El hormigón de muy alta densidad (4.000 - 4.500) Kg/m3 comprende una dosificación estándar de arena natural,

cemento y agua, asociados a áridos pesados artificiales, finos y gruesos, de corindón y acero, respectivamente. Asimismo, se usan aditivos químicos (plastificante y superplastificante).

Se obtiene un hormigón con características en estado fresco y endurecido bien definidas. La densidad está entre 4.000 y 4.500 kg/m3, y se obtiene mediante determinación del esqueleto granular para cada situación. La consistencia del hormigón es adecuada para aplicación mediante cubilote. El abatimiento del tronco del cono presenta valores entre 10 y 15 cm, sin que se produzca segregación del hormigón.

Hormigón de muy alta densidad.

Sector de la técnica

La presente invención concierne a un hormigón de muy alta densidad, entre 4.000 y 4.500 kg/m³, producido mediante una dosificación estándar de materiales convencionales asociados a áridos pesados artificiales, finos y gruesos, de corindón y granalla de acero, respectivamente. Asimismo, se usan aditivos químicos (plastificante y superplastificante).

Estado de la técnica anterior

Los hormigones de alta densidad se definen convencionalmente como aquellos hormigones cuya densidad es superior a los 3.000 kg/m³. Tales hormigones se consiguen a través del uso de áridos pesados naturales, como la barita, la hemetita o la magnetita. Esos áridos permiten que el hormigón alcance densidades máximas en el entorno de los 3.800 kg/m³.

El hormigón de alta densidad no es un material nuevo, habiéndose empleado durante muchos años como contrapeso en puentes levadizos. Su aplicación en la industria de la construcción comienza en los años 60 y coincide con el desarrollo de la energía nuclear, ya que sus propiedades son de utilidad como material de protección contra la radiación. Hoy se utiliza como protección biológica de personas y material frente a los rayos X y rayos gamma en radiografía industrial y en instalaciones de terapia médica, así como en aceleradores de partículas y reactores nucleares.

El hormigón, tanto el tradicional como el pesado, es un material muy adecuado para las instalaciones de protección debido a sus buenas propiedades de absorción, frenado de neutrones rápidos, capacidad de dar formas y relativo bajo costo en comparación con otros materiales de protección.

Las propiedades del hormigón de gran peso, sea este en estado fresco o endurecido, se pueden adecuar para satisfacer las condiciones de la obra y los requisitos por medio de una selección apropiada de los materiales y de las proporciones de la mezcla. Á excepción de la densidad, las propiedades físicas del hormigón de gran peso son similares a las del hormigón convencional.

Los hormigones de alta densidad generalmente suelen usarse cuando el volumen del elemento en construcción es limitado. De esta forma con un hormigón más denso, se consigue reducir los espesores necesarios. Un ejemplo de aplicación que ilustra ese hecho es la construcción de convertidores de energía, en especial los que actúan a través del movimiento de las olas del mar y necesitan de elementos de masa en sus extremidades para maximizar el cabeceo provocado por el oleaje. Sin embargo, las estructuras de esos convertidores suelen presentar volumen reducidos, lo que demanda el uso de un material de elevada densidad, como el hormigón de muy alta densidad.

Un otro tipo especial de hormigón es aquél que presenta densidades superiores a las posibles de conseguirse con los áridos pesados naturales. A esos hormigones llamase hormigón de muy alta densidad, pudiendo alcanzar valores de 4.800 - 5.000 kg/m³. Densidades tan elevadas no se consiguen con áridos pesados naturales, sino que con áridos pesados artificiales, como la granalla de acero y el corindón.

En ese sentido, hay que tener presente que el uso de áridos cuya densidad difiere mucho de la del mortero o la de la pasta puede ocasionar segregación de la mezcla. Así, que los hormigones de muy alta densidad suelen llevar en su composición aditivos químicos, que actúan en la fluidez y/o en la viscosidad de la mezcla.

