estratificación; la estratificación se puede reducir ya sea al reducir el tamaño máximo del agregado o aumentar la angulosidad del agregado grueso; que el tamaño máximo del agregado y la forma de agregado grueso necesitan ser especialmente considerados para minimizar o eliminar la estratificación; y relación de la tendencia a la estratificación de la mezcla de hormigón con el efecto combinado de su proporción volumen en superficie y la diferencia de densidad entre el agregado grueso y el mortero, más que con cada parámetro individual. También concluye que es relevante la viscosidad del mortero y la energía aplicada en el proceso de estratificación; la composición de la mezcla es más importante que el proceso de vibración; que para minimizar o facilitar la estratificación cuando se usan agregados de densidad normal o alta y agregados livianos con tamaño máximo grande en morteros de peso normal, la viscosidad del mortero es importante de considerar. En el mercado, las principales alternativas al presente panel de hormigón estratificado, son, por ejemplo, los paneles aislantes Geo-pol, los bloques aislantes para muros ICF, el hormigón térmico estructural AISLACRET, HEATCONCRETE, los paneles COVINTEC y TERMOMETRO y hormigón armado convencional, tanto prefabricado como construido in situ, con paneles aislantes por el interior de POLIGYP o VOLCAPOL o por el exterior EIFS. El panel Geopol es un panel de cubierta de doble lámina de acero (densidad 7.850 kg/m , conductividad térmica 58 W/mK), donde se confina un núcleo de poliestireno expandido (EPS). El proceso productivo es continuo y se realiza tanto el conformado de las láminas de acero como la incorporación y adherencia del núcleo EPS al acero, mediante adición de productos químicos y prensado mecánico.
Los bloques aislantes para muros ICF están configurados en base a unidades Poliestireno Expandido (EPS) de alta densidad (23 kg/m3) y hormigón armado, el cual provee un muro rígido con una alta aislación térmica y acústica. Se usa como muro estructural exterior, divisorio, dintel, etc. además, permite cualquier tipo de acabado, tanto exterior como interior (sinding, enchapes, estucos, etc). Permite construcciones más rápidas, menores pérdidas con un menor costo final, otorgando un insuperable confort térmico/acústico a quienes habitarán la vivienda.
El hormigón térmico Estructural Aislacret, Ready Mix es un hormigón que otorga aislación térmica y eficiencia energética sin requerimiento de revestimiento adicional y con muros más delgados. Es de menor costo al ser una solución estructural y térmica al mismo tiempo; menor espesor; disminuye las imperfecciones en la colocación; liviano, con una densidad menor que el hormigón convencional; tiene muy buena terminación superficial; es de baja permeabilidad y de mayor durabilidad en ambientes agresivos; tiene un bajo coeficiente de conductividad térmica y una alta capacidad aislante que no reduce su capacidad estructural; es fácil de colocar y trabajar; tiene menor potencial de retracción térmica e hidráulica y una buena resistencia a la difusión de agua, disminuyendo la posibilidad de daños debido a la presencia de humedad. Se puede usar en muros de viviendas y edificios. HEATCONCRETE. (WO2018076126A1), describe un hormigón estructural, liviano y/o de baja conductividad térmica constituido por: a) una matriz aglomerante correspondiente a un rango de 20-50% en volumen del volumen total del hormigón que comprende: i. un cemento portland tipo i, ii, iii, iv o v, o una mezcla de ellos; ii materiales cementicios suplementarios en una proporción de hasta 4 veces en volumen de cemento portland; iii. con un cociente (en volumen) de agua a cemento y materiales cementicios suplementarios en un rango de 0,20 - 0,70; iv. un volumen máximo de hidróxido de calcio (ch) de 10%; y b) agregados livianos correspondientes a un rango entre 30 - 80% del volumen total del hormigón; en donde el hormigón tiene una resistencia a la comprensión, luego de 28 días de edad, de al menos 10 MPa, una densidad inferior a 1,4 t/m , una conductividad térmica inferior a 0,288 W/(K*m); a 23°C y 50% de humedad relativa, un cociente de resistencia a conductividad de al menos q = 60 (MPa*m*k)/w y un cociente de resistencia a densidad de al menos 17 (MPa*m /t).
El sistema norteamericano de paneles COVINTEC es una solución que no sólo se caracteriza por su alta eficiencia y seguridad durante su proceso constructivo, sino por su capacidad de producir significativos ahorros en los tiempos de ejecución y montaje. Este consiste en un núcleo de Poliestireno Expandido (EPS) de densidad (10 kg/m3) que es revestido por ambas caras con hormigón proyectado de densidad normal. Ambas caras de hormigón son reforzadas con una malla de acero tridimensional que asegura el traspaso de cargas de una capa de hormigón armado a la otra. TERMOMETRO es una solución de Melón Hormigones, basada en COVINTEC pero con el uso de moldajes convencionales para formar las dos capas de hormigón armado.
