Aditivo para hormigón y mortero.

Copolímero que consiste en, como unidades estructurales,

i) del 1 al 30% en moles de unidades derivadas de un monómero etilénicamente insaturado (a) que tienepor un mol del mismo de 80 a 300 moles de grupos oxialquileno C2-C3;

ii) del 5 al 45% en moles de unidades derivadas de un monómero (b) de un éster de alquilo, alquenilo ohidroxialquilo de un ácido mono o dicarboxílico etilénicamente insaturado;

iii) del 10 al 90% en moles de unidades derivadas de un monómero (c) seleccionado del grupo que consisteen un ácido monocarboxílico etilénicamente insaturado, una sal del mismo, un ácido dicarboxílicoetilénicamente insaturado, un anhídrido del mismo y una sal del mismo; y

iv) opcionalmente hasta el 5% en moles de otros monómeros.

Aditivo para hormigón y mortero

Campo técnico La presente invención se refiere a un aditivo para hormigón y/o mortero. Más específicamente, se refiere a un aditivo para hormigón y/o mortero que permite una fluencia óptima y, al mismo tiempo, puede mantener una consistencia, fluidez y trabajabilidad específicas del hormigón independientemente del tipo de cemento.

Técnica anterior

Cemento El cemento Portland, el componente fundamental en hormigón y/ mortero es cemento de silicato de calcio preparado con una combinación de calcio, silicio, aluminio y hierro.

Se fabrican diferentes tipos de cemento Portland para cumplir con diversos requisitos físicos y químicos. La norma C-150 de la American Society for Testing and Materials (ASTM) proporciona ocho tipos de cemento Portland y usa designaciones con números romanos de la siguiente forma:

-Tipo I, normal

-Tipo IA, normal, con inclusión de aire

-Tipo II, moderada resistencia a los sulfatos -Tipo IIA, moderada resistencia a los sulfatos, con inclusión de aire

-Tipo III, alta resistencia inicial

-Tipo IIIA, alta resistencia inicial, con inclusión de aire

-Tipo IV, bajo calor de hidratación

-Tipo V, alta resistencia a los sulfatos También según la norma europea EN 197-1, existen 5 tipos principales de cemento:

- CEM I, cemento Portland: que comprende cemento Portland y hasta el 5% de constituyentes adicionales minoritarios

- CEM II, cemento Portland-material compuesto: que comprende cemento Portland y hasta el 35% de otros constituyentes individuales

- CEM III, cemento de alto horno: que comprende cemento Portland y porcentajes superiores de escoria de alto horno

- CEM IV, cemento puzolánico: que comprende cemento Portland y porcentajes superiores de puzolana

- CEM V, cemento compuesto: que comprende cemento Portland y porcentajes superiores de escoria de alto horno y puzolana o cenizas volantes

Dichos tipos de cemento principales pueden dividirse en subtipos dependiendo del segundo constituyente del cemento, que puede ser escoria de alto horno, humo de sílice, puzolana natural, puzolana calcinada natural, cenizas volantes silíceas (por ejemplo cenizas volantes pulverizadas) , cenizas volantes calcáreas (por ejemplo cenizas volantes con alto contenido en cal) , piedra caliza, esquisto quemado o mezclas de los mismos.

Además de los diferentes tipos de cemento Portland, se fabrican varios cementos hidráulicos para fines especiales. Entre éstos está el cemento Pórtland blanco. El cemento Pórtland blanco es idéntico al cemento Pórtland gris, excepto en su color. Durante el proceso de fabricación, los fabricantes seleccionan materiales de partida que sólo contienen cantidades insignificantes de óxidos de hierro y magnesio, las sustancias que dan al cemento gris su color. El cemento blanco se usa siempre que las consideraciones arquitectónicas especifican hormigón o mortero blanco o de color.

Los cementos hidráulicos combinados se producen combinando estrechamente dos o más tipos de material de

cementaciones. Los principales materiales de combinación son cemento Portland y puzolanas, como escoria de alto horno granulada molida (subproducto de la producción de acero en altos hornos de acero) , cenizas volantes (subproducto de la combustión del carbón) , humo de sílice, piedra caliza y puzolanas naturales.

Las puzolanas son tobas estrictamente volcánicas del tipo encontrado cerca de Pozzuoli en el sur de Italia, que conjuntamente con la cal, eran usadas por los antiguos romanos en los morteros empleados en muchos de sus edificios. En el diseño de mezcla de hormigón, el término puzolana se usa para describir un material en polvo, que cuando se añade al cemento en una mezcla de hormigón reacciona con la cal liberada por la hidratación del cemento para crear compuestos, lo que mejora la resistencia u otras propiedades del hormigón.

Los cementos hidráulicos combinados se adaptan a los requisitos de las normas ASTM C-1157, ASTM C-595 o EN 197-1 (CEM II, CEM III, CEM IV y CEM V) .

