Fibras retorcidas tri-dimensionales y procesos para la preparación de las mismas.

Fibras para el refuerzo de hormigón, comprendiendo las fibras:

una pluralidad de fibras que tienen una longitudmedia de 5-100 mm, una anchura media de 0,25-8,0 mm, un grosor medio de 0,005-3,0 mm, presentando cada fibraun primer y segundo extremos opuestos que definen una parte intermedia entre los mismos que presenta unatorsión tri-dimensional, siguiendo la torsión tri-dimensional la siguiente curva descrita por medio de la ecuación

**Fórmula**

en la que a, b, ω1, ω2

2, v y π son números reales, en la que a y b se encuentran unidos por medio de 0,25 mm ≤ a, b ≤25 mm, y en la que las curvas sustancialmente seguidas por la torsión tri-dimensional de las fibras varían de fibra afibra dentro de dicha pluralidad de fibras.

Fibras retorcidas tri-dimensionales y procesos para la preparación de las mismas Campo de la invención La presente invención se refiere a fibras para el refuerzo de un material de matriz tal como mortero, hormigón, hormigón proyectado, caucho, plástico, hormigón bituminoso, composiciones de yeso, o asfalto y de manera más particular a fibras que tienen torsión tri-dimensional para mejorar la aptitud de dispersión de las mismas en el mortero y hormigón, como se muestra por ejemplo en el documento FR-A-980329. Este documento no describe una pluralidad de fibras con diferentes torsiones tridimensionales y dimensiones, tal y como se define en la reivindicación 1.

Antecedentes de la invención La presente invención se centra en particular en el problema de dispersar fibras en el interior de composiciones moldeables tales como mezclas de cemento fresco. Los problemas asociados a la adición de fibras a hormigón y a evitar la formación de grumos de fibras o la formación de bolas se encuentran bien documentados en "Guide for Specifying, Proportioning, Mixing, Placing, and Finishing Steel Fiber Reinforced Concrete" (número de documento ACI 544.3R-93) como se presenta por parte de American Concrete Institute Committee 544.

Durante años, se han concebido numerosos métodos innovadores para el envasado y empacado de fibras, tratamientos superficiales y medios mecánicos para la adición de fibras a una mezcla de hormigón, con el fin de intentar solucionar el problema de la formación de grumos y bolas en la fibra. La patente de Estados Unidos Nº.

4.121.943 (Akazawa et al.) describe una máquina diseñada para separar fibras en unidades separadas antes de su adición a una mezcla de hormigón. La patente de Estados Unidos Nº. 3.716.386 (Kempster) describe un proceso por el cual las fibras son revestidas con una sustancia que reduce la fricción antes de su introducción en la mezcla de hormigón. Las patentes de Estados Unidos Nos. 4.224.377 y 4.314.853 (Moens) describen un método por medio del cual una pluralidad de elementos de alambre se encuentra unida por un aglutinante que pierde su capacidad de aglutinación durante el proceso de mezcla. La patente de Estados Unidos Nº. 5.807.458 (Sanders et al.) describe un método para reforzar composiciones moldeables por medio del uso de elementos de refuerzo mantenidos en una alineación empaquetada en un medio de contención apto para dispersión.