Actualmente, para construir estructuras donde se incluyan más de un tipo de hormigón, estas deben ser confeccionadas con distintas mezclas de hormigón, las cuales son colocadas en varias etapas, haciendo que sea un proceso poco eficiente desde el punto de vista de la productividad.
El hormigón armado presenta altas prestancias estructurales y constructivas. Sin embargo, su rendimiento térmico es deficiente. Por ello, para que las estructuras de hormigón cumplan con las exigencias térmicas se adiciona una capa extra de aislación térmica a la construcción, lo que reduce considerablemente el rendimiento de las obras de hormigón, aumentando los tiempos y costos de construcción.
Por otro lado, los hormigones ultralivianos (aquellos con una densidad menor a los 700 kg/m ) presentan un buen desempeño térmico, pero una resistencia a compresión insuficiente para ser utilizado como hormigón estructural. Adicionalmente, estos hormigones presentan un buen desempeño como material aislante acústico.
Respecto de los paneles de aislación acústica de carretera, las principales alternativas al presente panel son: las pantallas acústicas que comprenden una base metálica con una corrugación específica AT 1000, sobre la cual se puede aplicar metacrilato (o PMMA); las pantallas acústica móviles que comprenden paneles acústicos machihembrados con material absorbente de lana de vidrio en ambas caras, y opcionalmente una placa de aerifico en caso de necesitar visor, y un bastidor metálico en perfil canal más pie de apoyo; las barreras acústicas de panel lana de roca microperforado que comprende planchas de metal de aprox. 0,5 mm, fabricados con una capa aislante construida por tiras de fibra mineral bio soluble, lana de roca de alta densidad 100 Kg/m y una cara interior microperforada fonoabsorbente acústico; las barreras acústicas de panel PMMA metálico fabricadas en acero galvanizado con interior fonoabsorbente; las barreras acústicas de panel PMMA acrílico que tienen la función de interponer un obstáculo a la propagación sonora entre una fuente y un receptor; las barreras acústicas de panel PAC que son fabricadas por dos láminas de acero de 1,2 mm de espesor, autoportante, con un núcleo de lana mineral de alta densidad entre ambas.
En relación a los documentos de patentes relacionados con la invención es posible mencionar la patente US8323782 se diferencia de la presente invención principalmente porque fija los espesores de la capa de hormigón liviano y de la capa de hormigón estructural, estableciendo la relación de espesor entre capa de hormigón liviano y capa de hormigón estructural en 2:1. Sin embargo, la presente invención permite variar y controlar el espesor de ambas capas mediante la composición de la mezcla y el proceso de vibrado, y así obtener, paneles de hormigón estratificado con distintas prestancias energitérmicas y estructurales. El panel de la patente US mencionada refiere paneles de espesores de 30 y 40 cm con transmitancias térmicas de 0,8 y 0,6 W/m2K, respectivamente. El panel de la presente invención logra las mismas transmitancias térmicas con espesores de 21 y 26 cm, reduciendo así, en más de un 30%, el espesor del panel sin perder propiedades térmicas.
La presente invención se refiere a un método de preparación de un panel de hormigón estratificado con al menos una capa de hormigón estructural y al menos una capa de hormigón aislante, tanto térmica como acústica, utilizando solo un proceso de hormigonado y colocación. Esto permite eliminar las faenas extras de adición de material aislante a las estructuras de hormigón, aumentando la productividad de los procesos constructivos; y panel de hormigón estratificado y su uso como estructura constructiva, por ejemplo, muros y losas de envolvente de viviendas, edificios habitacionales o de uso industrial, muro aislante acústico de carretera, entre otros, teniendo el panel un buen comportamiento térmico y de aislación acústica. Aunque la invención se ha descrito a modo de ejemplo y con referencia a realizaciones particulares, debe entenderse que pueden realizarse modificaciones y/o mejoras sin apartarse del alcance o espíritu de la invención, como se define en las reivindicaciones.
BREVE DESCRIPCION DE LAS FIGURAS
Figuras 1A y IB. Muestra la relación entre resultados experimentales y resultados predictivos (IB) esperados para la correlación entre espesor de panel, dosis de material aislante y tamaño de agregado de grueso convencional. Figura 1A se relaciona con la resistencia estructural. Figura IB se relaciona con la transmitancia térmica. Figura 2. Muestra la conductividad térmica de capa aislante con distintas proporciones de perlas y microperlas de poliestireno expandido.
Figura 3. Muestra comparación de terminación superficial de probetas confeccionadas con perlas y microperlas de poliestireno expandido.
Figuras 4A y 4B. Muestra comparación de espesor al variar la composición de la mezcla cementosa y la vibración para obtener el cuerpo cementoso estratificado. Figura 5. Muestra resultados de absorción de agua superficial de diferentes soluciones de envolvente.
