CLINKER SULFOALUMINOSO SIN HIERRO Y SIN CAL LIBRE, SU PROCEDIMIENTO DEPREPARACION Y SU UTILIZACION EN AGLOMERANTES BLANCOS.

Clinker sulfoaluminoso que contiene:

- más de 55% en peso de fase sulfoaluminato de calcio (C4A3S),



- de 10% a 20% en peso de fase belita (C2S),

- menos de 10% en peso de anhidrita (CS),

- menos de 5% en peso de fase gelenita (C2AS),

una cantidad de cal libre inferior a 0,2% en peso y una cantidad de hierro (expresado en Fe2O3) inferior a 0,3% en peso

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E02292533.

Solicitante: CIMENTS FRANCAIS.

Nacionalidad solicitante: Francia.

Dirección: TOUR ARIANE, QUARTIER VILLON, 5 PLACE DE LA PYRAMIDE, F-92800, 5014 3BP PUTEAUX FR.

Inventor/es: COLOMBET, PIERRE, CLASSEN, BRUNO.

Fecha de Publicación: .

Fecha Solicitud PCT: 15 de Octubre de 2002.

Fecha Concesión Europea: 3 de Marzo de 2010.

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C04B28/06B
  • C04B7/32B

Clasificación PCT:

  • C04B28/06 QUIMICA; METALURGIA.C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS.C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › C04B 28/00 Composiciones para morteros, hormigón o piedra artificial que contienen ligantes inorgánicos o que contienen el producto de reacción de un ligante inorgánico y un ligante orgánico, p. ej. que contienen cemento de policarboxilatos. › Cementos aluminosos.
  • C04B7/32 C04B […] › C04B 7/00 Cementos hidráulicos. › Cementos aluminosos.

Clasificación antigua:

  • C04B28/06 C04B 28/00 […] › Cementos aluminosos.

Países PCT: Austria, Bélgica, Suiza, Alemania, Dinamarca, España, Francia, Reino Unido, Grecia, Italia, Liechtensein, Luxemburgo, Países Bajos, Suecia, Mónaco, Portugal, Irlanda, Eslovenia, Finlandia, Rumania, Chipre, Lituania, Letonia, Ex República Yugoslava de Macedonia, Albania.

CLINKER SULFOALUMINOSO SIN HIERRO Y SIN CAL LIBRE, SU PROCEDIMIENTO DEPREPARACION Y SU UTILIZACION EN AGLOMERANTES BLANCOS.

Fragmento de la descripción:

Clinker sulfoaluminoso sin hierro y sin cal libre, su procedimiento de preparación y su utilización en aglomerantes blancos.

La presente invención se refiere a un nuevo clinker sulfoaluminoso, a su procedimiento de preparación y a su utilización en unos aglomerantes, en particular en unos aglomerantes poco teñidos, poco coloreados o blancos.

Los aglomerantes hidráulicos (que incluyen los cementos) son unos polvos minerales que reaccionan con el agua con el fin de formar una pasta maleable que se endurece después de algunas horas. Se confunden frecuentemente los términos "aglomerante hidráulico" y "cemento". De manera general, los aglomerantes hidráulicos están compuestos por cementos y por aditivos minerales. La fabricación del cemento consiste en cocer un crudo, compuesto por los materiales apropiados en un horno rotativo, a alta temperatura (superior a 1.450ºC). Los nódulos obtenidos después de la cocción, denominados nódulos de clinker, son triturados hasta una finura adecuada (o superficie específica) con el fin de activar la afinidad del cemento con el agua. El cemento es por lo tanto un clinker triturado, con añadidos minerales eventuales.

Los cementos se ilustran de manera habitual por dos tipos de cementos, los cementos Portland y los cementos aluminosos.

Para facilitar las explicaciones, las abreviaturas estándares utilizadas a continuación en el texto se recuerdan a continuación:

C representa CaO overline{S} representa SO3 A representa Al2O3 H representa H2O S representa Si2 O2 T representa TiO2

F representa Fe2O3

Los cementos de tipo Portland están compuestos por cuatro fases principales, alita C3S (40-70%), belita C2S (hasta 30%), aluminato tricálcico C3A (2-15%) y ferrita C4AF (hasta 15%). El yeso se añade habitualmente (hasta 5%) durante la trituración del clinker.

Los cementos de tipo aluminoso cubren una gama de aglomerantes que contienen aluminato monocálcico CA como constituyente principal. Las demás fases mayoritarias de esta gama de cemento son la fase ferrita C4AF, y la fase dialuminato de calcio CA2.