Un factor común a los dos últimos métodos descritos para lograr elevadas velocidades de adición de fibras de elevada proporción de aspecto en el hormigón consiste en introducir las fibras de acuerdo con una configuración organizada que, tras la mezcla, permita liberar fibras lentamente adoptando una configuración alineada. De este modo, las fibras liberadas en el interior de las composiciones de cemento experimentan menores interacciones fibrafibra y posteriormente muestran menos tendencia a la formación de grumos o bolas, en comparación con las mismas fibras que se añaden a composiciones de cemento con una orientación totalmente aleatoria. Esta formación de grumos o bolas en la fibra significa que las hebras de fibra individuales no se dispersan de manera uniforme por toda la mezcla de hormigón, y por tanto se pueden quedar cortas en cuanto al hecho de conferir el refuerzo estructural deseado a la unidad o matriz de hormigón endurecido resultante como un todo. Un inconveniente importante de los dos últimos métodos descritos es que la liberación de las fibras en la unidad de mezcla depende de la velocidad a la cual se disuelva el aglutinante o medio de contención apto para dispersión. Por tanto, puede darse el caso de que las operaciones de mezcla que implican ciclos de mezcla cortos no permitan el tiempo suficiente para que tenga lugar la liberación completa de las fibras a partir del medio de contención apto para dispersión o la disolución total del aglutinante que une las fibras. Las fibras de la presente invención no están basadas en ningún agente aglutinante o medio de contención dispersable para la liberación y dispersión apropiadas y, por tanto, se pueden usar en operaciones en las que se vean implicados ciclos de mezcla cortos.

La presente invención abarca fibras que se pueden añadir de forma rápida a una composición de cemento con una orientación completamente aleatoria sin que tenga lugar la formación de grumos o bolas en la fibra.

Sumario de la invención La presente invención proporciona fibras para reforzar materiales de matriz tales como materiales de cemento hidráulicos (por ejemplo, mortero, hormigón) . Las fibras ejemplares de la invención presentan una longitud media de 5-100 mm, un anchura media de 0, 25-8, 0 mm, y un primer y segundo extremos opuestos que presentan cada uno unas dimensiones de anchura y grosor, superando las dimensiones de anchura a las dimensiones de grosor, estando retorcidas dichas anchuras de dichos extremos opuestos primero y segundo y, por tanto, presentando diferentes orientaciones. Preferentemente, las anchuras se encuentran orientadas en direcciones que no son coplanares una con la otra, y más preferentemente entre 15º-720º fuera de fase una con la otra (el número superior representa dos torsiones completas) y más preferentemente entre 15º-360º fuera de fase una con la otra. Las fibras pueden estar fabricadas a partir de uno o más polímeros sintéticos (por ejemplo, polipropileno, polietileno, etc.) , acero u otros materiales.

En otras realizaciones ejemplares, las fibras presentan partes de cuerpo intermedias definidas entre los primeros extremos de fibra opuestos primero y segundo que presentan una curva tri-dimensional o torsión. Por ejemplo, si cuando se estira en línea recta, se considera que el cuerpo de la fibra ocupa el eje "z", entonces se considera que las fibras presentan una curva en la dirección "x" (definida a lo largo de la dimensión de anchura de las fibras) , así como una curva en la dirección "y" (definida a lo largo de la dimensión de grosor de las fibras) .

La curvatura de las fibras se puede describir matemáticamente usando la siguiente ecuación:

Para obtener una torsión completa para una longitud l dada en la dirección z, es preciso que se cumpla la siguiente ecuación:

Un proceso preferido para la preparación de las fibras ejemplares anteriormente mencionadas de la invención comprende retorcer juntas 2-5000, y más preferentemente 6-24, hebras de fibra (cada hebra puede ser un monofilamento, multi-filamento o que a su vez puede comprender hebras adicionales) y posteriormente cortar el manojo de fibras retorcidas para dar lugar a piezas de fibra separadas que tienen estructura retorcida, como se ha descrito anteriormente. Generalmente, se mantiene la memoria de la forma retorcida en el material de fibra tras cortar en piezas de fibra separadas. La memoria de la forma retorcida del material de fibra se puede mejorar por medio de la introducción del manojo de fibras retorcidas (antes de cortar) contra y alrededor de una o más poleas para conferir tensión al material de manojo de fibras retorcidas, o tal como mediante la introducción del material de fibras retorcidas entre rodillos para provocar el alisado o aplastado o, de lo contrario, para conferir la forma retorcida a la memoria de las fibras. El calentamiento del manojo de fibras retorcidas antes del corte puede también conferir la forma retorcida a la memoria de las fibras.

