LIGANTE HIDRAULICO.

Ligante hidráulico, con un componente ligante capaz de fluir y solidificarse después de la adición de agua,

y un componente acelerador que sirve para acelerar la solidificación, caracterizado porque el componente acelerador contiene hidróxido cálcico muy fino con una superficie específica (superficie BET según DIN 66132) de 15 m2/g o mayor, en especial, de 25 m2/g o mayor

Ligante hidráulico.

La presente invención se refiere a un ligante hidráulico con un componente ligante capaz de fluir y solidificarse después de la adición de agua y un componente acelerador que sirve para acelerar la solidificación, también se refiere a elementos de construcción de hormigón fabricados utilizando dichos ligantes, a un procedimiento para fabricar dichos elementos de construcción de hormigón y a la utilización de dichos ligantes para preparar mortero u hormigón.

Desde hace mucho tiempo se conoce la necesidad de un ligante hidráulico de solidificación rápida para la fabricación de hormigón. Hasta ahora, esta necesidad se ha cubierto mediante cementos especialmente rápidos por sí mismos o mediante cementos rápidos a base de mezclas de cementos con aditivos. Muchos de estos productos se utilizan actualmente en el ámbito de las reparaciones, las obras públicas y el sector de las obras interiores tales como los sistemas de revoques, morteros y revestimientos de pisos.

Entre los cementos especiales rápidos por sí mismos se puede diferenciar entre los fabricados en base a un cemento portland modificado, y los cementos especiales cuya base de clínker es claramente diferente de la de los cementos portland.

Para el sector de la solidificación rápida se pueden fabricar cementos portland modificados a partir de clínkers de cemento portland calcinados especialmente para esta aplicación. Estos clínkers, al contrario que los clínkers de cemento portland normales, se caracterizan por tener estándares de cal elevados, en general superiores a 100, y módulos de silicato elevados, en general superiores a 3. Como consecuencia de ello, el contenido en silicato tricálcico (C₃S), que básicamente es el responsable de la resistencia inicial del cemento, es notablemente mayor que en los cementos portland normales. Los cementos fabricados con estos clínkers tienen una resistencia inicial hasta un 20% mayor que la de los cementos portland normales.

También pertenecen al grupo de cementos portland modificados los cementos que no contienen o contienen muy pocos portadores de sulfato (en general, sulfato cálcico) como reguladores de solidificación. En su caso, en los clínkers correspondientes también es mayor el contenido de C₃A. Estos cementos ocasionan en el hormigón o mortero una solidificación rápida, por lo que se emplean principalmente para los hormigones proyectados. Con frecuencia se adicionan a los cementos aceleradores no alcalinos, tales como el sulfato de aluminio o hidróxido de aluminio, aceleradores alcalinos a base de hidróxidos de álcalis, silicato sódico o potásico alcalino u otras sales de álcalis, para aumentar la estabilidad en crudo. Dado que estos cementos básicamente sólo aceleran el proceso de solidificación pero no la evolución de la resistencia propiamente dicha, sólo se pueden incluir con limitaciones en la categoría de los cementos rápidos.

Los cementos especiales para acelerar la solidificación se diferencian de los cementos portland en que la composición del clínker de base es diferente. Representantes característicos de este grupo de cementos son los cementos de aluminosos, los cementos de sulfoaluminatos y los cementos de endurecimiento regulado.

El cemento aluminoso o cemento fundido aluminoso se designa frecuentemente como cemento de aluminato de calcio. Las fases del clínker que determinan la resistencia son el aluminato monocálcico (CA), el aluminato cálcico (CA₂) y la mayenita (C₁₂A₇). Las fases de clínker con silicatos (C₂S y C₂AS) que también están presentes contribuyen poco a la resistencia. Los cementos aluminosos pueden alcanzar muy rápidamente una resistencia a la compresión extremadamente elevada también a temperaturas bajas. Con estos cementos se pueden lograr con seguridad resistencias a la compresión de hasta 60 N/mm² en 24 horas. Esta elevada resistencia inicial se debe a las dos fases de hidratos CAH₁₀ y C₂AH₈ que se generan. Con el tiempo, gracias a la humedad y temperaturas superiores a 23ºC, estas fases de hidratos se transforman en C₃AH₆ térmicamente estable. Esta transformación va unida a un fuerte aumento de la porosidad y liberación de agua, y es la causa de una marcada reducción de la resistencia. Por ello, los cementos alumínicos no se pueden utilizar para obras de ingeniería según EN 206-1:2001-07 y/o DIN 1045-2:2001-07.

Los campos de aplicación de los cementos alumínicos son, en especial, los materiales ignífugos, la cementación de pozos y el sector de la química de la construcción.

