Una composición de cemento que contiene una mezcla de cemento que comprende un polvo de escoria de alto horno enfriada con aire,

que contiene melitita como el componente principal, y la escoria contiene, al menos, un 0,5% de azufre presente como azufre en una forma distinta de ácido sulfúrico, en la que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene un grado de vitrificación de, como máximo, el 30%

Mezcla de cemento, composición de cemento y hormigón de cemento preparado a partir del mismo.

Campo técnico

La presente invención se refiere a una mezcla de cemento, una composición de cemento y un hormigón de cemento preparado a partir del mismo, que se van a usar principalmente en el campo de la ingeniería y construcción civil. Aquí, el hormigón de cemento usado en la presente invención generalmente se refiere a pasta de cemento, mortero y hormigón. Adicionalmente, las partes o % en la presente invención son en masa, a menos que se especifique otra cosa.

Técnica antecedente

Con respecto a la emisión de dióxido de carbono, la contribución de la ingeniería y construcción civil en el cómputo global de la industria es muy grande, y se desea reducir su carga medioambiental. Por otro lado, el dióxido de carbono descargado de la industria del cemento procede principalmente del combustible durante la calcinación o descarboxilación de caliza, como material de partida. Por consiguiente, para reducir las emisiones de dióxido de carbono, el método más eficaz es reducir la cantidad de calcinación de clínker de cemento, y es extremadamente importante promover la utilización de diversas mezclas de diversos cementos mixtos.

Adicionalmente, con vistas a la construcción de estructuras de hormigón duraderas, se desea prevenir las fugas resultantes de segregación y suprimir la generación de calor por hidratación. Particularmente, en años recientes, el rendimiento requerido para el hormigón está diversificado y para el fin de racionalización de la aplicación diversos tipos de hormigón altamente fluidos se han propuesto que no requieren compactación y que tienen propiedades de auto-carga ("Report of JCI Ultra Fluidity Concrete Research Committee" (May 1003) y "Report II of the same" (May 1994), publicado por Japan Concrete Institute).

Dicho hormigón altamente fluido tiende a experimentar segregación si la cantidad unitaria de un aglutinante tal como cemento es menor de aproximadamente 500 kg/m³ y, por consiguiente, normalmente tiene una cantidad de aglutinante unitario de al menos aproximadamente 500 kg/m³. Y, el hormigón de alta fluidez que tiene una cantidad de aglutinante unitario mayor tiene un problema de que el valor del calor de hidratación es mayor y la carga medioambiental también es grande.

Para resolver dicho problema, se ha propuesto un hormigón de alta fluidez, en el que se usa polvo fino de caliza en sustitución de una parte del aglutinante (documento JP-A-5-319889). El polvo fino de caliza no muestra una hidraulicidad sustancial y, por consiguiente, el hormigón de alta fluidez en el que el polvo fino de caliza se usa en sustitución de una parte del aglutinante, tiene la ventaja de que confiere resistencia de segregación, sin dar lugar a un calor de hidratación innecesario. Sin embargo, la caliza es un recurso natural valioso para nuestro país, que tiene pocos recursos, y su utilización simplemente para mezclarla y formar hormigón, es probable que conduzca al agotamiento del recurso. Por consiguiente, actualmente hay muchas voces que se elevan para una utilización más eficaz de la caliza.

Adicionalmente, el cemento mezclado con caliza tiene un problema de que es probable que se neutralice, y no proporciona una buena resistencia inicial. La neutralización es importante, puesto que se refiere a durabilidad de una estructura de ferro-hormigón, y la resistencia inicial es importante, puesto que está relacionada en gran medida con un ciclo de desmoldeo y, de esta manera, es importante para acortar el periodo de aplicación. Adicionalmente, la neutralización es un factor de deterioro importante que influye en la durabilidad del ferro-hormigón, y en el hormigón neutralizado, el acero de refuerzo se corroerá y habrá un peligro de que caigan fragmentos de hormigón. Actualmente, se desea desarrollar una composición de cemento que sea excelente para proporcionar durabilidad y resistencia inicial, y que sea capaz de proporcionar resistencia una igual a la del cemento Portland habitual que se usa sólo, incluso si la mezcla se usa en una combinación que supera el 30%.