Preferentemente, la pluralidad de las fibras preparadas de acuerdo con la invención presentará curvaturas o arcos que se conservan en la memoria del material (partes ligeramente dobladas entre los extremos opuestos de la fibra) que varían de fibra a fibra, y esto se puede conseguir dependiendo de la naturaleza del material (polímero, acero, otros) y del número de torsiones por longitud de fibra, tal como 1-96 torsiones y más preferentemente aproximadamente 6-8 torsiones por pie (30, 48 cm) lineal de fibra. De manera sorprendente, el corte de las fibras cuando se encuentra en un estado retorcido-junto proporciona una pluralidad de fibras que presentan diferentes curvaturas así como también extremos de corte opuestos que se pueden torcer en diferentes direcciones.

La estructura retorcida única de las fibras resultantes mejora la aptitud de dispersión de las fibras en una composición de matriz, tal como hormigón. En la presente invención, la capacidad para conferir una curvatura, como resultado de la torsión, generará una pluralidad de fibras individuales que presentan diferentes curvaturas (debido a que en cualquier punto dado del manojo de fibras retorcidas, las fibras individuales presentarán diferentes curvaturas) así como diferentes propiedades de sesgo. Las diferentes propiedades de sesgo surgen debido a las curvas o dobleces que aparecen en diferentes... [Seguir leyendo]

1. Fibras para el refuerzo de hormigón, comprendiendo las fibras: una pluralidad de fibras que tienen una longitud media de 5-100 mm, una anchura media de 0, 25-8, 0 mm, un grosor medio de 0, 005-3, 0 mm, presentando cada fibra un primer y segundo extremos opuestos que definen una parte intermedia entre los mismos que presenta una torsión tri-dimensional, siguiendo la torsión tri-dimensional la siguiente curva descrita por medio de la ecuación sen

en la que a, b, (1, (2, V y T son números reales, en la que a y b se encuentran unidos por medio de 0, 25 mm : a, b: 25 mm, y en la que las curvas sustancialmente seguidas por la torsión tri-dimensional de las fibras varían de fibra a fibra dentro de dicha pluralidad de fibras.

2. Las fibras de la reivindicación 1, en las que dichos extremos primero y segundo opuestos presentan cada uno dimensiones de anchura y grosor, excediendo las dimensiones de anchura a las dimensiones de grosor, estando retorcidas dichas anchuras de dichos extremos primero y segundo opuestos y presentando de este modo diferentes orientaciones.

3. Las fibras de la reivindicación 2, en las que las anchuras de dichos extremos primero y segundo opuestos están orientadas de manera que no sean coplanares unas con otras.

4. Las fibras de la reivindicación 3, en las que dichas anchuras de dichos extremos primero y segundo opuestos están orientada.

15. 720º fuera de fase una con el otra.

5. Las fibras de la reivindicación 4, en las que dichas anchuras de dichos extremos primero y segundo opuestos están orientadas entr.

15. 360º fuera de fase una con la otra.

6. Las fibras de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 a 5, en la que dichos cuerpos de fibra curvados se encuentran retorcidos en dos direcciones con respecto a la línea definida entre dichos extremos de fibra primero y segundo opuestos.

7. Las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en las que "x" es la dirección definida por medio de la anchura del primer extremo de fibra, "y" es la dirección definida como perpendicular a la dirección "x" y "z" es la dirección definida como perpendicular a las direcciones tanto "x" como "y".

8. Las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 7, en las que dichas fibras comprenden al menos uno de: un polímero sintético, un metal, un material compuesto o una de sus mezclas.

9. Las fibras de la reivindicación 8, en las que dichas fibras comprenden al menos dos polímeros, de manera que dichas fibras son operativas para experimentar fibrilación cuando son sometidas a agitación en una mezcla de cemento.

10. Las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9, en las que dichas fibras comprenden una mezcla de al menos dos materiales diferentes.