Los cementos de sulfoaluminato cálcico o los cementos de sulfato y aluminato cálcico contienen como principales fases del clínker sulfato aluminato cálcico C₄A₃S, silicato dicálcico (C₂S) y ferrita aluminato cálcico (C₂ (A, F)). Según la composición de la harina cruda, las fases del clínker pueden contener cantidades importantes de magnesio, fluoruro o hierro. Durante la hidratación inicial se generan grandes cantidades de etringita y monosulfato, que conducen a una considerable resistencia inicial (en parte, de hasta 30 N/mm² después de 3 horas). Debido a la expansión de volumen que se produce durante la hidratación, estos cementos se utilizan frecuentemente como compensadores de la contracción, por ejemplo, en solados. Los elementos de construcción realizados con este cemento son propensos a una carbonatación rápida, lo que conlleva una considerable reducción de la resistencia. Al contrario de lo que sucede cuando se utiliza cemento portland, el acero de armadura o el acero de pretensión en elementos de construcción fabricados con este cemento no quedan protegidos contra la corrosión. Por lo general, estos cementos se emplean exclusivamente en mezclas con otros cementos.

El cemento de endurecimiento regulado o "Jet Cement" o cemento de fluoruro aluminato cálcico contiene, además de la fase principal de clínker C₃S, sobre todo la fase que contiene fluoroaluminato C₁₁A₇•CaF₂ y yeso. Estos cementos también suelen tener un componente cálcico. El fluoroaluminato genera durante la hidratación grandes cantidades de etringita y es la causa de la elevada resistencia inicial de hasta 16 N/mm² después de una hora. Para evitar una solidificación demasiado rápida del hormigón o mortero, con frecuencia se añaden retardadores de solidificación. Este cemento sólo se ha impuesto en productos especiales del mercado. Los elementos de construcción fabricados con este cemento han presentado una resistencia a largo plazo deficiente en el área exterior.

Además de los cementos especiales citados, también existen algunos cementos de resistencia inicial elevada a base de alinita (C₁₁A₇•CaCl₂). No obstante, estos cementos prácticamente carecen de importancia porque tienen un efecto de corrosión frente al acero de armadura.

En la mayoría de los casos se preparan ligantes hidráulicos de endurecimiento rápido en forma de cementos mezclados con diversos aditivos. En estos sistemas siempre se utiliza como base un cemento portland o un clínker de cemento portland.

La gran mayoría de estos cementos mezclados contienen aditivos que activan las fases alumínicas y/o aluminato-ferríticas del clínker y de esta forma aceleran la formación de hidrato de aluminato cálcico, monosulfato o etringita. Mediante la adición de compuestos de aluminio solubles (por ejemplo, sulfato de aluminio, hidróxido de aluminio) o de un componente de cemento alumínico se puede aumentar más la proporción de las fases de hidratos que generan la resistencia.

Para acelerar la solidificación con frecuencia se emplean carbonatos alcalinos, ácidos de frutas o sulfonatos. Para modular las propiedades de elaboración y la evolución de la resistencia, se añaden adicionalmente diversos aditivos (por ejemplo, cenizas pulverizadas, microsílice, metacaolín) y/o agentes auxiliares (fluidificantes, retardadores de fosfato o similares).

A continuación se mencionan algunos ejemplos de cementos compuestos patentados a base de cementos portland.

En el documento EP 0517869 B1 se describe un sistema a base de cemento portland. Para obtener resistencias elevadas, la proporción de C₄AF debería ser superior a 9,5%. Se añaden al sistema un donante de carbonato en forma de K₂CO₃, bicarbonato o trihidrato, así como monohidrato de citrato tricálcico (en...

1. Ligante hidráulico, con un componente ligante capaz de fluir y solidificarse después de la adición de agua, y un componente acelerador que sirve para acelerar la solidificación, caracterizado porque el componente acelerador contiene hidróxido cálcico muy fino con una superficie específica (superficie BET según DIN 66132) de 15 m²/g o mayor, en especial, de 25 m²/g o mayor.

2. Ligante hidráulico, según la reivindicación 1, caracterizado porque el hidróxido cálcico muy fino consta de un 40% en masa o más, en especial de un 70% en masa o más, de partículas de tamaño de grano de 20 µm o menor.

3. Ligante hidráulico, según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque el hidróxido cálcico muy fino tiene una superficie específica de 30 m²/g o mayor.

4. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hidróxido cálcico muy fino tiene una superficie específica de 100 m²/g o menor, preferentemente 75 m²/g o menor, en especial 50 m²/g o menor.

5. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hidróxido cálcico muy fino consta de un 40% en masa o más de partículas de tamaño de grano de 10 µm o menor, preferentemente 5 µm o menor y/o de un 70% en masa o más de partículas de tamaño de grano de 16 µm o menor, preferentemente 12 µm o menor.

6. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el hidróxido cálcico muy fino consta de un 40% en masa o más de partículas de tamaño de grano de 1 µm o mayor, preferentemente 3 µm o mayor y/o de un 70% en masa o más de partículas de tamaño de grano de 4 µm o mayor, preferentemente 8 µm o mayor.

7. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene el componente acelerador en cantidad de 1% en masa o superior, preferentemente 3% en masa o superior, en especial 4% en masa o superior.

8. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene el componente acelerador en cantidad de 15% en masa o inferior, preferentemente 10% en masa o inferior, en especial 6% en masa o inferior.

9. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente acelerador está presente en forma de polvo seco.

10. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente ligante contiene, o preferentemente consta de, cemento portland CEM I (según DIN EN 197) y/o cemento compuesto CEM II (según DIN EN 197).

11. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la finura de molienda del componente ligante es de 3000 cm²/g (según Blaine) o superior, preferentemente 4000 cm²/g o superior.

12. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque la finura de molienda del componente ligante es de 7000 cm²/g (según Blaine) o inferior, preferentemente 6000 cm²/g o inferior.

13. Ligante hidráulico, según la reivindicación 10, caracterizado porque la proporción de C₃S respecto a la cantidad de clínker de cemento (cemento portland y/o cemento compuesto) es de 50% en masa o superior, preferentemente 55% en masa o superior.

14. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones 10 ó 13, caracterizado porque la proporción de C₃S respecto a la cantidad de clínker de cemento (cemento portland y/o cemento compuesto) es de 75% en masa (respecto al componente ligante) o inferior, preferentemente 65% en masa o inferior.

15. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque su contenido en álcali, expresado como equivalentes de sodio, es de 1,8% en masa (respecto al componente ligante) o inferior, preferentemente 1,2% en masa o inferior.

16. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente ligante es un cemento de la clase de resistencia 52,5 R.

17. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene el componente ligante en cantidad de 85% en masa o superior, preferentemente 90% en masa o superior, en especial 94% en masa o superior, en todos los casos referida a la cantidad total de ligante.

18. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque contiene el componente ligante en cantidad de 99% en masa o inferior, preferentemente 97% en masa o inferior, en especial 96% en masa o inferior, en todos los casos referida a la cantidad total de ligante.

19. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque uno o varios de sus componentes, en especial el hidróxido cálcico muy fino, están dotados de un recubrimiento.

20. Ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones anteriores, caracterizado porque el componente acelerador contiene el hidróxido cálcico muy fino en forma de mezcla con otra sustancia.

21. Hormigón de transporte o elemento de construcción de hormigón, por ejemplo, un tablero de calzada, un pilote de hormigón o un elemento de cimentación, en especial una pieza prefabricada de hormigón realizada, preferentemente, según los requisitos de las normas EN 206-1: 2007-07 y/o DIN 1045-2: 2001-07 utilizando un ligante hidráulico según una de las reivindicaciones anteriores.

22. Procedimiento para fabricar y preparar un material de construcción capaz de fluir y de solidificarse en el cual, en una primera etapa, se introducen en un dispositivo mezclador materiales de partida tales como una sustancia de base, como mínimo un árido, un líquido de base y/o como mínimo un aditivo, en especial, en una proporción de mezcla predefinida, durante una segunda etapa estos componentes de la mezcla se mezclan mediante el dispositivo mezclador y/o dentro del mismo de forma intensa y homogénea para producir un material de construcción capaz de fluir y de solidificarse y, en una tercera etapa, este material de construcción capaz de fluir y de solidificarse se prepara en un contenedor y/o se moldea, inyecta o vierte en un molde predefinido o sobre una superficie predefinida, caracterizado porque en la primera etapa se añade una sustancia de base que contiene un ligante hidráulico según una de las reivindicaciones 1 a 18.

23. Método, según la reivindicación 22, caracterizado porque en la primera etapa se añade como árido arena fina y/o arena y/o grava y agua como líquido de base, y en la segunda etapa los componentes de la mezcla se mezclan para formar un mortero (no fraguado) o un hormigón (no fraguado).

24. Procedimiento, según la reivindicación 22 ó 23, caracterizado porque en la primera etapa se añade como aditivo un fluidificante y en la segunda etapa los componentes de la mezcla se mezclan para formar un mortero (no fraguado) o un hormigón (no fraguado).

25. Procedimiento, según una de las reivindicaciones 22 a 24, caracterizado porque en la tercera etapa el material de construcción capaz de fluir y de solidificarse se moldea, inyecta o vierte en un tipo de encofrado para elementos de construcción de hormigón, en especial, piezas prefabricadas de hormigón o bien sobre un firme de calzada, una superficie de terreno preparada, una pared, techo o piso de un edificio.

26. Utilización de un ligante hidráulico, según una de las reivindicaciones 1 a 20, para la preparación de morteros, en especial, morteros de reparación, o bien hormigón, en especial hormigón de transporte, o de un elemento de construcción, según la reivindicación 21.