Por otro lado, la escoria de alto horno que se descarga como residuo industrial de las plantas de acero se usa ampliamente en el campo del hormigón de cemento. La escoria de alto horno generalmente se clasifica en escoria de alto horno granulada, denominada inactivada y vitrificada, y escoria de alto horno refrigerada lentamente, denominada enfriada al aire y cristalizada. Entre ellas, la escoria de alto horno granulada que tiene una hidraulicidad latente en álcali y un pulverizado al mismo nivel que el cemento, o más finamente que el cemento, se usa como material de partida para el cemento de alto horno.

La escoria de alto horno granulada vitrificada tiene una hidraulicidad latente excelente, con lo que incluso cuando se mezcla en una gran cantidad con clínker de cemento, su resistencia a largo plazo no disminuirá y se están haciendo estudios en diversos campos, tales como por ejemplo, hormigón de alta resistencia y hormigón de alta fluidez ("Aplicability of Powder of Blast Furnace Slag to High Strength Concrete", Kenichi Yasudo et al., documentos presentados en la 45ª Cement Technology Convention, pág. 184-189, 1991, etc.).

La escoria de alto horno granulada vitrificada tiene una hidraulicidad excelente, con lo que la resistencia no disminuirá durante un largo periodo de tiempo, incluso cuando se mezcle una gran cantidad con clínker de cemento. Sin embargo, por otro lado, como presenta una resistencia tan alta, la escoria de alto horno granulada vitrificada ha tenido un problema tal que la generación de calor por hidratación y contracción autógena tienden a ser sustanciales. Dicha generación de calor y contracción autógena son factores que inducen el agrietamiento y son fenómenos no deseables cuando tienen que construirse estructuras de ferro-hormigón duraderas.

Por otro lado, la escoria de alto horno enfriada lentamente se denomina también con otro nombre, es decir, escoria cristalizada o ballas, y es una que no muestra hidraulicidad. Por consiguiente, se usaba principalmente como material para calzada, aunque recientemente el agregado reciclado se ha convertido en el material de calzada usado preferentemente. De esta manera, es probable que pierda la aplicación convencional, y su aplicación útil aún se está buscando ("Application of Slag to Cement Concrete", Akihiko Yoda, Inorganic material, Vol. 6, pág. 62-67, 1999), "Law Relating to Promotion of Utilizing reclaimed Resource, so-called reycle law", octubre de 1991).

Sin embargo, un examen de la escoria de alto horno cristalizada para hormigón altamente fluido se ha descrito en Minoru Morioka et al., Cement Science and Concrete Technology, 54, pág. 44-50 (2000). Además, el documento JP-A-2001-261415 describe agentes de mezcla de cemento que contienen escoria enfriada lentamente, particularmente escoria enfriada lentamente que tiene más de 4.000 cm²/g de área superficial específica Blaine y un 30% o menos de tasa de vitrificación, y a partir de la misma se obtienen composiciones de cemento y hormigones altamente fluidos.

En años recientes, un problema relacionado con la durabilidad del hormigón se ha convertido en un problema grave y varias sociedades académicas han publicado directrices, principios de normalización etc. relacionados con el hormigón duradero. Particularmente, la proporción agua/cemento de hormigón está influida sustancialmente por la durabilidad y, por consiguiente, con el propósito de reducir la cantidad unitaria de agua, la frecuencia de uso de un agente de reducción de agua de alto rendimiento o un agente de reducción de agua AE de alto rendimiento ha aumentado rápidamente, y también se han emitido directrices para ello.

Sin embargo, hay un problema tal que a medida que la cantidad unitaria de agua se reduce, el cambio de consistencia con el tiempo tiende a ser grande, y la fluidez tiende a disminuir, y actualmente no hay una solución fundamental a este problema. Este es particularmente el caso del hormigón de alta fluidez, en el que el problema de la reducción de fluidez se está convirtiendo en un problema grave.

