PROCEDIMIENTO PARA PRODUCIR UN MATERIAL GRANULAR.

La presente invención se refiere a un procedimiento para producir un material granular para su mezcla con al menos un agente aglomerante hidráulico y con agua, a fin de producir mortero u hormigón. La industria del acero produce grandes cantidades de materiales de desecho, en particular, en forma de impurezas o escoria de acero. El desechado de esos residuos constituye un problema significativo, en particular, para la escoria de acero que contiene contaminantes tales como metales pesados, por ejemplo, cromo, níquel o molibdeno, y/o halógenos, por ejemplo, flúor, que pueden constituir un riesgo significativo para el medioambiente y la salud, en el caso de que se filtren o lixivien al exterior, en el medioambiente y, en particular, en fuentes de suministro de agua y/o en la cadena alimenticia. La Escoria de Alto Horno Granulada (GBFS Granulated Blast Furnace Slag), formada principalmente por una fase amorfa de una mezcla de óxidos de calcio, de silicio, de aluminio y de magnesio formados tras un temple o enfriamiento rápido de la escoria fundida, puede utilizarse al menos como agregado basto en composiciones de hormigón, o bien, en una forma finamente molida (GGBFS Ground GBFS), como sustituto del cemento. Sin embargo, la fracción fina de escoria lentamente enfriada y, por tanto, mayormente cristalina, ha mostrado hasta el presente propiedades extremadamente negativas de absorción de agua. Semejante escoria contiene -silicato de dicalcio, que no tiene propiedades aglomerantes pero, por otra parte, es capaz de absorber grandes cantidades de agua. Esto tiene efectos perjudiciales, por ejemplo, para la durabilidad del hormigón y su capacidad de ser trabajado, en el caso de que esta escoria se utilice como agregado fino (esto es, arena) o relleno. Como el -silicato de dicalcio absorbe gran cantidad del agua vertida en la mezcla de hormigón, esta no consigue hacerse lo suficientemente fluida como para ser vertida de manera eficaz, lo que impide que pueda trabajarse con ella. Es más, a medida que el agua atrapada en el seno de la escoria es liberada durante el proceso de fraguado del hormigón, puede formar pequeños huecos que van en detrimento de su resistencia y durabilidad. A temperatura ambiental, la escoria de limo-silicato cristalino comprende generalmente cristales de silicato de dicalcio, (CaO)2SiO2, tanto en su estado polimórfico ß como en el . A medida que el silicato de dicalcio fundido se enfría lentamente y se solidifica, pasa por diversas formas polimórficas: con estructura cristalina hexagonal, H con estructura cristalina ortorrómbica, L con estructura cristalina ortorrómbica, ß con estructura cristalina monoclínica, y con estructura cristalina ortorrómbica. Como la última transición está asociada a un incremento de aproximadamente el 12% en volumen, ello provoca elevadas tensiones y microgrietas en los cristales de silicato de dicalcio del estado ortorrómbico y polimórfico. Estas microgrietas explican lo desventajoso de las propiedades de absorción de agua que se han encontrado hasta el presente en la escoria que contiene -silicato de dicalcio, en tanto en cuanto el agua es absorbida en su seno por capilaridad. El incremento de volumen en la transición del estado polimórfico ß al estado polimórfico no solo provoca microgrietas, sino incluso la fractura y separación de los granos. Como resultado de ello, la fina fracción de la escoria será desproporcionadamente rica en -silicato de dicalcio, comparativamente blando. Debido a las microgrietas anteriormente mencionadas y a la capilaridad asociada, esta fina fracción de la escoria tendrá una capacidad de absorción de agua de más del 35%. Y lo que es más, en condiciones comparativamente húmedas, es capaz de retener esta agua durante periodos de tiempo más largos. En el artículo El uso de escoria de acero inoxidable en el hormigón (The use of stainless steel slag in concrete), de A. Kortbaoui, A. Tagnit-Hamou y P.C. Aïtcin, Cement-Based Materials [Materiales basados en el cemento], páginas 77-90, 1993, se proponía un procedimiento para producir mortero u hormigón que comprendía la etapa de mezclar al menos una fina fracción de partículas de escoria de acero, que contienen una cantidad significativa de silicato de dicalcio, con al menos un agente aglomerante hidráulico y con agua para producir dicho mortero o dicho hormigón. Sin embargo, la cantidad utilizada estaba limitada por el efecto negativo que tenía esa fina fracción en la capacidad de ser trabajada de la mezcla de cemento. Puesto que la fina fracción de escoria de acero puede absorber grandes cantidades de agua, el uso de las cantidades normales de agua en la mezcla dará como resultado una pasta espesa, casi sólida. En particular, este impacto negativo en la susceptibilidad para ser trabajada de la mezcla de cemento la hará inadecuada para su uso en hormigón compactado por sí mismo o de autocompactación, según se define por las Directrices Europeas para el Hormigón de Autocompactación, publicadas por la Organización Europea del Hormigón Precolado (European Precast Concrete Organisation), la Asociación Europea 2 E09702966 02-11-2011   del Cemento (European Cement Association), la Organización Europea del Hormigón Listo para su Mezcla (European Ready-mix Concrete Organisation), la Federación Europea de Asociaciones de Mezclas de Hormigón (European Federation of Concrete Admixture Associations) y la Federación Europea de Especialistas en Productos Químicos y Sistemas de Hormigón para la Construcción (European Federation of Specialists Construction Chemicals and Concrete Systems). Añadir más agua, sin embargo, tendrá un impacto negativo en la resistencia del hormigón, ya que se forma una película de agua alrededor de cada partícula de escoria de acero, que dejará un espacio vacío una vez que se endurezca el hormigón. Los intentos de compensar este hecho mediante la adición de un agente plastificante o un cemento aumentarán el coste. Por otra parte, en las instalaciones de producción de hormigón, el agua que es adsorbida sobre las partículas de los agregados finos y bastos (puesto que esta agua se encuentra fácilmente disponible en el mortero o en la mezcla de hormigón) se tiene en cuenta a la hora de ponderar los diferentes ingredientes del hormigón o del mortero que se ha de preparar, pero no así la cantidad de agua que es absorbida más intensamente en el seno de estos agregados. El agua absorbida se determina, más concretamente, determinando la densidad de superficie seca de los agregados y calculando la diferencia entre la densidad real de estos agregados y la densidad de superficie seca de los mismos. Cuando las partículas de escoria de acero están secas, absorben una gran cantidad de agua de la composición de hormigón o de mortero, lo que tiene como resultado, como se ha explicado en lo anterior, una pobre susceptibilidad de ser trabajada. Por otra parte, puesto que la cantidad de agua absorbida en las partículas de escoria de acero tiene un importante efecto en la densidad de las partículas de escoria de acero, el uso de partículas de escoria de acero, secas o húmedas, tendrá, además, un considerable efecto en la composición del hormigón o del mortero según sean ponderados los diferentes componentes. Los ensayos del presente Solicitante han revelado que la fina fracción de escoria no templada puede absorber más del 35% en peso de agua (determinado sobre la base del peso de superficie seca, es decir, que no incluye nada de agua adsorbida sobre las partículas de escoria), en tanto que, tras el secado a 42ºC, el contenido de agua puede ser menor que la décima parte de eso. Esto tiene como resultado un intervalo de contenidos de agua muy amplio en condiciones reales, antes bien que de laboratorio, lo que, en la práctica, hace muy difícil mantener parámetros de material consistentes bajo diversas condiciones climáticas, especialmente habida cuenta de que el contenido de agua absorbida en las partículas de escoria no se tiene presente a la hora de ponderar los ingredientes del hormigón o del mortero. Una desventaja de una elevada absorción de agua es que el aumento del peso específico de la escoria saturada de agua y de las mezclas de mortero o de hormigón que la contienen, tiene como resultado unos costes de transporte más altos y requiere unas cajas más fuertes a la hora de colar el hormigón. También, el agua absorbida en el seno de las partículas de escoria puede formar embolsamientos en el hormigón o el mortero que las contiene. Estos embolsamientos de agua pueden hacer que el material terminado sea más vulnerable a las heladas. Por último, puesto que la escoria puede contener metales pesados, la filtración sigue siendo un problema considerable. En el documento EP 1.420.000, se ha utilizado una fina fracción de escoria no templada que contiene -silicato de dicalcio, no como arena... [Seguir leyendo]

1.- Un procedimiento para producir un material granular (26) para su mezcla con al menos un agente aglomerante hidráulico y con agua para producir mortero u hormigón, caracterizado por que comprende: una etapa de agregación, en la que dichas partículas de escoria procedentes de al menos una fina fracción (24) de escoria de acero que contiene una cantidad significativa de -silicato de dicalcio, son agregadas en granos más grandes con el fin de formar un material granular más basto o grueso (25); y una etapa de carburación en la que dichas partículas de escoria de acero contenidas en dicho material granular más grueso (25) son carburadas por medio de dióxido de carbono con el fin de producir un material granular carburado (26) cuyos granos contienen dichas partículas de escoria de acero, unidas o ligadas entre sí por una matriz sólida que contiene carbonatos formados durante la etapa de carburación. 2.- Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, en el cual el contenido de agua de dichos granos más grandes, durante la etapa de agregación, es controlado de tal manera que, en el extremo de dicha etapa de agregación, está comprendido dentro de un intervalo de entre el 5% en peso, preferiblemente el 3% en peso, por encima y por debajo del contenido de agua óptimo que da como resultado una densidad en seco máxima en un ensayo de compactación de Proctor llevado a cabo de acuerdo con ASTM D698 / AASHTO T99 con las partículas utilizadas para producir los granos más grandes. 