ES2601490T3 - Material cementoso endurecible a base de aglutinantes hidráulicos para una utilización a bajas temperaturas - Google Patents
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Abstract
Material cementoso endurecible en presencia de agua que comprende una composición de aglutinantes hidráulicos que contiene una mezcla de aglutinantes hidráulicos y una mezcla de fuentes de sulfatos, caracterizado por que dicha mezcla de aglutinantes hidráulicos comprende - al menos un aglutinante hidráulico que contiene una fase mineralógica de tipo alita, y - al menos un aglutinante hidráulico que contiene una fase mineralógica de tipo aluminato, mayoritariamente constituido de yeelimita (C4A3$) o de una mezcla de yeelimita y de monoaluminato de calcio (CA) comprendiendo dicha mezcla de fuentes de sulfatos - al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1, y - al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1, comprendiendo dicho material cementoso además de dicha composición de aglutinantes hidráulicos, eventualmente unas adiciones minerales, eventualmente unos granulados finos, eventualmente unos granulados gruesos, y eventualmente unos adyuvantes.
Description
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DESCRIPCION
Material cementoso endurecible a base de aglutinantes hidraulicos para una utilizacion a bajas temperatures
La presente invencion tiene por objeto unos materiales cementosos endurecibles que pueden fraguar a temperatures bajas, ofreciendo al mismo tiempo unos rendimientos mecanicos satisfactorios a corto y largo plazo. La presente invencion tiene tambien por objeto la utilizacion de estos materiales cementosos endurecibles en una utilizacion a temperaturas bajas.
La utilizacion de un aglomerante hidraulico en materiales cementosos endurecibles tales como unos revestimientos, lechadas, pastas de cemento, morteros u hormigones en condiciones invernales, en altitud, o dentro de pafses habitualmente muy fnos es problematica. Las bajas temperaturas (-10°C a +5°C) alargan considerablemente los tiempos de fraguado y penalizan las resistencias a corto plazo, estas resistencias a 1 dfa son tipicamente debiles (del orden de 1 a algunos MPa). Por el contrario, las resistencias a largo plazo (28 dfas) no son afectadas por el fno, siguen siendo similares a las de los revestimientos, lechadas, pastas de cemento, morteros u hormigones vertidos a temperaturas habituales (+20°C).
Esta limitacion en cuanto a la resistencia a corto plazo de los hormigones y morteros presenta una desventaja para la industria de la construccion. Las obras estan obligadas a pararse cuando las temperaturas exteriores pasan por debajo de un cierto umbral. Los hormigones y morteros fundidos no desarrollan resistencias suficientes para ser explotables, y el desencofrado es peligroso, incluso imposible. Las estructuras obtenidas no pueden soportar las tensiones ejercidas por la masa de los vertidos siguientes, y las rotaciones diarias habituales para desencofrado no se pueden considerar. En resumen, las obras de construccion se detienen cuando la temperatura exterior cae para acercarse a los 0°C.
Por lo tanto, es deseable disponer de materiales cementosos endurecibles que permitan desarrollar unas resistencias satisfactorias a corto plazo por tiempo fno (tfpicamente -10°C a +5°C), conservando al mismo tiempo unas resistencias mecanicas a largo plazo comparables a los materiales cementosos endurecibles a base de cemento Portland vertidos a temperaturas mas clasicas (+20°C).
El experto en la materia conoce la combinacion de cemento Portland y de cemento de tipo sulfoaluminoso (EP0353062, EP0439372, WO2002/098622, WO2002/098815). Estas combinaciones son conocidas por desarrollar rapidamente fuertes resistencias mecanicas.
La utilizacion de cementos de tipo sulfoaluminoso es delicada debido a la posibilidad de formacion de especies minerales indeseables despues del fraguado de la matriz cementosa, en particular la formacion de etringita denominada diferida. Estos cristales expansivos pueden provocar la ruptura de la matriz cementosa, y las resistencias mecanicas a largo plazo de la obra pueden estar comprometidas. Ademas, los cementos de tipo sulfoaluminoso tienen tiempos de fraguado frecuentemente muy cortos, del orden de algunos minutos, lo que no permite una utilizacion facil del producto.
El experto en la materia se enfrente, por lo tanto, a una doble problematica: proponer un material cementoso endurecible que ofrezca buenas propiedades mecanicas a corto plazo cuando se utiliza a baja temperatura, sin que ello perjudique exageradamente los tiempo de fraguado, la duracion de trabajabilidad y las resistencias a largo plazo.
Un objetivo de la presente invencion es proponer un material cementoso endurecible que permita obtener unas resistencias a corto y largo plazos comparables con las de los materiales endurecibles a base de cementos Portland aplicados o vertidos a aproximadamente +20°C.
Otro objetivo de la presente invencion es proponer un material cementoso endurecible que pueda ser utilizado a bajas temperaturas, y que permita obtener unas resistencias a corto y largo plazos satisfactorias para el experto en la materia.
La presente invencion permite responder a estas problematicas gracias a un material cementoso endurecible en presencia de agua que comprende una composicion de aglutinantes hidraulicos que contienen una mezcla de aglutinantes hidraulicos y una mezcla de fuentes de sulfatos,
caracterizado por que dicha mezcla de aglutinantes hidraulicos comprende
- al menos un aglutinante que contiene una fase mineralogica de tipo Alite, y
- al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato, mayoritariamente constituido de Yeelimita C4A3$ o de una mezcla de Yeelimita y de mono-aluminato de calcio CA
comprendiendo dicha mezcla de fuentes de sulfatos
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- al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L"1, y
- al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1,
comprendiendo dicho material cementoso ademas de dicha composicion de aglutinantes hidraulicos, eventualmente unas adiciones minerales, eventualmente unos granulados finos, eventualmente unos granulados grandes, y eventualmente unos adyuvantes.
En la presente invencion, salvo que se mencione lo contrario, todas las solubilidades son consideradas a una temperatura de 0°C, en agua pura, y son expresadas en g.L-1.
La presencia de al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 es necesaria para poder formar rapidamente la etringita; esta participa en el desarrollo de las resistencias del material a corto plazo. La etringita esta formada a partir de las fases aluminatos que provienen al mismo tiempo del aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato y del aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alite.
La presencia de al menos una fuente de sulfatos que tienen una solubilidad superior a 4 g.L-1 permite asegurarse que el agua de amasado esta inicialmente muy fuertemente concentrada en sulfatos a fin de que haya suficientes iones sulfatos para formar toda la etringita posible en funcion de las fases en presencia. Es deseable evitar la formacion de monosulfato hidratado (AF, o 3C4A$H12 en la nomenclatura de cemento). En efecto, una carencia en sulfatos conlleva la formacion de monosulfato hidratado directamente o por descomposicion de la etringita. Este monosulfato hidratado, muy inestable, no aporta resistencia a la matriz cementosa. Ademas, una exposicion a una fuente de sulfatos en solucion en agua despues de la etapa de endurecimiento ocasionana una reaccion de formacion de etringita denominada “diferida” a partir del monosulfato hidratado. La formacion de etringita diferida se acompana de un hinchamiento y puede provocar unas expansiones, unos descascarillados, incluso unas explosiones de estructura peligrosas.
