ES2846673T3 - Procedimiento para la producción de material de construcción mineral poroso con una resistencia mejorada - Google Patents
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Abstract
Procedimiento para la producción de un material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado, que comprende las etapas de: (i) proporcionar una mezcla acuosa, que comprende agua, SiO2, cal hidratada, cemento, silicato de potasio y un acelerador del endurecimiento, mezclándose en primer lugar agua y silicato de potasio, y añadiéndose y mezclándose a continuación los componentes sólidos adicionales; (ii.1) proporcionar una espuma introduciendo un gas, en particular aire, en una mezcla que comprende agua y un agente espumante, y mezclar la espuma en la mezcla acuosa de la etapa (i) para obtener una mezcla bruta o (ii.2) introducir al menos un agente espumante en la mezcla acuosa de la etapa (i), espumar la mezcla resultante suministrando un gas, en particular aire, en un mezclador oscilante, y dado el caso transferir la mezcla espumada a un mezclador adicional, preferiblemente mezclador horizontal, y mezclar a un bajo número de revoluciones, preferiblemente en el intervalo de 20-200 rpm, para obtener una mezcla bruta, (iii) introducir la mezcla bruta en un molde y dejar la mezcla bruta durante al menos 5 h, preferiblemente al menos 10 h y de manera especialmente preferible durante al menos 15 h, en el molde, para obtener una materia prima; (iv) endurecer al vapor la materia prima obtenida en la etapa (iii) en un autoclave, esto dado el caso después de cortar en piezas y (v) secar la materia prima endurecida al vapor.
Description
DESCRIPCIÓN
Procedimiento para la producción de material de construcción mineral poroso con una resistencia mejorada
La invención se refiere a un procedimiento para la producción de material de construcción mineral poroso y a un material a base de silicato de calcio hidratado, que puede producirse con el procedimiento según la invención.
Los materiales minerales porosos del tipo más diverso se conocen como materiales de construcción. Debido a su alta porosidad, se caracterizan por una densidad aparente claramente menor en comparación con el hormigón. Por “densidad aparente” se entiende la densidad de un cuerpo poroso basada en el volumen, incluidos los espacios de poro. Mientras que la densidad aparente en el hormigón ordinario se encuentra entre aproximadamente 2.000 y 2.600 kg/m3, con materiales de construcción minerales porosos se alcanzan habitualmente densidades aparentes en el intervalo de desde 80 hasta 600 kg/m3. Debido al alto contenido de aire se obtiene como resultado propiedades de aislamiento térmico mejoradas. Resulta decisiva la conductividad térmica, que se indica con el valor de conductividad térmica lambda. Cuanto menor sea el valor, mejor será la capacidad de aislamiento.
Dependiendo del tipo de producción, los materiales minerales porosos se dividen en hormigón celular y hormigón esponjoso. El hormigón celular se produce habitualmente mezclando las materias primas cal viva, cemento, arena de cuarzo y agua con un agente porógeno, tal como polvo de aluminio o pasta de aluminio. En la suspensión alcalina, el aluminio metálico desprende gas hidrógeno, de modo que se generan muchas burbujas de gas pequeñas, que espuman la mezcla que se endurece gradualmente. Después de un proceso de endurecimiento al vapor en un autoclave, el producto final consiste en una fase cristalina de silicato de calcio hidratado, que corresponde en gran parte al mineral natural tobermorita. En la producción de hormigón esponjoso se utilizan, en lugar de aluminio, agentes espumantes, por ejemplo, a base de tensioactivos o proteínas. Habitualmente se mezcla una espuma generada previamente en el hormigón y a continuación se endurece al vapor el producto bruto. Alternativamente también es posible una espumación directa soplando aire en la mezcla de material de construcción dotada de un agente espumante.
Para obtener un material con baja conductividad térmica y buenas propiedades de aislamiento, es decisivo proporcionar una alta porosidad. Sin embargo, la alta porosidad va por regla general en perjuicio de la resistencia. Los procedimientos conocidos hasta la fecha para producir hormigón esponjoso a menudo no pueden garantizar una resistencia a la compresión suficiente o logran malas propiedades de aislamiento.
El documento EP 0038552 A1 da a conocer un procedimiento para la producción de piedras de construcción de pared a base de silicato calcáreo. El procedimiento prevé que en una mezcla bruta de material que contiene silicato, cal, agua y cemento se introduzca una espuma, se llene la mezcla en moldes y se someta en un autoclave a endurecimiento al vapor; no se describe la adición de silicato de potasio a la mezcla de partida.
