AGLUTINANTE HIDRÁULICO CON BAJA EMISIÓN DE CO2.

Aglutinante hidráulico, caracterizado por que contiene, en porcentaje en peso:

- del 1,1 al 9% de aluminato tricálcico - del 1,5 al 13,5% de ferroaluminato tetracálcico - del 0,5 al 1,5% de heptaaluminato de dodecacalcio - del 0,5 al 1,5% de sulfato de trialuminato tetracálcico - del 0 al 0,8% de silicoaluminato dicálcico - del 5 al 70% de material(es) puzolánico(s) - del 0 al 6% de sulfato de calcio, estando el resto constituido por los constituyentes no aluminosos de al menos un clinker de tipo Portland

Aglutinante hidráulico con baja emisión de CO₂.

La invención se refiere al campo de los aglutinantes hidráulicos.

Más exactamente, la invención se refiere a nuevas composiciones de aglutinantes hidráulicos que presentan notables propiedades mecánicas, en particular un tiempo de fraguado regulable y resistencias elevadas desde las primeras horas y que pueden prepararse respetando de forma notable el medioambiente, particularmente debido a las bajas emisiones de dióxido de carbono durante su elaboración.

Se sabe bien que la industria cementera requiere un importante consumo de energía.

Por otro lado, esta industria, debido a las reacciones empleadas y a los procedimientos utilizados, genera gas carbónico que contribuye a la contaminación de la atmósfera.

Este gas carbónico procede a la vez de la combustión empleada para realizar la cocción de la materia prima necesaria para la elaboración del cemento y de las reacciones químicas empleadas durante esta etapa de cocción, más particularmente de la reacción de descarbonatación de los carbonatos que constituyen siempre una parte importante de esta materia prima.

Teniendo en cuenta estas dos fuentes de emisión de gas carbónico en la industria del cemento, desde hace muchos años se han utilizado diferentes vías para intentar reducir esta contaminación.

Se trata de recurrir a carburantes de sustitución que permiten limitar las emanaciones de gas carbónico o de modificar la naturaleza de la materia prima utilizada para la elaboración del cemento, para limitar las emanaciones de gas carbónico durante la etapa de cocción de esta materia prima.

Es en esta segunda vía en la que han trabajado los inventores de la presente invención realizando ensayos sistemáticos para desarrollar composiciones de aglutinantes hidráulicos con baja emisión de CO₂.

Se sabe que una de las vías para modificar la composición de un cemento con la intención de reducir las emisiones de CO₂ es recurrir a la utilización de escorias procedentes de altos hornos, de cenizas volantes de centrales eléctricas, de puzolanas naturales o sintéticas, y esto, con la intención de reducir la cantidad de clinker requerida para la preparación del cemento y, por consiguiente, las emisiones de CO₂.

Sin embargo, se sabe bien que estas diferentes utilizaciones perjudican generalmente a las resistencias mecánicas a edades tempranas (antes de 7 días).

La solicitud internacional WO 94/03407 describe aglutinantes hidráulicos con fraguado y endurecimiento rápidos y mezclas de aglutinantes que los contienen. Esta solicitud describe más particularmente aglutinantes hidráulicos que contienen del 50 al 99% en peso de un cemento natural que resulta de la calcinación a una temperatura de 900 a 1200ºC de una única y misma materia prima que contiene fases arcillosas sulfuradas y carbonato cálcico en mezcla íntima y del 1 al 50% de un producto puzolánico. Esta misma solicitud también describe mezclas de estos aglutinantes y con cementos de tipo Portland.

El inventor de la presente invención se ha dado cuenta de que, al realizar de forma sistemática muchas mezclas preparadas particularmente a partir de cementos naturales que presentan composiciones mineralógicas bien determinadas con cementos de tipo Portland enriquecidos en materiales puzolánicos, era posible acceder a composiciones de aglutinantes hidráulicos con baja emisión de CO₂ y que presentan notables propiedades mecánicas y propiedades de fraguado rápido, a pesar de su muy gran contenido de materiales de tipo puzolánico. A partir de estos ensayos sistemáticos, el inventor pudo optimizar la composición de los aglutinantes con la intención de obtener aglutinantes que presenten una retracción reducida, tiempos de fraguado regulables, particularmente tiempos de fraguado rápidos y una buena resistencia mecánica desde las primeras horas, al tiempo que se respeta al máximo el medioambiente, limitando la liberación de CO₂ y la energía necesaria para la cocción de la materia prima.

Se precisa ahora que, en todo el presente documento, cuando se hace referencia a la liberación de CO₂, se trata de la liberación vinculada a la descarbonatación y que esta emisión de CO₂ vinculada a la descarbonatación resulta de un cálculo.

Se trata de un cálculo realizado a partir de la composición química inicial de la materia prima utilizada para la elaboración del cemento (también designada como crudo). A partir de la composición química del crudo expresada en óxidos (esencialmente CaO y MgO), se calcula el contenido de carbonato y se determina mediante el cálculo la masa de CO₂ correspondiente que se añade a la tonelada de clinker.

A continuación se proporcionan las definiciones de términos que se utilizarán en el presente documento y que están, en general, de acuerdo con la norma europea EN197-1:

- por aglutinante hidráulico en el sentido de la invención, se entiende un material mineral que, mezclado con agua, forma una pasta que fragua y se endurece como consecuencia de reacciones y procesos de hidratación y que conserva su resistencia y su estabilidad, incluso bajo el agua después del endurecimiento.

- por cemento corriente (CEM), se entiende aglutinantes hidráulicos cuyo endurecimiento hidráulico se debe principalmente a la hidratación de los silicatos de calcio. Otros compuestos químicos, tales como los aluminatos, participan en este proceso de endurecimiento.

