Polímeros dispersantes de cemento para hormigón de alta fluidez, alta resistencia y autocompactante.

Un copolímero acrílico soluble en agua con propiedades dispersantes de cemento,

aceleradoras del fraguado y anticorrosivas para el acero que se puede obtener por copolimerización de un ácido monocarboxílico ,-olefínico o su sal representado por la fórmula 1 que se da más adelante, un segundo monómero acrílico representado por la fórmula 2 que se da más adelante, opcionalmente un tercer monómero acrílico representado por la fórmula 3 que se da más adelante, un cuarto monómero acrílico representado por la fórmula 4 que se da más adelante y opcionalmente un quinto monómero acrílico representado por la fórmula 5, de manera que la relación molar de las unidades monoméricas constituyentes 1,2,3,4 y 5 es a:b:c:d:e=1:(0,01-0,80):(0-0,80):(0,001-0,3):(0-0,5) y a:(b+c+d+e)=0,1:0,9 a 0,9:0,1 en las que a designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 1, b designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 2, c designa el intervalo de concentraciónmolar de los monómeros constituyentes 3, d designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 4, e designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 5, teniendo dichos monómeros las fórmulas estructurales representadas a continuación: en las que cada R, independientemente de cada uno de los otros, representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, R 1 y R 2 , independientemente uno del otro, representan un resto alquilo C1-C4, un grupo hidroxietilo (CH2CH2OH), un grupo acetoxietilo (CH2CH2OCOCH3), un grupo hidroxi-isopropilo (CH2-CHOH-CH3), un grupo acetoxi-isopropilo (CH2-CHOCOCH3), o R 1 y R 2 pueden formar, conjuntamente con el átomo de nitrógeno al que están unidos, un anillo de morfolina; R 3 es un resto alquilo C1-C4, R 4 y R 5 representan, independientemente, un resto alifático, cicloalifático, aralifático o aromático, o R 4 y R 5 pueden formar, conjuntamente con el átomo de nitrógeno al que están unidos, un sistema de anillo de morfolina o imidazol, M representaun átomo de hidrógeno, un ión de metal alcalino, un ión de metal alcalinotérreo, un ión aluminio, un grupo amonio o un grupo amonio orgánico; X e y representan, independientemente, números enteros desde 2-300.

Tipo: Patente Europea. Resumen de patente/invención. Número de Solicitud: E00105911.

Solicitante: SIKA TECHNOLOGY AG.

Nacionalidad solicitante: Suiza.

Dirección: ZUGERSTRASSE 50 6340 BAAR SUIZA.

Inventor/es: SULSER, UELI, SCHOBER, IRENE, VELTEN, ULF, BURGE, THEODOR A., WIDMER, JURG, DR..

Fecha de Publicación: .

Clasificación Internacional de Patentes:

  • C04B103/00 SECCION C — QUIMICA; METALURGIA.C04 CEMENTOS; HORMIGON; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS; REFRACTARIOS.C04B LIMA; MAGNESIA; ESCORIAS; CEMENTOS; SUS COMPOSICIONES, p. ej. MORTEROS, HORMIGON O MATERIALES DE CONSTRUCCION SIMILARES; PIEDRA ARTIFICIAL; CERAMICAS (vitrocerámicas desvitrificadas C03C 10/00 ); REFRACTARIOS (aleaciones basadas en metales refractarios C22C ); TRATAMIENTO DE LA PIEDRA NATURAL. › Funciones o propiedades de los ingredientes activos.
  • C04B103/40 C04B […] › C04B 103/00 Funciones o propiedades de los ingredientes activos. › Agentes tensoactivos, Dispersantes.
  • C04B24/26 C04B […] › C04B 24/00 Empleo de materias orgánicas como ingredientes activos para morteros, hormigón, piedra artificial, p. ej. empleo de plastificantes. › obtenidos por reacciones en las que intervienen solamente enlaces insaturados carbono-carbono.
  • C04B24/32 C04B 24/00 […] › Poliéteres, p. ej. poliéter de glicol y alquilfenol.
  • C04B28/02 C04B […] › C04B 28/00 Composiciones para morteros, hormigón o piedra artificial que contienen ligantes inorgánicos o que contienen el producto de reacción de un ligante inorgánico y un ligante orgánico, p. ej. que contienen cemento de policarboxilatos. › que contienen cementos hidráulicos distintos que los de sulfato de calcio.
  • C04B28/04 C04B 28/00 […] › Cementos Portland.
  • C04B40/00 C04B […] › Procesos, en general, para influenciar o modificar las propiedades de las composiciones para morteros, hormigón o piedra artificial, p. ej. para influenciar o modificar su aptitud al fraguado o endurecimiento (seleccionando ingredientes activos C04B 22/00 - C04B 24/00; endurecimiento de una composición bien definida C04B 26/00 - C04B 28/00; preparación de materiales porosos, celulares o aligerados C04B 38/00).
  • C08F2/10 C […] › C08 COMPUESTOS MACROMOLECULARES ORGANICOS; SU PREPARACION O PRODUCCION QUIMICA; COMPOSICIONES BASADAS EN COMPUESTOS MACROMOLECULARES.C08F COMPUESTOS MACROMOLECULARES OBTENIDOS POR REACCIONES QUE IMPLICAN UNICAMENTE ENLACES INSATURADOS CARBONO - CARBONO (producción de mezclas de hidrocarburos líquidos a partir de hidrocarburos de número reducido de átomos de carbono, p. ej. por oligomerización, C10G 50/00; Procesos de fermentación o procesos que utilizan enzimas para la síntesis de un compuesto químico dado o de una composición dada, o para la separación de isómeros ópticos a partir de una mezcla racémica C12P; polimerización por injerto de monómeros, que contienen uniones insaturadas carbono-carbono, sobre fibras, hilos, hilados, tejidos o artículos fibrosos hechos de estas materias D06M 14/00). › C08F 2/00 Procesos de polimerización. › Solvente acuoso.
  • C08F2/38 C08F 2/00 […] › Polimerización utilizando reguladores, p. ej. agentes de cierre de cadena.
  • C08F220/06 C08F […] › C08F 220/00 Copolímeros de compuestos que tienen uno o más radicales alifáticos insaturados, teniendo solamente cada uno un enlace doble carbono-carbono, y estando solamente terminado por un radical carboxi o una sal, anhídrido, éster, amida, imida o nitrilo del mismo. › Acido acrílico; Acido metacrílico; Sus sales metálicas o de amonio.
  • C08F220/28 C08F 220/00 […] › que no contienen ciclos aromáticos en la parte alcohólica.
  • C08F220/34 C08F 220/00 […] › Esteres que contienen nitrógeno.
  • C08F220/56 C08F 220/00 […] › Acrilamida; Metacrilamida.
  • C08F220/58 C08F 220/00 […] › que contienen oxígeno en adición al oxígeno del carbonamido.
  • C08F4/34 C08F […] › C08F 4/00 Catalizadores de polimerización. › Percompuestos con un radical peroxi.

PDF original: ES-2164619_T1.pdf

 


Fragmento de la descripción:

Polímeros dispersantes de cemento para hormigón de alta fluidez, alta resistencia y autocompactante.

Antecedentes de la invención

La calidad del hormigón fresco viene determinada por la facilidad y homogeneidad con la que puede ser mezclado, transportado, compactado y prefabricado. También se puede definir como la cantidad de trabajo interno necesario para obtener una compactación completa.

El comportamiento reológico del hormigón se refiere a términos reológicos tales como plasticidad y viscoelasticidad de su pasta de cemento.

Las composiciones de cemento, tales como el mortero o el hormigón, pierden su fluidez a lo largo del tiempo debido a un efecto rápido de pérdida de flexibilidad producido por una reacción de hidratación inicial del cemento y el agua. Esta pérdida de fluidez disminuye su trabajabilidad.

Como la trabajabilidad depende de las condiciones de colocación, el uso previsto determinará si el hormigón tiene la trabajabilidad necesaria.

El hormigón de plantas de hormigón premezclado o mezclado en el lugar de trabajo, usado en las construcciones de ingeniería civil, por ejemplo el anclaje de grandes puentes, placas base o muros laterales y alcantarillas de sección rectangular, en estructuras de construcción tales como estructuras reforzadas pesadas, estructuras de tuberías de llenado de hormigón u otras estructuras complicadas, requiere estar totalmente compactado para alcanzar la resistencia y durabilidad necesarias. El método existente y convencional para la compactación es mediante vibración del hormigón recién colocado.