La presencia de al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 permite asegurarse de una liberacion prolongada de sulfatos dentro de la matriz cementosa a lo largo de la maduracion. Permite en particular asegurarse de que las reacciones de hidratacion que tienen lugar a largo plazo no modifiquen las especies formadas rapidamente al principio del fraguado del material cementoso endurecible (por ejemplo una conversion de la etringita en monosulfato hidratado).
Asf, de manera sorprendente, los dos tipos de fuentes de sulfatos tienen cada uno una funcion crucial e intervienen en etapas diferentes de la formacion de los hidratos en el material cementoso endurecible.
Se ha observado asimismo que un material cementoso endurecible utilizado segun la presente invencion presenta un fenomeno de contraccion menos marcado que el mismo material utilizado con un aglutinante de tipo Portland solo. Esta ventaja parece relacionada con la presencia de los cristales expansivos de etringita que compensanan en parte la contraccion. Tal uso de la etringita es conocido por el experto en la tecnica.
Por “material cementoso endurecible” se designa cualquier tipo de mezcla susceptible de desarrollar unas resistencias mecanicas, en particular unas lechadas, pastas de cemento, revestimiento, morteros y hormigones.
Por “lechadas” o “pasta de cemento” se designa la adicion de agua a la composicion de aglutinantes hidraulicos segun la presente invencion. La distincion entre estas dos denominaciones esta relacionada con la relacion masica entre el agua y la mezcla de aglutinantes hidraulicos, si la relacion es inferior a 0,35, la mezcla se denomina pasta de cemento, si la relacion es superior a 0,35 la mezcla se denomina lechada. De manera habitual las pastas de cemento son adyuvantadas con unos superplastificantes y eventualmente unos modificadores de la reologfa, y las lechadas son eventualmente complementadas con unos superplastificantes y/o unos modificadores de reologfa.
Por “superplastificante” se designa un compuesto organico, defloculante, que actua por repulsion electroestatica y/o por impedimento esterico. A tftulo de ejemplo de superplastificante, se pueden citar los policarboxilatos, las melaminas sulfonatos, los poli-naftalenos sulfonatos.
Por “modificador de reologfa” se designa un compuesto organico, que permite aumentar la viscosidad, la cohesion y el umbral de cizallamiento de la matriz de cemento. Los modificadores de reologfa segun la presente invencion tienen un efecto anti-exudacion. A tftulo de ejemplo de modificador de reologfa, se pueden citar los polisacaridos modificados o no (las gomas de diutano, las gomas de xantano, las gomas gellan, las gomas welan) y los productos retenedores de agua (los eteres de almidones, los eteres de celulosa).
Por “revestimiento” se designa una lechada o una pasta de cemento, a la cual se anaden unos granulados muy finos, es decir con un diametro comprendido entre 150 |im y 1 mm (por ejemplo unos polvos de relleno).
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Por “mortero” se designa una lechada o una pasta de cemento, a la que se anaden unos granulados finos, es decir unos granulados cuyo diametro esta comprendido entre 150 |im y 5 mm (por ejemplo arena), y eventualmente unos granulados muy finos.
Por “hormigon” se designa un mortero al cual se anaden unos granulados grandes, es decir unos granulados cuyo diametro es superior a 5 mm.
Los revestimientos, morteros y hormigones son habitualmente adyuvantados con unos superplastificantes, y eventualmente unos modificadores de reologfa.
Las pastas de cemento, revestimiento, lechada, morteros y hormigones, y las composiciones secas (es decir los revestimientos, morteros y hormigones, antes de la adicion de agua) denominados “premix”, descritos anteriormente pertenecen al objeto de la presente invencion.
Por “aglutinante” se entiende un aglutinante hidraulico en el sentido de la norma EN 197.1, y en particular la definicion del parrafo 4: material mineral finamente molido que, amasado con agua, forma una pasta que fragua y endurece tras reacciones y procesos de hidrataciones y que, despues del endurecimiento, conserva su resistencia y su estabilidad, incluso bajo el agua.
El material cementoso endurecible segun la presente invencion es asimismo susceptible de contener ademas de la composicion de aglutinantes hidraulicos unos aditivos, unos adyuvantes, unas adiciones o una composicion de estos.
Por “polvo de relleno” se designa un material mineral finamente triturado del cual el 85% de los elementos tienen un diametro inferior a 80 |im. Los polvos de relleno son utilizados en particular para optimizar la compactabilidad por relleno de los huecos.
Por “adicion” se designa un material mineral finamente triturado que tiene, o no, un efecto puzolanico. El termino “efecto puzolanico” designa aqu una contribucion al desarrollo de las resistencias mecanicas. Las adiciones son en general finamente trituradas y tienen un diametro inferior a 400 |im, en particular inferior a 150 |im. Las adiciones pueden ser trituradas separadamente de los aglutinantes hidraulicos, o co-trituradas con estos.
Entre los polvos de relleno y las adiciones que tienen un efecto puzolanico se pueden citar: las escorias de alto horno, las cenizas volantes, los humos de sflice.
Entre los polvos de rellenos y adiciones que no tienen efecto puzolanico se pueden citar: los polvos de relleno calcareos, los polvos de relleno silfceos.
Segun una variante, el material cementoso endurecible comprende ademas de dicha composicion de aglutinantes hidraulicos, una adicion mineral finamente triturada seleccionada entre: caliza, lechada, cenizas volantes, humos de sflices o una combinacion de varios de estos minerales.
Estas adiciones minerales estan definidas en la norma EN 197-1, parrafo 5.2. En el sentido de la presente invencion, el Clinker Portland es un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alite, por lo tanto no se considera como una adicion mineral.
Habitualmente, unos sulfatos de calcio, en particular de yeso o del anhidrito, son a veces anadidos al clinker Portland (durante la trituracion) para constituir un aglutinante hidraulico. Estas adiciones de yeso de altura del 3 al 8% (en porcentaje masico, adicion de yeso puro) se realizan a fin de regular el fraguado y evitar en particular los fenomenos de fraguado “ultrarrapido” del cemento Portland.
Se ha observado que estas adiciones no permiten asegurar la totalidad de las aportaciones en fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1, segun la presente invencion (vease la parte experimental).
Por “adyuvante, se designa una sustancia en el sentido de la norma EN 206.1, y en particular la definicion del parrafo 3.1.22: un producto anadido al hormigon durante el proceso de mezcla, en pequenas cantidades con respecto a la masa de cemento, para modificar las propiedades del hormigon fresco o endurecido.
