Método para el tratamiento de las cenizas volantes para la preparación de morteros y hormigones,

caracterizado porque, en una primera etapa, se mezclan intensivamente cenizas volantes con una mezcla de cemento altamente reactiva y seca, la cual se ha obtenido mediante la mezcla de cemento Portland con un microrrelleno y posiblemente un agente reductor de agua, y mediante la trituración de dicha mezcla, y porque, en una segunda etapa, la mezcla obtenida de esta manera se somete a intertrituración en un dispositivo de molienda vibratorio para conseguir una finura del producto final con una retención en un tamiz de 1m inferior al 15 por ciento en peso.

Método para el tratamiento de las cenizas volantes La presente invención se refiere a un método de tratamiento de las cenizas volantes que resulta útil para la producción de cementos, morteros y otras mezclas que comprenden cemento y cenizas volantes. Los cenizas volantes fabricados según el presente método mejoran significativamente el rendimiento del cemento y proporciona un nivel más alto de sustitución del cemento Portland estándar, lo que conduce a beneficios económicos y medioambientales significativos.

Antecedentes

Las cenizas volantes son un subproducto de una central termoeléctrica alimentada por carbones y mundialmente se producen en grandes cantidades cada año.

Las cenizas volantes habitualmente contienen aproximadamente 85% de componentes amorfos vítreos.Según la norma ASTM C 618, las cenizas volantes pueden clasificarse en dos clases: C y F. Las cenizas volantes de clase F típicamente contienen más de 70% en peso de sílice, alúmina y óxidos férricos, mientras que las de clase C típicamente contiene entre 70% y 50%. Las de clase F producidas como subproducto de la combustión de las cenizas volantes de clase C de carbones bituminosos presentan un contenido de calcio más elevado, y son producidas como subproducto de la combustión de carbón sub-bituminoso.

En 1988 se produjeron aproximadamente 84 millones de toneladas de cenizas de carbón en los Estados Unidos, en forma de cenizas volantes (aproximadamente 60, 7%) , escoria de caldera (5, 9%) y gases de combustión desulfurados (16, 7%) ; ver, por ejemplo, Tyson, "Coal Combustion By-Product Utilization", seminario, Pittsburg, 1990, 15 páginas. De los aproximadamente 50 millones de toneladas de cenizas volantes generadas cada año, apenas el 10 por ciento aproximadamente es utilizado en el hormigón; ver, por ejemplo, ACI Committee 226, "Use of Fly Ash in Concrete", ACI 226:3R-87, 1987, ACI J. Proceedings 84:381-409) , mientras que la parte restante se deposita mayoritariamente como residuos en vertederos.

Las exhaustivas investigaciones realizadas han demostrado que los hormigones con un volumen elevado de cenizas volantes muestran un desarrollo de resistencia a largo plazo más elevado, un menor contenido de agua y una mayor permeabilidad a los gases, una resistencia elevada a los iones cloruro, etc., comparado con los hormigones de cemento Portland que no contienen cenizas volantes.

Paralelamente, el hormigón con un volumen elevado de cenizas volantes presenta desventajas significativas: un tiempo de fraguado muy prolongado y un desarrollo de resistencia muy lento durante el periodo de 0 a 28 días, lo que reduce el nivel de cenizas volantes utilizado para sustituir el cemento Portland a una media de 15 a 20%.

Se han realizado numerosos esfuerzos para mejorar el rendimiento de los hormigones que presentan un volumen elevado de cenizas volantes; ver, por ejemplo, Malhotra, Concrete International J. 21 (5) :61-66, mayo de 1999. Según Malhotra, el desarrollo de la resistencia de dichos hormigones podría mejorarse mediante el incremento significativo del contenido de ligantes (cemento + microrrelleno) y la reducción significativa de la cantidad de agua añadida, aunque este tipo de enfoque requeriría una dosis incrementada de agentes reductores de agua para mantener una consistencia aceptable de las mezclas de hormigón, lo que incrementaría drásticamente el coste del hormigón.

Se han desarrollado varios métodos relacionados con la trituración de las cenizas volantes con el fin de mejorar su actividad puzolánica mediante la trituración de las cenizas volantes, lo que incrementa la cantidad de partículas de ceniza volante de un tamaño aproximado de 11 micrómetros, y mediante la introducción simultánea de óxido de calcio; ver las patentes US nº 6.038.987, nº 5.714.002, nº 5.714.003, nº 5.383.521 y nº 5.121.795. Todos los métodos conocidos mencionados podrían proporcionar una mejora significativa del rendimiento de las cenizas volantes como componente del hormigón y reducir drásticamente el coste del aditivo de puzolana.

Exposición de la invención La presente invención se refiere a un método de tratamiento de las cenizas volantes para la preparación de morteros y hormigones, y se caracteriza porque, en una primera etapa, se mezclan intensivamente cenizas volantes con una mezcla de cemento altamente reactiva y seca, la cual se ha obtenido mediante la mezcla de cemento Portland con un microrrelleno y posiblemente un agente reductor de agua, y mediante la trituración de dicha mezcla, y porque, en una segunda etapa, la mezcla obtenida de esta manera se intertritura en un dispositivo de molienda vibratorio para conseguir un producto final fino con una retención en un tamiz de 45 !m inferior al 15 por ciento en peso.

Según una realización preferente, dicho dispositivo de molienda presenta un ciclo de vibración con una amplitud de entre 2 y 30 mm y una frecuencia de vibración de entre 800 y 2.000 rpm.