DESCRIPCIÓN DET AFEADA DE FA INVENCIÓN La presente invención se refiere a paneles monolíticos de hormigón (también referido como concreto) estratificado; método de manufactura in situ de paneles monolíticos de hormigón estratificado de espesor y densidad variable, simple y de menor costo; y uso de los paneles como estructura constructiva, por ejemplo, muros y losas de envolvente de viviendas, edificios habitacionales o de uso industrial; aislante térmico (i.e., baja transmitancia térmica) de envolvente o aislante acústico (i.e., baja transmitancia acústica), considerando su densidad teniendo el panel un buen comportamiento térmico y de aislación acústica en base a su espesor y densidad.
En un primer aspecto amplio, la presente invención proporciona un método para fabricar o prefabricar un panel monolítico de hormigón estratificado que comprende: colocar en un molde, una mezcla de hormigón - en suspensión acuosa, que comprende al menos un aglomerante y al menos un tipo de agregado, para formar - en un único vertido y permitiendo que la suspensión acuosa estratifique, bajo la influencia de fuerzas gravitacionales, fuerzas de flotación y aplicando vibraciones, un cuerpo de hormigón estratificado teniendo al menos 2 capas de distinta densidad, sometiéndose posteriormente dicho cuerpo de hormigón estratificado a una etapa de curado para formar el panel de hormigón estratificado, comprendiendo dichas al menos dos capas: al menos una capa estructural, más densa y resistente, y al menos una capa aislante, menos densa.
Dicho aglomerante es seleccionado del grupo consistente de: cemento portland, o cementos mezclados con puzolanas, y/o de materiales cementicios suplementarios tales como: ceniza volante, escoria siderúrgica de alto horno, humo de sílice (micro sílice), metacaolín, cenizas de cascarilla de arroz, cenizas de riles de plantas de tratamiento de aguas servidas, cenizas y puzolanas naturales, u otros materiales con actividad cementicia puzolánica; o ligante geopolimérico.
Preferentemente, dicho material de agregado es seleccionado de material de agregado de densidad alta o normal, y/o material de agregado de baja densidad. Preferentemente, dicho material de agregado de densidad alta o normal, es decir de densidad superior a 2000 kg/m , es seleccionado de escoria, grisáceo, basalto, fibras de acero, arena, grava, piedra triturada, arenisca, cuarzo, vidrio, hormigón reciclado, limonita, baritina, ilmenita, magnetita, hematita, ferrofosforado, goetita o acero. Preferentemente, dicho material de agregado de baja densidad, es decir de densidad menor a 2000 kg/m , se selecciona de poliestireno expandido, vidrio expandido, piedra pómez, arcilla expandida, lutita expandida, pizarra expandida, escoria volcánica, toba volcánica, aglomerados de ceniza volante, materiales peletizados, perlita expandida, vermiculita expandida, espuma estabilizada, aerogel, escombros de ladrillo o fibras plásticas.
Preferentemente, dicha mezcla de hormigón incluye opcional y adicionalmente al menos un tipo de aditivo químico. Dicho aditivo químico es seleccionado del grupo consistente de: agentes modificadores de densidad ya sea orgánicos o inorgánicos, agentes modificadores de viscosidad, agentes retardantes de fuego, agentes impermeabilizantes, agentes espesantes, pigmentos, agentes colorantes, agentes plastificantes, agentes dispersantes, agentes auxiliares de drenaje, agentes auxiliares de resistencia ya sea húmeda o seca.
Preferentemente, dicha mezcla de hormigón comprende además materiales secundarios seleccionados del grupo consistente en: varillas de acero que pueden incorporarse para mejorar la resistencia del cuerpo de hormigón estratificado curado; tubos plásticos que pueden incorporarse para proporcionar conductos para agua o cables en el cuerpo de hormigón estratificado curado, entre otros. Dichos materiales secundarios se pueden incorporar colocando el material secundario en el molde antes, durante o después de que la suspensión acuosa de aglomerado cementoso se vierta en el molde.
Preferentemente, dicha suspensión acuosa es sustancialmente homogénea antes de la etapa de estratificación. También, es sustancialmente homogéneo, cada capa generada en dicho panel estratificado, el cual es obtenido después de la etapa de estratificación.
Preferentemente, las vibraciones se aplican a dicha suspensión acuosa en un rango de energía de 1 a 30 J/kg. Aún más preferentemente, las vibraciones se aplican a dicha suspensión acuosa en un rango de 2 a 17 J/kg. Preferentemente, la vibración aplicada a dicha suspensión acuosa es 8 J/kg.
La fuerza gravitacional provoca que el material de agregado más denso presente en la suspensión acuosa descienda o se asiente a la altura de la parte inferior del molde. La fuerza de flotación provoca que el material de agregado más liviano presente en la suspensión ascienda o migre hacia la parte superior del molde.
La aplicación de vibraciones a la suspensión promueve la estratificación de la suspensión acuosa. Dicha aplicación de vibración se puede conducir por ejemplo en un sistema de mesa vibratoria, una mesa basculante teniendo vibradores, utilizando moldajes vibradores o vibradores de inmersión, entre otros. Se puede utilizar una mesa vibratoria operada aproximadamente a 4000 rpm y generar una aceleración vertical de aproximadamente 8 g, con una amplitud de aproximadamente 0,25 mm, por un periodo de entre aproximadamente 150 y 300 s, lo cual permite generar tasas de energía de entre 2.8 J/kg y 5.6 J/kg.