Por “adicion” se designan unas sustancias o unos materiales que pueden ser anadidos a los materiales endurecibles, pero que no son unas adiciones, polvos de relleno o adyuvantes tales como se describen en el presente texto. A tftuio de ejemplo de adicion, se pueden citar: las fibras que sirven para reforzar la estructura (fibras metalicas, organicas, minerales), los oxidos que confieren unas propiedades foto-catalfticas (TO2), las partfculas pesadas que permiten aislar unas radiaciones ionizantes (partfculas de minerales, en particular de Fer), las partfculas conductoras de electricidad que permiten blindar unas construcciones contra las radiaciones electromagneticas ofreciendo unas jaulas de Faraday (como el grafito), unas partfculas conductoras termicas (metales), unas partfculas de cambio de fase (PCM: “phase change materials”) para almacenar la energfa calonfica
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en una estructura, o las partfculas ligeras que aseguran el aislamiento termico y acustico (partfculas organicas tales como el poliestireno o minerales como la vermiculita, la perlita, los silico-aluminatos o vidrios fundidos y soplados).
Las fases mineralogicas son indicadas por su nombre habitual seguido de su nomenclatura de cemento. Los compuestos primaros estan representados en la nomenclatura de cemento por las variedades oxidadas: C por CaO, S por SiO2, A por Al2O3, $ por SO3, H por H2O; esta nomenclatura se utiliza en el conjunto del presente texto.
Por fase mineralogica de tipo Alite, se designa el mineral Alite de formula qmmica 3CaO SO2, o “C3S” en nomenclatura de cemento, y todos sus polimorfos tales como las estructuras monoclmicas (M2, y particularmente M1 y M3), triclmicas (T1, T2 y T3), y romboedrica (R).
Preferiblemente, dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alite, es un clinker de tipo Porltand o un cemento de tipo Portland.
Por tipo Portland, se designa cualquier cemento compuesto que contiene un clinker Portland, en particular los CEM I, II, III, IV y V en el sentido de la norma EN 197-1, parrafo 5.2.
La presente invencion puede ser realizada con una combinacion de varios aglutinantes que contienen cada uno una fase mineralogica de tipo Alite. Sin embargo, por razones de simplicidad de realizacion, se prefiere realizar la presente invencion con un unico aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alite.
Preferentemente, dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alite esta principalmente constituido de Alite.
Por “principalmente constituido” se entiende estar constituido por mas del 50%, en particular por mas del 60%, preferiblemente por mas del 63% en masa.
Por “fase mineralogica de tipo aluminato” se designa cualquier fase mineralogica que resulta de la combinacion de aluminato (de formula qmmica A^O3, o “A” en la nomenclatura de cemento), con otras especies minerales.
Mas precisamente, dicha fase mineralogica de tipo aluminato comprende tambien Mayenite (C12A7), aluminoferrita tetracalcica (C4AF), aluminato tricalcico (C3A), o una combinacion de varias de estas fases.
Dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato se selecciona entre un clinker sulfoaluminoso, un clinker sulfo-belftico, o una mezcla de estos clinkers.
La presente invencion se puede realizar con una combinacion de varios aglutinantes que contienen cada uno una fase mineralogica de tipo aluminato. Sin embargo, por razones de simplicidad de realizacion, se realiza preferiblemente la presente invencion con un solo aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato.
Preferiblemente, dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato es un clinker sulfoaluminoso.
Por “sulfoaluminoso” se designa cualquier material que resulta de la coccion a una temperatura comprendida entre 900°C y 1350°C de mezclas que contienen al menos una fuente de cal, al menos una fuente de aluminio y al menos una fuente de sulfato.
El clinker sulfoaluminoso que pertenece al aglutinante de la presente invencion contiene un contenido en Yeelimita (de formula qmmica 4CaO.3Al2O3.SO3 o C4A3$ en la nomenclatura de cemento), superior al 30% en peso, preferentemente comprendido entre el 50 y el 70% en peso.
Por “fuente de sulfatos” se designa una sustancia al origen de la disolucion de iones sulfato. Las fuentes de sulfatos mas evidentes son las sales de sulfato, el yeso, unos lodos u otros residuos industriales ricos en sulfatos (por ejemplo el fosfoyeso, el titanoyeso). Las fuentes de sulfatos pueden ser utilizadas en mezcla. Estos productos estan raramente disponibles en cantidades industriales con una gran pureza, su coste sena prohibitivo. Conviene por lo tanto considerar unas mezclas de productos que pueden contener unas impurezas. En este caso, el experto en la materia adaptara las cantidades de las fuentes de sulfatos razonando sobre el numero de moles de sulfatos (expresada SO3 o $ en la nomenclatura de cemento) deseadas.
En la presente invencion, la solubilidad de una fuente de sulfatos se asimila a la solubilidad de los iones sulfatos que contiene. Dicho de otra manera, para determinar la solubilidad de una fuente de sulfatos no pura, se considera la solubilidad de la principal especie de iones sulfatos que comprende esta fuente.
Preferiblemente, dicha al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 se selecciona entre el yeso (CaSO4.2H2O) o el anhidrito (CaSO4).
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Preferiblemente, dicha al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 se selecciona entre el sulfato de aluminio dodeca a octadecahidratado (Al2(SO4)3, 12 a 18 H2O), de sulfato de hierro tetra a heptahidratado (Fe(SO4), 4 a 7 H2O) del yeso (CaSO4. A H2O). De manera ventajosa, la fuente de sulfato de solubilidad > 4g/L puede ser anadida al agua de amasado.
La caractenstica que permite distinguir las dos fuentes de sulfatos es, en realidad, la cinetica de disolucion. Pero esta caractenstica es diffcil de determinar a priori ya que depende de multiples parametros. En realidad, debe ser determinada experimentalmente para cada sulfato considerado en funcion de numerosas condiciones tales como: la temperatura, la salinidad del medio (naturaleza y concentracion de los iones presentes), el pH, etc. Otras caractensticas tales como la fineza de trituracion de la fuente de sulfato, y su grado de cristalizacion, influyen tambien de manera significativa sobre la cinetica de disolucion. En la practica, es mas facil considerar la solubilidad de las especies en agua a una temperatura dada. Estas caractensticas son bien conocidas por el experto en la materia (CRC Handbook of Chemistry and Physics (92a edicion), William M. Haynes, Ediciones: CRC Press/Taylor y Francis).
De forma pertinente, el inventor ha observado que la solubilidad a 0°C permite estimar la cinetica de disolucion de una especie sin tener que recurrir a largos experimentos. Son posibles unos errores de estimacion, pero este criterio tiene la ventaja de ser simple de realizar y permitir una primera seleccion que podra ser completada por unos ensayos de cinetica de disolucion precisa, si es necesario.
En un modo de realizacion particular, el material cementoso endurecible segun la invencion se caracteriza por una composicion de aglutinantes hidraulicos que comprenden:
de mas del 75% a menos del 95% de dicha mezcla de aglutinantes hidraulicos, y
de mas del 5% a menos del 25% de dicha mezcla de fuentes de sulfatos,
siendo dichas proporciones expresadas con respecto a la masa total de la composicion de aglutinantes hidraulicos.