Es necesario un nuevo sistema de producción para hormigón colado in situ para mejorar significativamente la situación de costes así como los aspectos de salud y seguridad de la obra de construcción.

Adicionalmente, el hormigón autocompactante permite una mayor productividad, tiempos de construcción más cortos y un medioambiente laboral mejorado.

La fluidez aumentada, definida por ejemplo como "extensión en mesa vibradora", "asentamiento" y "flujo de asentamiento", se puede lograr usando dosis grandes de agua en el hormigón, pero se sabe que la estructura basada en el cemento resultante presenta una compactibilidad insuficiente debido al excesivo sangrado y segregación y, consecuentemente, tendrá una resistencia a la compresión final pobre.

Con el fin de evitar la cantidad de agua en exceso, se puede producir el hormigón fluido mediante la adición de los denominados superplastificantes o mezclas reductoras de agua de alta actividad (abreviado generalmente como HRWR por sus iniciales en inglés: high range water-reducing) , como policondensados de formaldehído-melamina sulfonatada o policondensados de formaldehído-naftaleno o mezclas con base de ligninsulfonato. Todos estos polímeros bien conocidos no son capaces de producir las composiciones de cemento tratado para retener una fluidez elevada durante un periodo largo de tiempo (conocido como "tiempo de asentamiento") sin presentar un retraso significativo en el tiempo de fraguado inicial y un retraso considerable de las resistencias iniciales. Una desventaja adicional es el caudal inconstante y muy bajo de hormigón recién preparado que contiene cantidades elevadas (por ejemplo, 500 a 700 kg/m3) de cemento y hasta 20% de humo de sílice y cenizas volantes, cuyo flujo o puede mejorarse usando HRWRs convencionales.

Para hormigón prefabricado reciente fuertemente reforzado es conveniente que la mezcla cementosa tenga suficiente fluidez para fluir a través y alrededor de la estructura de refuerzo de acero para que llene el molde y se nivele en la superficie del molde.

En los últimos diez años, se han propuesto varias mezclas de polímeros basadas en las denominadas sales de ácido policarboxílico, por ejemplo copolímeros de ácido acrílico con ésteres acrílicos de polialquilenglicoles, para transmitir una reducción de agua elevada, elevada fluidez y tiempo de asentamiento prolongado para el hormigón, pero la mayoría de ellos no producen un hormigón autocompactante sin producir un retraso demasiado largo del tiempo de fraguado y del desarrollo de la resistencia inicial.

La mejora de las resistencias a la comprensión inicial, es decir 1 día, es de gran importancia en la industria de los prefabricados de hormigón y del hormigón pretensado, y con este objetivo se conocen en la técnica aceleradores químicos, tales como alcanolaminas terciarias, tiocianatos, nitritos y halogenuros de metales alcalinos y de metales alcalinotérreos que pueden ser añadidos separadamente al hormigón fresco.

Como el cloruro de calcio y otras sales inorgánicas pueden iniciar la corrosión del acero de refuerzo integrado en el hormigón endurecido, la alcanolaminas terciarias que muestran tanto propiedades aceleradoras como inhibidoras de la corrosión, son los aceleradores químicos más recomendables.

Desafortunadamente, es bien conocido que las aminas terciarias actúan como catalizadores potentes para la escisión de ésteres y por esta razón no pueden ser mezcladas previamente con los polímeros de éster acrílico de la técnica y almacenadas durante periodos de tiempo más largos, causando de este modo una durabilidad de la mezcla fuertemente reducida.

Con el fin de mejorar la estabilidad de dichas mezclas, se solicitó una forma desactivada de alcanolaminas que se reactive en un medio alcalino.

Con la introducción de un hormigón de fluidez superelevada o autocompactante, que es o contiene un polímero multiuso que actúa simultáneamente 1) como un HRWR, 2) como acelerador del fraguado y de la resistencia, y 3) como inhibidor de la corrosión, estos problemas se podrían resolver, particularmente la necesidad de vibración puede reducirse de forma significativa.

Resumen de la invención

El problema que debe ser resuelto por la presente invención es que los polímeros dispersantes del cemento convencional no se pueden usar como mezclas para producir simultáneamente hormigón autocompactante de elevada fluidez y elevada resistencia.