Por tanto, la invención se basaba en el objetivo de proporcionar un procedimiento, con el que se consiga proporcionar un material de construcción mineral poroso, que se caracterice tanto por una baja conductividad térmica como por una alta resistencia mecánica. En el sentido de la presente solicitud, en el caso del material de construcción mineral poroso se trata de un material a base de silicato de calcio hidratado. Para ser más exactos, la invención se encarga de la producción de un hormigón esponjoso mejorado, entendiéndose por el término “hormigón esponjoso” un material mineral poroso, endurecido hidrotérmicamente, para cuya producción se utilizan al menos agua, SiO2 , cal hidratada, cemento y agentes espumantes, preferiblemente a base de tensioactivo o de proteína.
En la presente invención se encontró sorprendentemente que la resistencia del hormigón esponjoso puede mejorarse de manera sustancial independientemente de si se obtiene mezclando una espuma o mediante la espumación directa de una mezcla de material de construcción, si como material de partida se utiliza adicionalmente silicato de potasio. Al mismo tiempo, con ayuda de esta materia prima adicional se consigue aumentar adicionalmente la porosidad. A este respecto, ha demostrado ser esencial añadir silicato de potasio inmediatamente al principio, incluso antes de la adición de todos los componentes sólidos adicionales del material de construcción. En otras variantes de realización del procedimiento no se obtienen como resultado las mismas propiedades ventajosas.
Por tanto, un primer aspecto de la invención se refiere a un procedimiento para la producción de un material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado, que comprende las etapas de:
(i) proporcionar una mezcla acuosa, que comprende agua, SiO2 , cal hidratada, cemento, silicato de potasio y un acelerador del endurecimiento, mezclándose en primer lugar agua y silicato de potasio, y añadiéndose y mezclándose a continuación los componentes sólidos adicionales;
(11.1) proporcionar una espuma introduciendo un gas, en particular aire, en una mezcla que comprende agua y un agente espumante, y mezclar la espuma en la mezcla acuosa de la etapa (i) para obtener una mezcla bruta o
(11.2) introducir al menos un agente espumante en la mezcla acuosa de la etapa (i), espumar la mezcla resultante suministrando un gas, en particular aire, en un mezclador oscilante, y dado el caso transferir la mezcla espumada a
un mezclador adicional, preferiblemente mezclador horizontal, y mezclar a un bajo número de revoluciones, preferiblemente en el intervalo de 20-200 rpm, para obtener una mezcla bruta,
(iii) introducir la mezcla bruta en un molde y dejar la mezcla bruta durante al menos 5 h, preferiblemente durante al menos 10 h y de manera especialmente preferible durante al menos 15 h, en el molde, para obtener una materia prima;
(iv) endurecer al vapor la materia prima obtenida en la etapa (iii) en un autoclave, esto dado el caso después de cortar en piezas y
(v) secar la materia prima endurecida al vapor.
En la etapa (i) del procedimiento según la invención se produce una mezcla acuosa de los materiales de partida. A este respecto, en primer lugar se mezclan agua y silicato de potasio y solo a continuación se añaden y se mezclan los componentes sólidos adicionales SiO2 o un material que contiene silicato, cal hidratada (cal apagada), cemento y acelerador del endurecimiento, pudiendo añadirse, dado el caso, agua adicional.
El efecto de la materia prima adicional silicato de potasio radica en estabilizar la estructura de la materia prima espumada, de modo que las burbujas de espuma finas no se unan y se disgreguen para dar burbujas más grandes, sino que se conserven distribuidas uniformemente de manera fina. Se genera una estructura particularmente homogénea que se conserva incluso durante el procesamiento posterior. Preferiblemente, se añade silicato de potasio en una cantidad del 1-5% en peso con respecto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i). Es particularmente adecuada una cantidad del 1,5 - 2,5% en peso, por ejemplo, aproximadamente el 2% en peso de silicato de potasio.
En el sentido de la invención, la denominación “SiO2” se usa a modo de resumen para cualquier material que contenga silicato. Como material que contiene silicato son adecuadas arena de cuarzo o arena que contiene cuarzo o harina de roca que contiene cuarzo. Con respecto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i), el porcentaje de SiO2 asciende a aproximadamente del 25 al 35% en peso, preferiblemente a aproximadamente del 27 al 32% en peso.
Los términos cal hidratada y cal apagada se usan en el presente documento de manera intercambiable y designan hidróxido de calcio. Con respecto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i), se usa cal hidratada en una cantidad de desde aproximadamente el 18% hasta el 35% en peso, preferiblemente de aproximadamente el 25% al 32% en peso.