La Ecuación 1 (Ec. 1) permite calcular la tasa de energía aplicada (W), en J/kg, a partir de la frecuencia (f), en rpm, y amplitud (s), en mm, de la mesa vibratoria, y del periodo de vibración (t), en segundos.
W = 4.63 - 10 ~12 - s2 - f3 - t (Ec. 1)
En la Tabla 1 se presentan ejemplos de tasas de energía determinados a partir de la Ecuación 1 y de la frecuencia, amplitud y tiempo de vibrado empleados con una mesa vibratoria. Tabla 1.
Amplitud Frecuencia Tiempo Tasa Energía
(mm) (rpm) (s) (J/kg)
0,25 3000 125 1,0
0,25 2500 300 1,4
0,25 3000 300 2.3
0,25 4000 150 2,8
1,20 3000 30 5.4
0,25 4000 300 5,6
1,20 3000 45 8,1
1,20 3000 90 16,2
1,20 4000 50 21,3
1,20 4000 70 29,9
Después de verter y vibrar, la suspensión se deja durante un tiempo suficiente para curarla y formar un cuerpo estratificado sólido. El curado puede facilitarse mediante la aplicación de presión o calor.
Opcionalmente, las etapas del método de la presente invención se pueden repetir para formar panel de hormigón de múltiples capas.
Un segundo aspecto de la presente invención comprende proporcionar un panel de hormigón estratificado que comprende al menos una capa estructural y al menos una capa aislante, de espesores variables. Tal como se usa en el presente documento, el término "vertido único" se refiere a una mezcla de hormigón curada y no curada que se ha vertido o moldeado en un molde en una sola etapa. Otros aspectos de la invención pueden ser evidentes a partir de la siguiente descripción que se proporciona a modo de ejemplo solamente y con referencia a los dibujos adjuntos.
La presente invención refiere a paneles de hormigón estratificados teniendo al menos dos capas. Al menos una capa estructural que confiere la resistencia requerida al panel y al menos una capa aislante que proporciona propiedades de aislamiento térmico y acústico.
Las Figuras 4A y 4B muestran probetas con distinto espesor de capa estructural y capa aislante, conforme la composición de la mezcla de hormigón y la energía de vibración varían. La capa estructural comprende un material de agregado de densidad normal o alta, teniendo mejor resistencia mecánica en comparación con la capa aislante. La capa aislante comprende un material de agregado liviano más poroso, teniendo propiedades aislantes térmicas y acústicas mejoradas en comparación con la capa estructural.
El panel de hormigón estratificado de la presente invención puede prepararse in situ mediante un proceso de vertido único que comprende las siguientes etapas: a) mezclar un aglomerado y al menos un material de agregado con agua, en una mezcladora seleccionada del grupo consistente de: mezcladoras giratorias, mezcladores de cinta, mezcladoras de tornillo en órbita, mezcladores oscilantes o, hasta obtener una suspensión acuosa homogénea, b) verter la solución acuosa - en un vertido único, en un molde, dejando que estratifique en capas de acuerdo con la densidad de las partículas bajo la influencia de la fuerza de gravedad, la fuerza de flotación y la energía de vibración; y así para obtener un cuerpo de hormigón comprendiendo al menos 2 capas homogéneas, una capa estructural y al menos una capa aislante, y posteriormente, c) curar dicho cuerpo de hormigón, donde el espesor de la capa estructural y de la capa aislante se controlan usando una cantidad porcentual de material de agregado liviano en un rango del 10% al 70% del volumen del hormigón, con un tamaño en el rango de 0,1 a 25 mm de diámetro medio, y una energía de vibración en el rango de 1 a 30 J/kg.
Preferentemente, el espesor de la capa estructural y de la capa aislante se controlan usando una cantidad porcentual de material de agregado liviano en un rango del 10% al 70% del volumen del hormigón, con un tamaño en el rango de 0,1 a 25 mm de diámetro medio, y una energía de vibración en el rango de 2 a 17 J/kg.
Aún más preferentemente, el espesor de la capa estructural y de la capa aislante se controlan usando una cantidad porcentual de material de agregado liviano de 10% al 70% del volumen del hormigón, con un tamaño de 0,1 a 5 mm de diámetro medio, y una energía de vibración de 8 J/kg.
Opcionalmente, el presente método además comprende en la etapa a), agregar al menos un tipo de aditivo químico. Dicho aditivo químico es seleccionado del grupo consistente de: agentes modificadores de densidad ya sea orgánicos o inorgánicos, agentes modificadores de viscosidad, agentes retardantes de fuego, agentes impermeabilizantes, agentes espesantes, pigmentos, agentes colorantes, agentes plastificantes, agentes dispersantes, agentes auxiliares de drenaje, agentes auxiliares de resistencia ya sea húmeda o seca.
La tabla 2 muestra valores de nivel de estratificación, transmitancia térmica y resistencia de compresión versus cantidad y tamaño de material aglomerado y velocidad y tiempo de vibración.
