Material para aislamiento térmico de base cementicia que comprende cenizas volantes,

cal, polvo de aluminio, y metacaolín o sepiolita. Este material permite su uso mediante equipos neumáticos de proyección además de rellenos de cámaras mediante colada o la elaboración de paneles prefabricados en moldes. Permite sustituir los sistemas de aislamiento de espumas poliméricas, que pueden producir gases tóxicos en caso de incendio y resultan especialmente peligrosos en caso de estar colocados en cámaras ventiladas exteriores de fachadas en vías de evacuación de los edificios.

Mezcla de cemento.

CAMPO DE LA INVENCIÓN

La invención se encuadra en el sector técnico de la construcción, en concreto en la fabricación de materiales con propiedades de aislamiento térmico.

ESTADO DE LA TÉCNICA

La adición de polvo de aluminio a las mezclas de cemento como agente aireante y productor de gas de hidrógeno es una práctica usual de la técnica. Otros metales también son capaces de actuar de manera similar aunque no se suelen utilizar por motivos económicos.

El aluminio puro en contacto con el agua se combina formando hidróxido de aluminio y desprendiendo gas hidrogeno según la siguiente reacción:

Al + 3H2O - AI (OH) 3 + 3/2H2

Sin embargo, al entrar en contacto con la atmosfera este núcleo de aluminio puro forma un capa protectora de óxido. Esta capa de óxido evita que la corrosión y oxidación avancen hacia el interior del grano y que se produzca la reacción en mezclas con pH neutro. Sólo en mezclas que son fuertemente ácidas o básicas la capa se descompone y tiene lugar la reacción.

Es importante por tanto añadir cal aérea para incrementar la basicidad de la mezcla de cemento y que se produzca el espumado. Por otro lado, el cemento será responsable del fraguado rápido, y su falta en una mezcla sólo con cal llevaría a tiempos de endurecimiento por carbonatación muy largos y resistencias menores.

La empresa YTONG fabrica paneles de Hormigón Celular Autoclavado, un material estructural compuesto de hormigón celular con polvo de aluminio. Se produce vertiendo la mezcla en moldes que una vez espumados se curan en autoclave y cortan con alambres de acero a las dimensiones requeridas. Este hormigón celular autoclavado es una mezcla de cemento, cal, arena, polvo de aluminio y agua, de baja conductividad térmica (A=0, 11-0, 16 W/m/K) . La diferencia principal con el material de la presente invención es que este último presenta una densidad mucho menor, resultado de la expansión rápida provocada por la adición de metacaolín o sepiolita, que junto con la presencia de cenizas volantes sí le permite actuar como un material de aislamiento térmico. El material de la invención no es un material estructural.

En el campo de los morteros de proyección ligeros se cuentan en la técnica muchos productos utilizados para ignifugar estructuras metálicas que incorporan fibras de lana de roca. Para fabricar estos morteros de baja densidad se utilizan áridos ligeros naturales como polvo de corcho, fibras de madera, piedra pómez o cascara de arroz, o artificiales como poliestireno expandido (EPS) , perlita, vermiculita o caucho reciclado de neumáticos. Por el contrario, la presente invención consigue la reducción de densidad gracias a la producción de gas de hidrógeno, lo que evita incorporar estos áridos ligeros con el ahorro de material y eficiencia en cuanto a su transporte a obra que ello conlleva. La incorporación de áridos ligeros dificultaría la expansión de morteros espumados al no encontrar el gas producido una pasta fluida que poder deformar.

Las espumas poliméricas son el material proyectable de mejores condiciones de aislamiento térmico en construcción (A=0, 023 W/m/K) , fundamentalmente el poliuretano proyectado. El principal problema que presentan estos materiales es que son combustibles, por tratarse materiales orgánicos, y en caso de incendio producen gases tóxicos por descomposición térmica de los compuestos nitrogenados, entre otros. Además, su base de fabricación son los isocianatos, que se combinan con diferentes poliéteres al aplicarlos. Los isocianatos están entre las sustancias más alérgicas que se conocen a las que están expuestos los aplicadores del material, que pueden desarrollar hipersensibilidad crónica. En el producto final quedan isocianatos sin transformar que se pueden emitir a temperatura ambiente y seguro a temperaturas superiores a 150ºC, temperaturas que se alcanzan con aparatos de calentamiento de alimentos, por ejemplo. El material de la presente invención evita estos problemas por tratarse de un material inorgánico que no afecta a la salud.

Las mezclas de cemento de la presente invención presentan conductividades térmicas en torno a A=0, 05 W/m/K. Otros materiales aislantes de A<1, 0 W/m/K utilizados en la técnica son los siguientes:

- Poliuretano proyectado A=0, 02-0, 03 W/m/K

- Poliestireno expandido A=0, 03-0, 04 W/m/K

- Poliestireno extrusionado A=0, 03-0, 04 W/m/K

- Lana de vidrio A=0, 03-0, 04 W/m/K

- Lana de roca A=0, 03-0, 04 W/m/K -Corcho A=0, 03-0, 05 W/m/K

- Mortero proyectado con lana de roca A=0, 05-0, 06 W/m/K

- Mortero con poliestireno expandido A=0, 05-0, 06 W/m/K

Así, el aislamiento de fachadas ventiladas suele ejecutarse con planchas de lanas minerales de roca o vidrio, ancladas con tornillos y tacos.