Preferiblemente, el material cementoso endurecible, segun la invencion, esta caracterizado por la presencia, en dicha mezcla de aglutinantes hidraulicos, de las fases mineralogicas siguientes: Yeelimita (C4A3$), Mayenita (C12A7), mono aluminato de calcio (CA), Ferrita (C4AF), Belita (C2S), aluminato tricalcico (C3A), y Alita (C3S), teniendo dichas fases mineralogicas, con respecto a la masa total de dicha mezcla de los aglutinantes hidraulicos, las proporciones siguientes:
- Yeelimita (C4A3$) y mono aluminato de calcio (CA): del 4 al 47%, preferiblemente del 12 al 35%
- Mayenita (C12A7): del 0 al 4%, preferiblemente del 0 al 2%
- Ferrita (C4AF): del 1 a 16%, preferiblemente del 2 al 14%
- Belita (C2S): del 5 al 29%, preferiblemente del 6 al 26%
-Aluminato tricalcico (C3A): del 1 al 14%, preferiblemente del 1 al 11%
- Alita (C3S): del 21 al 76%, preferiblemente del 29 al 64%.
Estas proporciones corresponden a las fases mineralogicas presentes en la mezcla de aglutinantes hidraulicos; no tienen en cuenta las al menos dos fuentes de sulfatos.
Mas precisamente, la fase mineralogica Belita esta compuesta de Belita en su forma p (C2S(p)).
Preferiblemente, el material cementoso endurecible segun la invencion esta caracterizado por las proporciones siguientes de dichas fases mineralogicas, con respecto a la masa total de dicha composicion de aglutinantes hidraulicos:
- Yeelimita (C4A3$) y mono aluminato de calcio (CA): del 3 al 40%, preferiblemente del 10 al 30%
- Mayenita (C12A7): del 0 al 3%, preferiblemente del 0 al 2%
- Ferrita (C4AF): del 1,2 al 14%, preferiblemente del 2 al 12%
- Belita (C2S): del 4 al 25%, preferiblemente del 5 al 22%
-Aluminato tricalcico (C3A): del 1 al 12%, preferiblemente del 1 al 9%
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- Alita (C3S): del 18 al 65%, preferiblemente del 25 al 55%.
Estas proporciones corresponden a las fases mineralogicas presentes en la composicion de aglutinantes hidraulicos; tiene en cuenta las fuentes de sulfatos.
En un modo de realizacion particular, el material cementoso endurecible segun la invencion se caracteriza por que dicha composicion de aglutinantes hidraulicos comprende:
- una proporcion masica de dicho aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alita superior a un valor: A-D-C, e inferior a un valor: C, y
- una proporcion masica de dicho aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato superior a un valor: A-C, e inferior a un valor: D+B, y
- una proporcion masica de dicha fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1, superior al 6% e inferior a un valor: B, y
- una proporcion masica de dicha fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1, superior al 0% e inferior a un valor: B,
siendo dichas proporciones masicas expresadas en porcentaje con respecto a la masa total de la composicion de aglutinantes hidraulicos, y
correspondiendo dichos valores A, B, C y D a las formulas siguientes:
en las que los valores Xi y X2 corresponden:
- para Xi al porcentaje masico de la fase mineralogica Alita en dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alita, y
- para X2 al porcentaje masico de la suma de las fases mineralogicas Yeelimita y monoaluminato de calcio, en dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato,
con la condicion de que la suma Xi + X2 sea superior a 115,3.
Las cantidades de fases mineralogicas presentes dentro de un aglutinante hidraulico son datos tecnicos proporcionados por el productor. En caso de ausencia de tales datos o de duda sobre el contenido exacto, estos valores pueden ser determinados por analisis (DRX, cuantificacion por metodo de Rietveld).
Se ha observado que este modo de realizacion basado en calculos empmcos permite ajustar las proporciones de cada constituyente de la composicion de aglutinantes hidraulicos en funcion de la naturaleza exacta de los aglutinantes hidraulicos que contienen respectivamente una fase mineralogica de tipo Alita, y una fase mineralogica de tipo aluminato, utilizados. Mas exactamente, en funcion de los contenidos en Alita, Yeelimita y monoaluminato de calcio de estos aglutinantes hidraulicos.
Mas particularmente, el material cementoso endurecible, segun la presente invencion, se caracteriza por que la proporcion masica de dicha fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1, es superior al 6,5%, y mas particularmente es superior al 7%.
Preferentemente, el material cementoso endurecible segun la presente invencion se caracteriza por que comprende al menos un adyuvante seleccionado entre:
- los plastificantes,
- los superplastificantes, en particular los policarboxilatos, las melaminas sulfonatos, los poli-aftalenos sulfonatos,
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- los retardadores de fraguado, por ejemplo los gluconatos, los acidos carbox^licos (acido cftrico, acido tartrico), el acido borico, los fosfatos alcalinos,
- los aceleradores de fraguado, por ejemplo las sales, los nitratos, los tiocianatos, los cloruros,
- los aceleradores de endurecimiento, en particular los carbonatos alcalinos,
- los formadores de poros de aire, en particular los laurilsulfatos de sodio,
- los agente anti-contraccion,
- los agentes anti-burbuja o anti-espuma,
- los impermeabilizantes, por ejemplo el estearato de calcio,
- los agentes anti-sedimentacion, en particular las bentonitas, las atapulgitas,
- los pigmentos coloreados minerales u organicos,
- los latex, en particular los copolfmeros estireno-butandieo o los vinilacetato-vinilversatato o los vinilacetato- monomero acnlico, y
- los modificadores de reologfa;
- en particular los polisacaridos modificados o no, preferiblemente las gomas diutanos, las gomas xantana, las gomas gelanas, las gomas welan; y
- en particular los retenedores de agua, preferiblemente los eteres de almidones, los eteres de celulosa.
La adyuvacion del material cementoso endurecible, segun la presente invencion, por una muy baja cantidad de carbonato alcalino (por ejemplo aproximadamente 1% de Li2CO3 o Na2CO3 con respecto a la masa total de la composicion de aglutinante puede ser necesaria cuando dicho aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alita resulta ser rico en cal libre (CaO) y en Portlandita (Ca(OH)2). Por “rico” se entiende mas del 1,5% en masa de cal libre y de Portlandita. Mas particularmente, la adyuvacion en carbonado alcalino puede corresponder a al menos 2% de la masa de cal libre y de Portlandita, de dicho aglutinante hidraulico que comprende una fase mineralogica de tipo alita.
La invencion se refiere tambien a un material cementoso endurecible caracterizado por que presenta una resistencia a la compresion a 1 dfa superior a 14 MPa, y una resistencia a 28 dfas superior a 30 MPa, cuando se utiliza a una temperatura comprendida entre -10°C y +5°C.
A tftulo de indicacion, un cemento de tipo Portland CEM II 32,5 tiene una resistencia a la compresion, a 1 dfa, a +20°C, del orden de 12 o 13 MPa.