Los valores de la Tabla 2 corresponden a una mezcla de aglomerante cementoso seleccionado de hormigón y un material agregado liviano seleccionado de perla y microperla de poliestireno expandido.
Así, la presente invención se relaciona con un panel de hormigón estratificado teniendo al menos una capa de hormigón estructural y al menos una capa de hormigón aislante, tanto térmica como acústicamente, el que se obtiene utilizando solo un proceso de hormigonado y colocación. Esto permite eliminar las faenas extras de adición de material aislante a las estructuras de hormigón, aumentando la productividad de los procesos constructivos.
La presente invención permitir variar el proceso de estratificación para cuantificar el efecto en el espesor de los paneles. La invención relaciona el espesor del panel, la dosis de material aislante y el tamaño máximo de agregado grueso convencional, con el nivel de segregación, transmitancia térmica y resistencia a compresión.
EJEMPLOS
Los siguientes ejemplos ilustran adicionalmente la invención. Se prepararon 8 probetas de hormigón a partir de cuatro mezclas de hormigón. Probetas A y B, se construyen a partir de la mezcla 1. Probetas C y D, se construyen a partir de la mezcla 2. Probetas E y F, se construyen a partir de la mezcla 3. Probetas G y H, se construyen a partir de la mezcla 4. Ver Tabla 2.
La mezcla 1 comprende como aglomerante cemento portland tipo I, como material de agregado gravilla de tamaño máximo 9,525 mm (3/8”), y como material aislante, un 40% en volumen de perlas de poliestireno expandido, los que se mezclaron con agua durante 8 minutos en un mezclador rotatorio para formar una suspensión cementosa acuosa. Dicha suspensión cementosa acuosa se vertió en moldes de forma cilindrica, teniendo las siguientes dimensiones: 20 cm de altura y 10 cm de diámetro. La mitad de los moldes se hizo vibrar por 45 segundos, mientras que la otra mitad se hizo vibrar por 90 segundos, a una frecuencia de 3000 rpm y amplitud de 1.2 mm, generando tasas de vibración de 8,1 y 16,2 J/kg, respectivamente, y luego se dejó reposar durante 28 días a temperatura ambiente.
La mezcla 2 comprende como aglomerante cementoso cemento portland tipo I, como material de agregado gravilla de tamaño máximo 9,525 mm (3/8”), y como material aislante, un 20% en volumen de perlas de poliestireno expandido, los que se mezclaron con agua durante 8 minutos en un mezclador rotatorio para formar una suspensión cementosa acuosa. Dicha suspensión cementosa acuosa se vertió en moldes de forma cilindrica, teniendo las siguientes dimensiones: 20 cm de altura y 10 cm de diámetro. La mitad de los moldes se hizo vibrar por 45 segundos, mientras que la otra mitad se hizo vibrar por 90 segundos, a una frecuencia de 3000 rpm y amplitud de 1.2 mm, generando tasas de vibración de 8,1 y 16,2 J/kg, respectivamente, y luego se dejó reposar durante 28 días a temperatura ambiente.
La mezcla 3 comprende como aglomerante cementoso cemento portland puro, como material de agregado gravilla de tamaño máximo 19,05 mm (3/4”), y como material aislante, un 40% en volumen de perlas de poliestireno expandido, los que se mezclaron con agua durante 8 minutos en un mezclador rotatorio para formar una suspensión cementosa acuosa. Dicha suspensión cementosa acuosa se vertió en moldes de forma cilindrica, teniendo las siguientes dimensiones: 20 cm de altura y 10 cm de diámetro. La mitad de los moldes se hizo vibrar por 45 segundos, mientras que la otra mitad se hizo vibrar por 90 segundos, a una frecuencia de 3000 rpm y amplitud de 1.2 mm, generando tasas de vibración de 8,1 y 16,2 J/kg, respectivamente, y luego se dejó reposar durante 28 días a temperatura ambiente.
La mezcla 4 comprende como aglomerante cementoso cemento portland puro, como material de agregado gravilla de tamaño máximo 19,05 mm (3/4”), y como material aislante, un 20% en volumen de perlas de poliestireno expandido, los que se mezclaron con agua durante 8 minutos en un mezclador rotatorio para formar una suspensión cementosa acuosa. Dicha suspensión cementosa acuosa se vertió en moldes de forma cilindrica, teniendo las siguientes dimensiones: 20 cm de altura y 10 cm de diámetro. La mitad de los moldes se hizo vibrar por 45 segundos, mientras que la otra mitad se hizo vibrar por 90 segundos, a una frecuencia de 3000 rpm y amplitud de 1.2 mm, generando tasas de vibración de 8,1 y 16,2 J/kg, respectivamente, y luego se dejó reposar durante 28 días a temperatura ambiente.
La probeta A mostró ser completamente homogénea y sin estratificación, no siendo posible distinguir una capa aislante de una capa estructural.