El cemento, desde el punto de vista químico, está compuesto por aproximadamente del 58 al 76% de óxido de calcio (CaO), del 18 al 26% de dióxido de silicio (SO 2), del 4 al 10% de óxido de aluminio (A^Os ) y del 2 al 5% de óxido de hierro (Fe2Oa). Estos componentes principales se encuentran en el cemento prioritariamente en forma de silicato tricálcico (3CaO*SiO2), silicato dicálcico (2CaO*SiO2), aluminato tricálcico (3CaO*Al2Oa) y ferrita de aluminato tetracálcico (4CaO*Al2O3*Fe2Oa). En el sentido de la presente invención, básicamente puede utilizarse cualquier cemento, tal como, por ejemplo, cemento Portland, cemento compuesto Portland, cemento de alto horno, cemento puzolánico o cemento compuesto. Preferiblemente, según la invención se utiliza cemento Portland. Con respecto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i), se utiliza cemento en una cantidad de desde aproximadamente el 25% hasta el 45% en peso, por ejemplo, de aproximadamente el 30% al 40% en peso. El uso de cemento, por ejemplo, cemento Portland, en esta cantidad tiene la ventaja de que el material de construcción producido presenta una alta resistencia a la tracción. La mezcla bruta tiene un largo tiempo de procesamiento abierto, de modo que un mezclador, en el que se proporciona la mezcla acuosa en la etapa (i), solo tiene que limpiarse en el caso de períodos de inactividad más largos entre las operaciones de mezclado.
Un acelerador del endurecimiento en el sentido de la invención sirve para acelerar el endurecimiento y mejora sobre todo la resistencia inicial del material. En particular son adecuados los aceleradores del endurecimiento que contienen cristales de silicato de calcio hidratado, por ejemplo, en forma de una suspensión acuosa tal como, por ejemplo, el acelerador del endurecimiento X-Seed que puede obtenerse de la empresa BASF. Aceleradores del endurecimiento adicionales adecuados para su uso en la producción según la invención de un material de construcción se describen en las solicitudes de patente internacionales WO 2010/026155 y WO 2011/131378. En el sentido de la invención, un acelerador del endurecimiento se utiliza preferiblemente en una cantidad de desde aproximadamente el 3 hasta el 8% en peso con respeto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i).
A los productos de partida para un material de construcción según la invención se les puede añadir además material reciclado en forma de polvo o gránulo, en particular como suspensión. Por el término “material reciclado” se entienden materiales de desecho en forma triturada. Por ejemplo, pueden utilizarse piezas residuales de material de construcción según la invención trituradas en polvo o polvo acumulado al cortar el material en placas. También son adecuados polvos o gránulos de otros materiales de construcción minerales a base de silicato de calcio hidratado. Por ejemplo, el material reciclado puede utilizarse en una cantidad de desde aproximadamente el 3 hasta el 7% en peso con respeto al contenido total de sólidos de la mezcla acuosa de la etapa (i).
Además, a la mezcla acuosa en la etapa (i) se le pueden añadir materiales de partida opcionales adicionales, tales como, por ejemplo, caolín, meta-caolín, material reciclado, agentes hidrofobizantes, hulla, ceniza volante, yeso, anhidrita y aditivos de hormigón adicionales habituales en el campo técnico y mezclas de los mismos. Ejemplos adicionales de aditivos adecuados son hormigón de muy alta resistencia (UHPC), alúmina (óxidos de aluminio III), tierras calcáreas y tierras silíceas.
El caolín o el meta-caolín puede añadirse como componente opcional a la mezcla acuosa de la etapa (i). Preferiblemente, el caolín se utiliza en una cantidad de desde aproximadamente el 5 hasta el 10% en peso, en particular de aproximadamente el 6 al 8% en peso. Como aditivo puzolánico, el caolín reduce el calor de hidratación y por consiguiente las tensiones.
Para optimizar adicionalmente las propiedades del hormigón esponjoso producido según la invención, pueden usarse aditivos tales como zeolitas, aerogel, perlitas o bolas de vidrio. Estos aditivos pueden añadirse o bien ya a la mezcla acuosa de los materiales de partida de la etapa (i) o bien en un momento posterior del procedimiento. El aerogel es un sólido altamente poroso, preferiblemente a base de silicato, que puede conferir al hormigón esponjoso según la invención una conductividad térmica aún más reducida. Las perlitas se añaden en particular en forma de perlita expandida. Estas reducen igualmente la conductividad térmica del hormigón esponjoso. Las bolas de vidrio tales como, por ejemplo, 3M Glass Bubbles son bolitas de vidrio con un diámetro de desde habitualmente 1 hasta 1.000 |im. Estas actúan como carga de peso ligero que, debido a su baja conductividad térmica, es capaz de conferir al hormigón esponjoso producido según la invención un efecto aislante térmico particularmente bueno. Si se utilizan estos o aditivos similares, pueden añadirse en cualquier momento durante la producción, pero solo después del silicato de potasio, siempre que pueda garantizarse que los aditivos se distribuyan uniformemente en el material.