11. Las fibras de la reivindicación 9 o de la reivindicación 10, en las que algunas de las fibras individuales de dicha pluralidad de fibras comprenden al menos dos polímeros y son operativas para experimentar fibrilación cuando son sometidas a agitación en una mezcla de hormigón o mortero, estando dichas fibras parcialmente fibriladas en cualquiera de dichos extremos o en dicha parte de cuerpo intermedio entre dichos extremos.

12. Las fibras de la reivindicación 11, en las que algunas de dichas fibras individuales se encuentran parcialmente fibriladas dentro de dicha parte de cuerpo intermedia.

13. Las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en las que dichas fibras presentan curvaturas de torsión que corresponden a 6-5000 fibras que han sido retorcidas juntas para dar lugar a un manojo de fibras retorcidas usando 1-96 giros por pie lineal (30, 48 cm) para conferir memoria de torsión a la estructura de las fibras individuales que forman dicho manojo de fibras retorcidas.

14. Las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 12, en la que dichas fibras presentan curvaturas de torsión que corresponden a 6-5000 fibras que han sido retorcidas juntas para dar lugar a un manojo de fibras

retorcidas usando 1-96 giros por pie lineal (30, 48 cm) de longitud de fibra y sometidas a fuerzas de tensión o compresión para mejorar la memoria de torsión de la estructura de las fibras individuales que forman dicho manojo de fibras retorcidas.

15. Las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 14, en las que dichas fibras poliméricas son fibras de mono-filamento aptas para fibrilación, operativas para experimentar fibrilación dando lugar a hebras de componente más pequeñas cuando son agitadas en una mezcla de mortero u hormigón fresco.

16. Las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 15, en las que dichas fibras están dispuestas en forma de manojos de dos o más fibras, comprendiendo dichos manojos fibras de al menos dos materiales diferentes.

17. Las fibras de la reivindicación 15, en la que dichos manojos de fibras comprenden fibras poliméricas sintéticas y fibras de metal.

18. Un proceso para preparar las fibras de la reivindicación 1, comprendiendo el proceso: retorcer juntas una pluralidad de hebras de fibras para formar un manojo de fibras retorcidas para conferir una forma retorcida a la memoria del material de cada hebra de fibra, en el que cada hebra de fibra corresponde a una fibra individual de la pluralidad de fibras individuales.

19. El proceso de la reivindicación 18 que comprende de manera adicional: someter el manojo de fibras retorcidas a fuerzas de tensión o compresión o tratamiento térmico para impartir de manera adicional la forma retorcida a la memoria del material de cada hebra de fibra.

20. El proceso de la reivindicación 18 ó 19, en el que el manojo de fibras retorcidas se enrolla sobre un bobina.

21. El proceso de la reivindicación 18 ó 19, en el que el manojo de fibras retorcidas se corta para proporcionar fibras individuales por separado que presentan formas retorcidas tri-dimensionales.

22. El proceso de la reivindicación 19, en el que dicho manojo de fibras retorcidas se somete a tensionado usando una serie de poleas.

23. El proceso de la reivindicación 19, en el que dicho manojo de fibras retorcidas se somete a compresión entre dos rodillos.

24. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 23, en el que dicho manojo de fibras retorcidas es tratado térmicamente.

25. El proceso de la reivindicación 21, en el que el manojo de fibras retorcidas se corta para proporcionar manojos de fibras individuales retorcidas operativas para separarse de dicho manojos cuando son introducidas en el interior de un material de matriz y agitadas en el interior de dicho material de matriz.

26. El proceso de una cualquiera de las reivindicaciones 18 a 25, en el que se retuercen 2-25 hebras de fibra juntas usando 1-96 giros por pie lineal (30, 48 cm) de fibra para proporcionar dicho manojo de fibras retorcidas.

27. Un método para modificar una composición de cemento hidratable, que comprende introducir en el interior del material de matriz las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17.

28. Una composición de cemento hidratable que comprende un aglutinante de cemento y las fibras de una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 17.