La probeta B mostró una estratificación incompleta teniendo un espesor de capa estructural de 3 cm, en la parte inferior, un espesor de capa aislante de 5 cm, en la parte superior, y una zona intermedia de transición que no presentó características de capa aislante o estructural de 12 cm. La probeta C mostró una estratificación completa, teniendo un espesor de capa estructural de 14 cm y un espesor de capa aislante de 6 cm.
La probeta D mostró una estratificación completa, teniendo un espesor de capa estructural de 14 cm y un espesor de capa aislante de 6 cm.
La probeta E mostró una estratificación incompleta, presentando agregados estructurales al interior de la capa aislante térmica, teniendo un espesor de capa estructural de 6 cm y un espesor de capa aislante de 14 cm.
La probeta F mostró una estratificación completa, teniendo un espesor de capa estructural de 8 cm y un espesor de capa aislante de 12 cm.
La probeta G mostró una estratificación completa, teniendo un espesor de capa estructural de 16 cm y un espesor de capa aislante de 4 cm.
La probeta H mostró una estratificación completa, teniendo un espesor de capa estructural de 16 cm y un espesor de capa aislante de 4 cm. Los datos experimentales de la tabla 2 muestran como al variar la composición de la mezcla, varían las prestancias estructurales y aislantes del panel de hormigón estratificado. Tabla 2
Tasa Resistenc
Frecuenc
Tiempo Amplit de ia a Transmitan ia de
Probeta Mezcla Vibrado ud energí compresi cia térmica vibració
(s) (mm) a ón (Wm2/K) n (RPM)
(J/kg) (MPa*m)
A 1 45 3000 1,2 8,1 6,3 2,22
B 1 90 3000 1,2 16,2 8,6 1,35
C 2 45 3000 1,2 8,1 8,1 1,62
D 2 90 3000 1,2 16,2 8,3 1,01
E 3 45 3000 1,2 8,1 15,0 1,75
F 3 90 3000 1,2 16,2 19,7 0,78
G 4 45 3000 1,2 8,1 43,1 1,23
H 4 90 3000 1,2 16,2 41,4 0,86
Se utilizaron perlas de poliestireno expandido, y se evaluaron la conductividad térmica y la variabilidad de esta propiedad en la capa aislante de mezclas de hormigón con distintas combinaciones de cantidad y tamaño de perlas y microperlas de poliestireno expandido, lográndose mejorar las propiedades térmicas del panel de hormigón estratificado. La Fig. 2 muestra que la mezcla en la cual dicho material de agregado liviano correspondía a solo microperlas de poliestireno expandido, logró una menor conductividad térmica como capa aislante.
Todas las mezclas fueron confeccionadas con un 32% vol de material aislante. Las mezclas que fueron confeccionadas solo con perlas presentaron una conductividad térmica de 0,31 W/mk, mientras que las mezclas confeccionadas solo con microperlas presentaron una conductividad térmica de 0,15 W/mk, logrando una reducción superior al 50% en esta propiedad. Adicionalmente, la variabilidad en el espesor de las capas de las probetas confeccionadas solo con microperlas fue considerablemente menor a la obtenida con las probetas confeccionadas solo con perlas.
Tabla 3 muestra valores de propiedades energitérmica versus cantidad y proporciones de perlas y microperlas usadas en mezclas con un 32% vol de material aislante.
Tabla 3
% Vol Conductivid Desviación Estándar
% Vol Microperla ad térmica Conductividad Perlas s (W/m2K) térmica
100 0 035 0,043
35 65 0,17 0,012
65 35 0,21 0,030
0 100 0,15 0,003
La Figura 3 muestra la mejora en la terminación superficial de la capa aislante térmica al reemplazar las perlas por las microperlas de poliestireno expandido. Esta capa presentó una baja variabilidad en el espesor (menor al 5%), una resistencia a compresión superior a los 2 MPa y una permeabilidad capilar superficial similar a la presentada por los paneles EIFS. La variabilidad en el espesor se cuantificó a partir de los resultados obtenidos en tres probetas por cada mezcla (ver Tabla 2). La resistencia a compresión superior se cuantificó según lo establecido en la normativa ASTM C109/C109M-16a. La permeabilidad capilar superficial se midió de acuerdo a lo establecido en la normativa 0585-13 y sólo en probetas con 100% microperlas.
La Tabla 4 Muestra valores de variabilidad de espesor y resistencia a compresión superior de perlas y microperlas de poliestireno expandido. En la Figura 5 se presentan los resultados de adsorción capilar en el tiempo de probetas de la capa aislante de hormigón estratificado (Stratified LWC), hormigón convencional (NWC) y placas EIFS. A partir de estos resultados se puede observar que la capa aislante de paneles de hormigón estratificado presenta una mayor absorción inicial que los paneles EIFS y que el hormigón convencional. Sin embargo, luego de esta primera hora la tasa de absorción capilar disminuye considerablemente para el hormigón liviano, siendo menor que sus dos competidores.
