HORMIGÓN AUTOCOMPACTABLE DE ALTA RESISTENCIA Y SU PROCEDIMIENTO DE OBTENCIÓN.

Hormigón autocompactable de alta resistencia y su procedimiento de obtención.

La presente invención se refiere a la composición de un hormigón autocompactable de alta resistencia a la compresión. Este hormigón alcanza resistencias a la compresión superiores a 100 MPa a 28 días manteniendo su propiedad autocompactable. Además la presente invención se refiere al procedimiento de obtención del hormigón autocompactable de alta resistencia y al uso del mismo como hormigón estructural de estructuras tales como estructuras pretensadas y postensadas, puentes, túneles, cimentaciones, edificaciones, reactores nucleares, acumuladores, depósitos y tanques de almacenamiento.

La presente invención se refiere a la composición de un hormigón autocompactable de alta resistencia a la compresión. Este hormigón alcanza resistencias a la compresión superiores a 100 MPa a 28 días manteniendo su propiedad autocompactable. Además la presente invención se refiere al procedimiento de obtención del hormigón autocompactable de alta resistencia y al uso del mismo como hormigón estructural de 10 estructuras tales como estructuras pretensadas y postensadas, puentes, túneles, cimentaciones, edificaciones, reactores nucleares, acumuladores, depósitos y tanques de almacenamiento. Por tanto, la invención se podría encuadrar en el campo de la construcción, en obras de arquitectura e ingeniería.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Actualmente existen, por un lado, hormigones de altas resistencias tales como los descritos en ES2360003 y ES2076129 que superan los 50 MPa y los 80 MPa a los 28 días respectivamente pero que no alcanzan los requerimientos de 50 MPa a los 28 días, 20 ni presentan la característica de autocompactabilidad.

Los descritos en US20120037045 y US4588443 presentan resistencias a compresión de 100 MPa y de 128 MPa a 28 días respectivamente, y el descrito en WO02083590 que alcanza 200 MPa a los 28 días de edad, sin embargo, siguen sin contar con la 25 característica de autocompactabilidad deseada

Por último, existe un hormigón de alta resistencia patentado (patente GB 0109686.6) y registrado bajo la marca CARDIFRC®, que se encuadra en los hormigones de altas prestaciones reforzado con fibras de acero, pudiendo alcanzar resistencias a 30 compresión de 200 MPa a 28 días, sin embargo no posee tampoco propiedades autocompactables.

Por otro lado, en la actualidad existen hormigones autocompactables, como el descrito en US2011/0219987, pero que no alcanzan resistencias superiores a 50 MPa a 28 días, requisito indispensable para denominarse hormigón de alta resistencia.

Muy pocas composiciones son las que combinan propiedades de alta resistencia a 5 compresión y autocompactabilidad:

US20080153942 describe un hormigón polimérico que combina las propiedades de autocompactabilidad y de resistencia a compresión, y que se caracteriza por la eliminación total de cemento Portland como un agente aglutinante o de unión, y la 10 eliminación total de agua como un catalizador o agente de endurecimiento. Esta composición representa una alternativa a hormigones más que considerarse un tipo de hormigón, ya que conforma un compuesto que no contiene los materiales componentes usuales de un hormigón.

Y EP0934915 describe un hormigón autocompactable de bauxita calcinada reforzado con fibras de acero que alcanza hasta 200 MPa a 28 días. El uso de un árido nada convencional (bauxita calcinada) y fibras de acero, eleva el coste de suministro y fabricación del hormigón. Además realiza el ensayo de escurrimiento en mesa vibrante, lo cual queda fuera de la normativa UNE-EN 12350-8 que rige dicho ensayo y, por 20 consiguiente, fuera de las especificaciones de la Instrucción de Hormigones para hormigones autocompactables.

Por tanto, es necesario desarrollar nuevos hormigones que combinen las propiedades de autocompactabilidad y de resistencia a compresión y que sean económicamente 25 viables.

DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN

La presente invención se refiere a una composición de un hormigón autocompactable de 30 alta resistencia a la compresión, superior a 100 MPa a 28 días, y al procedimiento de obtención de dicha composición. Está compuesto de materiales de coste económico por lo que supone un producto muy rentable. Respecto al procedimiento de obtención, una de las ventajas a destacar es que este procedimiento se realiza a temperatura ambiente, concretamente a temperaturas de entre 10 y 35 º C.

Además la presente invención se refiere al uso de esta composición como hormigón estructural de estructuras tales como estructuras pretensadas y postensadas, puentes, 5 túneles, cimentaciones, edificaciones, reactores nucleares, acumuladores, depósitos y tanques de almacenamiento.

Por tanto, en un primer aspecto, la presente invención se refiere a una composición de un hormigón de alta resistencia, superior a 100 MPa a 28 días, y autocompactable que 10 comprende:

 un árido, que consiste en arena lavada y grava, en una proporción de entre 900 a 3000 kg/m3,

 al menos un cemento convencional en una proporción de entre 300 a 800 kg/m3, 15

 agua en una proporción de entre 90 a 200 kg/ m3,

 ceniza volante en una proporción de entre 40 a 150 kg/m3,

 al menos un filler calizo en una proporción de entre 15 a 80 kg/m3,

 humo de sílice en una proporción de entre 40 a 80 kg/m3,

 metacaolín en una proporción de entre 40 a 80 kg/m3, 20

 al menos un agente dispersante activo en una proporción de entre 10 a 20 kg/m3,

 fibras de polipropileno en una proporción de entre 0, 1 a 2 kg/m3,

Para obtener un hormigón autocompactable de ultra alta resistencia, superior a 100 MPa a 28 días, resulta obligado que la composición de la invención contenga arena lavada, 25 término conocido por cualquier experto en la materia, donde la arena tiene un contenido en finos muy bajo, de manera preferida menor del 15% aproximadamente.

En la presente invención se entiende como “árido fino” aquel con tamaño de grano inferior a 4 mm y como “árido grueso” aquel con tamaño de grano inferior a 11, 2 mm. 30

La presencia de gran cantidad de finos en el árido es negativa para la fabricación del hormigón ya que nos obliga a añadir una cantidad de agua mayor para efectuar la mezcla, mayor cantidad de agua menor es la resistencia del hormigón.

Para que este lavado de la arena no penalice otras propiedades del hormigón de la invención se añaden a la composición otros finos de distinta naturaleza como son el filler calizo, metacaolín, cenizas volantes y humo de sílice, para sustituir esta fracción fina eliminada de los áridos. 5

En la presente invención, el árido es preferiblemente un árido de naturaleza caliza.

En una realización preferida, el árido es una combinación de arena lavada con una granulometría de 0 a 4 mm (arena 0/4) y de grava con una granulometría de 2 a 8 mm 10 (grava 2/8) . Más preferiblemente, es una combinación de entre 650 y 950 kg/m3 de arena lavada, preferiblemente arena 0/4 y de entre 850 y 1100 kg/m3 de grava, preferiblemente grava 2/8. Aún más preferiblemente, es una combinación de de 788 kg/m3 de arena lavada 0/4 y de 928 kg/m3 de grava 2/8.

Por “cemento convencional o común” se entiende en la presente invención como aquel cemento con un bajo contenido en álcalis que presenta una baja vulnerabilidad química y una alta resistencia a la compresión. Como ejemplo de cemento convencional mencionar el cemento CEM I 52, 5R/SR, que es un cemento Portland tipo I de alta resistencia 52, 5 MPa a 28 días con resistencia inicial elevada R y resistente a los 20 sulfatos /SR.