Con respecto a hormigón de alta densidad convencional (hasta 3.800 kg/m³ existen algunas patentes orientadas a aplicaciones tanto de bloqueo a radiaciones como de contra-peso en estructuras. Se puede mencionar algunas, como:

• WO2009142243-A1 (Balance weight for construction machine such as hydraulic shovel, comprises box, and heavyweight concrete containing weight fine aggregate which contains specified amount of aggregates having specified particle size);

• WO2009096359-A1 (Heavyweight concrete for wave-dissipating block and radiation blocking wall, is obtained by mixing cement, heavyweight aggregate including hot scarf generated during cutting treatment process of steel slab surface, and water);

O las japonesas:

• JP2009249188-A (Heavyweight concrete for radiation block wall, embankment and mortar, is formed by mixing cement, fine aggregate, water, heavyweight and/or coarse aggregate in which peeling material with cement paste is coated or impregnated);

• JP4295343-B1, JP2009179494-A (Heavyweight concrete for wave-dissipating block and radiation blocking wall, is formed by mixing cement, heavyweight aggregate including mill scale generated during rolling process performed in steel manufacturing, and water);

• JP2007198006-A (Steel weight concrete compound fire-resistant construction material for building construction, is formed by closely integrating heavyweight concrete of specific density, in open space of steel material of specific density);

• JP2006273654-A (Heavyweight concrete used as radioactive ray shielding concrete, comprises preset volume ratio of water and microparticles, and preset volume of water with respect to volume ratio of all components);

• JP2004210574-A (Heavyweight concrete contains portion(s) of fine aggregate which is grain-shaped pig iron separated from granulated blast-furnace slag);

• JP2172846-A; JP2669876-B2 (Heavyweight concrete for radiation shielding - contains graded steel fines as aggregate).

Obsérvese que todas esas patentes son de hormigones de alta densidad producidas con áridos pesados naturales, o áridos pesados artificiales con granulometría específica, que difiere de las utilizada en la presente invención. Además, las densidades obtenidas en la presente invención corresponden a las de un hormigón de muy alta densidad.

Explicación de la invención

La presente invención aporta un hormigón que reúne las prestaciones requeridas para aplicación como contra-peso, en particular para la aplicación en un convertidor de energía lastrado en el mar. Ese convertidor consiste en un sistema inercial flotante de aprovechamiento de energía de las olas fuera de costa, lo cual funciona mediante el movimiento oscilatorio de la estructura, producido por el oleaje. Asimismo, el hormigón presenta como propiedad fundamental la muy alta densidad, asociada a una consistencia adecuada en estado fresco, que le permite al material mantenerse homogéneo aunque la densidad de los áridos sea muy superior a la de la pasta.

De acuerdo con la invención, se propone un hormigón de muy alta densidad, entre 4.000 y 4.500 kg/m³, lo cual incluye áridos pesados artificiales finos y gruesos, de corindón y acero, respectivamente. La densidad de 4.000 kg/m³ se consigue con la aplicación única de los áridos pesados gruesos, mientras la densidad de 4.500 kg/m³ se obtiene a través de la aplicación combinada de los dos tipos de áridos pesados. Además de los áridos pesados se utiliza también una arena natural y dos tipos de aditivos químicos, un plastificante y un superplastificante que proporcionan una sinergia entre los materiales componentes de la mezcla.

Con el fin de alcanzar las prestaciones requeridas, se ha utilizado una relación agua/cemento en el entorno de 0,40 y un consumo de cemento entre 400 y 425 kg/m³. El árido natural utilizado es proveniente del machaqueo y consiste en una arena caliza 0-4 mm. El árido pesado fino es de corindón y presenta granulometría entre 0,5 y 1,5 mm, con densidad de partícula entre 5.000 y 5.500 kg/m³; mientras el árido pesado grueso es de acero, con granulometría entre 6-8 mm y densidad de partícula de 7.800 kg/m³. El esqueleto granular ha sido dosificado de modo a aportar muy alta densidad, de manera que las proporciones de cada uno de los áridos en la mezcla es calculada según el valor de densidad que se desea alcanzar (4.000 y 4.500 kg/m³). La adición combinada de los aditivos químicos, plastificante y superplastificante, es imprescindible para la obtención del hormigón propuesto, pues permite que se consiga una sinergia entre los materiales componentes de la mezcla, controlando la consistencia del hormigón en estado fresco (confiriéndole consistencia adecuada a la aplicación y evitando la segregación, en especial de los áridos pesados).