Un nuevo tipo de cemento se creó durante los años 70. Éste se caracteriza por una de sus fases denominada sulfoaluminato de calcio C4A3 overline{S} (fase de Klein). Las demás fases son generalmente C2S, C4AF, CA, CA2, C12A7, C overline{S} y cal libre. El sulfoaluminato de calcio se hidrata de forma diferente en función de las demás fases presentes en el aglomerante (aglomerante = cemento + adición de los minerales activos):

- Si C4A3 overline{S} es la única fase hidráulica reactiva, los productos de hidratación son el monosulfoaluminato de calcio y el hidróxido de aluminio:

(1)C4A3 overline{S} + 18H rightarrow C4A overline{S} H12 + 2AH3

esta reacción comienza muy lentamente y la pasta permanece maleable durante un periodo de tiempo bastante largo.
- En presencia de yeso (u otras fases de sulfato de calcio) C4A3 overline{S} da lugar a la etringita si la relación molar yeso/sulfoaluminato de calcio es superior a 2, y da la etringita y el monosulfoaluminato de calcio en el caso contrario:

(2)2C4A3 overline{S} + 2C overline{S} H2 + 52H rightarrow C6A overline{S} 3H32 + C4A overline{S} H12 + 4AH3

(3)C4A3 overline{S} + 2C overline{S} H2 + 34H rightarrow C6A overline{S} 3H32 2AH3

Las reacciones (2) y (3) empiezan más rápidamente que la reacción (1), y después de su inicio, son bastantes rápidas. En consecuencia, los cementos a base de C4A3 overline{S} en presencia de sulfato de calcio son unos cementos de fraguado rápido con un periodo de maleabilidad de más de 30 minutos. Además, en exceso de yeso (relación molar de sulfato de calcio/sulfoaluminato de calcio > 2), éstos aumentan de volumen.
- Las mezclas de C4A3 overline{S} y de cal (óxido de calcio) dan lugar a una fase hidrogarnet (C3AH6) y a una fase Afm (C3A.C. overline{S} CH.xH):

(4)C4A3 overline{S} + 7CH + 2xH rightarrow C3AH6 + 2(C3A.1/2C overline{S} .1/2CH.xH)

- Las mezclas de C4A3 overline{S}, de cal y de sulfato de calcio se hidratan muy rápidamente para formar la etringita:

(5)C4A3 overline{S} + 8C overline{S} H2 + 6C + 80H rightarrow 3C6A overline{S} 3H32

De nuevo en este caso, unas propiedades de expansión se pueden obtener si la cal y el sulfato de calcio están en exceso.

Las reacciones (4) y (5) son muy rápidas y conducen muy rápidamente al fraguado (es decir, en algunos minutos) y dan lugar a unos cementos que se endurecen muy rápidamente. La cal puede estar presente en el aglomerante como parte de la composición, o puede ser el resultado de la disolución de otra fase: la fase principal del cemento Portland C3S, una vez en contacto con agua, libera hidróxido de calcio (la forma hidratada de la cal) que a su vez acelera la formación de hidratos según las reacciones (4) ó (5).

En consecuencia, las cinéticas de hidratación de C4A3 overline{S} dependen ampliamente de las fases presentes en el aglomerante. Esto conduce a diferentes aplicaciones dependiendo de si se desea obtener un endurecimiento rápido, un fraguado rápido y/o unas propiedades de expansión. Se citan a continuación algunos ejemplos:

- las patentes US nº 3.251.701, US nº 3.155.526, US nº 4.419.136 y US nº 3.857.714 describen unos aglomerantes expansivos producidos a partir de un clincker que contiene sulfoaluminato de calcio que contiene un clinker que está mezclado con otros constituyentes (por ejemplo yeso y cemento Portland) con el fin de producir la etringita (reacción (3) ó (5)) con un exceso de yeso y/o de cal. Este clinker no contiene únicamente C4A3 overline{S} sino también cal y anhidrita tiene aplicaciones limitadas puesto que unos tiempos de fraguado largos (reacción (1)), necesarios para numerosas aplicaciones son imposibles de obtener.
- La patente US nº 3.860.433 describe un cemento de alta resistencia, y de fraguado rápido compuesto por 20 a 40% de C4A3 overline{S}, por 10 a 35% de Coverline{S}, siendo el resto esencialmente C2S. Puesto que el contenido en Coverline{S} es elevado, el clinker triturado se hidrata según las reacciones (2) ó (3). La obtención de un aglomerante de tiempo de fraguado largo, de forma que la reacción (1) sea favorecida, es imposible.
- Los clinker ferro- y sulfoaluminosos desarrollados por CBMA (China Building Materials Academy) están compuestos principalmente por C4A3overline{S}, C2S y C4AF (véase la tabla 1). Éstos son muy útiles para unas aplicaciones generales y específicas tales como la construcción en invierno, la fabricación de estructuras subterráneas, la construcción marina y las aplicaciones con hormigón reforzado resistente a la corrosión. Sin embargo, su contenido en C4AF es todavía superior a 3%, lo que les confiere un color oscuro. Por lo tanto, no es interesante incorporar estos clinker en unos aglomerantes que deben quedar poco coloreados o pigmentados, tales como unos enlucidos.
TABLA...

