Cemento de altas prestaciones mecánicas a cortas edades.

Cemento de altas prestaciones mecánicas a cortas edades, del tipo I según norma EN 197,

categoría CEM I 52.5 SR/R, que comprende en su composición aluminato tricálcico (C3A) en cantidad comprendida entre el 0% y el 3%, comprendiendo además silicato tricálcico (C3S) en una cantidad superior al 80%, de tal modo que es un cemento sulforesistente y de altas prestaciones mecánicas a cortas edades.

CEMENTO DE ALTAS PRESTACIONES MECÁNICAS A CORTAS EDADES

CAMPO DE LA INVENCION

La presente invención se refiere a un cemento portland de altísimas prestaciones mecánicas a cortas edades sulforesistente (resistente a terrenos con yesos, sulfuros y otros compuesto de azufre y al agua de mar) y que permite su utilización en aplicaciones marinas, en terrenos con sulfatos, así como al proceso de fabricación de los mismos. Asimismo presenta ventaja de tener un contenido bajo en álcalis, eliminando la problemática asociada al uso de áridos silíceos reactivos para la fabricación de un hormigón.

ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

En la fabricación del hormigón, cuando se desean conseguir resistencias muy elevadas en un tiempo muy corto, se emplean habitualmente altas dosificaciones de determinados aditivos y en muchos casos elevadas temperaturas de proceso. También se conoce el uso de cementos especiales muy finos y con altos calores de hidratación, siendo habituales aquellos cementos con un contenido de C3A (aluminato tricálcico) superior al 3%, llegando en algunos casos incluso al 15 % .

Estas prácticas han llevado a la producción de cantidades importantísimas de cementos que presentan importantes problemas de durabilidad en el hormigón por formación de etringita secundaria, debido a su expansión. Además, en el caso de áridos reactivos con los álcalis y al emplear elevadas temperaturas en la producción del hormigón y especialmente cuando las temperaturas de servicio son muy elevadas, presentan una patología que se denomina reactividad álcali-árido.

Los cementos con un contenido bajo en aluminato tricálcico (C3A) presentan desarrollos de resistencias lentos para muchas aplicaciones, por lo que, en estos casos si se quiere agilizar el endurecimiento la única posibilidad

es utilizar un curado de vapor controlado. Sin embargo, en determinadas situaciones, este curado no se puede realizar, por lo que se carece de una solución técnica óptima para casos de este tipo.

Según se ha citado, los hormigones presentan importantes problemas de durabilidad por formación de ettringita secundaria, debido a su expansión, lo que provoca fisuras estructurales, que se solventa cuando el cemento tiene un bajo o nulo contenido de C3A (aluminato tricálcico) . El origen del problema es que la ettringita que se debe formar en las primeras edades del hormigón, cuando éste tiene un comportamiento más elástico, reaccionando el C3A con el yeso que se añade para regular el fraguado. Si el hormigón en las primeras horas de su vida alcanza temperaturas superiores a 60ºC bien por el calor de hidratación, temperatura de los componentes elevada o por un tratamiento térmico no se forma esa ettrigita inicial o primaria comentada ya que el yeso se queda sin reaccionar. Este yeso que queda sin reaccionar lo hace en edades avanzadas del hormigón cuando éste ya no es elástico formando la ettringita secundaria y provocando deterioros con expansiones, agrietamientos e incluso una completa destrucción del hormigón.

Pero también puede suceder que se produzca un deterioro del hormigón similar al comentado por ataques de sulfatos externos que penetran en el hormigón con unas consecuencias similares a las comentados .

Otro tipo de deterioro del hormigón sucede cuando los áridos del mismo son reactivos con los álcalis. En estas circunstancias los áridos reaccionan dando geles de sílice que se hinchan con la humedad y el agua deteriorando e incluso destruyendo el hormigón .Existen ensayos para determinar si los áridos son reactivos o no, y si lo son , las restricciones del resto de componentes del hormigón que siempre exigen un cemento con un Na2O equivalente ( % Na2O+0, 658*%K2O) menor que 0, 60.

Aunque , se conoce de mayo de 2000, el artículo publicado en las IV Jornadas Técnicas sobre la Calidad en el Cemento y el Hormigón, de Serafín Lizarraga Galarza, Cementos Pórtland S.A., que dicha patología puede suceder con áridos que superan los ensayos comentados cuando el hormigón en su fabricación y vida de servicio esté sometido a altas temperaturas.

El documento KR 100927005 describe un hormigonado en tiempo frío empleando cemento de elevada resistencia inicial. La mezcla contiene 100 partes de cemento rápido, 4-6 partes de áridos y agua. El cemento de elevada resistencia inicial contiene 31-50% de polvo fino colectado, en un separador ciclónico en el proceso de pulverización del cemento; 1-10% de polvo fino de caliza y entre un 40-68% de cemento portland. El cemento fino tiene un tamaño de partícula de entre 1-10 mm, y una fineza de entre 4.000-12.000 m2/g.

Asimismo, son conocidos, por los documentos EP2072577 ó EP1970408, composiciones que pueden ser fraguadas mediante el empleo de luz. Tienen la ventaja de que permiten que fragüen áreas que no han sido irradiadas, tienen una excelente resistencia al calor, resistencia a aceites y climatológicas. La composición contiene un polímero de vinilo que tiene al menos un grupo con potencial de realizar reacciones de entrecruzamiento fotosensible.