En un modo de realizacion preferido, la presente invencion tiene por objeto un material cementoso endurecible, caracterizado por una composicion de aglutinantes hidraulicos que comprende:
- del 62 al 66% de cemento Portland, comprendiendo dicho cemento Portland del 60 al 70% de fase mineral alita, y
- del 22 al 28% de cemento sulfoaluminoso, comprendiendo dicho cemento sulfoaluminoso del 50 al 72% de una mezcla de fases minerales yeelimita y monoaluminato de calcio, y
- del 1,7 al 3% de sulfato de aluminio dodeca a octadecahidratado, y
- del 8,5 al 13% de anhidrita.
La presente invencion se refiere tambien a la utilizacion de un material cementoso endurecible tal como se ha definido anteriormente, para la realizacion de un material capaz de fraguar con tiempo fno.
Por “material capaz de fraguar con tiempo fno” se designa en particular las lechadas, pastas de cemento, revestimientos, morteros u hormigones definidos anteriormente, con la condicion de que desarrollen con tiempo fno unas resistencias comparables a las que desarrollanan un material del mismo tipo a base de cemento Portland a +20°C en los mismos plazos.
Por “tiempo fno” se entienden unas temperaturas comprendidas entre +10°C y -20°C. Estas temperaturas pueden
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estar relacionadas con la geograffa (latitud, altitud), al clima (invierno) o a condiciones artificiales (camaras fnas), esto no influye en nada sobre la presente invencion.
En un modo de realizacion particular, la presente invencion tiene por objeto la utilizacion de un material cementoso endurecible tal como se ha definido anteriormente, para una utilizacion a una temperatura que vana de -10°C a +5°C.
Por debajo de -10°C se hace diffcil mantener el agua de amasado lfquida.
Preferiblemente, la utilizacion de un material cementoso endurecible, segun la presente invencion, se caracteriza por una utilizacion con un agua que no contiene hielo.
La presencia de partfculas de agua solida (hielo), no es deseable para la utilizacion de los materiales segun la presente invencion. En efecto, el agua solida no se moviliza para la formacion de los hidratos necesarios para el desarrollo de las resistencias, en particular para la aparicion de etringita. La etringita (formula 3CaO.A^O3.3CaSO4 32H2O) requiere 32 moleculas de agua mediante malla cristalina. Por otro lado, fundiendose, el hielo formara cavidades (poros) dentro de la matriz cementosa, perjudicando las resistencias mecanicas del material.
Idealmente, la temperatura de los diferentes materiales (granulados, composicion de aglutinantes hidraulicos) debena ser superior a 0°C, para evitar un efecto de glaseado (efecto “sorbete”) durante el amasado, que conduce tambien a la formacion de cristales de hielo durante el amasado.
La presente invencion tiene tambien por objeto la utilizacion de un material cementoso endurecible tal como se ha definido anteriormente, y caracterizada por un tratamiento de maduracion realizado a temperaturas que vanan entre -20°C y +10°C.
Por “tratamiento de maduracion” se designa el periodo durante el cual el material cementoso endurecible fresco, es decir justo despues de su amasado y su colocacion, se deja en reposo con el fin de que los hidratos que contribuyen al desarrollo de las resistencias se formen. El intervalo de temperaturas aceptables para el tratamiento del material es mas amplio que el intervalo de temperaturas aceptables para su utilizacion (vertido). Estas variaciones de temperaturas pueden estar relacionadas por ejemplo con los ciclos dfa-noche, con la exposicion al sol, con variaciones meteorologicas (ola de fno, o templanza).
De manera sorprendente, la temperatura negativa minima, en particular mas baja que durante la realizacion, no plantea ya los problemas de presencia de hielo en el agua de amasado evocados anteriormente. En efecto, por un lado el agua se satura rapidamente en sales de sulfatos (presencia de la fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1) bajando asf su punto de fusion; y por otro lado apareciendo la etringita rapidamente, las moleculas de agua necesarias para su formacion estan ya integradas en la etringita y ya no se quiebran por las heladas, es decir son susceptibles de helarse. La aparicion eventual de hielo dentro de la matriz cementosa algunas horas despues de la realizacion del material es minima, y no plantea por lo tanto mas problemas particulares.
El material cementoso endurecible, segun la presente invencion, encuentra una utilizacion particularmente interesante para la realizacion de un hormigon, de un mortero, de una lechada, de un revestimiento, o de una pasta de cemento.
Materiales y metodos
Normas
Los controles de las caractensticas fisicoqmmicas y mecanicas de los materiales endurecibles se han realizado segun la norma Europea EN 196 parrafos 1 a 7.
Materiales utilizados
Las cantidades de materiales utilizadas en los ejemplos siguientes obedecen a la norma Europea EN 196-1, en este caso:
- 1350 g de arena normalizada CEN
- 225 g de agua
- 450 g de la composicion de aglutinantes hidraulicos.
Todos los ensayos se han realizado a +5°C, segun el protocolo siguiente:
Metodo: pesar la arena CEN y todos los constituyentes en polvo de la composicion de aglutinantes hidraulicos, para
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preparar en total 1,8 kg; introducirlos en un recipiente de amasado de 3 litros. Mezcla en seco durante 1 minuto a velocidad baja (140 rpm con tren epicicloidal (o planetario) accionando la pala de mezcla a 1 rps), cubrir el recipiente
con una tapa de plastico estanca, despues conservar este conjunto durante 24 horas a +5°C en camara de
refrigeracion.
Amasar esta composicion de aglutinantes hidraulicos y de arena anadiendo 225 g de agua a +5°C, en el recipiente que contiene la composicion mezclada de aglutinantes y la arena. Mezclar durante 60 segundos a 140 rpm con tren epicicloidal (o planetario) accionando la pala de mezcla de 1 rps (velocidad baja), despues amasar durante 30 s a 280 rpm con tren epicicloidal de 2 rps (velocidad alta).
Los ensayos de caracterizaciones se realizan despues sobre estos morteros.
Los constituyentes de la composicion de aglutinantes hidraulicos pueden ser el sulfato de aluminio (Ah(SO4)3 14 a 16 H2O (SMA) sulfato de hierro 7 H2O, anhidrita micronizada (sultado de calcio, Metausel), clinker sulfoaluminoso (Argalum, Guardiareggia, Italia), cemento Portland de clase CEM I 52,5N CE CP2 NF. El cemento utilizado en las composiciones de los ejemplos n° 1 a 8 y n° 13 a 18 es un cemento producido en la fabrica de Couvrot; en las
composiciones de los ejemplos n° 9 y 10 un cemento producido en la fabrica de Bussac; en la composicion del
ejemplo n° 11 un cemento producido en la fabrica de Gargenville; y en la composicion del ejemplo n° 12 un cemento producido en la fabrica de Airvault.
