Material cementoso.

Una formulación de material cementoso que comprende:

una solución acuosa ácida de fosfato como parte B,

seleccionada de ácido fosfórico, fosfato de calcio, fosfato depotasio, fosfato de magnesio, fosfato de sodio, fosfato de aluminio, fosfato de amonio, fosfato de zinc ycombinaciones de los mismos;

una fuente de iones alcalino térreos seleccionada de óxido de magnesio solo o en combinación con aluminato decalcio como parte A; y

fosfato de boro insoluble.

Material cementoso Referencia cruzada a solicitudes relacionadas Esta solicitud reivindica la prioridad de la solicitud de patente provisional de Estados Unidos N º de Serie 60/784. 672 presentada el 22 de marzo de 2006 y la solicitud de patente de EE.UU. N º de Serie 11/688.410 presentada el 20 de marzo de 2007.

Campo de la invención La presente invención en general se refiere a materiales cementosos y, en particular, a reactivos de fosfato operativos para formar un agregado cementoso que presenta procesamiento y/o propiedades superiores en su actuación como agregado refractario.

Antecedentes de la invención

Los cementos cerámicos son mezclas de agua y óxidos de metales reactivos que reaccionan para formar una masa endurecida. Los cementos se utilizan a menudo como adhesivos para hormigón. El cemento Portland, por ejemplo, es una mezcla de agua y cal y sílice calcinada que cura para formar fases principales de silicato de dicalcio y silicato de tricalcio. El cemento Portland tiene cualidades atractivas de manejo y de coste, sin embargo, sufre de inconsistencia de las propiedades físicas, viscosidad relativamente alta, y velocidades de curado lento. Como resultado, el cemento Portland no es adecuado para el bombeo o la pulverización. Además, el cemento Portland tiene una pobre adhesión a un sustrato de cemento Portland. Como resultado, cuando hay una interrupción en la formación de un cuerpo de cemento Portland, resulta una discontinuidad estructural descartando de ese modo la utilización como un revestimiento de superficie o parche.

Los materiales cementosos a base de fosfato abordan una serie de limitaciones asociadas con cemento Portland y se caracterizan por sus propiedades excelentes de resistencia y dureza y adherencia a la mayoría de los materiales, incluyendo cementos fraguados, ladrillo, metal, madera, la mayoría de los productos de madera, y el asfalto. Los materiales cementosos a base de fosfato también tienen una buena estabilidad química y resistencia a la compresión, y dureza superior a la del cemento Portland. Por otra parte, los materiales cementosos a base de fosfato tienden a endurecerse con poca o ninguna porosidad abierta y por lo tanto pueden ser utilizados para formar selladuras y moldes impermeables al agua.

Un material cementoso a base de fosfato deseable tiene las características de un tiempo de endurecimiento ajustable, mantenimiento de la resistencia con el tiempo a temperatura de funcionamiento y cambios dimensionales limitados en función de la temperatura. La producción de un material cementoso ventajoso es particularmente problemático cuando el material cementoso se utiliza como material refractario. En un material cementoso refractario, las altas temperaturas experimentadas sirven para mejorar los cambios dimensionales al tiempo que facilitan las reacciones químicas no deseadas que tienen escasas consecuencias a temperatura de funcionamiento inferior.

Los materiales cementosos que utilizan un aglutinante a base de fosfato para establecer la posición relativa de las partículas de agregado, mientras son eficaces en la formación de una variedad de materiales cementosos, han demostrado ser difíciles en la práctica para obtener las propiedades teóricamente alcanzables. En el caso de los cementos de aluminato de calcio, la reacción de fosfato con una fuente de calcio produce un aglutinante a base de fosfato de calcio. Puesto que el reactivo de fosfato tal como el ácido fosfórico se proporciona normalmente en forma de solución, la cinética y la homogeneidad de los iones de calcio reactivos son un factor en la determinación de la cinética de endurecimiento del material cementoso y la resistencia.

La técnica anterior enseña el uso de monoaluminato de calcio (CA) y dialuminato de calcio (CA2 o como sinónimo derivado derivado del inglés, grossita) como fuentes dominantes de iones de calcio para la formación de aglutinante de fosfato de hidrógeno y calcio, como se detalla por ejemplo en el documento de patente US 5.888.292. La propensión de monoaluminato de calcio para hidratar es un contribuyente importante a la resistencia de endurecimiento temprana de los cementos de fosfato, y la reacción de esta fuente de calcio tiende a ser lenta. La grossita basada en una estructura de tetraedros de tetraóxido de aluminio imparte una naturaleza más refractaria al cemento resultante que CA, con el coste de ser más lento para endurecer y como resultado más susceptible a las inclusiones que no han reaccionado en el aglutinante. Estas bases de aluminatos de calcio ricas en aluminio como una fuente de calcio tienden a ralentizar el endurecimiento del material e incorporan inclusiones ricas en aluminio que reducen la temperatura de funcionamiento global de un material cementoso y la resistencia del material.

