Aglutinante para redes viales a base de cristal triturado y metacaolín.

Aglutinante para redes viales, caracterizado porque comprende cristal triturado,

metacaolín, cemento y cal, la cantidad ponderal total de cristal triturado y metacaolín está comprendida entre 70% y 90%, con respecto al aglutinante seco.

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DESCRIPCIÓN

Aglutinante para redes viales a base de cristal triturado y metacaolín La presente invención pertenece al dominio de los revestimientos de los terrenos y más particularmente a los aglutinantes para la protección de las vías.

La misma tiene como objeto un aglutinante para redes viales que emplea conjuntamente cristal en polvo y metacaolín, en presencia de una cantidad reducida de cal y cemento. Otro objeto de la invención es un mortero o un hormigón que comprende dicho aglutinante.

Los aglutinantes para redes viales deben poseer propiedades mecánicas indispensables para su eficacia y duración. Estos deben conferir a los terrenos una resistencia mecánica elevada, al conservar una determinada elasticidad, de forma que los terrenos absorban mejor las deformaciones causadas por el paso repetido de cargas pesadas. Su ejecución debe ser simple y rápida para no obstaculizar el desarrollo de las obras. Por la misma razón, estos deben poderse usar lo más pronto posible después de su aplicación en el terreno. Esto implica conservar las propiedades requeridas a largo plazo pero igualmente adquirirlas muy rápidamente.

Otras propiedades son importantes, por ejemplo la capacidad de secar los terrenos, lo que favorece la compactación y aumenta la resistencia de los mismos. Los aglutinantes aportan igualmente al terreno una insensibilidad al gel, lo que permite prolongar la vida de un revestimiento. El empleo de materiales poco costosos y que poseen cualidades estéticas es un criterio suplementario a tener en cuenta. Las exigencias medioambientales se suman ahora a las limitantes técnicas y económicas.

Los aglutinantes para redes viales se emplean para tratar la mayoría de los terrenos en un mismo lugar o con elementos adicionados (arcillas, limos, arenas, gravillas, etc.) . Ellos modifican su naturaleza y contribuyen al mejoramiento de su estado. Un tratamiento con un aglutinante reduce la cantidad de humedad de un terreno y prepara, según el caso, la colocación de un revestimiento de asfáltico. Los aglutinantes son empleados en obras viales y para construir parqueos, pistas de ciclismo, áreas de almacenamiento, rutas de gran tráfico, carreras para caballos, etc.

Están normalmente compuestos por cal hidráulica natural y cemento. El constituyente principal del cemento es el clinker que es obtenido a partir de la cocción de una mezcla de 80% de caliza (CaCO3) y 20% de arcillas (silicatos de aluminio hidratados) .

Después de varias moliendas y homogeneización, el producto en bruto se lleva a una temperatura que va desde 700º C a 940º C donde se realiza una descarbonatación de la mezcla, y es hacia los 1450º C que se produce la fo rmación del clinker. El clinker se tritura finamente después con yeso (aproximadamente 5%) el que desempeña el papel de regulador de tiempo de fraguado durante la mezcla con el agua.

Ahora, al ser cada vez mayor la producción de cemento en Europa y el mundo, incidiendo además de manera significativa en la emisión de CO2 a la atmósfera, resulta indispensable tratar de disminuir el consumo de clinker hallando materiales que lo puedan sustituir. Al hacerlo, es necesario conservar las propiedades específicas de los aglutinantes viales, como la resistencia mecánica o la duración de los revestimientos.

Algunos estudios han considerado utilizar cristal en bruto, ya sea en forma de granulado tipo arena, o en forma de polvo fino, en sustitución de una parte del cemento. Por ejemplo, los desechos de cristal de tubos catódicos pueden contribuir a reducir el consumo de clinker.

En 1998, un estudio puso en evidencia el interés de utilizar los desechos de vidrios para embalaje como aglutinantes en la estabilización de los terrenos, formando con una mezcla con el clinker, un "cemento de cristal". El valor óptimo de reactividad del cristal triturado fue determinado teniendo en cuenta la granulometría de este último y la adición de bases fuertes (sodio y potasio) . Fue demostrado que la resistencia mecánica de las pastas de cemento eran pobres a corto plazo pero evolucionaban de manera interesante más allá de este período. Seguidamente, un nuevo estudio permitió elaborar un aglutinante de mayor calidad a partir de polvo fino de cristal siendo mayoritario, con al menos 70% del aglutinante. El empleo en el dominio de la ingeniería civil de este nuevo aglutinante que asocia clinker y desechos de cristal y presenta rendimientos globalmente satisfactorios en ejecución y resistencia, permitió reducir los volúmenes del cristal no reciclable, considerado hasta el momento como desecho último y sólo pudiendo ser asumido por un Centro Técnico de Vertederos.

El documento FR2800089A1 divulga un procedimiento de estabilización de un terreno, en el cual se mezcla un aglutinante comprendiendo: cristal, cal viva y sodio, como reactivo básico. El documento EP1422206A1 divulga un aglutinante hidráulico, destinado a constituir un hormigón/mortero decorativo. El aglutinante está constituido por una mezcla de clinker, o cemento Portland, con al menos 50% de al menos una variedad de cristal con silicato industrial, en estado finamente triturado.

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Sin embargo, se observó que aunque la resistencia de dichos aglutinantes sea correcta a largo plazo, la misma se mantiene en un nivel medio con respecto a los aglutinantes convencionales, y sobre todo es baja en el periodo inicial. El tiempo de fijación a respetar para obtener una resistencia suficiente antes de la circulación de vehículos en el terreno tratado es elevado, lo que acarrea dificultades en las vías.