La relación de agua con respecto a sólido se selecciona en la mezcla acuosa de la etapa (i) de tal manera que ascienda a de aproximadamente 0,5:1 a 1,5:1, preferiblemente a de aproximadamente 0,6:1 a 1:1. Con la relación agua-sólido decreciente, la viscosidad aumenta claramente. Además, pudo establecerse un aumento de la estabilidad en verde. Sin embargo, el mezclado de la espuma o la espumación en presencia de un agente espumante se vuelve más difícil con una relación agua-sólido decreciente. Por otro lado, la relación de agua con respecto a sólido tampoco debe aumentarse sustancialmente, dado que de este modo se reduce la estabilidad de colada, aumenta el tiempo de endurecimiento y aumenta la cantidad de agua en el bloque, lo que es desventajoso por motivos técnicos de secado. Es recomendable una relación agua-sólido de desde 0,6:1 hasta 1:1, dado que en este caso se consiguen una buena homogeneización durante el mezclado y buenas propiedades de producto.
Básicamente es posible añadir a la mezcla acuosa de la etapa (i) también fibras orgánicas o inorgánicas. Sin embargo, en un aspecto preferido de la invención, la mezcla acuosa de la etapa (i) no contiene fibras orgánicas o inorgánicas. Se encontró que la presencia de fibras tiene un efecto desventajoso sobre la porosidad del material producido. En particular, la vida útil puede extenderse, dado que las fibras pueden liberar agua de manera incontrolada. Las burbujas de aire de poro fino introducidas a través de la espuma o la operación de espumación se destruyen. Sin embargo, en el caso de que sea prioritaria una resistencia particularmente alta del material de construcción, pueden usarse fibras tales como, por ejemplo, fibras de celulosa, carboximetilcelulosa, fibras de coco o fibras de vidrio como aditivos.
Tras el mezclado de los diferentes componentes en la etapa (i), la temperatura de la mezcla acuosa asciende preferiblemente a de aproximadamente 19 a 30°C. Se prefiere adicionalmente una temperatura en el intervalo de desde aproximadamente 20 hasta 25°C. Esta temperatura puede ajustarse, por ejemplo, mediante la elección de la temperatura del agua usada en función de la temperatura de los sólidos.
La provisión de la mezcla acuosa en la etapa (i) tiene lugar preferiblemente en un mezclador, en particular en un mezclador vertical. La ventaja de usar un mezclador vertical consiste en que la mezcla acuosa puede evacuarse de manera continua en el lado inferior, sin que lleguen también cantidades mayores de aire.
En la mezcla acuosa de la etapa (i) se mezcla en la etapa siguiente (ii) una espuma (variante (ii.1) o tiene lugar una espumación directa de la mezcla tras la adición de al menos un agente espumante (variante (ii.2)).
Como agentes espumantes son adecuados en el sentido de la invención (tanto para la generación independiente de una espuma como para una espumación directa) en particular los tensioactivos y las proteínas. Estos pueden combinarse opcionalmente con estabilizadores o materiales auxiliares. Los tensioactivos pueden seleccionarse básicamente de manera arbitraria a partir de tensioactivos naturales y sintéticos, así como de mezclas de los mismos. Según la invención se encontró que para la producción de material de construcción mineral hidrofobizado son particularmente adecuados las proteínas y los tensioactivos aniónicos y no iónicos. Estos son ventajosos en el sentido de que facilitan una hidrofobización del material de construcción mineral. Se prefieren especialmente los tensioactivos no iónicos.
En la variante (ii.1) se proporciona una espuma por separado de la producción de la mezcla acuosa. Para ello se introduce aire u otro gas en una mezcla de agua y agente espumante. Además, pueden añadirse estabilizadores. Para la producción de la espuma en la etapa (ii.1) puede usarse ventajosamente un generador de espuma, por ejemplo, un
cañón de espuma.
Según la invención ha demostrado ser ventajoso usar una espuma de poro fino con un tamaño de poro uniforme y definido en el intervalo de desde 100 hasta 800 |im. Los diámetros de poro presentan favorablemente una distribución gaussiana relativamente estrecha.
La cantidad de espuma añadida depende de la densidad aparente deseada del producto final, que se ajuste de este modo a un valor deseado en el intervalo de desde 80 hasta 130 kg/m2 Se obtienen como resultado productos homogéneos de resistencia buena y uniforme y una densidad aparente predeterminada.