De esta manera, la presente invención se refiere a un método para el tratamiento de las cenizas volantes que resulta útil para la preparación de morteros y hormigones, en el que en primer lugar dichas cenizas volantes se homogeneizan completamente con una mezcla de cemento altamente reactiva y seca, la cual se ha obtenido mediante la mezcla uniforme de cemento Portland con un microrrelleno y posiblemente un agente reductor de agua, y en el que en segundo lugar dicha mezcla se somete a intertrituración en un dispositivo de molienda vibratorio.

La intertrituración de las cenizas volantes con la mezcla de cemento altamente reactiva en un dispositivo de molienda con un ciclo de vibración que presenta una amplitud de entre 2 y 30 mm y una frecuencia de vibración de entre 800 y

2.000 rpm provoca varios efectos.

Los efectos son, en primer lugar, un incremento de la finura del producto final, con el que se obtiene una reducción del tamaño medio de las partículas de ceniza volante de manera que la cantidad de cenizas volantes retenida en un tamiz de 45 μm es inferior a 15 por ciento en peso; en segundo lugar, la amorfización adicional de la superficie de las partículas de ceniza volante, y en tercer lugar, los silicatos tricálcicos y dicálcicos de la mezcla de cemento altamente reactiva se distribuyen homogéneamente sobre la superficie de las partículas de ceniza volante. Estos fenómenos incrementan la actividad puzolánica hacia la reacción con el hidróxido de calcio y también crean una actividad hidráulica inherente de las cenizas volantes tratadas.

Otra ventaja del presente método es que el procedimiento de trituración aparentemente libera amonio capturado sobre la superficie de las cenizas volantes producidas a partir de carbones sometidos a tratamiento con urea, el cual se utiliza para reducir las emisiones de NOx. La presencia de amonio en las cenizas volantes las hace inadecuadas para la utilización en hormigones o morteros.

Dicha ventaja de la presente invención es que el tratamiento propuesto de las cenizas volantes minimiza los efectos de las condiciones de la caldera sobre las propiedades de las cenizas volantes asociadas a las condiciones de la caldera y al grado de pulverización de los carbones.

Una mezcla de cemento altamente reactiva y seca según lo anteriormente expuesto se refiere a una mezcla de cemento del tipo obtenido mediante el procedimiento descrito en la memoria de patente europea nº EP 0696262 y en la patente US nº 5.804.175, o a una mezcla de cemento que ha sido tratada de acuerdo con un procedimiento correspondiente de manera que se obtenga una resistencia a la compresión correspondiente a la indicada en la patente EP nº 0696262 y en la patente US nº 5.804.175.

Según una realización preferente, se añade un agente reductor de agua en forma de polvos en una proporción de entre aproximadamente 0, 1 y 0, 3 por ciento en peso durante dicha intertrituración.

Según otra realización preferente, se realiza la sustitución con dichas cenizas volantes del cemento en la mezcla de cenizas volantes-cemento en una proporción de entre aproximadamente 20 y aproximadamente 70 por ciento en peso respecto al peso total de la mezcla.

La memoria de patente europea nº EP 0696262 y la patente US nº 5.804.175 describen un método de producción de cemento que puede utilizarse para producir un cemento que puede utilizarse para producir pastas, mortero, hormigón y otros materiales de tipo cementoso de alta capacidad de carga con un contenido de agua reducido, elevadas resistencia mecánica... [Seguir leyendo]

1. Método para el tratamiento de las cenizas volantes para la preparación de morteros y hormigones, caracterizado porque, en una primera etapa, se mezclan intensivamente cenizas volantes con una mezcla de cemento altamente reactiva y seca, la cual se ha obtenido mediante la mezcla de cemento Portland con un microrrelleno y posiblemente un agente reductor de agua, y mediante la trituración de dicha mezcla, y porque, en una segunda etapa, la mezcla obtenida de esta manera se somete a intertrituración en un dispositivo de molienda vibratorio para conseguir una finura del producto final con una retención en un tamiz de 45 1m inferior al 15 por ciento en peso.

2. Método según la reivindicación 1, caracterizado porque dicho dispositivo de molienda presenta un ciclo de vibración con una amplitud de entre 2 y 30 mm y una frecuencia de vibración de entre 800 y 2.000 rpm

3. Método según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque la mezcla de cenizas volantes con la mezcla de cemento altamente reactiva contiene entre aproximadamente 99 y aproximadamente 90 por ciento en peso de cenizas volantes

4. Método según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque dichas cenizas volantes consisten esencialmente de cenizas volantes de clase F.

5. Método según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque dichas cenizas volantes consisten esencialmente de cenizas volantes de clase C.

6. Método según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque dichas cenizas volantes consisten esencialmente de la mezcla de cenizas volantes de clase F y de clase C.

7. Método según la reivindicación 1, 2 ó 3, caracterizado porque dichas cenizas volantes consistían esencialmente de una mezcla de cenizas volantes de clase F, clase C y/o de lignito.

8. Método según la reivindicación 1, 2, 3, 4, 5, 6 ó 7, caracterizado porque, durante dicha intertrituración, se añade un agente reductor de agua en forma de polvos en una cantidad de entre aproximadamente 0, 1 y 0, 3 por ciento en peso.

9. Método para producir una mezcla según la reivindicación 7, caracterizado porque dichas cenizas volantes se utilizan para sustituir el cemento en la mezcla de cenizas volantes-cemento en una proporción de entre aproximadamente 20 y aproximadamente 70 por ciento en peso respecto al peso total de la mezcla.

10. Método para producir una mezcla de hormigón para la preparación de estructuras y elementos de hormigón, caracterizado porque comprende las etapas según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6 y, en segundo lugar, la mezcla de dicha mezcla de cenizas volantes y cemento con árido y/o agregados de mayores dimensiones y agua, y posiblemente aditivos aireantes y reductores de agua.