Tabla 4
Variabilid
% Vol Resistencia a
% Vol ad de
Microperla compresión capa
Perlas espesor s aislante (MPa)
(%) loo 0 7dü 2,50
35 65 4,32 2,42
65 35 6,21 2,74
0 100 5,00 2,85
Al realizar el reemplazo parcial de las perlas, por microperlas de poliestireno expandido, se obtuvo una estratificación separada de ambos elementos. De esta forma, al usar un 35% y 65% de microperlas, la terminación superficial fue similar a la obtenida cuando se usaba 0% de microperlas. Por esta razón, se uso de 100% de microperlas en vez de utilizar solo un 35%.
Se prepararon mezclas con tres cantidades/concentraciones distintas de microperlas de poliestireno expandido, 30%, 40% y 50%, para determinar la concentración máxima de microperlas en la capa aislante, que resultó ser entre un 66 y 70%. Ver Tabla 5.
Tabla 5
Volumen microperlas Concentración
(%) máxima
30 68
40 70
50 66 La tabla 6 muestra la cantidad/concentración de microperlas de poliestireno expandido versus el espesor de la capa aislante y el espesor total de la probeta, determinado a partir de la Ecuación 2 (Ec. 2):
Figure imgf000027_0001
donde ea es el espesor de la capa aislante y et es el espesor total del elemento. Tabla 6
Concentración microperlas Espesor capa Espesor (%vol.) aislante (mm) total (mm)
300 70 150
42,0 120 200
42,0 130 220
46,0 180 260
Se prepararon probetas de 15 y 20 cm con una capa estructural de 8 cm. La cantidad/concentración de microperlas usada se determinó mediante la Ecuación 2 (Ec. 2). La probeta de la izquierda de la Figura 5 muestra una probeta de 7 cm de capa aislante y 8 cm de capa estructural. Mientras la probeta de la derecha de la Figura 5, tiene 8 cm de capa estructural y 12 cm de capa aislante.
Al aumentar la razón agua/cemento, aumenta la porosidad del hormigón, y al reemplazar parte del cemento por cenizas volantes, se reduce la conductividad térmica de la capa aislante, en un
30%.
Tabla 7 muestra los datos de razón agua/cementantes y conductividad térmica de la capa aislante de hormigón con cemento y cenizas volantes. Tabla 7
Remplazo de cemento razón por cenizas volantes Conductividad agua/cementantes (%vol) térmica (W/mK)
0,50 0 0.150
0,50 30 0.089
0,60 30 0.095

Claims

REIVINDICACIONES
1. Panel monolítico de hormigón estratificado CARACTERIZADO porque comprende al menos una capa más densa o capa estructural y al menos una capa menos densa o capa aislante térmica y acústica, comprendiendo dicha mezcla de hormigón un aglomerante seleccionado del grupo consistente de: cemento portland, o cementos mezclados con puzolanas, y/o de materiales cementicios suplementarios tales como: ceniza volante, escoria siderúrgica de alto horno, humo de sílice (micro sílice), metacaolín, cenizas de cascarilla de arroz, cenizas de riles de plantas de tratamiento de aguas servidas, cenizas y puzolanas naturales, u otros materiales con actividad cementicia puzolánica ; o ligante geopolimérico; y comprendiendo dicha mezcla de hormigón al menos un material agregado seleccionado de material de agregado de densidad alta o normal, es decir de densidad mayor a 2000 kg/m , seleccionado de escoria, grisáceo, basalto, fibras de acero, arena, grava, piedra triturada, vidrio, hormigón reciclado, limonita, baritina, ilmenita, magnetita, hematita, ferrofosforado, goetita o acero, y material de agregado de baja densidad, es decir de densidad menor a 2000 kg/m , seleccionado de vidrio expandido, piedra pómez, arcilla expandida, lutita expandida, pizarra expandida, escoria volcánica, toba volcánica, aglomerados de ceniza volante, materiales peletizados, perlita expandida, vermiculita expandida, poliestireno expandido, espuma estabilizada, aerogel, escombros de ladrillo o fibras plásticas.
2. El panel monolítico de hormigón estratificado de la reivindicación 1 CARACTERIZADO porque además comprende un aditivo químico.
3. El panel monolítico de hormigón estratificado de la reivindicación 2 CARACTERIZADO porque dicho aditivo químico es seleccionado del grupo consistente de: agentes modificadores de densidad ya sea orgánicos o inorgánicos, agentes modificadores de viscosidad, agentes retardantes de fuego, agentes impermeabilizantes, agentes espesantes, pigmentos, agentes colorantes, agentes plastificantes, agentes dispersantes, agentes auxiliares de drenaje, agentes auxiliares de resistencia ya sea húmeda o seca.
4. El panel monolítico de hormigón estratificado de la reivindicación 3 CARACTERIZADO porque además comprende materiales secundarios.
5. El panel monolítico de hormigón estratificado de la reivindicación 4 CARACTERIZADO porque dichos materiales secundarios son seleccionados del grupo consistente en: varillas de acero o tubos plásticos.