En una realización preferida, el cemento convencional utilizado en la presente invención es un cemento Portland, aún más preferiblemente un cemento Portland de categoría CEM I 52, 5R/SR. Más preferiblemente la composición de la invención contiene entre 400 25 y 600 kg/m3 de cemento Portland CEM I 52, 5R/SR. Aún más preferiblemente, la composición de la invención contiene 500 kg/m3 de cemento Portland CEM I 52, 5R/SR.

La ceniza volante procede de los residuos de la combustión de carbón pulverizado, por ejemplo, de centrales térmicas de producción de energía eléctrica. En una realización 30 preferida, la composición de la invención contiene entre 75 y 125 kg/m3 de ceniza volante. Más preferiblemente, la composición de la invención contiene 100 kg/m3 de ceniza volante.

El filler calizo de la invención tiene una granulometría que cumple el artículo 28.4.1 de la instrucción EHE-08 y que se correspondiente con un 90% de separación efectiva en un tamiz de 0, 063. Preferiblemente, la composición de la invención contiene entre 20 y 50 kg/m3 de filler calizo. Más preferiblemente, la composición de la invención contiene 30 kg/m3 de filler calizo. 5

El humo de sílice está compuesto en la presente invención por partículas microscópicas de sílice reactiva, de aproximadamente 0, 1 micras, son partículas esféricas originadas en la reducción del cuarzo con carbón en altos hornos. Preferiblemente, la composición de la invención contiene entre 45 y 75 kg/m3 de humo de sílice. Más preferiblemente, la 10 composición de la invención contiene 55 kg/m3 de humo de sílice.... [Seguir leyendo]

1. Una composición que comprende

 un árido, que consiste en arena lavada y grava, en una proporción de entre 900 a 3000 kg/m3, 5

 al menos un cemento convencional en una proporción de entre 300 a 800 kg/m3,

 agua en una proporción de entre 90 a 200 kg/m3,

 ceniza volante en una proporción de entre 40 a 150 kg/m3,

 al menos un filler calizo en una proporción de entre 15 a 80 kg/m3,

 humo de sílice en una proporción de entre 40 a 80 kg/m3, 10

 metacaolín en una proporción de entre 40 a 80 kg/m3,

 al menos un agente dispersante activo reductor de agua en una proporción de entre 10 a 20 kg/m3,

 fibras de polipropileno en una proporción de entre 0, 1 a 2 kg/m3,

2. La composición, según la reivindicación 1, donde el árido es de naturaleza caliza.

3. La composición, según la reivindicación 2, donde el árido de naturaleza caliza es una combinación de arena con una granulometría de 0 a 4 mm y grava con una granulometría de 2 a 8 mm. 20

4. La composición, según la reivindicación 3, donde la proporción de arena 0/4 utilizada es de entre 650 y 950 kg/m3 y la proporción de grava 2/8 utilizada es de entre 850 y 1100 kg/m3.

5. La composición, según la reivindicación 4, donde la proporción de arena 0/4 utilizada es de 788 kg/m3 y la proporción de grava 2/8 utilizada es de 928 kg/m3.

6. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el cemento convencional utilizada es un cemento Portland de categoría CEM I 52, 5R/SR. 30

7. La composición, según la reivindicación 6, donde la proporción del cemento Portland CEM I 52, 5R/SR utilizado es de entre 400 a 600 kg/m3.

8. La composición, según la reivindicación 7, donde la proporción de cemento Portland CEM I 52, 5R/SR utilizado es de 500 kg/m3.

9. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde la proporción de la ceniza volante utilizada es de entre 75 y 125 kg/m3. 5

10. La composición, según la reivindicación 9, donde la proporción de la ceniza volante utilizada es 100 kg/m3.

11. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde la 10 proporción del filler calizo utilizado es de entre 20 y 50 kg/m3.

12. La composición, según la reivindicación 9, donde la proporción del filler calizo utilizado es de 30 kg/m3.

13. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, donde el humo de sílice está formado por partículas de 0, 1 micras de dióxido de silicio reactivo.

