COMPOSICIÓN DE HORMIGÓN REFRACTARIO.

Composición de hormigón refractario de baja conductividad térmica y elevada resistencia,

procedimiento de obtención y uso como revestimiento de hormigón estructural de elementos sometidos a elevadas temperaturas que necesitan al mismo tiempo soportar esfuerzos estructurales de compresión, tales como reactores nucleares, depósitos y tanques de almacenamiento, cimentaciones y hornos.

La presente invención se refiere a una composición de hormigón refractario de baja conductividad térmica y elevada resistencia. Asimismo, la presente invención se refiere al procedimiento de obtención de dicha composición y a su uso como revestimiento de hormigón estructural de elementos sometidos a elevadas temperaturas que necesitan al mismo tiempo soportar esfuerzos estructurales de compresión, tales como reactores nucleares, depósitos y tanques de almacenamiento, cimentaciones y hornos. Por tanto, la presente invención se podría encuadrar en el campo de la construcción, en obras de arquitectura e ingeniería.

ESTADO DE LA TÉCNICA

Actualmente existen hormigones refractarios utilizados como aislantes de uso en aplicaciones de alta temperatura (450-1700°C). Estos materiales refractarios aislantes están principalmente compuestos por materiales de aluminio y de sílice que permiten aumentar la resistencia térmica del hormigón a muy altas temperaturas. En este sentido existe una composición que comprende material refractario de alta y baja densidad de alúmina y sílice coloidal (ES2197180), pero que por su contenido en materiales aluminosos resulta muy costoso.

Por otra parte, actualmente se encuentran composiciones con excelente resistencia a la compresión como son un cemento hidráulico compuesto por un cemento portland, yeso, agua y plastificante, que permite reducir la demanda de agua (W01997038947), un hormigón constituido principalmente por cemento portland, arena (silicio), y Glenium-106 que alcanza una resistencia a compresión de 100 MPa a 28 días (W02006027645) o un hormigón proyectable que comprende cemento portland, áridos con un tamaño inferior a 2 mm, aditivos y agua (W01999058465). Sin embargo, ninguna de estas composiciones es refractaria.

Por todo ello, sería deseable disponer de una composición de hormigón de baja conductividad térmica y elevada resistencia a la compresión, cuyo coste (inferior al de los hormigones del estado del arte con contenido en alúmina) permita su utilización en aplicaciones comerciales.

DESCRIPCIÓN DE LA INVENCIÓN

La presente invención resuelve los problemas mencionados en el estado de la técnica proporcionando una composición de hormigón refractario con las siguientes propiedades:

conductividad térmica inferior a 0,45 W/mK;

- resistencia a compresión a 90 días superior a 20 MPa y de resistencia a la tracción superior a 1 MPa; y

- resistencia sin degradación a temperaturas de hasta 450°C;

- consistencia mínima fluida, cono mayor a 10 cm, para poder ser bombeable; y

- ser ligero.

El primer aspecto de la invención se refiere a una composición caracterizada porque comprende:

al menos un cemento convencional en una proporción de 400 a 700 kg/m3;

un árido ligero, que consiste en arena y grava, en una proporción de 500 a 850

kg/m3;

al menos un agente dispersante activo reductor del agua en una proporción de

2 a 10 kg/m3;

ceniza volante en una proporción de 50 a 200 kg/m3; y

agua en una proporción de 100 a 350 kg/m3,

y donde la relación a/cefect¡va es de 0,45 a 0,75.

En la presente invención, el término "cemento convencional o común" se refiere a aquel cemento con un bajo contenido en álcalis que presenta una baja vulnerabilidad química y una alta resistencia a la compresión. Como ejemplos de este tipo de cementos mencionar, aunque sin limitarse a los mismos, cementos CEM I 42,5R/SR y CEM I 52.5R/SR, que se refiere a un cemento Portland tipo I de alta resistencia 42,5 MPa y 52,5 MPa respectivamente a 28 días con resistencia inicial elevada (R) y resistente a los sulfatos (/SR).