El hormigón de alta fluidez es un hormigón desarrollado para que no sea susceptible a una influencia debida a la calidad de los defectos de construcción, y su propiedad de auto-carga sea la característica más importante. Y se requiere mantener la fluidez durante el transporte...

1. Una composición de cemento que contiene una mezcla de cemento que comprende un polvo de escoria de alto horno enfriada con aire, que contiene melitita como el componente principal, y la escoria contiene, al menos, un 0,5% de azufre presente como azufre en una forma distinta de ácido sulfúrico, en la que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene un grado de vitrificación de, como máximo, el 30%.

2. La composición de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene una absorción de dióxido de carbono de al menos el 2% cuando se carbonata durante 7 días en aire que tiene una concentración de dióxido de carbono del 5%, una temperatura de 30ºC y una humedad relativa del 60%.

3. La composición de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene una pérdida en la ignición de, como máximo, el 5%, que es una reducción de peso cuando se quema a 1.000ºC durante 30 minutos.

4. La composición de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene una concentración de iones azufre en una forma distinta de ácido sulfúrico para eluir de al menos 100 mg/l, en la que la concentración de iones azufre en una forma distinta de ácido sulfúrico para eluir es la concentración de iones azufre en una forma distinta de ácido sulfúrico contenidos en la fase líquida cuando 20 g de polvo de escoria de alto horno enfriada con aire se ponen en 100 ml de agua a 20ºC, y se agitan durante 30 minutos, seguido de separación sólido-líquido.

5. La composición de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene una constante a de la red de melitita de 7,63 a 7,82.

6. La composición de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene un área superficial específica Blaine de al menos 4.000 cm²/g.

7. La composición de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha mezcla de cemento tiene un consumo de oxígeno de al menos 2,5x10^-3 mmol O₂/g, determinado mezclando 2 g del polvo de escoria en 40 ml de agua destilada, agitando durante 2 horas, filtrando, añadiendo a 10 ml del filtrado 10 ml de una solución acuosa de sulfato de cerio tetravalente 0,1 mol/l y unas pocas gotas de un indicador de oxidación-reducción, de tipo ferroína, 1/40 mol/l, seguido de valoración con 0,1 mol/l de sulfato ferroso, obteniendo la cantidad de cerio tetravalente en mmol/g reducido a trivalente por el polvo de escoria, y dividiendo este valor por 4 para obtener el consumo de oxígeno en mmol de O₂/g.

8. La composición de cemento de acuerdo con la reivindicación 1, en la que dicha mezcla de cemento tiene un potencial de oxidación-reducción de al menos 100 mV, en la que dicho potencial de oxidación-reducción se determina mezclando 50 g de polvo de escoria y 100 ml de agua destilada, agitando durante 24 horas, filtrando, midiendo el potencial de oxidación-reducción del filtrado mediante un electrodo ORP para obtener ORP1, midiendo el pH de filtrado, midiendo el potencial de oxidación-reducción ORP2 del agua destilada ajustada al mismo pH, y determinando dicho potencial de oxidación-reducción en mV, a partir de la diferencia entre ORP2 y ORP1.

9. La composición de cemento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 8, en la que el cemento es cemento Portland que tiene un contenido de 3CaO•SiO₂ de al menos el 60% en peso.

10. Uso de un polvo de escoria de alto horno enfriada con aire que contiene melitita como el componente principal, y que contiene, al menos, un 0,5% de azufre presente como azufre en una forma distinta de ácido sulfúrico, como una mezcla de cemento para una composición de cemento, en el que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene un grado de vitrificación de, como máximo, el 30%.

11. El uso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire es como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 2 a 6.

12. El uso de acuerdo con la reivindicación 10, en el que la mezcla de cemento es como se ha definido en la reivindicación 7 u 8.

13. Una mezcla de cemento que comprende un polvo de escoria de alto horno enfriada con aire, que contiene melitita como el componente principal, y la escoria contiene al menos el 0,5% de azufre presente como azufre en una forma distinta de ácido sulfúrico, en el que el polvo de escoria de alto horno enfriada con aire tiene un grado de vitrificación de, como máximo, el 30%.

14. Hormigón de cemento hecho de la composición de cemento como se ha definido en una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9.