La presente invención proporciona por lo tanto -como resultado de estudios extensos- copolímeros acrílicos que pueden resolver este problema.

La invención se basa en polímeros acrílicos modificados que tienen a) una cadena de poli (oxalquileno) y b) un grupo alcanolamina terciaria, los cuales están ambos conectados a la estructura central del polímero mediante enlaces de éster. Dichos polímeros se pueden obtener por copolimerización radicálica acuosa de ésteres y amidas acrílicas de polialquilenglicol con un ácido acrílico y un éster acrílico de una alcanolamina terciaria.

En particular, se encontró que la relación entre la relación molar de los grupos carboxilato libres frente a los grupos éster de polioxietileno y los grupos polioxietileno amida en el polímero, así como la longitud de la cadena de polioxietileno determina estrictamente las propiedades del copolímero como agente dispersante, reductor del agua y mantenedor del asentamiento.

Descripción detallada de la invención

Se describe un copolímero acrílico soluble en agua con dispersante del cemento, acelerador del fraguado y propiedades anticorrosivas del acero, así como una mezcla que comprende una cantidad de 5 a 95% de dicho copolímero acrílico soluble en agua.

Dicho polímero se puede obtener por copolimerización de un ácido monocarboxílico a, 1-olefínico o su sal mostrada en la fórmula 1 siguiente, un segundo monómero acrílico mostrado en la fórmula 2 siguiente, opcionalmente un tercer monómero acrílico mostrado en la fórmula 3 siguiente, un cuarto monómero acrílico mostrado en la fórmula 4 siguiente y opcionalmente un quinto monómero acrílico mostrado en la fórmula 5, de forma que la relación molar de las unidades monoméricas constituyentes es:

a : b : c : d : e = (0, 1-0, 9) : (0, 01-0, 80) : (0-0, 80) : (0, 001-0, 3) : (0-0, 5) , y a : (b+c+d+e) = 0, 1 : 0, 9 a 0, 9 : 0, 1

donde a se refiere al intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 1, b se refiere al intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 2, c se refiere al intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 3, d se refiere al intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 4, e se refiere al intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 5, teniendo dichos monómeros las fórmulas estructurales... [Seguir leyendo]

 


Reivindicaciones:

1. Un copolímero acrílico soluble en agua con propiedades dispersantes de cemento, aceleradoras del fraguado y anticorrosivas para el acero que se puede obtener por copolimerización de un ácido monocarboxílico a ,b -olefínico o su sal representado por la fórmula 1 que se da más adelante,

un segundo monómero acrílico representado por la fórmula 2 que se da más adelante, opcionalmente un tercer monómero acrílico representado por la fórmula 3 que se da más adelante, un cuarto monómero acrílico representado por la fórmula 4 que se da más adelante y opcionalmente un quinto monómero acrílico representado por la fórmula 5,

de manera que la relación molar de las unidades monoméricas constituyentes 1,2,3,4 y 5 es

a:b:c:d:e=1:(0,01-0,80):(0-0,80):(0,001-0,3):(0-0,5)

y

a:(b+c+d+e)=0,1:0,9 a 0,9:0,1 en las que

a designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 1,

b designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 2,

c designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 3,

d designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 4,

e designa el intervalo de concentración molar de los monómeros constituyentes 5,

teniendo dichos monómeros las fórmulas estructurales representadas a continuación:

R
  |
H2C = C
  |
COOM
    1
R
  |
H2C = C
  |
COO(CH2CHRO)x - R3
    2
R
  |
H2C = C
  |
CO - NH(CH2CHRO)y - R3
    3
R
  |
H2C = C
 |
COO - CHRCH2 - N - R1
 |
R2
    4
R
 |
H2C = C
 |
CO - NR4R5
    5

en las que cada R, independientemente de cada uno de los otros, representa un átomo de hidrógeno o un grupo metilo, R1 y R2, independientemente uno del otro, representan un resto alquilo C1-C4, un grupo hidroxietilo (CH2CH2OH), un grupo acetoxietilo (CH2CH2OCOCH3), un grupo hidroxi-isopropilo (CH2-CHOH-CH3), un grupo acetoxi-isopropilo (CH2-CHOCOCH3), o R1 y R2 pueden formar, conjuntamente con el átomo de nitrógeno al que están unidos, un anillo de morfolina;

R3 es un resto alquilo C1-C4,

R4 y R5 representan, independientemente, un resto alifático, cicloalifático, aralifático o aromático, o R4 y R5 pueden formar, conjuntamente con el átomo de nitrógeno al que están unidos, un sistema de anillo de morfolina o imidazol,

M representa un átomo de hidrógeno, un ión de metal alcalino, un ión de metal alcalinotérreo, un ión aluminio, un grupo amonio o un grupo amonio orgánico;

X e y representan, independientemente, números enteros desde 2-300.