A lo largo de la presente invención el término "áridos ligeros" se refiere a áridos de naturaleza cerámica, preferiblemente del tipo arcilla expandida ligera, con una densidad menor de 2000 kg/m3. Ejemplos incluyen entre otros, arena de arcilla expandida (AE) con un tamaño de grano inferior a 4 mm (arena AE 0/4) y grava de arcilla expandida (AE) con un tamaño de grano inferior a 10 mm (grava AE 3/10).

Las densidades anteriormente indicadas para la arcilla expandida aportan a dicha arcilla la característica de bajo peso, es decir, la denominación de arcilla ligera, característica que contribuye a que la conductividad del hormigón final sea inferior a 0,45 W/mK según lo deseado, obteniendo así un hormigón refractario de baja conductividad (aislante).

En la presente invención, el término "agente dispersante activo reductor del agua" se refiere a un aditivo capaz de reducir fuertemente el contenido en agua de la composición sin modificar la consistencia. Este aditivo hace que el hormigón fresco presente mejores propiedades de trabajabilidad y bombeabilidad.

El término "ceniza volante de tipo F" se refiere, en la presente invención, a aquella ceniza volante producida por calcinación del carbón antracítico o bituminoso que contiene menos de un 15% de carbonato cálcico (cal) y contiene sílice, aluminio y hierro.

El término "relación agua/cemento efectiva" o "a/cefect¡va" se refiere, en la presente invención, al cociente entre la cantidad de agua de la amasada más la cantidad de agua que contienen los áridos y aditivos, y la cantidad de cemento de la amasada. Esta relación indica la resistencia mecánica del hormigón al estar relacionada con su densidad.

En una realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde la relación a/cefect¡va es de 0,49 a 0,71, más preferiblemente de 0,65.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, que además comprende un aireante en una proporción menor de 0,30 % en masa con respecto a la composición final, más preferiblemente menor a 0,10% en masa con respecto a la composición final.

En otra realización preferida, el aireante es Microair-100 de BASF.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde el cemento es cemento Portland gris de categoría CEM I 42,5 R o CEM I 52,5 R, preferiblemente CEM I 52,5 R.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde el cemento está en una proporción de entre 430 y 550 kg/m3, más preferiblemente de 445 kg/m3.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde el árido ligero se selecciona de entre arcillas expandidas con densidades menores de 2000 kg/m3, y preferiblemente con densidades menores de 1600 kg/m3.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde el árido ligero se selecciona de entre arena de arcilla expandida de tamaño de grano inferior a 4 mm y grava de arcilla expandida de tamaño de grano inferior a 10 mm.

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.

En la presente invención, la arena, en particular la arena de arcilla expandida AE 0/4 se puede definir como "árido fino", ya que este término se refiere a áridos con tamaño de grano pequeño, en particular inferior a 4 mm.

En la presente invención, la grava, en particular grava de arcilla expandida AE 3/10 se puede definir como "árido grueso", ya que este término se refiere a áridos con tamaño de grano mayor que el árido fino, en particular con tamaño de grano inferior a11,2 mm.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde el árido ligero está en una proporción de entre 650 y 850 kg/m3, más preferiblemente de 698 kg/m3.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde el agente dispersante activo reductor de agua es un superplastificante de hormigón, más preferiblemente del tipo lignosulfonatos, naftalen sulfonatos, melamina sulfonatos o policarboxilatos.

Aún más preferiblemente el agente dispersante está en una proporción de entre 4,0 y 5,0 kg/m3, más preferiblemente de 4,5 kg/m3.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde la ceniza volante es de tipo F.

En otra realización preferida, la invención se refiere a la composición definida anteriormente, donde la ceniza volante está en una proporción de entre 80 y 120, más preferiblemente en una proporción de 106 kg/m3.