La temperatura de la espuma proporcionada en la etapa (ii.1) corresponde ventajosamente de manera esencial a la temperatura de la mezcla acuosa de la etapa (i). Se prefiere una temperatura en el intervalo de desde aproximadamente 19 hasta 30°C, más preferiblemente de aproximadamente 20 a 25°C. Ventajosamente, la temperatura de la espuma de la etapa ( ii.l) no debe diferir en más de 5 K de la temperatura de la mezcla acuosa de la etapa (i).
La espuma y la mezcla acuosa se mezclan entre sí en la etapa (ii.1) para obtener una mezcla bruta. Para ello puede introducirse, por ejemplo, la espuma generada por separado en el mezclador, en el que se proporcionó la mezcla acuosa. A un bajo número de revoluciones de la herramienta de mezclado se mezcla entonces la espuma en la mezcla acuosa. La introducción de la espuma en la mezcla acuosa también puede tener lugar a través de un tubo de mezclado en forma de Y, al que se suministra a través de una primera conducción de alimentación la mezcla acuosa de la etapa (i) y a través de una segunda conducción de alimentación la espuma. Las dos masas se transportan entonces juntas adicionalmente a través de un mezclador estático, en el que tiene lugar una homogeneización de la masa de espuma.
En la variante (ii.2), la introducción del agente espumante puede tener lugar antes de o simultáneamente con la espumación de la mezcla. En una primera forma de realización preferida se introduce en primer lugar al menos un agente espumante en la mezcla acuosa de la etapa (i), antes de que la mezcla acuosa mezclada con el agente espumante se espume en una etapa posterior. En una forma de realización alternativa se transfiere la mezcla acuosa de la etapa (i) en primer lugar a un mezclador oscilante, en el que se dosifica directamente el agente espumante y en el que tiene lugar la espumación de la mezcla suministrando un gas.
Si el agente espumante se introduce en la mezcla acuosa antes de la espumación, para ello está previsto preferiblemente un mezclador adicional, por ejemplo, un mezclador vertical, al que se dosifican por un lado la mezcla acuosa de la etapa (i) y por otro lado al menos un agente espumante. Esto tiene lugar preferiblemente en condiciones, en las que se evita el suministro de grandes cantidades de aire. De lo contrario, la presencia de aire u otros gases tendría la consecuencia de que el agente espumante ya se espumase. Sin embargo, según la invención, solo tiene lugar una espumación preferiblemente después de que el agente espumante se haya mezclado lo más homogéneamente posible en la mezcla acuosa de la etapa (i).
La mezcla de la etapa (i), que dado el caso ya está mezclada con un agente espumante, se transfiere a un mezclador oscilante según la variante (ii.2) y se espuma en el mismo suministrando un gas, en particular aire. Siempre que el agente espumante no se haya añadido ya anteriormente, en el mezclador oscilante también tiene lugar la dosificación del agente espumante. Un mezclador oscilante adecuado para su uso en la presente invención comprende preferiblemente una cámara, en la que se introduce la mezcla de partida, por ejemplo, la mezcla acuosa de la etapa (i), que dado el caso está mezclada con el agente espumante, y se mezcla en la misma con gas, especialmente aire. Con este propósito, la cámara comprende un elemento de espumación estacionario, que está configurado para introducir gas en la cámara. Un dispositivo de accionamiento hace que la cámara experimente un movimiento de rotación oscilante alrededor de su eje central. Si el agente espumante solo se añade directamente al mezclador oscilante, este comprende adicionalmente un dispositivo para introducir agente espumante en la cámara.
Las condiciones de espumación en el mezclador oscilante se eligen preferiblemente de tal manera que se genere una mezcla espumada con una densidad aparente en el intervalo de desde 40 hasta 120 kg/m3, preferiblemente de 60 a 100 kg/m3. Se encontró que así se obtienen como resultado productos particularmente homogéneos con una resistencia buena y uniforme.
Según la variante (ii.2) de la invención, la mezcla de la etapa (ii) mezclada con agente espumante puede transferirse directamente o a través de uno o varios recipientes de reserva, por ejemplo, un mezclador vertical adicional, a un mezclador oscilante. De este modo puede garantizarse que el mezclador oscilante no extraiga nada de aire incluso en el caso de un funcionamiento continuo y que la espumación tenga lugar exclusivamente a través del gas soplado en el mezclador oscilante. De esta manera puede regularse de manera exacta la porosidad de la mezcla resultante.