 


Reivindicaciones:

1. Clinker sulfoaluminoso que contiene:

- más de 55% en peso de fase sulfoaluminato de calcio (C4A3overline{S}),
- de 10% a 20% en peso de fase belita (C2S),
- menos de 10% en peso de anhidrita (Coverline{S}),
- menos de 5% en peso de fase gelenita (C2AS),

una cantidad de cal libre inferior a 0,2% en peso y una cantidad de hierro (expresado en Fe2O3) inferior a 0,3% en peso.

2. Clinker sulfoaluminoso según la reivindicación 1, caracterizado porque contiene:

- de 55% a 72% en peso de fase sulfoaluminato de calcio (CaA3overline{S})
- de 2% a 9% en peso de anhidrita (Coverline{S}).

3. Clinker según una de las reivindicaciones 1 ó 2, caracterizado porque su contenido total en óxidos coloreados diferentes del óxido de hierro es inferior a 0,7% en peso.

4. Procedimiento de preparación del clinker según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, que comprende la mezcla de materias primas en concentraciones tales que se respeten las proporciones ponderales siguientes en óxidos:

4 =q S =q 10

34 =q A =q 49

37 =q C =q 45

Otros óxidos =q 2

siendo overline{S} el complemento hasta 100, y después la cocción de esta mezcla entre 1.250ºC y 1.350ºC, durante un tiempo suficientemente largo para combinar toda la cal, seguida de un enfriamiento rápido de la mezcla en una atmósfera no oxidante.

5. Procedimiento según la reivindicación 4, caracterizado porque la mezcla cumple además las proporciones ponderales en óxidos C, A y S siguientes:

A =q 1,33*S + 41

A =q -2,33*S + 62

C =q 0,83*S + 37

C =q 3*S 13

C =q -0,81*A + 72

C =q -0,6*A + 67

6. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el enfriamiento se lleva a cabo mediante remojo en agua.

7. Procedimiento según la reivindicación 4 ó 5, caracterizado porque el enfriamiento se lleva a cabo bajo una atmósfera de nitrógeno.

8. Procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 7, caracterizado porque el clinker se tritura después hasta la obtención de una superficie específica Blaine superior a 3.000 cm2/g.

9. Procedimiento según la reivindicación 8, caracterizado porque el clinker se tritura hasta la obtención de una superficie específica Blaine superior a 5.000 cm2/g.

10. Utilización del clinker según una de las reivindicaciones 1 a 3, u obtenido mediante el procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 9, para la preparación de un aglomerante mediante la mezcla de dicho clinker con un material fuente de óxido de calcio y/o una fuente de sulfato de calcio.

11. Utilización según la reivindicación 10, para la preparación de un aglomerante mediante la mezcla de dicho clinker con cemento Portland y/o una fuente de sulfato de calcio.

12. Aglomerante que comprende de 75 a 90% de clinker sulfoaluminoso según una de las reivindicaciones 1 a 3, u obtenido mediante el procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 9, y de 25 a 10% en peso de una fuente de sulfato de calcio, que presenta un tiempo de fraguado inferior o igual a tres horas y que permite preparar, según la norma EN 196, un mortero que presenta una resistencia a la compresión a 28 días superior o igual a 50 MPa.

13. Aglomerante que comprende de 20 a 40% de clinker sulfoaluminoso según una de las reivindicaciones 1 a 3, u obtenido mediante el procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 9, de 50 a 70% de cemento Portland y de 5 a 25% de una fuente de sulfato de calcio, que presenta un tiempo de fraguado inferior o igual a 10 minutos.

14. Aglomerante según la reivindicación 13, que comprende 30% de clinker sulfoaluminoso, 60% de cemento Portland y 10% de una fuente de sulfato de calcio.

15. Aglomerante que comprende de 55 a 90% de clinker sulfoaluminoso según una de las reivindicaciones 1 a 3, u obtenido mediante el procedimiento según una de las reivindicaciones 4 a 9, de 5 a 30% de cemento Portland y de 10 a 30% de una fuente de sulfato de calcio, que presenta un tiempo de fraguado comprendido entre 30 minutos y 1 hora, y que permite preparar, según la norma EN 196, un mortero que presenta una resistencia a la compresión a 5 horas superior a 20 MPa.

16. Aglomerante según la reivindicación 15, que comprende 60% de clinker sulfoaluminoso, 20% de cemento Portland y 20% de una fuente de sulfato de calcio.

17. Aglomerante según una de las reivindicaciones 12 a 16, caracterizado porque la fuente de sulfato de calcio es yeso.


 

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