Los cementos hidráulicos combinados se usan comúnmente de la misma manera que los cementos Portland. Sin embargo, debido a la protección medioambiental (requisitos de eliminación de dióxido de carbono según el Protocolo de Kyoto) , el uso de cemento (hidráulico) combinado por la industria de la construcción se está volviendo cada vez más importante.

Debido al hecho de que el cemento se produce en un horno de cemento que quema piedra caliza, arcilla y una variedad de otros minerales a aproximadamente 1400ºC, se producen aproximadamente de 1 a 3 toneladas de dióxido de carbono por cada tonelada de cemento. La fabricación de cemento constituye aproximadamente el 5-15% de la producción mundial total de dióxido de carbono.

Los beneficios del cemento (hidráulico) combinado son significativos. Por ejemplo, cuando se mezclan puzolanas con cemento, la cantidad de la mezcla casi sustituye directamente a la cantidad de dióxido de carbono producido en el proceso de clinker de cemento. Por ejemplo, una combinación o mezcla de cenizas volantes al 50% sustituye a 0, 5 toneladas de dióxido de carbono por cada tonelada de cemento usada.

Finalmente, los cementos expansivos son cementos hidráulicos que se expanden ligeramente durante el periodo de endurecimiento inicial tras el fraguado.

Mortero El mortero es un producto de albañilería compuesto por cemento y arena, generalmente con un tamaño de grano inferior a 4 mm (a veces inferior a 8 mm, por ejemplo mortero para efectos decorativos especiales o mortero maestro para suelo) . Cuando se mezcla agua con mortero, se activa su elemento de unión, el cemento. Debe distinguirse el mortero del “hormigón”, que actúa de una manera similar pero que contiene áridos gruesos que se unen entre sí mediante el cemento. El hormigón puede permanecer independiente, mientras que el mortero se usa para mantener juntos ladrillos o piedras.

Hormigón En su forma más sencilla, el hormigón es una mezcla de pasta y áridos. La pasta, compuesta por cemento y agua, recubre la superficie de áridos finos y gruesos. A través de una reacción química denominada hidratación, la pasta se endurece y adquiere resistencia para formar la masa de tipo roca conocida como hormigón.

Dentro de este proceso reside la clave de una característica notable del hormigón: es plástico y maleable cuando acaba de mezclarse, fuerte y duradero cuando se endurece.

La clave para lograr un hormigón fuerte y duradero reside en la proporción y mezclado cuidadosos de los componentes. Una mezcla de hormigón que no tiene suficiente pasta para llenar todos los vacíos entre los áridos será difícil de colocar y producirá superficies alveolares, ásperas y hormigón poroso. Una mezcla con un exceso de pasta de cemento será fácil de colocar y producirá una superficie lisa; sin embargo, es probable que el hormigón resultante tenga mayor contracción de secado y sea poco económico.

Una mezcla de hormigón diseñada de manera apropiada poseerá la trabajabilidad deseada para el hormigón fresco y la durabilidad y resistencia requeridas para el hormigón endurecido. Normalmente, una mezcla tiene aproximadamente del 10 al 15% en peso de cemento, del 60 al 75% en peso de áridos y del 15 al 20% en peso de agua. El aire incluido en muchas mezclas de hormigón también puede constituir otro 5 al 8% en peso.

Aditivos Los aditivos son los componentes en el hormigón distintos del cemento, agua y áridos que se añaden a la mezcla inmediatamente antes o durante el mezclado. Los aditivos interaccionan en su mayor parte químicamente con los constituyentes del hormigón y afectan a las propiedades y características del hormigón fresco y endurecido y a su durabilidad.

Los aditivos, que interaccionan en su mayor parte químicamente con los constituyentes del hormigón, se usan principalmente para reducir el coste de la construcción de hormigón; para modificar las propiedades del hormigón endurecido; para garantizar la calidad del hormigón durante el mezclado, transporte, colocación y curado; y para superar ciertas emergencias durante las operaciones con hormigón.

La eficacia de un aditivo depende de varios factores incluyendo: el tipo y la cantidad de cemento, contenido en agua, tiempo de mezclado, asentamiento y temperaturas del hormigón y el aire. La mayoría de los aditivos de tipo compuesto químico orgánico se ven afectados por el tipo y la marca de cemento, la razón de agua–cemento, la clasificación de los áridos y la temperatura.