La mezcla espumada de la etapa (ii.2) se transfiere a continuación a un mezclador adicional, preferiblemente un mezclador horizontal, y se mezcla en el mismo a un bajo número de revoluciones, para obtener una mezcla bruta. El mezclado en el mezclador adicional sirve para homogeneizar la mezcla espumada y evitar que en el material se configuren zonas con una porosidad particularmente alta o particularmente baja. El mezclador (horizontal) adicional se hace funcionar a un bajo número de revoluciones, preferiblemente en el intervalo de desde 20 hasta 200 rpm, por
ejemplo, de 30 a 70 rpm. A un número de revoluciones tan bajo, las burbujas creadas por la espumación se conservan y se distribuyen uniformemente a través del material. La mezcla espumada permanece preferiblemente en el mezclador (horizontal) solo durante un tiempo breve, por ejemplo, de 10 segundos a 10 minutos o de 20 segundos a 1 minuto, y se evacúa entonces lo más rápido posible a un molde.
Durante la transferencia de la mezcla espumada desde el mezclador oscilante al mezclador adicional, este puede estar todavía en estado parado o encontrarse ya en el bajo número de revoluciones indicado anteriormente. En función de esto varía el tiempo de permanencia de la mezcla de espuma en el mezclador adicional. La derivación desde el mezclador adicional al molde tiene lugar lo más rápido posible en una etapa, siendo igualmente posible llenar varios moldes (en paralelo) desde un mezclador adicional o llenar un molde con el material mezclado desde varios mezcladores adicionales.
En lugar de un mezclador horizontal, naturalmente también es adecuado un mezclador vertical u otro mezclador.
En una forma de realización alternativa de la invención, la mezcla espumada puede evacuarse desde el mezclador oscilante también directamente al molde y volver a mezclarse brevemente en el molde. Por ejemplo, herramientas de mezclado pueden sumergirse en el molde lleno desde arriba y mezclar la mezcla espumada. También en esta variante de realización, la herramienta de mezclado se hace funcionar a un bajo número de revoluciones, preferiblemente en el intervalo de desde 20 hasta 200 rpm, para garantizar que las burbujas generadas por la espumación se conservan y se distribuyen uniformemente a través del material. Por ejemplo, es posible sumergir las herramientas de mezclado en el material espumado y moverlas a través del molde a un bajo número de revoluciones, para conseguir una homogeneización y evitar que en el material se configuren zonas de porosidad particularmente alta o particularmente baja.
La mezcla bruta obtenida se introduce en la etapa (III) en un molde. La mezcla bruta permanece en este molde durante al menos 5 h, preferiblemente durante al menos 10 h y de manera especialmente preferible durante al menos 15 h, para obtener una materia prima. Preferiblemente, la mezcla bruta permanece en el molde durante de 6 a 72 h. A este respecto, la temperatura se elige preferiblemente de tal manera que corresponda aproximadamente a la temperatura inicial de la mezcla acuosa y de la mezcla espumada. Preferiblemente, la temperatura no difiere más de 5 K de la temperatura inicial de la mezcla acuosa y de la mezcla mezclada con la espuma o espumada.
La materia prima se endurece al vapor en la etapa (iv), esto dado el caso después de dividir, especialmente cortar, en porciones más pequeñas. Para ello, la materia prima se introduce en un autoclave y se endurece en condiciones de presión y de temperatura adecuadas. Ventajosamente, la presión en el autoclave se reduce en primer lugar de 0,2 a 0,5 bar en comparación con la presión atmosférica. Mediante la evacuación, la masa puede calentarse más rápidamente y llevarse hasta la temperatura máxima. Cuanto más intenso sea el tratamiento al vacío, menor será la diferencia de temperatura entre el centro del bloque y el espacio de vapor. Mediante la evaporación lenta del autoclave se reducen las diferencias de temperatura entre las zonas de bloque interna y externa, de modo que se evitan las tensiones térmicas, que conducen a grietas. Ha demostrado ser favorable una tasa de calentamiento lenta, siendo necesario en la zona de presión inferior un pequeño gradiente de calentamiento, para evitar una delicuescencia o destrucción del material deseado. Con tiempos de calentamiento de desde aproximadamente 1 hasta 4 h es posible un endurecimiento sin grietas. Para aumentar la seguridad del procedimiento, el tiempo de retención posterior asciende a 8 horas a una presión de retención de 12 bar. Dado que una evaporación demasiado rápida conduciría a daños de dureza en el material, el tiempo de evaporación debe encontrarse a de 2 a 4,5 horas.
En la etapa de endurecimiento al vapor en un autoclave, la materia prima puede encontrarse opcionalmente todavía en el molde o el molde puede retirarse al menos parcialmente antes.