Se hace necesario definir un aglutinante de red vial que mejore las propiedades mecánicas de los "cementos de cristal" a corto plazo, conservando e incluso mejorando sus propiedades mecánicas a largo plazo.

La presente invención tiene como objeto responder a esta necesidad, a fin de proponer un aglutinante en los rendimientos mejorados aplicable en técnica viaria, que respete las normas mecánicas pero también ecológicas. La solución adoptada se basa en la utilización conjunta de polvo de cristal y metacaolín, en presencia de una cantidad reducida de cal y cemento. Los constituyentes seleccionados permitieron obtener aglutinantes de fijación rápida y presentando una excelente resistencia mecánica a corto y largo plazo. Estos constituyentes deben de preferencia emplearse en proporciones definidas, tomados en un intervalo de valores seleccionados. De manera inesperada, se halló que los valores óptimos que rigen las proporciones de cada ingrediente en el aglutinante, no son los valores extremos. En estas condiciones, no se observa ninguna interacción nefasta entre los constituyentes.

Luego fue necesario, para mejorar los rendimientos actuales de los aglutinantes de redes viales, modificar de manera fundamental su formulación. Esto pudo realizarse mejorando el carácter ecológico y además el aspecto económico del material final. En efecto, la utilización de un aglutinante en el cual una gran parte del cemento sea sustituida por metacaolín posee una ventaja económica y medioambiental, ya que la producción de una tonelada de cemento produce una tonelada de CO2 mientras que la producción de metacaolín lo produce únicamente por el aporte energético necesario en la calcinación. Del mismo modo, la recuperación final de los residuos de vidrio en una aplicación de carretera, evita el almacenamiento en el CET (Centro Técnico de Vertedero) .

La presente invención tiene así por objeto un aglutinante de red vial, que comprende cristal triturado, metacaolín, cemento y cal, la cantidad ponderal total de cristal triturado y metacaolín está comprendida entre 70% y 90%, con respecto al aglutinante seco.

El metacaolín, de fórmula Al2Si2O7, se produce por la calcinación de los materiales arcillosos: éste proviene de la deshidroxilación de la caolinita entre 500 y 650º C. Inmediatamente después de su formación, el metacaolín contiene aún 10% de sus grupos OH de inicio. Éstos se eliminan progresivamente con la elevación de la temperatura hasta 980º C.

El cristal triturado se presenta en forma de un polvo de granulometría clásicamente comprendido entre 10 μm y 35 μm, pero pude ir de 5 μm a 100 μm sin impedir la realización de la invención.

El cemento y la cal son escogidos entre los productos comúnmente empleados en el dominio de los aglutinantes destinados a la preparación de los morteros y hormigones. Se puede utilizar por ejemplo clinker (cemento Portland) mezclándolo con la cal viva.

Se observará que los compuestos... [Seguir leyendo]

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Reivindicaciones

1. Aglutinante para redes viales, caracterizado porque comprende cristal triturado, metacaolín, cemento y cal, la cantidad ponderal total de cristal triturado y metacaolín está comprendida entre 70% y 90%, con respecto al aglutinante seco.

2. Aglutinante para redes viales según la reivindicación 1, caracterizado porque la cantidad ponderal total de cristal triturado y metacaolín está comprendida entre 75% y 80%, con respecto al aglutinante seco.

3. Aglutinante para redes viales según la reivindicación 1 o 2, caracterizado porque la cantidad ponderal de cristal triturado V y la cantidad ponderal de metacaolín MK están en una relación V/MK que va de 20/80 a 60/40.

4. Aglutinante para redes viales según la reivindicación precedente, caracterizado porque la cantidad ponderal de cristal triturado V y la cantidad ponderal de metacaolín MK están en una relación V/MK que va de 45/55 a 55/45, y de preferencia de 50/50.

5. Aglutinante para redes viales según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque la cantidad ponderal de cemento Ci y la cantidad ponderal de cal Ch están en una relación Ci/Ch que va de 1/2 a 2/1.

6. Aglutinante para redes viales según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque comprende, en cantidad ponderal en el aglutinante seco:

-de 10% a 45% de cristal triturado, -de 25% a 70% de metacaolín, -de 1 % a 20% de cemento, y -de 1 % a 20% de cal.

35 7. 8. Aglutinante para redes viales según la reivindicación precedente, caracterizado porque comprende, en cantidad ponderal en el aglutinante seco : -de 30% a 40% de cristal triturado, de preferencia 38%, -de 30% a 50% de metacaolín, de preferencia 38%, -de 5% a 10% de cemento, de preferencia 8%, y -de 10% a 20% de cal, de preferencia 16%. Aglutinante para redes viales según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el metacaolín contiene de 60% a 70% de sílice SiO2, y de 25% a 40% de óxido de aluminio Al2O3.

9. Aglutinante para redes viales según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cristal triturado es un cristal silicato sodo-cálcico.

10. Aglutinante para redes viales según una de las reivindicaciones precedentes, caracterizado porque el cristal triturado es escogido entre los cristales de carácter hidrófobo o los cristales de carácter hidrófilo.

11. Mortero destinado a una aplicación en la red vial, caracterizado porque está constituido por arena y agua y se mezcla con un aglutinante según una de las reivindicaciones precedentes.

12. 13. Mortero según la reivindicación precedente, caracterizado porque la relación de los volúmenes aglutinante está comprendida entre 0, 5 y 1, 5. Mortero según la reivindicación 11 o 12, caracterizado porque la arena es arena sílice o arena calcárea. agua /

14. Aplicación de un mortero según una de las reivindicaciones 11 a 13 en el tratamiento de los terrenos y calzadas.