Aglomerante de etringita y yeso de alta resistencia frente al fuego y procedimiento de obtención.

Aglomerante compuesto mayormente por etringita y una pequeña cantidad de yeso. Se obtiene en base a 32 % de metacaolín, 39 % de yeso hemihidrato y 20 % de cal, que se mezclan mecánicamente a presión y temperatura ambiente, hasta obtener un polvo homogéneo.

Luego se mezcla con agua con una relación agua/sólido comprendida entre 0,8-1,2, durante 2-3 minutos. Para que se forme la etringita se debe mantener húmedo al menos durante 7 días. El material resultante queda preparado para su utilización como recubrimiento.

Para utilizarlo para elementos prefabricados o como adición en polvo, una vez mezclada la pasta, se vierte en molde. Se podrá desmoldar en menos de 24 h obteniéndose el elemento prefabricado que se deberá curar durante 7 días en ambiente húmedo.

Para utilizarlo como polvo, se debe secar, moler y tamizar.

Aglomerante a base de etringita y yeso de alta resistencia frente al fuego y procedimiento de obtención.

Objeto

Este invento consiste en un aglomerante compuesto básicamente por etringita y yeso. Se caracteriza por tener una alta resistencia al fuego. La Etringitta es un sulfo aluminato de calcio, cuya composición química es la siguiente: 3CaO.Al2O3.CaSO4.32H2O.

Con respecto del procedimiento de obtención, éste se caracteriza porque la etringita se forma sin necesidad de mezclar los componentes en condiciones especiales de presión o temperatura. El material que se emplea como fuente de alúmina es el metacaolín.

El sector industrial al que pertenece este invento es el de los materiales de construcción.

Antecedentes de la invención

Actualmente la resistencia al fuego de los elementos constructivos, sean verticales u horizontales, se valora de forma global teniendo en cuenta todos sus componentes. Cuanto más resistentes sean dichos componentes mejor será la resistencia al fuego del conjunto.

Los morteros de yeso o prefabricados de yeso son habituales tanto en paramentos verticales como horizontales, aplicados como morteros de recubrimiento manuales o proyectados o en forma de placas o paneles.

El material a base de etringita que se presenta produce un retardo en el incremento de la temperatura en lo que respecta a su comportamiento frente al fuego al comparase con yeso convencional. También se ha estudiado la etringita como una adición en una pequeña proporción (hasta un 7%) al yeso convencional demostrándose que también se produce la mejora en el comportamiento de la resistencia frente al fuego.

Existen muy pocas referencias bibliográficas sobre la síntesis de etringita y en ellos se habla de materiales de partida y condiciones de obtención diferentes a los empleados en el desarrollo de este invento, caracterizados por procesos mas elaborados y costosos.

Por otra parte existen patentes que hablan sobre la síntesis de etringita a partir de yeso (CaSO4), cal viva o apagada (CaO y Ca(OH)2) y otro material que actúe como fuente de Al2O3 como cemento aluminoso, escorias de alto horno y otros residuos. En otras patentes no se especifican los materiales de partida y simplemente se comenta que se han empleado materiales que contengan CaO, CaSO4 y Al2O3 en las proporciones adecuadas. También existen síntesis mas sofisticadas en las que se mezclan reactivos tipo Al2(SO4)3, Al(OH)3 y que requieren una condiciones determinadas de presión, temperatura y atmósfera.

En este caso el material a emplear como fuente de alúmina es la metacaolinita, aunque se pueden utilizar otras sustancias ricas en alúmina reactivas en medio alcalino con la cal (puzolanas). Mediante el procedimiento de obtención diseñado, la etringita se forma sin necesidad de mezclar los componentes en condiciones especiales de presión o temperatura.

Por otra parte, el metacaolín blanco es una material abundante que no presenta ningún problema de suministro, no altera el color blanco de la cal y el yeso (color que si que quedaría alterado cuando se emplea cemento o escoria), tiene un coste asequible y sé obtiene a temperaturas muy inferiores a las de obtención del cemento con lo cual presenta un ventaja medioambiental importante frente a éste.