En una forma de realización preferida de la invención, el molde se retira antes del endurecimiento al vapor excepto el fondo del molde. La materia prima que se encuentra en el fondo del molde puede seguir almacenándose opcionalmente (por ejemplo, de 6 a 72 h) hasta que, encontrándose todavía sobre el fondo del molde, se introduce en el autoclave y se endurece al vapor en el mismo. A este respecto, el fondo del molde sirve para estabilizar la materia prima por lo demás frágil.
Después del endurecimiento al vapor, el material puede cortarse opcionalmente en bloques más pequeños. Igualmente es posible e incluso recomendable, cortar la materia prima en trozos más pequeños ya antes de la etapa del endurecimiento al vapor.
En la etapa (v) del procedimiento según la invención tiene lugar un secado de la materia prima endurecida al vapor.
El agua y/o condensado que procede del proceso de secado del procedimiento de endurecimiento al vapor en el autoclave puede entonces recogerse y, dado el caso, añadirse después del procesamiento a la mezcla de partida acuosa de la etapa (i) del procedimiento según la invención. Esto provoca una resistencia mejorada del material o un mejor efecto del cemento. Sobre todo, la reutilización de condensado del proceso de autoclavado ha demostrado ser en este caso particularmente ventajosa.
Si se desea, el secado va seguido de un procesamiento posterior mecánico del material obtenido. Por ejemplo, el material puede aserrarse a un formato deseado. El procesamiento posterior puede incluir también una imprimación o hidrofobización para, por ejemplo, aumentar la resistencia a la intemperie del material. También es posible un recubrimiento del material.
En una forma de realización preferida de la invención, el procesamiento posterior incluye una pulverización del material con una disolución acuosa de silicato de potasio. De este modo se liga el polvo, de modo que el material es más cómodo de manejar en el caso de etapas de transporte y de procesamiento adicionales. Naturalmente, además de la pulverización, también tiene en cuenta cualquier otro tipo de tratamiento superficial con la disolución de silicato de potasio acuosa.
Un objeto adicional de la presente invención es un material de construcción mineral poroso, obtenible según el procedimiento según la invención y presenta una densidad aparente de desde 80 hasta 130 kg/m3 y un valor de conductividad térmica Xde menos de 0,040 W/mK. El material está compuesto esencialmente por silicato de calcio hidratado, en el que están distribuidos homogéneamente un gran número de poros finos.
Sorprendentemente, mediante el modo de producción según la invención es posible, por un lado, reducir significativamente la conductividad térmica y conseguir un valor de conductividad térmica X de menos de 0,040 W/mK. Preferiblemente, el valor de conductividad térmica X se reduce hasta menos de 0,039 W/mK, más preferiblemente menos de 0,038 W/mK o menos de 0,037 W/mK.
Por otro lado, se consigue garantizar una alta resistencia mecánica del material. El material de construcción producido según la invención se caracteriza preferiblemente por una resistencia a la compresión y resistencia a la flexotracción claramente mejoradas en comparación con el hormigón esponjoso endurecido hidrotérmicamente obtenido de otra manera a partir de los mismos componentes. Por tanto, es particularmente adecuado como material aislante para aislamiento térmico, así como material de protección contra incendios.
Claims (22)
- REIVINDICACIONESi. Procedimiento para la producción de un material de construcción mineral poroso a base de silicato de calcio hidratado, que comprende las etapas de:(i) proporcionar una mezcla acuosa, que comprende agua, SiO2 , cal hidratada, cemento, silicato de potasio y un acelerador del endurecimiento, mezclándose en primer lugar agua y silicato de potasio, y añadiéndose y mezclándose a continuación los componentes sólidos adicionales;(11.1) proporcionar una espuma introduciendo un gas, en particular aire, en una mezcla que comprende agua y un agente espumante, y mezclar la espuma en la mezcla acuosa de la etapa (i) para obtener una mezcla bruta o(11.2) introducir al menos un agente espumante en la mezcla acuosa de la etapa (i), espumar la mezcla resultante suministrando un gas, en particular aire, en un mezclador oscilante, y dado el caso transferir la mezcla espumada a un mezclador adicional, preferiblemente mezclador horizontal, y mezclar a un bajo número de revoluciones, preferiblemente en el intervalo de 20-200 rpm, para obtener una mezcla bruta, (iii) introducir la mezcla bruta en un molde y dejar la mezcla bruta durante al menos 5 h, preferiblemente al menos 10 h y de manera especialmente preferible durante al menos 15 h, en el molde, para obtener una materia prima;(iv) endurecer al vapor la materia prima obtenida en la etapa (iii) en un autoclave, esto dado el caso después de cortar en piezas y(v) secar la materia prima endurecida al vapor.