3.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas partículas de escoria de acero tienen tamaños no mayores que x, siendo x no mayor que 4 mm, preferiblemente no mayor que 3 mm, más preferiblemente, no mayor que 2 mm y, de la forma más preferida, no mayor que 1 mm. 4.- Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 3, caracterizado por que dichos granos tienen tamaños de hasta, e incluyendo, y, siendo y más grande que 2x, preferiblemente más grande que 3x, más preferiblemente más grande que 4x y, de la forma más preferida, más grande que 5x. 5.- Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que y es más pequeño que 25 mm, preferiblemente más pequeño que 20 mm y, más preferiblemente, más pequeño que 15 mm. 6.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dicho material granular más grueso (25) es agitado durante dicha etapa de carburación, preferiblemente de una manera sustancialmente continua. 7.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se añade un agente aglomerante, en particular cemento Pórtland común, a dichas partículas de escoria de acero antes de, y/o durante, dicha etapa de agregación, en particular con una relación de peso con respecto a las partículas de escoria de acero comprendida entre el 1% el 10%. 8.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedente, en el cual dicho material granular carburado contiene al menos el 2% en peso, preferiblemente al menos el 3% en peso y, más preferiblemente, al menos el 4% en peso de carbonatos (expresados como CO3 2- ) producidos durante la etapa de carburación. 9.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, en el cual dicha carburación se lleva a cabo utilizando un gas, tal como, por ejemplo, gases de combustión, que comprende al menos el 5% en volumen, preferiblemente al menos el 8% en volumen y, más preferiblemente, al menos el 10% en volumen de dióxido de carbono. 10.- Un procedimiento de acuerdo con la reivindicación 9, en el cual dicho gas se utiliza subsiguientemente para rebajar el pH de un agua efluente que tiene un pH mayor que 11. 11.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 9 y 10, en el cual dicho gas comprende menos del 30% en volumen, preferiblemente menos del 25% en volumen y, más preferiblemente, menos del 20% en volumen de dióxido de carbono. 12.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas partículas de escoria de acero son partículas de escoria de acero inoxidable que comprenden, en particular, al menos 3.000 ppm, más particularmente, al menos 5.000 ppm, de cromo. 13.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas partículas de escoria de acero inoxidable comprenden al menos 100 ppm, en particular al menos 1.000 ppm y, más particularmente, al menos 2.500 ppm de molibdeno. 14.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se E09702966 02-11-2011   añade un compuesto de bario soluble en agua a las partículas de escoria de acero antes, al menos, de dicha etapa de carburación. 15.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que se añade una base, en particular hidróxido de sodio y/o potasio, a las partículas de escoria de acero antes, al menos, de dicha etapa de carburación, a fin de contrarrestar una acidez incrementada debida a la etapa de carburación, preferiblemente para amortiguar las partículas de escoria de acero carburadas a un pH mayor que 11,5, más particularmente, mayor que 12. 16.- Un procedimiento de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones precedentes, caracterizado por que dichas partículas de escoria de acero contienen al menos el 3% en peso, preferiblemente al menos el 5% en peso y, más preferiblemente, al menos el 7% en peso de -silicato de dicalcio. 17.- Un material granular carburado (26) que tiene granos que comprenden partículas de escoria de acero agregadas que contienen una cantidad significativa de -silicato de dicalcio, en particular al menos el 3% en peso, preferiblemente al menos el 5% en peso y, más preferiblemente, al menos el 7% en peso, y unidas en el seno de cada grano por una matriz sólida que comprende al menos carbonatos de calcio y/o de magnesio. 18.- Un material granular carburado de acuerdo con la reivindicación 17, en el cual dichas partículas de escoria de acero están compactadas o empaquetas dentro de cada grano con una densidad de empaquetamiento no menor del 5% menos que la densidad de Proctor máxima, según se determina por un ensayo de compactación de Proctor de acuerdo con ASTM D698 / AASHTO T99, llevado a cabo con dichas partículas de escoria de acero. 19.- Un material granular carburado (26) de acuerdo con la reivindicación 17 o la reivindicación 18, con una densidad volumétrica menor que 1.800 kg/m 3 , preferiblemente menor que 1.600 kg/m 3 y, más preferiblemente, menor que 1.500 kg/m 3 . 20.- Un procedimiento para producir mortero u hormigón mediante la mezcla de un material granular carburado (26) de acuerdo con una cualquiera de las reivindicaciones 17 a 19, con al menos un agente aglomerante hidráulico y con agua. 16 E09702966 02-11-2011   17 E09702966 02-11-2011   18 E09702966 02-11-2011   19 E09702966 02-11-2011   E09702966 02-11-2011   21 E09702966 02-11-2011