14. La composición, según la reivindicación 13, donde la proporción del humo de sílice utilizado es de entre 45 y 75 kg/m3. 20

15. La composición, según la reivindicación 14, donde la proporción del humo de sílice utilizado es de 55 kg/m3.

16. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, donde la 25 proporción del metacaolín utilizado es de entre 45 y 75 kg/m3.

17. La composición, según la reivindicación 16, donde la proporción del metacaolín utilizado es de 55 kg/m3.

18. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde el agente dispersante activo reductor de agua es un superplastificante de hormigón.

19. La composición, según la reivindicación 18, donde la proporción del superplastificante de hormigón utilizado es de entre 12 y 18 kg/m3.

20. La composición, según la reivindicación 19, donde la proporción del superplastificante de hormigón utilizado es de entre 12 y 15 kg/m3. 5

21. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 20, donde las fibras de polipropileno son multifilamentos de longitudes menores de 20 mm.

22. La composición, según la reivindicación 21, donde las fibras de polipropileno son 10 multifilamentos con una longitud de 12 mm.

23. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 21 ó 22, donde la proporción de las fibras de polipropileno utilizadas es de entre 0, 2 y 1 kg/m3.

24. La composición, según la reivindicación 23, donde la proporción de las fibras de polipropileno es de entre 0, 6 kg/m3.

25. La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 24, que comprende además al menos un retardador de fraguado en una proporción menor o igual a 10 20 kg/m3..

26. La composición, según la reivindicación 25, donde la proporción del retardador de fraguado utilizado es de entre 2 y 8 kg/m3.

27. La composición, según la reivindicación 26, donde la proporción del retardador de fraguado utilizado es de 5 kg/m3.

28. Procedimiento de obtención de la composición, según las reivindicaciones 1 a 27, llevado a cabo a temperaturas de entre 10 y 35 º C, que comprende las siguientes 30 etapas:

a) medir la humedad del árido y ajustar la cantidad de agua y árido con respecto a la composición final;

b) adicionar, en el orden descrito, el árido y el filler calizo a un dispositivo de amasado,

c) adicionar 2/3 de la cantidad de agua total de la composición y, opcionalmente, el retardador de fraguado sobre la mezcla obtenida en la etapa b) ,

d) adicionar, en el orden descrito, fibras de polipropileno, cemento convencional, 5 humo de sílice, ceniza volante y metacaolín sobre la mezcla obtenida en la etapa c) ,

e) amasar la mezcla obtenida en d) durante al menos 2 minutos,

f) adicionar, en el orden descrito, el tercio restante de la cantidad de agua total de la composición y el agente dispersante activo sobre la mezcla obtenida en la 10 etapa e) ,

g) amasar durante al menos 10 minutos.

29. El procedimiento, según la reivindicación 28, donde el dispositivo de amasado de la etapa b) se selecciona de la lista que comprende una amasadora planetaria de eje 15 vertical, camión hormigonera o planta de hormigón.

30. Uso de la composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27, como hormigón estructural.

31. Uso de la composición, según la reivindicación 30, como hormigón estructural en estructuras pretensadas y postensadas, puentes, túneles, cimentaciones, edificaciones, reactores nucleares, acumuladores, depósitos y tanques de almacenamiento.

32. Uso de la composición, según cualquiera de las reivindicaciones 30 ó 31, como 25 hormigón estructural de un tanque de almacenamiento térmico de un fluido presurizado.

33. Tanque de almacenamiento térmico de un fluido presurizado, ya sea líquido o gas, que comprende una capa externa de hormigón postensado y una capa interna de hormigón refractario con una resistencia característica superior a 10 MPa que actúa 30 como barrera térmica entre el fluido y el hormigón postensado, caracterizado porque la capa externa está compuesta por la composición descrita según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 27.

Fig. 1

Fig. 2