- 2. Procedimiento según la reivindicación 1, comprendiendo el acelerador del endurecimiento cristales de silicato de calcio hidratado, preferiblemente en suspensión acuosa.
- 3. Procedimiento según la reivindicación 1 o 2, comprendiendo la mezcla acuosa en la etapa (i) al menos un componente adicional seleccionado de caolín, material reciclado, agentes hidrofobizantes, aditivos de hormigón adicionales y mezclas de los mismos.
- 4. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo la mezcla acuosa en la etapa (i) con respecto al contenido total de sólidosel 25-35% en peso de SO 2 ,el 18-35% en peso de cal hidratada,el 25-45% en peso de cemento,el 1-5% en peso de silicato de potasio,dado el caso, el 5-10% en peso, preferiblemente el 6-8% en peso de caolín, yel 3-8 % en peso de acelerador del endurecimiento.
- 5. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, ascendiendo la relación de agua con respecto a sólido en la mezcla acuosa de la etapa (i) a de aproximadamente 0,5:1 a 1,5:1, preferiblemente de 0,6:1 a 1:1.
- 6. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, no comprendiendo la mezcla acuosa en la etapa (i) fibras orgánicas o inorgánicas.
- 7. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, ascendiendo la temperatura de la mezcla acuosa de la etapa (i) a aproximadamente 19-30°C, preferiblemente a aproximadamente 20-25°C.
- 8. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el agente espumante un tensioactivo o una proteína.
- 9. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, correspondiendo en la etapa (ii.1) durante el mezclado de la espuma la temperatura de la espuma aproximadamente a la temperatura de la mezcla acuosa de la etapa (i), difiriendo preferiblemente la temperatura de la espuma no más de 5 K de la temperatura de la mezcla acuosa.
- 10. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, transfiriéndose en la etapa (ii.2) la mezcla acuosa de la etapa (i) a un segundo mezclador, preferiblemente un mezclador vertical, y mezclándose en el mismo con al menos un agente espumante, preferiblemente en condiciones en las que se evita sustancialmente una espumación.
- 11. Procedimiento según la reivindicación 10, transfiriéndose la mezcla mezclada con agente espumante directamente o a través de al menos un recipiente de reserva, por ejemplo, un mezclador vertical adicional, a un mezclador oscilante, al que se sopla gas, preferiblemente aire, para espumar la mezcla.
- 12. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 9, realizándose en la etapa (ii.2) la adición del agente espumante y la espumación en un mezclador oscilante.
- 13. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, ascendiendo la densidad aparente de la mezcla mezclada con espuma en la etapa (ii.1) o de la mezcla espumada en la etapa (ii.2) a de 40 a 120 kg/m3, preferiblemente a de 60 a 100 kg/m3.
- 14. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, evacuándose en la etapa (ii.2) la mezcla espumada desde el mezclador oscilante directamente a un molde y mezclándose en el molde mediante herramientas de mezclado móviles, que se mueven preferiblemente a través del molde.
- 15. Procedimiento según una de las reivindicaciones 1 a 13, transfiriéndose la mezcla espumada de la etapa (ii.2) desde el mezclador oscilante a un mezclador adicional, preferiblemente un mezclador horizontal, mezclándose en el mismo a un bajo número de revoluciones y evacuándose del mismo a un molde.
- 16. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, permaneciendo la mezcla bruta durante 6-72 h en el molde, preferiblemente a una temperatura esencialmente constante, correspondiendo la temperatura preferiblemente de manera aproximada a la temperatura inicial de la mezcla acuosa de la etapa (i) y de la espuma de la etapa (ii.1) o de la mezcla espumada de la etapa (ii.2).
- 17. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, retirándose el molde parcial o completamente antes del endurecimiento al vapor.
- 18. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, dividiéndose la materia prima de la etapa (iii) en trozos parciales más pequeños.
- 19. Procedimiento según una de las reivindicaciones anteriores, procesándose mecánicamente el material secado tras la etapa (v).
- 20. Material de construcción mineral poroso, obtenible según un procedimiento de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el material de construcción silicato de calcio hidratado y presentando una densidad aparente de 80-130 kg/m3 y un valor de conductividad térmica X de menos de 0,040 W/mK.
- 21. Material de construcción según la reivindicación 20, caracterizado porque presenta un valor de conductividad térmica X de menos de 0,039 W/mK, preferiblemente menos de 0,038 W/mK, más preferiblemente menos de 0,037 W/mK.
- 22. Material de construcción según la reivindicación 20 o 21, tratándose de un material de aislamiento térmico o material de protección contra incendios.
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