La tabla 1 agrupa las principales fases mineralogicas de estos cementos (% masicos)
Tabla 1
- Fabricas de produccion
- C3A C3S C2S C4AF SO3
- Airvault
- 4,3 61 18,2 10,8 3,4
- Bussac
- 5,5 64,3 10,8 12,1 3,2
- Couvrot
- 13,1 63,2 10,2 4,1 3,5
- Gargenville
- 6,6 66,1 10,6 10,4 3
La arena CEN es una arena natural, silfcea, en particular en sus fracciones mas finas. Esta limpia, los granos son de forma general isometrica y redondeada. Se seca y se criba (vease su composicion granulometrica en la tabla 2)
Tabla 2
- Aberturas de las mallas (mm)
- Rechazos acumulados (%)
- 0,08
- 99 ± 1
- 0,16
- 87 ± 5
- 0,50
- 67 ± 5
- 1,00
- 33 ± 5
- 1,60
- 7 ± 5
- 2,00
- 0
Analisis qmmicos y mineralogicos
Los analisis de las diferentes composiciones qmmicas, en particular las diferentes determinaciones del SO3 de las fuentes de sulfatos, se han realizado por espectrometna de fluorescencia X (espectrometro Magix, Panalytical).
Los analisis mineralogicos que se refieren a las diferentes fases de los clinkers que constituyen la mezcla de aglutinantes hidraulicos, o de cemento, se han realizado por difraccion X (DRX), con una cuantificacion de las fases mineralogicas mediante el metodo de Rietveld (XPERT PRO, Panalytical, programas EVA y TOPAS).
Caracterizaciones mecanicas
Ensayos realizados a +5°C:
El tiempo de fraguado se midio con la aguja Vicat para morteros segun la norma NF P15-431.
Los ensayos de resistencia a la flexion y a la compresion segun la norma EN 196-1, y de densidad endurecida se han realizado sobre muestras de mortero (dimensiones: 4 cm x 4 cm x 16 cm).
Las muestras se realizaron a +°C y conservaron en agua a +5°C.
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Las mediciones de las variaciones de dimension segun la norma NFP 15-433 se realizaron sobre muestras conservadas en agua a +5°C para las mediciones de hinchamiento. Las contracciones se miden a +5°C, sobre muestras conservadas con aire con un porcentaje de humedad relativa del 50%.
Para el cemento Portland de referencia (muestra n° 1), las contracciones se midieron a +20°C, sobre unas muestras conservadas con aire a un porcentaje de humedad relativa del 50%. Las muestras para el hinchamiento se han conservado en agua a +20°C.
Ensayos realizados a -10°C:
Los ensayos de resistencia a la compresion sobre muestras 16x32 cm y 4x4x16 cm segun la norma NF EN 12390-4, y de densidad endurecida, se han realizado sobre unas muestras de mortero.
Las muestras se realizan a +5°C y despues se conservan en sus moldes en un recinto climatico con fuerte corriente de aire regulador consignado al 65% HR y a -10°C.
Resultados
Los resultados obtenidos se presentan en las tablas siguientes. A fin de simplificar la lectura, se han utilizado los terminos siguientes:
Clinker S, designa un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alite (C3S),
Clinker A, designa un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica detipo aluminato SO3 > 4, designa una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1, a 0°C SO3 < 4, designa una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1, a 0°C
Los terminos clinker S, clinker A, SO3>4 y SO3<4 indican las proporciones masicas de cada uno de estos constituyentes con respecto a la masa total de la composicion de aglutinantes hidraulicos.
La temperatura indica a que temperatura se han preparado las muestras y se han efectuado las mediciones.
El principio y el final de la toma de muestras se indican en horas (valores de fracciones decimales).
Las resistencias a la compresion (Rc) y a la flexion (Rf) son indicadas en MPA (o N/mm2), a 1 dfa, 7 dfas y 28 dfas, despues del final del amasado de la muestra.
Ejemplos de referencia 1 y 2
Las muestras n° 1 y 2 (tabla 3) son unos ejemplos comparativos de referencia a respectivamente +20 y +5°C, que contienen solo un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo alita (cemento Portland). Sirven de punto de comparacion para evaluar los rendimientos de las composiciones segun la presente invencion (vease la tabla 3).
Ejemplos 3 a 8
Las composiciones segun la invencion (muestras n° 3 a 8) presentadas en la tabla 3 han dado unas muestras (muestras de 4x4x16) que presentan una resistencia a la compresion a 1 dfa superior a 14 MPa, y una resistencia a 28 dfas superior a 30 MPa, a pesar de una utilizacion a +5°C.
Tabla 3
- Muestra
- Ref. N°1 ref. N°2 N°3 N°4 N°5 N°6 N°7 N°8
- Clinker S (%)
- 100 100 63,3 65,0 65,0 65,0 60,0 63,0
- Clinker A (%)
- - - 24,7 23,0 24,0 23,5 28,0 25,0
- SO3<4 (%)
- - - 10,0 10,0 9,0 9,5 7,0 8,0
- SO3>4 (%)
- - - 2,0 2,0 2,0 2,0 5,0 4,0
- Temperatura
- +20 +5°C +5°C +5°C +5°C +5°C +5°C +5°C
- Principio de fraguado (h)
- 4,10 5,90 0,79 0,80 0,80 0,80 0,81 0,80
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- Muestra
- Ref. N°1 ref. N°2 N°3 N°4 N°5 N°6 N°7 N°8
- final de fraguado (h)
- 5,00 7,72 2,00 2,17 1,83 1,97 1,40 1,25
- Rf 1 dfa
- 5,2 0,7 5,5 6,7 6,6 6,2 4,7 6,3
- Rc 1 dfa
- 22,5 2,0 26,1 27,3 27,1 26,0 21,4 26,8
- Rf 7 dfas
- 8,9 6,6 6,0 7,8 7,8 7,3 5,3 6,3
- Rc 7 dfas
- 52,8 41,4 36,6 47,7 42,0 36,7 29,2 38,4
- Rf 28 dfas
- 8,4 8,2 6,0 9,2 7,7 7,7 6 6,1
- Rc 28 dfas
- 55,7 55,6 47,3 57,4 50,1 51,3 41 44,2
Muestras n° 3, 4 5 y 6
La fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 utilizada es el sulfato de aluminio 14-16 H2O, la fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 es la anhidrita. Se observa que los tiempos de fraguado son cortos, y que las resistencias desarrolladas a 1 dfa son comparables a las del cemento Portland a +20°C, pero ampliamente superiores a las del mismo cemento Portland a +5°C. Las resistencias a 28 dfas son comparables a las de los cementos Portland vertidos a +5°C o +20°C.
Muestra 7
La fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 utilizada es el sulfato de hierro 7 H2O, la fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 es la anhidrita. Los resultados son comparables a los de las muestras que utilizan sulfato de aluminio como fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L1.
Muestra 8
La fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 utilizada es una combinacion de sulfatos de hierro 7 H2O y de aluminio 14-16 H2O; esta combinacion esta compuesta con un 25% (en masa) de sulfato de hierro 7 H2O y un 75% (en masa) de sulfato de aluminio 14-16 H2O. La fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 es la anhidrita. Los resultados son comparables a los de las otras muestras que utilizan solo un tipo de fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1.