6. Método de preparación de un panel de hormigón estratificado de densidad y espesor variable comprendiendo al menos una capa de hormigón estructural y al menos una capa de hormigón aislante, tanto térmica como acústica, mediante una única etapa de hormigonado y colocación CARACTERIZADO porque comprende: a) verter en un molde mediante un único vertido, una mezcla de hormigón en suspensión acuosa comprendiendo un aglomerante seleccionado del grupo consistente de: cemento portland, o cementos mezclados con puzolanas, y/o de materiales cementicios suplementarios tales como: ceniza volante, escoria siderúrgica de alto horno, humo de sílice (micro sílice), metacaolín, cenizas de cascarilla de arroz, cenizas de riles de plantas de tratamiento de aguas servidas, cenizas y puzolanas naturales, u otros materiales con actividad cementicia puzolánica ; o ligante geopolimérico;, al menos un material agregado seleccionado de material de agregado de densidad alta o normal, es decir de densidad mayor a 2000 kg/m , seleccionado de escoria, grisáceo, basalto, fibras de acero, arena, grava, piedra triturada, vidrio, hormigón reciclado, limonita, baritina, ilmenita, magnetita, hematita, ferrofosforado, goetita o acero, y al menos un material de agregado de baja densidad, es decir de densidad menor a 2000 kg/m , seleccionado de vidrio expandido, piedra pómez, arcilla expandida, lutita expandida, pizarra expandida, escoria volcánica, toba volcánica, aglomerados de ceniza volante, materiales peletizados, perlita expandida, vermiculita expandida, poliestireno expandido, espuma estabilizada, aerogel, escombros de ladrillo o fibras plásticas, y someter dicha mezcla a una energía de vibración de manera que dicha suspensión acuosa estratifique para obtener un cuerpo de hormigón estratificado; y b) curar dicho cuerpo de hormigón estratificado resultante teniendo al menos dos capas de distinta densidad, donde dicha al menos una capa más densa es una capa estructural y al menos dicha otra capa menos densa es una capa aislante, donde el espesor de la capa estructural y de la capa aislante se controlan usando una cantidad de material de agregado de baja densidad en un rango del 10% al 70% del volumen del hormigón, con un tamaño en el rango de 0,1 a 25 mm de diámetro medio, y una energía de vibración en el rango de 1 a 30 J/kg.
7. El método de la reivindicación 6 CARACTERIZADO porque además comprende agregar a dicha mezcla de hormigón cementosa al menos un aditivo químico.
8. El método de la reivindicación 7 CARACTERIZADO porque dicho aditivo químico es seleccionado del grupo consistente de: agentes modificadores de densidad ya sea orgánicos o inorgánicos, agentes modificadores de viscosidad, agentes retardantes de fuego, agentes impermeabilizantes, agentes espesantes, pigmentos, agentes colorantes, agentes plastificantes, agentes dispersantes, agentes auxiliares de drenaje, agentes auxiliares de resistencia ya sea húmeda o seca.
9. El método de la reivindicación 6 CARACTERIZADO porque además comprende agregar materiales secundarios antes, durante o después de que la suspensión acuosa de aglomerado cementoso se vierta en el molde.
10. El método de la reivindicación 9 CARACTERIZADO porque dichos materiales secundarios son seleccionados del grupo consistente en: varillas de acero o tubos plásticos.
11. El método de la reivindicación 6 CARACTERIZADO porque dicha vibración es conducida por un sistema de mesa vibratoria o una mesa basculante teniendo vibradores o que utiliza moldajes vibratorios o vibradores de inmersión.
12. El método de la reivindicación 11 CARACTERIZADO porque dicha vibración es conducida por una mesa vibratoria que vibra a aproximadamente 2000-4000 rpm.
13. El método de la reivindicación 11 CARACTERIZADO porque dicha vibración se aplica en un rango de energía de 1 a 30 J/kg.
14. El método de la reivindicación 13 CARACTERIZADO porque dicha vibración se aplica en un rango de 2 a 16 J/kg.
15. El método de la reivindicación 14 CARACTERIZADO porque dicha vibración es de 8
J/kg.
16. El método de la reivindicación 6 CARACTERIZADO porque la etapa de curado comprende además aplicar presión o calor.
17. El método de la reivindicación 6 CARACTERIZADO porque las etapas a) y b) se repiten para obtener un panel de hormigón de múltiples capas monolíticas.
18. El método de la reivindicación 6 CARACTERIZADO porque antes de la etapa a), comprende mezclar un aglomerado cementoso y al menos un material de agregado con agua-
19. El método de la reivindicación 18 CARACTERIZADO porque dicha mezcla se realiza en una mezcladora seleccionada del grupo consistente de: mezcladoras giratorias, mezcladores de cinta, mezcladoras de tornillo en órbita, mezcladores oscilantes o, hasta obtener una suspensión acuosa homogénea.
20. Uso del panel monolítico de hormigón estratificado de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5 CARACTERIZADO porque sirve como panel aislante acústico de carretera u otras aplicaciones industriales y panel aislante térmico y acústico de envolvente de edificaciones.
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