Se conoce de WO1989002878, una composición de cemento hidráulico que fragua a bajas temperaturas, incluso debajo del punto de congelación del agua que está compuesto por cemento portland, escoria, puzolanas (incluyendo metacaolín y aditivos, entre los que se encuentran el carbonato potásico y reductores. El cemento es particularmente útil para alcanzar resistencias en un breve período de tiempo y que continúe su fraguado a temperatura ambiente y temperaturas por debajo de 0ºC.

El documento KR1020050024656 describe un cemento extra-rápido modificado con látex. Es conocido también, del documento EP1288175, un cemento rápido a base de aluminato de calcio, aluminato ferrita tetracálcicio.

Se conoce además, de EP0218189, un hormigón de fraguado rápido para pulverización a base de clínker que libera hidróxido cálcico durante el proceso de reacción. Para acelerar el proceso se introduce CO2 como propelente. Así, los documentos EP 2337769 y WO 20100428, describen un cemento puzolánico de elevada resistencia inicial a base de partículas de elevado tamaño de puzolanas y partículas finas (<10 mm) de cemento que contienen silicato tricálcico.

El documento KR1020040069154 describe un cemento rápido a base de aluminato de calcio (40-50%) con una superficie blaine de 4000 m2/g, silicato tricálcico (30-40%) y humo de sílice (5-10%) .

Se conocen también, como documentos representativos de la técnica anterior, los siguientes: Sulfate attack and role of silica fume in resisting strength loss; Behaviour of blended cement mortars exposed to sulfate, Sulfate resistance of plane and blended cement; Effect of aggregate on the fracture behavior of high strength concrete; The effect of alkali-aggregate reactivity on the mechanical; Strength deterioration of high strength concrete in sulfate environment, entre otros.

De este modo, sería deseable proporcionar un cemento de altas prestaciones mecánicas a cortas edades, que sea sulforesistente (resistente a terrenos con yesos, sulfuros y otros compuestos de azufre y al agua de mar) y que permita su utilización en aplicaciones marinas o en terrenos con sulfatos. Además, sería también deseable que presentara la ventaja de tener un contenido bajo en álcalis, de modo que se eliminase la problemática asociada al uso de áridos silíceos reactivos para la fabricación de un hormigón.

La presente invención está orientada a satisfacer estas necesidades.

SUMARIO DE LA INVENCION

Para solventar el problema anterior se ha investigado en el Ultraval SR. En los cementos los componentes principales son el silicato tricálcico, el silicato dicalcico , el aluminato tricálcico y el ferrito aluminato tricálcico . El silicato tricálcico cuando se mezcla con agua forma un gel sobre sus cristales que impide / paraliza la evolución de las reacciones químicas del grano de cristal con el agua hasta que se van consiguiéndose determinadas concentraciones de sales en la misma y por efectos físicos y químicos este gel protector se vuelve permeable y comienzan las reacciones de hidratación de forma muy rápida especialmente en cementos finos.

Este periodo de tiempo de latencia en las reacciones se denomina periodo de inducción de la alita (C3A o silicato tricálcico) . Las maneras de disminuirlo es preferentemente con la temperatura por lo que compuestos químicos como el C3A que reaccionan muy rápido y dan mucho calor de hidratación además en sus procesos de hidratación absorben grandes cantidades de agua y de sales de hidróxido cálcico catalizando las reacciones de hidratación la alita. Como se ha comentado la utilización del C3A en la composición química...

1. Cemento tipo I según norma EN 197, categoría CEM I 52.5 SR/R, que comprende en su composición aluminato tricálcico (C3A) en cantidad comprendida entre el 0% y el 3%, comprendiendo además silicato tricálcico (C3S) en una cantidad superior al 80%, de tal modo que es un cemento sulforesistente y de altas prestaciones mecánicas a cortas edades.

2. Cemento según la reivindicación 1, que es bajo en álcalis, con cantidades menores del 0, 6% en sodio equivalente, presentando un comportamiento excepcional frente a la reactividad álcali-árido

3. Cemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con valores de Na2O equivalente menores de un 0.3 %.

4. Cemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con valores de óxido de magnesio inferiores a 1.2 %.

5. Cemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con una distribución granulométrica con una finura Blaine superior a 7700 cm2/g y un 95 % de las partículas con un tamaño inferior a 32 micras.

6. Cemento según cualquiera de las reivindicaciones anteriores, con un tiempo abierto de inicio de fraguado de alrededor de 185 minutos.

Hormigón fabricado con un cemento según cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el cual el valor de resistencia mecánica a corta edad depende de la dosificación de aditivos.

Hormigón según la reivindicación 7, en el que el aditivo es tal que proporciona una resistencia de hormigón superior a 30 MPa a 4 horas.

Hormigón según la reivindicación 7 ú 8, en el que el aditivo es tal que proporciona una resistencia de hormigón superior a 60 MPa a 8 horas.

Hormigón según cualquiera de las reivindicaciones 7-9, en el que el aditivo es tal que proporciona una resistencia de hormigón superior a 95 MPa a 28 días.

Figura 1

Figura 2