El uso combinado de la arena natural de densidad estándar y de los áridos...

1. Hormigón de muy alta densidad, del tipo que incluye árido natural y áridos pesados artificiales, caracterizado porque dichos áridos pesados son metálicos, estando dosificados de modo que aporten al hormigón una muy alta densidad comprendida entre 4.000 a 4.500 kg/m³, asociada a una consistencia adecuada en estado fresco, que permite al hormigón lograr homogeneidad aunque la diferencia entre las densidades de los materiales componentes sea elevada, comprendiendo la aportación combinada de dos aditivos químicos, un plastificante y un superplastificante.

2. Hormigón según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho árido natural utilizado es una arena caliza proveniente del machaqueo, con una granulometría entre 0 y 4 mm.

3. Hormigón según la reivindicación 1, caracterizado porque dichos áridos pesados son utilizados en dos granulometrías distintas: una granulometría fina y una granulometría gruesa.

4. Hormigón según la reivindicación 3, caracterizado porque el árido pesado fino presenta una granulometría entre 0,5 y 1,5 mm, es de corindón, con densidad de partícula entre 5.000 y 5.500 kg/m³.

5. Hormigón según la reivindicación 3, caracterizado porque el árido pesado grueso presenta una granulometría entre 6 y 8 mm, es de acero, con densidad de partículas de aproximadamente 7.800 kg/m.

6. Hormigón según la reivindicación 1, en donde dicho aditivo químico plastificante se escoge de un grupo que comprende los reductores de agua polifuncionales (con consumo entre 0,7 y 1,1% sobre el peso de cemento).

7. Hormigón según la reivindicación 1, en donde dicho aditivo químico superplastificante se escoge de un grupo que comprende los reductores de agua a base de policarboxilatos (con consumo entre 0,2 y 0,4% sobre el peso de cemento).

8. Hormigón según la reivindicación 1, caracterizado porque presenta una relación agua/cemento en el entorno de 0,40 y un consumo de cemento entre 400 y 450 kg/m³.

9. Hormigón según la reivindicación 1, caracterizado porque presenta un esqueleto granular que le permite adquirir las densidades preestablecidas (4.000 a 4.500 kg/m³), a través de unas proporciones de los áridos que pueden variar en los siguientes rangos:

arena natural: 350 - 850 kg/m³;

árido pesado fino: 0 - 800 kg/m³;

árido pesado grueso: 2550 - 2800 kg/m³.

10. Hormigón según cualquiera de las anteriores reivindicaciones, caracterizado porque dicha muy alta densidad y consistencia en estado fresco le permite mantenerse homogéneo, con abatimiento del tronco de cono entre 10 y 15 cm.

11. Hormigón según la reivindicación 9, caracterizado porque tiene una densidad en estado endurecido en el entorno de 4.000 kg/m³, cuando se utiliza un mínimo de arena natural y árido pesado artificial grueso, con una resistencia a compresión en el entorno de 45 MPa, a los 28 días, una relación entre resistencia a tracción y resistencia a compresión próxima a 0,07.

12. Hormigón según la reivindicación 9, caracterizado porque tiene una densidad en estado endurecido en el entorno de 4.500 kg/m³, cuando se utiliza arena natural, árido pesado artificial fino y grueso, con una resistencia a compresión en el entorno de 55 MPa, a los 28 días, y relación entre resistencia a tracción y resistencia a compresión próxima a 0,07.

13. Hormigón según la reivindicación 9, caracterizado porque la proporción de plastificante es de un 0,7 - 1,1% sobre el peso de cemento (2,8 - 4,95 kg/m³).

14. Hormigón según la reivindicación 9, caracterizado porque la proporción de superplastificante es de un 0,2 - 0,4% sobre el peso de cemento (0,8 - 1,8 kg/m³).