Un método de preparación de una composición de cemento acuosa que comprende un superplastificante,

comprendiendo dicho superplastificante un polímero de peine que tiene grupos colgantes que comprenden grupos EO/PO y una arcilla esmectita que se expande cuando se pone en contacto con agua y que tiene la capacidad de absorber dicho superplastificante cuando se expande tras contacto con el agua, en el que un agente operativo para disminuir la capacidad de dicha arcilla esmectita de absorber dicho superplastificante de polímero de peine cuando dicha arcilla esmectita se expande tras contacto con agua se añade a la composición, comprendiendo dicho agente un catión inorgánico, un catión orgánico, una molécula orgánica polar capaz de ser absorbida por la arcilla, un dispersante de arcilla operativo para reducir la absortividad de dicha arcilla esmectita o una mezcla de los mismos

Adyuvante y método para optimizar la adición de un superplastificante de EO/PO a hormigón que contiene agregados que contienen arcilla esmectita.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a la mejora de la eficacia de dosificación de adyuvantes usados en composiciones de cemento hidráulicas tales como hormigón de cemento Portland y, más particularmente, a la mejora de la eficacia de los aditivos poliméricos que tienen oxialquileno o los denominados grupos "EO/PO", incluyendo polímeros de peine que tienen una estructura básica tal como una estructura básica que contiene carbono a la que se unen grupos oxialquileno.

Antecedentes de la invención

Se conoce el uso de los denominados polímeros "EO/PO" o de oxialquileno en composiciones de cemento hidráulicas tales como hormigón de cemento Portland. Por ejemplo, en la Patente de Estados Unidos 5.393.343, Darwin et al. describen un polímero de peine tipo EO/PO útil como un superplastificante o reductor de agua para retener en el hormigón un alto grado de revenimiento (por ejemplo, alta fluidez) durante un período de tiempo prolongado. El documento US 4 861 378 se refiere a un aditivo para cemento que contiene un superplastificante, un agente inorgánico de aumento del refuerzo y bentonita. El documento US 4.265.674 se refiere a un aditivo para hormigón y mortero que comprende un éter de celulosa y un agente superficialmente activo de baja capacidad de espumación no iónico. Como se usa en este documento, el termino "EO/PO" es sinónimo del termino "grupo oxialquileno" y sirve como una abreviatura conveniente para designar los grupos polioxialquileno (por ejemplo, copolímeros de óxido de etileno/óxido de propileno). De esta manera, para los propósitos actuales, la expresión "polímero de peine de tipo EO/PO" significa y se refiere a un polímero que tiene una estructura básica tal como una estructura básica de carbono a la que están unidos ambos grupos carboxilato (que funciona como grupos de anclaje del cemento en la mezcla cementosa) y grupos colgantes tales como grupos óxido de etileno (EO), grupos óxido de propileno (PO) y/o una combinación de grupos EO/PO. Los grupos colgantes pueden ser iónicos o no iónicos. Otros ejemplos de superplastificantes de polímero de peine de tipo EO/PO y reductores de agua se muestran en las Patentes de Estados Unidos Nº 4.946.904, 4.471.100, 5.100.984 y 5.369.198. Estas patentes describen polímeros de peine que son, por ejemplo, copolímeros de monómeros policarboxílicos tales como ácido o anhídrido maleico y monómeros que contienen EO/PO polimerizables tales como monoalil éteres de polialquilenglicol, etc.

Aunque los superplastificantes de polímero de peine de EO/PO mencionados anteriormente se han encontrado eficaces, la eficacia de dosificación (la cantidad de polímero necesaria para obtener el efecto de fluidización o plastificante deseado) tiende a variar entre las diferentes mezclas de cemento u hormigón.