La cal es un conglomerante aéreo que endurece en contacto con el dióxido de carbono del ambiente formando carbonato cálcico. El cemento Portland es un conglomerante hidráulico que fragua en contacto con agua produciendo silicatos cálcicos hidratados insolubles. El cemento de aluminato cálcico también es un conglomerante hidráulico, con la propiedad de producir rápidamente aluminatos cálcicos hidratados al entrar en contacto con agua.

El metacaolín ha sido utilizado en la técnica como agente puzolánico que al entrar en contacto con la cal aérea y agua forma silicatos cálcicos hidratados de forma similar a los conglomerantes hidráulicos. Esto es de especial utilidad al mezclar metacaolín con cemento, ya que en la reacción de hidratación se forma cal aérea libre que al mezclarse con el metacaolín produce compuestos hidráulicos insolubles que aumentan la resistencia del conglomerante.

La sepiolita se utiliza en la técnica mezclada con el cemento por sus propiedades tixotrópicas, ya que al aumentar la cinética reduce la viscosidad de la mezcla. Su estructura de microtubos la hace eficiente como retenedor de agua y agente portador de sustancias de liberación lenta, biocidas u otras, gracias a sus canales zeolíticos.

Los cementos Portland sufren una reducción de volumen al fraguar por la pérdida de agua. Existen morteros denominados expansivos que no retraen, sino que sufren una leve expansión. Como aditivo para conseguir morteros expansivos se pueden utilizar Silico Aluminatos Cálcicos (CSA) , que al hidratarse aumentan ligeramente de tamaño produciendo ettringita. La ettringita se produce en todos los cementos por el yeso que se añade al clínker de cemento como retardador de fraguado. El CSA no se utiliza para conseguir aislantes térmicos sino para morteros levemente expansivos que contrarresten la retracción de los cementos al fraguar.

En este sentido, la solicitud KR 2010002234 A1 describe un aerogel en polvo con propiedades hidrofílicas que utiliza en la mezcla aerogeles, cementos y metacaolín, entre otros materiales. Como agente expansor añade CSA. No añade cal puesto que no es necesario aumentar la basicidad de la mezcla para que se produzca la expansión, ya que la formación de ettringita se produce al hidratarse los Silico Aluminatos Cálcicos. Esta publicación no sugiere la utilización de un agente expansor que permita la obtención de un material aislante y por tanto se considera un documento divergente respecto del objeto de protección de la presente invención.

La patente KR 101103367 B1 describe un mortero de reparación con cemento Portland de endurecimiento rápido, cemento de aluminato cálcico, metacaolín y otros materiales. También usa CSA como agente expansor y no polvo de aluminio como en la presente invención. No se trata de un material útil como aislamiento térmico; su expansión es muy ligera y sólo sirve para que al rellenar un hueco en un elemento estructural la expansión haga que lo llene completamente y mantener así la resistencia a compresión del material a reparar.

Para la fabricación de cemento es necesario calentar la mezcla de piedra caliza y arcilla a 1450 ºC, lo que supone un alto gasto energético. La sustitución parcial en la mezcla del cemento por cenizas volantes, que proceden de la precipitación electrostática de los humos de la combustión del carbón en centrales térmicas, consigue mejorar sus propiedades hidráulicas y reducir la cantidad de energía necesaria para la fabricación del conglomerante. Sin embargo, no se han descrito las propiedades de aislamiento térmico de estas cenizas y no se han utilizado en la técnica con este fin.

El problema de la técnica, por tanto, es conseguir...

1. Mezcla de cemento caracterizada por que comprende cemento, cenizas volantes, cal, al menos un metal como agente aireante, y metacaolín y/o sepiolita.

2. Una mezcla de cemento según la reivindicación 1, caracterizada por que dicho metal está seleccionado del grupo formado por zinc, magnesio, calcio, bario, litio y aluminio.

3. Una mezcla de cemento según la reivindicación 2, caracterizada por que dicho metal es aluminio.

4. Una mezcla de cemento según la reivindicación 3, caracterizada por que dicho aluminio está en forma de polvo.

5. Una mezcla de cemento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizada por que dicha cal es una cal aérea.

6. Una mezcla de cemento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizada por que dicho cemento comprende cemento de aluminato cálcico.

7. Una mezcla de cemento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizada por que la concentración de cenizas volantes es de entre el 6 y 20% en peso respecto al peso del cemento.

8. Una mezcla de cemento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizada por que la concentración de metacaolín es de entre el 10 y 20% en peso respecto al peso de la mezcla.

9. Una mezcla de cemento según la reivindicación 8, caracterizada por que dicha concentración es de entre el 10 y 15% en peso respecto al peso de la mezcla.

10. Una mezcla de cemento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, caracterizada por que la concentración de sepiolita es de entre el 1 y 5% en peso respecto al peso de la mezcla.

11. Una mezcla de cemento según la reivindicación 10, caracterizada por que dicha concentración es de entre el 1 y 2% en peso respecto al peso de la mezcla.

12. Una mezcla de cemento según la reivindicación 1, caracterizada por que comprende el 70% en peso de cemento y cenizas volantes, el 19% en peso de cal aérea, el 10% en peso de metacaolín y el 1% en peso de polvo de aluminio, respecto al peso de la mezcla.

13. Una mezcla de cemento según la reivindicación 1, caracterizada por que comprende el 78% en peso de cemento y cenizas volantes, el 19% en peso de cal aérea, el 2% en peso de sepiolita y el 1% en peso de polvo de aluminio, respecto al peso de la mezcla.

14. Pasta de cemento, caracterizada por que comprende una mezcla de cemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores y agua.

15. Pasta de cemento según la reivindicación 14, caracterizada por que dicho agua está presente en una relación agua/ mezcla de 0, 8.