Ejemplo 6bis
Esta muestra se ha realizado a la temperatura negativa de -10°C:
La composicion de la muestra es la misma que la utilizada en la muestra n° 6.
Se ha realizado un ensayo dentro de un recinto climatico que dispone de un fuerte flujo de aire regulador consignado al 65% HR y -10°C.
Se han realizado unas muestras cilmdricas de 16 x 32 cm de dimension para plazos de 24 horas y de 7 dfas, las mediciones de las resistencias a la compresion han dado los resultados siguientes:
Resistencia a la compresion a 24 horas a -10°C: 11,5 MPa
Resistencia a la compresion a 7 dfas a -10°C: 21,5 MPa
Se ha utilizado la misma composicion con muestras de 4 x 4 x 16 cm, las mediciones de las resistencias a la compresion han dado los resultados siguientes:
Resistencia a la compresion a 24 horas a -10°C: 8,5 MPa
Resistencia a la compresion a 7 dfas a -10°C: 23,2 MPa
Las resistencias obtenidas son mas bajas que las de la muestra conservada a +5°C (muestra n° 6). Sin embargo, siguen siendo superiores a las de la muestra de referencia a +5°C (muestra n° 2) para corto plazo (24 horas).
Ejemplos 9 a 12
Las composiciones presentadas en la tabla 4 (muestras n° 9, 10, 11 y 12) han dado unas muestras (muestras de
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4x4x16) que presentan las caracteiisticas mecanicas deseadas a corto plazo y largo plazo a pesar de una utilizacion a +5°C.
Estas muestras se han obtenido con unos aglutinantes hidraulicos que contienen una fase mineralogica de tipo alita (cemento Portland) diferentes, que provienen de las fabricas de Bussac (muestras n°9 et 10), Gargenville (muestra n°11), y Airvault (muestra n° 12).
La fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 utilizada es el sulfato de aluminio 14-16 H2O, la fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 es la anhidrita.
Tabla 4
- Muestra
- N°9 N°10 N°11 N°12
- CK S (%)
- 63,7 64,0 64,0 64,0
- CK A (%)
- 25,6 25,0 25,0 25,0
- SO3 <4 (%)
- 8,8 9,0 9,0 9,0
- SO3 >4 (%)
- 1,9 2,0 2,0 2,0
- Temperatura
- +5°C +5°C +5°C +5°C
- Principio de fraguado (h)
- 0,85 0,70 1,17 1,58
- Final de fraguado (h)
- 1,05 0,77 1,23 1,78
- Rf 1 dfa
- 5,1 6,3 6,3 5,4
- Rc 1 dfa
- 21,9 25,3 31,0 25,8
- Rf 7 dfas
- 8,4 6,4 7,5 6,7
- Rc 7 dfas
- 45,7 36,8 44,4 42,9
- Rf 28 dfas
- 9,0 6,0 5,6 6,1
- Rc 28 dfas
- 59,5 46,1 47,1 49,2
- Contraccion 28 dfas (jm/m)
- - - -243 -300
Los resultados presentados en la tabla 4 demuestran la adaptabilidad de la presente invencion a cementos de ongenes diferentes.
Las proporciones de mezcla de aglutinantes hidraulicos con respecto a la mezcla de fuentes de sulfatos vanan un poco, entre las muestras n° 9 y 10. Las cuatro muestras presentan unas resistencias satisfactorias en el sentido de la presente invencion: una resistencia a la compresion a 1 dfa superior a 14 MPa, y una resistencia a 28 dfas superior a 30 MPa, a pesar de una utilizacion a +5°C.
Ejemplos comparativos 13 a 18 (muestras 13 a 18)
Las composiciones presentadas en la tabla 5 han dado unas muestras que no presentan las caractensticas mecanicas deseadas a corto y largo plazo (a saber una resistencia a la compresion a 1 dfa superior a 14 MPa, y una resistencia a 28 dfas superior a 30 MPa, a pesar de una utilizacion a +5°C).
Tabla 5
- Muestra
- N°13 N°14 N°15 N°16 N°17 N°18
- Clinker S (%)
- 67,0 61,0 70,0 50,0 83,0 87,0
- Clinker A (%)
- 31,0 29,0 25,0 25,0 - -
- SO3<4 (%)
- - 10,0 2,6 23,5 14,0 9,0
- SO3>4 (%)
- 2,0 - 2,4 1,5 3,0 4,0
- Temperatura
- +5°C +5°C +5°C +5°C +5°C +5°C
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- Muestra
- N°13 N°14 N°15 N°16 N°17 N°18
- Principio de fraguado (h)
- 0,53 0,75 0,75 0,80 1,80 1,30
- Final de fraguado (h)
- 1,52 2,50 1,33 1,65 3,00 2,75
- Rf 1 dfa
- 3,0 0,9 3,9 2,1 1,4 1,2
- Rc 1 dfa
- 9,4 3,4 13,4 8,2 4,3 4,5
- Rf 7 dfas
- 5,1 5,8 5,1 - 4,4 4,4
- Rc 7 dfas
- 35,2 36,5 21,2 - 23,9 25,2
- Rf 28 dfas
- 5,0 8,1 4,7 - 5,7 6,3
- Rc 28 dfas
- 35,1 48,8 35,4 - 32,1 35,5
Muestras 13 y 14
Uno de los dos tipos de fuentes de sulfatos esta omitido en la composicion de cada una de las muestras. La fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 no esta presente en la composicion de la muestra n° 14, y la fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 no esta presente en la composicion de la muestra n° 13. Se observan unas resistencias a corto plazo debiles, particularmente en el caso de la muestra n° 14. Se observa tambien una resistencia a largo plazo debil, particularmente en el caso de la muestra n° 13. Estas composiciones no permiten obtener muestras que responden al problema tecnico planteado. La utilizacion de los dos tipos de fuentes de sulfato, superior e inferior a 4 g.L-1, es necesaria.
Muestra 15
La proporcion de la mezcla de aglutinantes (95%) con respecto a la mezcla de fuentes de sulfatos (5%) es elevada. Las resistencias desarrolladas a las diferentes edades (1, 7 y 28 dfas) no permiten responder a las exigencias a corto y largo plazo.
Muestra 16
La proporcion de la mezcla de aglutinantes (75%) con respecto a la mezcla de fuentes de sulfatos (25%) es debil. Se situa en el umbral inferior excluido de la presente invencion. Las resistencias desarrolladas a las diferentes edades (1, 7 y 28 dfas) son muy malas, incluso inexistentes. Debido a su exceso de sulfatos, en particular de fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1, esta muestra presenta un hinchamiento destructivo despues del endurecimiento (el volumen de la muestra se duplica, toda la estructura se rompe y se desmenuza). Este tipo de composicion es totalmente inservible.