El conjunto de los compuestos químicos contenidos en un cemento CEM forma, después de la cocción a aproximadamente 1450ºC, lo que se llama el clinker.

Los cementos difieren entre sí en sus propiedades y su rendimiento.

En este documento nos referiremos a ensayos de rendimiento tales como los que se definen en la norma europea EN197-1. Esta norma define y presenta las especificaciones de 27 cementos llamados cementos corrientes cuya composición se da en la tabla I que figura al final de la descripción.

- Por cemento natural, se entiende un cemento que resulta del tratamiento térmico de una sola materia prima, en oposición a un cemento artificial, de tipo Portland.

- Por cemento rápido natural, se entiende un cemento con fraguado y endurecimiento rápidos, que resulta de la cocción a temperatura moderada de una caliza arcillosa de composición regular, extraída de bancos homogéneos, y triturada muy finamente. Este cemento es definido por la norma NFP 15-314.

Dicho cemento se caracteriza por la presencia de silicato de calcio, esencialmente en forma de silicato bicálcico activo, de aluminato de calcio rico en calcio y de sulfo-aluminato de calcio.

- Por clinker, se entiende el producto obtenido mediante calcinación del material mineral tratado.

- Por clinker Portland, se entiende, como se define en la norma EN 197-1, el producto obtenido por calcinación de una mezcla fijada con precisión de materias primas que contienen elementos expresados habitualmente en óxidos (CaO, SiO₂, Al₂O₃, Fe₂O₃) y pequeñas cantidades de otras materias.

- Por material puzolánico, se entiende sustancias naturales silíceas o silico-aluminosas, o una combinación de éstas pero también cenizas volantes y humos de sílice así como los materiales con propiedades puzolánicas, en particular, los materiales de tipo escoria.

- Los aglutinantes hidráulicos se utilizan con arena para obtener morteros.

- Los aglutinantes hidráulicos se utilizan con arena y grava para obtener hormigones.

De acuerdo con una de sus características esenciales, la invención se refiere a un aglutinante hidráulico que contiene en porcentaje en peso:

- del 1,1 al 9% de aluminato tricálcico

- del 1,5 al 13,5% de ferroaluminato tetracálcico

- del 0,5 al 1,5% de heptaaluminato de dodecacalcio

- del 0,5 al 1,5% de sulfato de trialuminato tetracálcico

- del 0 al 0,8% de silicoaluminato dicálcico

- del 5 al 70% de material(es) puzolánico(s)

- del 0 al 6% de sulfato de calcio,

estando el resto constituido por los constituyentes no aluminosos de al menos un clinker de tipo Portland.

Como se ha expuesto anteriormente, el desarrollo de un aglutinante hidráulico que responda a la composición anterior, es el resultado de ensayos...

1. Aglutinante hidráulico, caracterizado por que contiene, en porcentaje en peso:

- del 1,1 al 9% de aluminato tricálcico

- del 1,5 al 13,5% de ferroaluminato tetracálcico

- del 0,5 al 1,5% de heptaaluminato de dodecacalcio

- del 0,5 al 1,5% de sulfato de trialuminato tetracálcico

- del 0 al 0,8% de silicoaluminato dicálcico

- del 5 al 70% de material(es) puzolánico(s)

- del 0 al 6% de sulfato de calcio,

estando el resto constituido por los constituyentes no aluminosos de al menos un clinker de tipo Portland.

2. Aglutinante hidráulico de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que los material(es) hbox{puzolánico(s)} se seleccionan entre el grupo constituido por puzolanas naturales, puzolanas naturales calcinadas, cenizas volantes silíceas, cenizas volantes calcáreas, humo de sílice y escorias, particularmente escorias de alto horno, y por sus mezclas.

3. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que contiene del 20 al 70% en peso de material(es) puzolánico(s).

4. Aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 3, caracterizado por que se obtiene mediante mezcla de un cemento natural, de al menos un cemento corriente de tipo CEM II, CEM III, CEM IV o CEM V y de hbox{material(es)} puzolánico(s).

5. Aglutinante hidráulico de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado por que resulta de la mezcla de al menos un cemento natural, con al menos un cemento de tipo Portland y al menos un material puzolánico en proporciones tales que el cemento natural represente del 20 al 50% en peso de dicha mezcla y que el clinker de tipo Portland introducido por dicho o dichos cementos de tipo Portland represente del 6 al 59% en peso de dicha mezcla.

6. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 4 ó 5, caracterizado por que dicho cemento natural es un cemento de tipo belítico activado por aluminatos.

7. Aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado por que los aluminatos que contiene se han cocido a diferentes temperaturas.

8. Aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado por que contiene un cemento natural cuya temperatura de cocción se escalona entre 500 y 1300ºC.

9. Aglutinante de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que dicho cemento natural contiene aluminatos tales como se han definido en la reivindicación 1 que presentan cada uno al menos una fracción cocida a una temperatura óptima de reactividad, estando las otras fases mineralógicas constituidas esencialmente por:

- belita (C2S): del 40 al 70%,

- alita (C3S): del 5 al 17%,

- carbonato cálcico: del 0 al 15%, estando las diferentes proporciones expresadas en peso.

10. Aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que contiene del 20 al 50% en peso de cemento rápido natural.

11. Aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizado por que contiene:

- del 20 al 50% en peso de cemento natural, en particular de cemento rápido natural,

- del 0 al 6% de sulfato de calcio,

- del 8 al 47% de clinker de tipo Portland,

- del 20 al 70% de material(es) puzolánico(s).

12. Hormigones o morteros, caracterizados por que se preparan utilizando un aglutinante tal como se define en una de las reivindicaciones 1 a 11, como aglutinante hidráulico.