Sumario de la invención

Después de una investigación sustancial, se ha encontrado que el problema de las eficacias de dosificación variables de plastificante de EO/PO puede atribuirse a la presencia de ciertas arcillas hinchables, en concreto esmectitas tales como montmorillonita sódica, en el agregado (por ejemplo, arena) usado para preparar el hormigón o mortero. Se ha encontrado que ocurren interacciones negativas entre los superplastificantes de EO/PO y el mortero u hormigón que contiene arcillas esmectitas. Se hipotetiza que dichas arcillas se expanden cuando se humedecen inicialmente por la mezcla acuosa y, en ese estado expandido, absorben o atrapan el superplastificante. Estas interacciones negativas dan como resultado una mala capacidad de trabajado del mortero u hormigón fresco y conducen a una mala respuesta de dosificación. Adicionalmente, se han encontrado diversos enfoques que son eficaces para restablecer la respuesta de dosificación de estos superplastificantes. Los enfoques eficaces, en general, implican reducir o evitar la expansión de la arcilla antes del contacto de la arcilla y el superplastificante e incluyen modificaciones del procedimiento de mezcla, la adición de sales de calcio solubles (por ejemplo, nitrito cálcico, nitrato cálcico), y la adición de glicoles de EO o EO/PO al mortero u hormigón fresco. Las combinaciones de estos enfoques dan el mejor rendimiento, especialmente para arenas ásperas, de mala calidad (que llevan arcilla).

En un sentido más amplio, entonces, la invención implica la preparación de composiciones de cemento acuosas que contienen un plastificante y que contienen adicionalmente arcilla que se expande cuando entra en contacto con el agua y está relacionada con proporcionar un agente operativo para modificar la actividad de la arcilla. Por ejemplo, la capacidad de absorción del plastificante de EO/PO de la arcilla es reducida. Preferiblemente, el agente de modificación de la actividad de la arcilla se añade a la arcilla antes de introducir agua a la arcilla, aunque en ciertos casos el agente puede añadirse en cualquier secuencia si tiene una afinidad por la arcilla que supere la del plastificante de EO/PO.

En el método de la presente invención, la arcilla es arcilla esmectita y el plastificante comprende un polímero de peine de EO/PO que tiene grupos EO/PO colgantes (incluyendo polímeros de peine que tienen restos EO/PO también en la estructura básica). En el método de la presente invención, el agente de modificación de la actividad de la arcilla comprende un catión inorgánico, un catión orgánico, una molécula orgánica polar capaz de ser absorbida por la arcilla, un dispersante de arcilla (por ejemplo, un polifosfato), o una mezcla de los mismos. Preferiblemente, cuando se usa un catión o molécula orgánica polar, el agente de modificación de la actividad de la arcilla se añade a la arcilla antes de añadir el agua para humedecer la arcilla en la preparación de la composición cementosa acuosa. Cuando el agente modificador de la actividad de la arcilla es un dispersante de arcilla, tal como un polifosfato o cuando el catión tiene una afinidad más fuerte por el intercambio catiónico que el plastificante (tal como los cationes orgánicos de aminas cuaternarias), entonces el agente puede introducirse antes, durante o después de añadir el agua a la arcilla.

Los inventores creen que hay al menos tres posibles mecanismos para modificar la arcilla. Uno es reduciendo la actividad superficial (o reactividad) de la arcilla, tal como reduciendo la capacidad de las partículas de arcilla para absorber el plastificante de EO/PO. Un segundo mecanismo o modo de acción es reducir la viscosidad de la arcilla que contribuye al revenimiento global del hormigón. Esto puede conseguirse dispersando la arcilla (con lo que se separan plaquetas de arcilla individuales) o floculando la arcilla (con lo que la arcilla se colapsa o agrega en una unidad más densa que produce una menor viscosidad en la mezcla de hormigón). Un tercer modo de acción es pre-absorber la arcilla usando un agente de sacrificio.

Las ventajas y características adicionales de la invención pueden resultar evidentes adicionalmente a partir de la siguiente descripción detallada.

Descripción detallada de las realizaciones ejemplares

La expresión "composición de cemento" puede usarse en este documento para referirse a pastas, morteros, lechadas tales como lechadas de cementación de pozos petrolíferos y composiciones de hormigón que comprenden un aglutinante de cemento hidráulico. Los términos "pasta", "mortero" y "hormigón" son términos de la técnica: las pastas son mezclas compuestas por un aglutinante de cemento hidráulico (normalmente, aunque no exclusivamente, cemento Portland, cemento de albañilería o cemento de mortero y puede incluir también piedra caliza, caliza hidratada, cenizas volantes, escoria de alto horno y sílice pirógena u otros materiales incluidos habitualmente en dichos cementos) y agua; los morteros son pastas que incluyen adicionalmente un agregado fino y los hormigones y morteros adicionalmente incluyen un agregado grueso. Las composiciones de cemento ensayadas en esta invención se forman mezclando las cantidades requeridas de ciertos materiales, por ejemplo, un cemento hidráulico, agua y un agregado fino o grueso, que puede ser aplicable para preparar la composición de cemento particular formada.