En un segundo aspecto, la presente invención se refiere al procedimiento de obtención de la composición definida anteriormente, que comprende las... [Seguir leyendo]

1Composición caracterizada porque comprende:

al menos un cemento convencional en una proporción de 400 a 700 kg/m3;

«un árido ligero, que consiste en arena y grava, en una proporción de 500 a 850

kg/m3;

al menos un agente dispersante activo reductor del agua en una proporción de 2 a 10 kg/m3;

ceniza volante en una proporción de 50 a 200 kg/m3; y

agua en una proporción de 100 a 350 kg/m3,

donde la relación a/cefectiva es de 0,45 a 0,75.

2.- La composición, según la reivindicación 1, donde la relación a/cefect¡va es 0,49 a 0,71.

3.- La composición, según la reivindicación 2, donde la relación a/cefect¡va es 0,65.

4.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que además comprende un aireante en una proporción menor de 0,3 % en masa con respecto a la

composición final.

5.- La composición, según la reivindicación 4, donde el aireante está en una proporción menor al 0,1 % en masa con respecto a la composición final.

6.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, donde el cemento

se selecciona de cemento Portland gris de categoría CEM I 42,5 R o CEM I 52,5 R.

7.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, donde el cemento está en una proporción de entre 430 y 550 kg/m3.

8.- La composición, según la reivindicación 7, donde el cemento está en una proporción de 445 kg/m3.

9.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, donde el árido ligero se selecciona de entre arcillas expandidas con densidades menores de 2000 kg/m3,

10.- La composición, según la reivindicación 9, donde el árido ligero se seleccionan de entre arcillas expandidas con densidades menores de 1600 kg/m3.

11.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 10, donde el árido ligero es arena de arcilla expandida de tamaño de grano inferior a 4 mm y grava de arcilla expandida de tamaño de grano inferior a 10 mm.

12.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 11, donde el árido ligero está en una proporción de entre 650 y 850 kg/m3.

13.- La composición, según la reivindicación 12, donde el árido ligero está en una proporción de 698 kg/m3.

14.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 13, donde el agente dispersante activo reductor de agua es un superplastificante de hormigón.

15.- La composición, según la reivindicación 14, donde el superplastificante está en una proporción de entre 4,0 y 5,0 kg/m3.

16.- La composición, según la reivindicación 15, donde el superplastificante está en una proporción de 4,5 kg/m3.

17.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 16, donde la ceniza volante es de tipo F.

18.- La composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17, donde la ceniza volante está en una proporción de entre 80 y 120 kg/m3.

19.- La composición, según la reivindicación 18, donde la ceniza volante está en una proporción de 106 kg/m3.

20.- Procedimiento de obtención de la composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19, que comprende las etapas de:

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

b) adicionar, en el orden descrito, el agua, el agente dispersante activo reductor del agua, el cemento convencional y la ceniza volante a un dispositivo de amasado;

c) adicionar el árido fino a la mezcla obtenida en b); y

d) adicionar el árido grueso sobre la mezcla obtenida en c);

21.- El procedimiento según la reivindicación 20, que además comprende una etapa

e) de adición de un aireante, tras la etapa d) de adición del árido grueso.

22.- El procedimiento, según cualquiera de las reivindicaciones 20 ó 21, donde el dispositivo de amasado se selecciona de entre una amasadora planetaria de eje vertical, un camión hormigonera o una planta de hormigón.

23.- Uso de la composición, según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19 como revestimiento de hormigón estructural.

24. Uso de la composición, según la reivindicación 23, como revestimiento del hormigón estructural de estructuras de contención.

25. Uso de la composición, según la reivindicación 24, como revestimiento del hormigón estructural de reactores nucleares, instalaciones industriales sometidas a altas temperaturas, depósitos y tanques de almacenamiento, cimentaciones y hornos.

26. Uso de la composición, según la reivindicación 25, como revestimiento de hormigón estructural de un tanque de almacenamiento térmico de un fluido presurizado.

27. Tanque de almacenamiento térmico de un fluido presurizado, ya sea líquido o gas, que comprende una capa externa de hormigón postensado con una resistencia característica superior a 50 MPa y una capa interna de hormigón refractario que actúa como barrera térmica entre el fluido y el hormigón postensado, caracterizado porque

la capa interna está compuesta por la composición descrita según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 19.