Con el fin de obtener materiales cementosos refractarios a temperaturas de fusión de más de 2000 °F (1093 °C) , se recurre a menudo a los aglutinantes de fosfato de magnesio producidos a través de la reacción de óxido de magnesio con un fosfato soluble o ácido fosfórico. Un problema asociado con la formación de un aglutinante de fosfato de magnesio es una reacción altamente exotérmica asociada con la neutralización del ácido fosfórico por el óxido de magnesio. Prácticamente, las reacciones entre el ácido fosfórico y el óxido de magnesio dan como

resultado artículos blandos que endurecen a temperatura ambiente y los tiempos de endurecimiento que a menudo son demasiado rápidos para el manejo adecuado. Como resultado, el óxido de magnesio se combina con una solución de fosfato de aluminio a pesar de que el coste y las propiedades de trabajo favorecerían de otro modo la reacción de óxido de magnesio con ácido fosfórico.

Problemas adicionales asociados a los cementos de fosfato incluyen la transformación de fase desde polifosfatos, anónimamente conocidos como hexafosfatos y/o metafosfatos, a ortofosfatos. La transformación de fase a ortofosfato da como resultado una reducción de las resistencias a la compresión en el intervalo de 1000 °F (538 °C) a 1500 °F (816 °C) . Como resultado, se reduce la durabilidad de tales cementos en los hornos que operan en este intervalo de temperatura.

Los cementos de fosfato también son particularmente susceptibles a los contaminantes metálicos que forman fácilmente fosfatos de metales. La contaminación metálica se asocia a menudo con la degradación de herramientas de molienda y de corte utilizadas para procesar precursores de material cementoso y agregados refractarios que son parte de la formulación.

La reacción de metal con ácido fosfórico libera inevitablemente subproductos gaseosos que, o bien son retenidos como huecos dentro del material cementoso, o bien percolan a través del mismo produciendo trayectorias de propagación de grietas de baja energía a través del material.

Por lo tanto, se necesitan aditivos de cemento de fosfato para abordar las limitaciones antes mencionadas del aglutinante de cemento de fosfato existente. La capacidad de controlar las propiedades de endurecimiento y la resistencia facilita el uso de materiales cementosos particularmente como refractarios.

Sumario de la invención Una formulación de material cementoso que comprende una solución acuosa ácida de fosfato como parte B, seleccionada de ácido fosfórico, fosfato de calcio, fosfato de potasio, fosfato de magnesio, fosfato de sodio, fosfato de aluminio, fosfato de amonio, fosfato de zinc, y combinaciones de los mismos; una fuente de iones alcalino térreos seleccionada de óxido de magnesio solo o en combinación con aluminato de calcio como parte A; y fosfato de boro insoluble.

Se proporciona una formulación de material cementoso de dos partes que incluye óxido de magnesio que ha sido fundido y molido a un tamaño de menos de 200 micras (200 μm) como parte A y una solución acuosa de ácido fosfórico como parte B. También se proporciona una formulación de material cementoso que tiene una solución acuosa ácida de fosfato como parte B y una fuente de iones alcalino térreos como parte A que incluye aluminato de calcio, óxido de magnesio o una combinación de los mismos. También se proporciona un aditivo de fosfato insoluble mejorador de la resistencia, tal como fosfato de boro, fosfato de litio, o fluorapatita. También se proporciona una formulación de material cementoso que incluye una solución acuosa ácida de fosfato como parte B, una fuente de ion alcalino térreo de aluminato de calcio, óxido de magnesio, o una combinación de los mismos y un supresor de la reacción de la impureza de metal que tiene la fórmula:

donde Q es oxígeno o azufre, y R1-R4 son cada uno independientemente hidrógeno, alquilo C1-C8 y arilo C6-C12 arilo; grupos R1-R4... [Seguir leyendo]

1. Una formulación de material cementoso que comprende:

una solución acuosa ácida de fosfato como parte B, seleccionada de ácido fosfórico, fosfato de calcio, fosfato de potasio, fosfato de magnesio, fosfato de sodio, fosfato de aluminio, fosfato de amonio, fosfato de zinc y 5 combinaciones de los mismos;

una fuente de iones alcalino térreos seleccionada de óxido de magnesio solo o en combinación con aluminato de calcio como parte A; y

fosfato de boro insoluble.

2. El material de la reivindicación 1 en el que dicho óxido de magnesio se ha fundido a una temperatura superior a 10 2315 °C y molido a un tamaño de menos de 200 μm.

3. El material de la reivindicación 1 o la reivindicación 2 que comprende además fibras de acero que tienen del 12 al 14 por ciento atómico de cromo y del 2 al 10 por ciento atómico de aluminio.