El término "arcilla" como se usa en la presente invención se refiere específicamente a arcillas 2:1 que típicamente son arcillas de absorción, que se hinchan, denominadas habitualmente esmectitas, montmorillonita, illita, hectorita o la BENTONITA disponible en el mercado. Se contempla...

1. Un método de preparación de una composición de cemento acuosa que comprende un superplastificante, comprendiendo dicho superplastificante un polímero de peine que tiene grupos colgantes que comprenden grupos EO/PO y una arcilla esmectita que se expande cuando se pone en contacto con agua y que tiene la capacidad de absorber dicho superplastificante cuando se expande tras contacto con el agua, en el que un agente operativo para disminuir la capacidad de dicha arcilla esmectita de absorber dicho superplastificante de polímero de peine cuando dicha arcilla esmectita se expande tras contacto con agua se añade a la composición, comprendiendo dicho agente un catión inorgánico, un catión orgánico, una molécula orgánica polar capaz de ser absorbida por la arcilla, un dispersante de arcilla operativo para reducir la absortividad de dicha arcilla esmectita o una mezcla de los mismos.

2. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 en el que el superplastificante comprende un polímero de peine EO/PO con un peso molecular medio menor de 1.000.

3. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 en el que dicho catión inorgánico es un catión multivalente elegido entre calcio, magnesio, aluminio, hierro y mezclas de los mismos o es un catión monovalente elegido entre potasio, amonio, cesio, rubidio o francio y mezclas de los mismos.

4. Un método de acuerdo con la reivindicación 3 en el que dicho agente comprende nitrito cálcico, nitrato cálcico o una mezcla de los mismos.

5. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 en el que dicho catión orgánico se selecciona entre (a) fosfonio, piridinio, sulfonio, amonio cuaternario, o amonio (poli) cuaternario, óxido de amina, o (b) un compuesto orgánico que contiene un grupo sal de amina catiónico individual.

6. Un método de acuerdo con la reivindicación 5 en el que dicho agente es una amina (poli) cuaternaria.

7. Un método de acuerdo con la reivindicación 6 en el que dicho agente comprende adicionalmente un grupo oxialquileno.

8. Un método de acuerdo con la reivindicación 6 en el que dicho agente se combina con polietilenglicol.

9. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 en el que dicha molécula orgánica polar comprende un oxialquileno, un éter corona, un alcohol polivinílico, un ácido poliacrílico, un ácido polimetacrílico, un poliacrilato, un polimetacrilato, un gluconato, un heptagluconato, un ácido heptaglucónico, un ácido glucónico, un jarabe de maíz o una mezcla de los mismos.

10. Un método de acuerdo con la reivindicación 9 en el que dicha molécula orgánica polar comprende un oxialquileno.

11. Un método de acuerdo con la reivindicación 10 en el que dicho oxialquileno comprende un etilenglicol, un propilenglicol o una mezcla de los mismos.

12. Un método de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2 en el que dicho agente dispersante de arcilla comprende un polifosfato.

13. Un método de acuerdo con la reivindicación 12 en el que dicho polifosfato es un hexametafosfato, un tripolifosfato, un pirofosfato o una mezcla de los mismos.

14. Un método de acuerdo con la reivindicación 13 en el que dicho agente dispersante de arcilla comprende un hexametafosfato que es hexametafosfato sódico, un tripolifosfato que es tripolifosfato sódico o un pirofosfato que es un pirofosfato sódico, un hidrogenopirofosfato sódico o una mezcla de los mismos.

15. Un método de acuerdo con la reivindicación 12 que comprende adicionalmente añadir un dispersante de cemento que comprende un lignosulfonato, un carboxilato hidroxilado, un carbohidrato o una mezcla de los mismos.

16. Un método de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que dicho agente operativo para disminuir la capacidad de absorción de la arcilla comprende un oxialquileno que tiene una fórmula diferente del superplastificante de EO/PO.

17. Un método de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones anteriores en el que dicho agente operativo para disminuir la capacidad de absorción de la arcilla está presente cuando se añade agua a la arcilla esmectita.