Procedimiento para la producción de un cemento belítico con una alta reactividad y una pequeña relación de calcio a silicato.

Procedimiento para la producción de un agente aglutinante, que comprende las etapas de:

a) Poner a disposición un material de partida que está constituido a base de unas materias primas, que tienen una relación molar de Ca/Si de 1,5 a 2,5, en cuya determinación permanecen sin tomar en consideración aquellos componentes que se comportan de una manera inerte al realizar el tratamiento hidrotérmico en un autoclave,

b) mezclar las materias primas,

c) tratar hidrotérmicamente a la mezcla de materiales de partida que se había producido en la etapa b) en un autoclave a una temperatura de 100 a 300 ºC y durante un período de tiempo de permanencia de 0,1 a 24 h, siendo de 0,1 a 100 la relación de agua/material sólido,

d) atemperar a 350 hasta 495 ºC el producto intermedio que se había obtenido en la etapa c), siendo de 10 - 6.000 ºC/min la velocidad de calentamiento y de 0,01 - 600 min el período de tiempo de permanencia, caracterizado por que durante la mezcladura en b) y/o en las siguientes etapas, se añade de 0,1 a 30 % en peso de unos elementos y/u óxidos adicionales.

Procedimiento para la producción de un cemento belítico con una alta reactividad y una pequeña relación de calcio a silicato.

El presente invento se refiere a unos materiales de construcción, en particular a un procedimiento para la producción de un agente aglutinante para hormigón, mortero o revoque y a un agente aglutinante que se ha producido de acuerdo con este procedimiento así como a su utilización.

El cemento como agente aglutinante hidráulico es un importante producto industrial, que se compone en unas proporciones esenciales de un clinker de cemento Portland. Este clinker se produce por sinterización de una mezcla, que está constituida a base de cal, arena, arcilla y materiales de corrección, a aproximadamente 1.450 ºC. Después de la reacción a una alta temperatura, se presentan las siguientes fases que contienen óxidos ajenos: una de alita (Ca3SiO5, que se designa también como C3S) , una de belita (Ca2SiO4, que se designa también como C2S) , una de aluminato (Ca3Al2O6, que se designa también como C2A) y una de ferrita (Ca2 (AlxFe1-x) 2O5, que se designa también como C4AF) . En este contexto, la belita se presenta principalmente en la forma del polimorfo ß. Esta fase es considerada como relativamente inerte con una pequeña contribución a la resistencia mecánica en una antigüedad temprana.

La reactividad hidráulica describe la reacción de un agente aglutinante con agua mediando formación de un material sólido. Al contrario que la de la alita, la hidratación de la belita se efectúa lentamente a lo largo de varios meses y años.

Es conocido que la reactividad de la belita con agua se puede mejorar mediante una activación mecano-química (véase el documento de patente de la República Democrática Alemana DD 138197 A1) , mediante un enfriamiento rápido después del proceso de calcinación (véanse el documento DD 138197 A1 y el documento de solicitud de patente alemana DE 3414196 A1) , así como mediante la incorporación de óxidos ajenos (véanse el documento de patente de los EE.UU. US 5509962 A y el documento DE 3414196 A1) . Además de ello, junto a la variante ß de la belita, se conocen otros polimorfos que presentan una reactividad mejor (los , H, L yx) o peor (el ) .

A partir de la referencia de H. Ishida, S. Yamazaki, K. Sasaki, Y. Okada, T. Mitsuda, [alpha].Dicalcium-Silikat-Hydrat: Preparation, Decomposed Phase, and its Hydration, [ = [alfa] hidrato de silicato de dicalcio: Preparación, fase descompuesta y su hidratación], J. Am. Ceram. Soc. 76, páginas 1707-1712, 1993, se conoce un procedimiento para la producción del -hidrato de silicato de dicalcio (-C2SH) a 200 ºC mediante un tratamiento hidrotérmico durante dos horas de una cal calcinada (CaO) y de un ácido silícico para realizar síntesis en el laboratorio (con un grado de pureza p.a. (analíticamente puro) ) . En el intervalo de temperaturas de 390-490 ºC el -C2SH se convierte en diferentes modificaciones del C2S, que al continuar el calentamiento hasta 920 -960 ºC se convierten en la fase L y al enfriar forman el ß-C2S. Es desventajoso en este contexto la alta proporción del -C2S que es lento para reaccionar.

En el documento DE 10 2009 018 632 se divulga un procedimiento para la producción de un agente aglutinante que contiene belita, en el que un producto intermedio, que se había producido a 120 -250 ºC por medio de un tratamiento hidrotérmico del material de partida que tiene una relación molar de Ca/ (Si+Al) que está comprendida entre 1, 5 y 2, 5, es sometido a una molienda reactiva a 100 -200 ºC durante un período de tiempo que está comprendido entre 5 min y 30 min. Es desventajoso el hecho de que la molienda reactiva es una etapa en energéticamente ineficaz. Por lo demás, solamente en el caso de la adición de unos agentes fluidificantes se puede conseguir una suficiente resistencia a la compresión después del endurecimiento.