2. Un polímero acrílico modificado conforme a la reivindicación 1, en el que el monómero 1 es ácido acrílico o ácido metacrílico.

3. Un polímero acrílico modificado conforme a la reivindicación 1 ó 2, en el que el monómero 2 es un acrilato de metoxi-polioxietileno de un peso molecular de 350 a 5000 g/mol.

4. Un polímero acrílico modificado conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que el monómero 3 es una metoxi-polioxialquilen acrilamida de un peso molecular de 500 a 5000 g/mol.

5. Un polímero acrílico modificado conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que el monómero 4 es el éster acrílico de una alcanol-amina terciaria.

6. Un polímero acrílico modificado conforme a la reivindicación 4, en el que el monómero 4 es acrilato de dimetilaminoetilo.

7. Un polímero acrílico modificado conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el monómero 5 es la acrilamida de la oxazolidina.

8. Un polímero acrílico modificado conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que el monómero 5 es la acrilamida de la diciclohexilamina.

9. Un polímero acrílico modificado conforme a las reivindicaciones 1 a 8, que tenga un peso molecular promedio numérico en el intervalo de 5000 a 50000.

10. Un procedimiento para preparar un polímero acrílico modificado conforme a la reivindicación 1, en el que los monómeros 1, 2, 3, 4 y 5 se hacen reaccionar por copolimerización radical en solución acuosa en presencia de peróxido de hidrógeno acuoso como iniciador.

11. El procedimiento de la reivindicación 10, en el que se usa un compuesto orgánico de tiol como agente de transferencia de cadena.

12. El procedimiento de la reivindicación 1, en el que se usa tioglicerina como agente de transferencia de cadena.

13. Un polímero acrílico modificado obtenible por el procedimiento de una de las reivindicaciones 10 a 12.

14. Una mezcla dispersante de cemento, y aceleradora del fraguado, que tiene propiedades anticorrosivas y preferiblemente también propiedades reductoras de la contracción para el acero, que contiene un polímero acrílico modificado conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y 13 en cantidades de desde 5 a 95 %, y que está en forma de líquido o de polvo.

15. La mezcla de cemento de la reivindicación 14, que contenga al menos un agente despumante o antiespumante.

16. La mezcla de cemento de la reivindicación 14 ó 15, que contenga al menos un agente controlador de aire.

17. Un mortero, hormigón, cemento o ligante cementoso que contenga el polímero acrílico modificado conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y 13 en una cantidad de 0,01 a 10 % en peso del ligante, que dicho mortero u hormigón tenga un contenido unitario de ligante compuesto de cemento o una mezcla de cemento y polvo microscópico hidráulico latente o inerte de 150 a 800 kg/m3, preferiblemente de 250 a 650 kg/m3.

18. Un mortero, hormigón, cemento o ligante cementoso conforme a la reivindicación 17, en el que el cemento es cemento Portland, cemento blanco, cemento con alto contenido en alúmina, y en el que el polvo microscópico hidráulico latente o inerte es ceniza volante, escoria, humo de sílice, el producto de la combustión de la pizarra bituminosa, metacaolín o carbonato cálcico.

19. Un mortero, hormigón, cemento o ligante cementoso conforme a la reivindicación 17, en el que se añade una mezcla de una de las reivindicaciones 14 a 16 antes, durante o después de la operación de trituración del cemento o del ligante cementoso.

20. Una suspensión acuosa de polvos microscópicos que contenga los polímeros acrílicos modificados conforme a una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 y 13 en una cantidad de 0,01 a 10 % en peso del ligante.

21. Una suspensión acuosa de polvos microscópicos conforme a la reivindicación 20, caracterizada porque el polvo microscópico es carbonato cálcico, yeso o sólidos basados en el yeso.


 

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