Muestras 17 y 18
El aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato esta omitido en la composicion de cada una de estas muestras. Diferentes proporciones de aglutinante hidraulico que contienen una fase mineralogica de tipo alita y de mezcla de fuentes de sulfatos se han ensayado a fin de verificar que las resistencias a 1 dfa no se deben a la presencia de una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1. Las resistencias a 1 dfa observadas son ligeramente superiores a la del cemento Portland de referencia, pero siguen siendo debiles y no permiten aportar una solucion al problema tecnico. La presencia del aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato es necesaria.
Claims (15)
- 5101520253035404550556065REIVINDICACIONES1. Material cementoso endurecible en presencia de agua que comprende una composicion de aglutinantes hidraulicos que contiene una mezcla de aglutinantes hidraulicos y una mezcla de fuentes de sulfatos,caracterizado por que dicha mezcla de aglutinantes hidraulicos comprende- al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo alita, y- al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato, mayoritariamente constituido de yeelimita (C4A3$) o de una mezcla de yeelimita y de monoaluminato de calcio (CA)comprendiendo dicha mezcla de fuentes de sulfatos- al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L'1, y- al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1,comprendiendo dicho material cementoso ademas de dicha composicion de aglutinantes hidraulicos, eventualmente unas adiciones minerales, eventualmente unos granulados finos, eventualmente unos granulados gruesos, y eventualmente unos adyuvantes.
- 2. Material cementoso endurecible segun la reivindicacion 1,caracterizado por que dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo alita, es un clinker de tipo Portland o un cemento de tipo Portland.
- 3. Material cementoso endurecible segun la reivindicacion 1 o 2,caracterizado por que dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato se selecciona entre un clinker sulfoaluminoso, un clinker sulfobelttico, o una mezcla de estos clinkers.
- 4. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por que dicha fase mineralogica de tipo aluminato comprende tambien mayenita (C12A7), aluminoferrita tetracalcica (C4AF), aluminato tricalcico (C3A), o una combinacion de varias de estas fases.
- 5. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por que dicha al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1 se selecciona entre el yeso (CaSO4.2H2O) o la anhidrita (CaSO4).
- 6. Material cementoso endurecible, segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por que dicha al menos una fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1 se selecciona entre el sulfato de aluminio dodeca a octadecahidratado (Ah(SO4)3, 12 a 18 H2O), sulfato de hierro tetra a heptahidratado (Fe(SO4), 4 a 7 H2O), yeso (CaSO4. A H2O).
- 7. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una composicion de aglutinantes hidraulicos que comprende:de mas del 75% a menos del 95% de dicha mezcla de aglutinantes hidraulicos, y de mas del 5% a menos del 25% de dicha mezcla de fuentes de sulfatos,estando dichas proporciones expresadas con respecto a la masa total de la composicion de aglutinantes hidraulicos.
- 8. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,caracterizado por la presencia, en dicha mezcla de aglutinantes hidraulicos, de las fases mineralogicas siguientes: Yeelimita (C4A3$), Mayenita (C12A7), mono aluminato de calcio (CA), Ferrita (C4AF), Belita (C2S), aluminato tricalcico (C3A), y Alita (C3S), teniendo dichas fases mineralogicas, con respecto a la masa total de dicha mezcla de los aglutinantes hidraulicos, las proporciones siguientes:- Yeelimita (C4A3$) y mono aluminato de calcio (CA): del 4 al 47%, preferiblemente del 12 al 35%5101520253035404550556065- Mayenita (C12A7): del 0 al 4%, preferiblemente del 0 al 2%- Ferrita (C4AF): del 1 al 16%, preferiblemente del 2 al 14%- Belita (C2S): del 5 al 29%, preferiblemente del 6 al 26%- Aluminato tricalcico (C3A): del 1 al 14%, preferiblemente del 1 al 11%- Alita (C3S): 21 a 76%, preferiblemente 29 a 64%.
- 9. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, caracterizado por que dicha composicion de aglutinantes hidraulicos comprende:- una proporcion masica de dicho aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alita superior a un valor: A-D-C, e inferior a un valor: C, y- una proporcion masica de dicho aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato superior a un valor: A-C, e inferior a un valor: D+B, y- una proporcion masica de dicha fuente de sulfatos que tiene una solubilidad inferior a 4 g.L-1, superior al 6% e inferior a un valor: B, y- una proporcion masica de dicha fuente de sulfatos que tiene una solubilidad superior a 4 g.L-1, superior al 0% e inferior a un valor: B,siendo dichas proporciones masicas expresadas en porcentaje con respecto a la masa total de la composicion de aglutinantes hidraulicos, ycorrespondiendo dichos valores A, B, C y D a las formulas siguientes:A = 100 x [115,3/(Xi +Xz)],B = 100 - A,C = [100 x (53,7- B) / Xi] + B,D = 100 - C,en las que los valores X1 y X2 corresponden:- para X1 al porcentaje masico de la fase mineralogica Alita en dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo Alita, y- para X2 al porcentaje masico de la suma de las fases mineralogicas Yeelimita y monoaluminato de calcio, en dicho al menos un aglutinante hidraulico que contiene una fase mineralogica de tipo aluminato,con la condicion de que la suma X1 + X2 sea superior a 115,3.
- 10. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por que comprende al menos un adyuvante seleccionado entre:los plastificantes, los superplastificantes, los retardadores de fraguado, los aceleradores de fraguado, los aceleradores de endurecimiento, los formadores de poros de aire, los agentes anti-contraccion, los agentes anti- burbuja o antiespuma, los impermeabilizantes, los agentes anti-sedimentacion, los pigmentos coloreados, los latex, y los modificadores de la reologfa;en particular los polisacaridos modificados o no, preferiblemente las gomas diutanos, las gomas xantana, las gomas gelanas, las gomas welan; yen particular los retenedores de agua, preferiblemente los eteres de almidones, los eteres de celulosa.
- 11. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores,510152025caracterizado por que presenta una resistencia a la compresion a 1 dfa superior a 14 MPa, y una resistencia a 28 dfas superior a 30 MPa, cuando se utilizan a una temperatura comprendida entre -10°C y +5°C.
- 12. Material cementoso endurecible segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, caracterizado por una composicion de aglutinantes hidraulicos que comprende:- del 62 al 66% de cemento Portland, comprendiendo dicho cemento Portland del 60 al 70% de fase mineral alita, y- del 22 al 28% de cemento sulfoaluminoso, comprendiendo dicho cemento sulfoaluminoso del 50 al 72% de una mezcla de fases minerales yeelimita y monoaluminato de calcio, y- del 1,7 al 3% de sulfato de aluminio dodeca a octadecahidratado, y- del 8,5 al 13% de anhidrita.
- 13. Utilizacion de un material cementoso endurecible tal como se define en una cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para la realizacion de un material capaz de fraguar con tiempo fno.
- 14. Utilizacion de un material cementoso endurecible segun la reivindicacion 13, caracterizada por una utilizacion a una temperatura que vana de -10°C a +5°C.
- 15. Utilizacion de un material cementoso endurecible segun la reivindicacion 13 o 14, para la realizacion de un hormigon, de un mortero, de una lechada, de un revestimiento, o de una pasta de cemento.
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