Documentos sobre la síntesis de la etringita consultados

[1] Synthesis of Ettringite from Portlandite Suspensions at Various Ca/Al Ratios

T. Terai, A. Mikuni, Y. Nakamura, and K. Ikeda

Yamaguchi Prefectural Industrial Technology Institute, 4-1-1 Asutopia, Ube 755-0195, Japan e-mail: k-ikeda@yamaguchi-u.ac.jp

Received January 5, 2006; in final form, December 21, 2006

[2] Mineralogical characteristics of Ettringites synthesized from solutions and suspensions

F. Goetz-NeunhoefferT, J. Neubauer, P. Schwesig

Department of Mineralogy, University of Erlangen-Nuremberg, Schlossgarten 5a, 91054 Erlangen, Germany

Received 22 January 2004; accepted 30 April 2004

[3] Sonochemical synthesis of ettringite from a powder mixture suspended in water Qiwu Zhang, Fumio Saito)

Received 13 August 1998; received in revised form 8 February 1999; accepted 15 April 1999

[4] Investigation of the structure of ettringite by time-of-flight neutron powder diffraction techniques

M.R. Hartman *, R. Berliner

University of Michigan, Ann Arbor, MI 48109, USA

Received 29 September 2004; accepted 22 August 2005

La etringita pura se puede obtener según diversos métodos basados en la formación del compuesto a partir de unos determinados reactivos en procesos de disolución-precipitación. Los reactivos empleados en todos los casos son de elevada pureza y calidad.

Según [1] la etringita se puede obtener a partir de los reactivos Al2(SO4)3.(14-18)H2O y Ca(OH)2. Se prepara una disolución 0.01 M de Al2(SO4)3 y se añade Ca(OH)2 para que la relación molar Ca/Al esté comprendida entre 2 y 5. La relación estequiométrica sería 3, pero también se forma etringita con relaciones superiores o inferiores a la estequiométrica. Junto con el Ca(OH)2 se añade también sacarosa C12H22O11 en relación molar con Ca(OH)2 de 0.5 para estimular la disolución de la cal. Para que se forme etringita el pH debe ser superior a 9.86.

La disolución que contiene los reactivos debe mantenerse en agitación un mínimo de 3 h y posteriormente se somete a filtración a vacío. El producto resultante retenido en la filtración se lava y se deja secar a temperatura ambiente durante 2 días.

[2] Propone un proceso de síntesis similar, partiendo de disoluciones de Al2(SO4)3 0.0023 M o 0.0114 M y 0.014 M o 0.068 M de CaO en 10 g/l o 45 g/l de sacarosa respectivamente, manteniendo la relación estequiométrica CaO/Al2O3 = 6.

En [3] se proponen reactivos diferentes: Ca(OH)2, Al(OH)3 y CaSO4.2H2O. La síntesis se realizaría a presión atmosférica con aplicación de ultrasonidos o en su defecto calentando hasta 80ºC. La relación Ca(OH)2:Al(OH)3:CaSO2.2H2O es la relación estequiométrica 3:2:3.

En [4] se propone una síntesis a partir de una disolución con 0.17 M de Ca(OH)2 en 10 g/l de sacarosa y una disolución 0.01125 M de Al2(SO4)3 en atmósfera de N2. El precipitado formado se filtra a vacío y se seca posteriormente.

Patente consultadas

MORTAR COMPRISING ETTRINGITE BINDER FOR DENSE MORTAR CONTAINING CALCIUM SULPHATES AND A MINERAL COMPOUND OF CALCIUM ALUMINATES Inventor: AMATHIEU LORIS [FR]; TUZO BRUNO [FR] EC: C04B7/32B Solicitante: KERNEOS [FR] IPC: C04B11/28; C04B14/06.

ETTRINGITE BINDER FOR DENSE MORTAR, COMPRISING CALCIUM SULPHATES AND A MINERAL CALCIUM ALUMINATE COMPOUND EA007774 (B1) - 2007-02-27 C04B22/06; (+11) Priority Date: 2002-04-24.

DENSE MORTAR BASED ON BINARY ETTRINGITE BINDER, COMPRISING AT LEAST ONE POLY(ALKYLENE OXIDE) COMB POLYMER AND AT LEAST ONE STRUCTURING ORGANIC RESIN Inventor: AMATHIEU LORIS [FR]; TOUZO BRUNO [FR] (+2) KR20050016372 (A) - 2005-02-21 Priority Date: 2004-10-25 Solicitante: KERNEO [FR].