Los aditivos se clasifican según su función. Hay cinco clases distintas de aditivos químicos:... [Seguir leyendo]

1. Copolímero que consiste en, como unidades estructurales,

5 i) del 1 al 30% en moles de unidades derivadas de un monómero etilénicamente insaturado (a) que tiene

por un mol del mismo de 80 a 300 moles de grupos oxialquileno C2-C3;

ii) del 5 al 45% en moles de unidades derivadas de un monómero (b) de un éster de alquilo, alquenilo o

hidroxialquilo de un ácido mono o dicarboxílico etilénicamente insaturado;

iii) del 10 al 90% en moles de unidades derivadas de un monómero (c) seleccionado del grupo que consiste

en un ácido monocarboxílico etilénicamente insaturado, una sal del mismo, un ácido dicarboxílico

etilénicamente insaturado, un anhídrido del mismo y una sal del mismo; y

15 iv) opcionalmente hasta el 5% en moles de otros monómeros.

2. Copolímero según la reivindicación 1, en el que el monómero (a) se selecciona del grupo que consiste en

(a-1) un producto de éster preparado mediante la reacción entre metoxipolialquilenglicol que tiene por un

mol de 25 a 300 moles de grupos oxialquileno C2-C3 con ácido acrílico o ácido metacrílico,

(a-2) un monoalil éter preparado mediante la reacción entre polialquilenglicol que tiene por un mol de 25 a

300 moles de grupos oxialquileno C2-C3 y alcohol alílico, y

25 (a-3) un aducto preparado mediante la reacción entre anhídrido maléico, anhídrido itacónico, anhídrido

citracónico, ácido maléico, ácido itacónico, ácido citracónico, amida acrílica o una amida acrílico-alquílica y

un polialquilenglicol que tiene por un mol de 25 a 300 moles de grupos oxialquileno C2-C3.

3. Copolímero según la reivindicación 1 ó 2, en el que el monómero (a) se define por la fórmula (I) :

en la que R1 y R2 son cada uno un átomo de hidrógeno o metilo, AO es un grupo oxialquileno C2-C3, n es un número de 25 a 300 y X es un átomo de hidrógeno o un grupo alquilo C1-C3.

4. Copolímero según la reivindicación 3, en el que n es un número de 80 a 300.

5. Copolímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el monómero (b) es un éster de monocarboxilato insaturado que tiene la formula (II) :

en la que R3 es un átomo de hidrógeno o metilo y R4 es un grupo alquenilo o alquilo C1-C18 o un grupo hidroxialquilo C2-C6.

6. Copolímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el monómero (b) se selecciona del grupo que consiste en un diéster maléico, un diéster fumárico, un diéster itacónico y un diéster citracónico, estando unido cada diéster a un grupo alquenilo o alquilo, lineal o ramificado, C1-C18.

7. Copolímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en el que el monómero (c) se define por la fórmula (III) :

en la que M1 es un átomo de hidrógeno, un metal alcalino, un metal alcalinotérreo, amonio, un alquilamonio o un grupo alquilamonio sustituido; R5 y R7 son cada uno un átomo de hidrógeno, metilo o (CH2) m2COOM2; R6 es un átomo de hidrógeno o metilo; M2 tiene la misma definición que M1; m2 es 0 ó 1.

8. Copolímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, comprendiendo el copolímero del 5 al 20% en moles de las unidades (a) , del 10 al 40% en moles de las unidades (b) y del 25 al 80% en moles de las unidades (c) .

9. Copolímero según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, teniendo el copolímero un peso molecular promedio en peso (Mw) de 8.000 a 1.000.000.

10. Composición de aditivo para hormigón y/o mortero que comprende el copolímero tal como se define en las reivindicaciones 1 a 9.

11. Composición según la reivindicación 10, que comprende además al menos un superplastificante, distinto del copolímero tal como se define en las reivindicaciones 1 a 10, seleccionado del grupo que consiste en derivados de naftaleno, derivados de melamina, derivados de ácido aminosulfónico, superplastificantes a base de policarboxilato, superplastificantes a base de poliéter y mezclas de los mismos.

12. Composición según la reivindicación 11, en la que una razón en peso de mezclado del copolímero con respecto al (a los) superplastificante (s) oscila entre 10:90 y 90:10.

13. Método para dispersar una mezcla de cemento que comprende añadir a una mezcla de cemento i) un copolímero tal como se define en las reivindicaciones 1 a 9, o

(ii) una composición de aditivo tal como se define en las reivindicaciones 10 a 12.

14. Composición de hormigón que comprende cemento, áridos, agua y

(i) un copolímero tal como se define en las reivindicaciones 1 a 10, o

(ii) la composición de aditivo tal como se define en las reivindicaciones 10 a 12.

15. Composición de mortero que comprende cemento, arena, agua y

(i) un copolímero tal como se define en las reivindicaciones 1 a 10, o

(ii) la composición de aditivo tal como se define en las reivindicaciones 10 a 12.

16. Composición según las reivindicaciones 14 ó 15, que comprende del 0, 02 al 1, 0 por ciento en peso del copolímero como un 100% de materia activa basado en la materia sólida del cemento.

17. Composición según las reivindicaciones 14 a 16, en la que el cemento es un cemento hidráulico combinado.