STABILIZING SULFATE CONTAINING SOIL, COMPRISES ADDING CARBONACEOUS AGGREGATE TO THE SOIL AND MIXING, WHERE THE MICROBIAL SULFATE REDUCTION TO SULFIDE IS STIMULATED AND THE FORMATION OF ETTRINGITE IS REDUCED EA008311 (B1) - 2007-04-27 Priority Date: 2003-10-23 Inventor: BAUMGAERTNER MANFRED [DE] Solicitante: M200 GMBH [DE].

BINDER COMPONENTS BUILDING ETTRINGITE Inventor: UNSIN JOACHIM [DE]; SPENCER NICHOLAS JOHN [DE] (+1) Solicitante: CALUCEM GMBH [DE] EC: C04B28/06B EP1785405 (A2) - 2007-05-16 EP1785405 (A3) - 2008-08-20 EP1785405 (B1) - 2010-01-20 Priority Date: 2005-11-15.

DENSE MORTAR BASED ON BINARY ETTRINGITE BINDER, COMPRISING AT LEAST ONE POLY(ALKYLENE OXIDE) COMB POLYMER AND AT LEAST ONE STRUCTURING ORGANIC RESIN Inventor: AMATHIEU LORIS [FR]; TOUZO BRUNO [FR] (+2) Solicitante: KERNEOS [FR Priority Date:...

1. Aglomerante a base de etringita y yeso de alta resistencia al fuego, fabricado a partir del metacaolín, yeso y cal caracterizado porque, está compuesto por un porcentaje de etringita comprendido entre 60-100% y por un porcentaje de yeso comprendido entre 0-40%.

2. Procedimiento de obtención de aglomerante a base de etringita y yeso, de alta resistencia al fuego, -utilizado como recubrimiento- caracterizado porque, consta de los pasos siguientes:

Paso 1: Selección de los componentes y proporciones. Los componentes y proporciones dependerán de las cantidades y relaciones ettringita/yeso que se quiera obtener. Estos pueden ser los siguientes: 20-40% de metacaolín, 30-50% de yeso, hemihidrato CaSO4.1/2H2O y 20-40% de cal Ca(OH)2. Dependiendo de la pureza de la cal y la escayola y del contenido en Al2O3 del metacaolín se ajustarán las proporciones para que la mezcla contenga las cantidades estequiométricas necesarias para la formación de la etringrita.

Paso 2: Mezcla de los componentes sólidos: Los componentes sólidos se mezclan mecánicamente a presión y. temperatura ambiente, hasta obtener un polvo homogéneo.

Paso 3: Adición de agua y mezclado: El polvo resultante se mezcla con agua con una relación agua/sólido comprendida entre 0,8-1,2. La cantidad de agua podrá variarse en función de la consistencia requerida para la pasta, que dependerá a su vez de la aplicación que se le vaya a dar al material. También influirá sobre la consistencia, y por lo tanto, sobre el agua necesaria, el uso de aditivos superplastificantes.

Paso 4: Tiempo de mezclado: El polvo y el agua se mezclan mecánicamente durante 2-3 minutos, dependiendo de la potencia del mezclador y de las revoluciones con que se utilice, hasta conseguir una pasta homogénea, lista para aplicarse en obra.

Paso 5: Humectación y formación de la etringita. Para que se forme la etringita el recubrimiento se deberá mantener húmedo al menos durante 7 días.

3. Procedimiento de obtención de aglomerante a base de etringita y yeso, de alta resistencia al fuego, -utilizado para elementos prefabricados o como adición en polvo-, según reivindicación segunda caracterizado porque, consta de los pasos adicionales siguientes, a partir del paso 4 anterior:

Paso 4.1: Una vez mezclada la pasta, se vierte en el molde correspondiente. Se podrá desmoldar en menos de 24 h para obteniéndose el elemento prefabricado.

Paso 4.2: Humectación y formación de la etringita: Una vez desmoldados los elementos se deben curar en condiciones de elevada humedad relativa (+95%) para que la etringita se forme, al menos durante 7 días. A partir de este plazo el elemento prefabricado queda terminado.

Paso 4.3: Secado, molienda y tamizado. Transcurridos los 7 días, si se quiere emplear la etringita como adición en polvo se deberá someter el material a secado (temperatura por debajo de 70ºC para asegurar que la etringita no se descomponga), molienda y tamizado, según el tamaño de partícula deseado.