El documento DE 10 2005 037 771 divulga un procedimiento para la producción de un cemento belítico, en el que se forma un -hidrato de silicato de dicalcio (-C2SH) a 100 -300 ºC mediante un tratamiento hidrotérmico del material de partida, que contiene CaO y SiO2 en la relación molar de Ca/Si de 1, 5 -2, 5. En el intervalo de temperaturas comprendidas entre 500 y 1.000 ºC, el -C2SH se transforma en unas modificaciones del C2S que son reactivas hidráulicamente (cemento belítico) . En esto resulta desventajoso el hecho de que el proceso de calcinación se debe de llevar a cabo a una temperatura relativamente alta (situada por encima de 500 ºC) . Estas altas temperaturas conducen por lo demás a la disminución de la reactividad del agente aglutinante.

Subsistía por lo tanto la misión de proponer un procedimiento para la producción de agentes aglutinantes, mediante el cual se pueda conseguir una reactividad elevada del agente aglutinante que está basado en una fase de belita, con el fin de producir de esta manera unos cementos de gran rendimiento que tienen un alto contenido de esta fase. De esta manera se deberían poder conseguir también unas emisiones de dióxido de carbono manifiestamente más pequeñas que en el caso de unos cementos Portland convencionales que tienen una alta proporción de alita.

El problema planteado por esta misión se resuelve mediante un procedimiento para la producción de un agente de un agente aglutinante, que comprende las etapas de: a) Poner a disposición un material de partida que está constituido a base de unas materias primas, que tienen una relación molar de Ca/Si de 1, 5 a 2, 5, en cuya determinación permanecen sin tomar en consideración aquellos componentes que se comportan de una manera inerte al realizar el tratamiento hidrotérmico en un autoclave, b) mezclar las materias primas, c) tratar hidrotérmicamente a la mezcla de materiales de partida, que se había producido en la etapa b) , en un autoclave a una temperatura de 100 a 300 ºC y durante un período de tiempo de permanencia de 0, 1 a 24 h, siendo de 0, 1 a 100 la relación de agua/material sólido, d) atemperar a 350 hasta 495 ºC el producto intermedio que se había obtenido en la etapa c) , siendo de 10

6.000 ºC/min la velocidad de calentamiento y de 0, 01 -600 min el período de tiempo de permanencia, añadiéndose durante la mezcladura en b) y/o en las siguientes etapas, de 0, 1 a 30 % en peso de unos elementos y/u óxidos adicionales.

De acuerdo con el procedimiento conforme al invento, la relación molar de calcio a silicio debe de ser de 1, 5 a 2, 5, de manera preferida de aproximadamente 2. Al efectuar la determinación de esta relación no se toman en consideración aquellos compuestos que se comportan de una manera inerte al realizar el procedimiento de producción.

Como materiales de partida se pueden emplear unas materias primas primarias y/o secundarias. En una forma de realización preferida se utilizan cuarzos, arenas o gravillas como materias primas para el material de partida. Se prefieren especialmente unas materias primas que, junto a SiO2, también contienen CaO, de manera tal que ya se presenta la deseada relación de Ca/Si. Si no se presenta la deseada relación de Ca/Si, entonces los materiales, antes del tratamiento ulterior, se deben de ajustar en lo que se refiere a la composición química mediante una adición de otros partícipes en la reacción, tales como unos materiales sólidos que contienen Ca o Si, con el fin de ajustar la necesaria relación de Ca/Si de 1, 5 a 2, 5. Para esto, se adecuan por ejemplo una portlandita Ca (OH) 2 o una cal calcinada o no calcinada. Por regla general, las materias primas son optimizadas, también en lo que se refiere al tamaño de granos y a la distribución de los tamaños de granos, mediante un tratamiento mecánico o térmico, pudiendo el tratamiento térmico conducir también a una optimización de la composición química.

En una forma de realización preferida se escoge como material de partida un material de grano fino, cuyo grano de mayor tamaño es de manera preferida a lo sumo de 0, 1 mm. Para esto pasan a emplearse en particular las fracciones de granos más finos procedentes de la recuperación de agentes aglutinantes que contienen cemento en unos materiales de construcción tales como hormigones y cementos viejos. Un material de partida más fino es ventajoso en lo que se refiere tanto a la velocidad de reacción, como también al gasto en que se incurre para la molienda del cemento terminado. En el caso de un material de partida correspondientemente fino puede ser prescindible una molienda.

Durante la mezcladura de las materias primas b) o durante las subsiguientes etapas del proceso, es necesaria la adición de unos adicionales elementos u óxidos en una proporción de 0, 1 a 30 % en peso. El sodio, el potasio, el boro, el azufre, el fósforo o... [Seguir leyendo]

1. Procedimiento para la producción de un agente aglutinante, que comprende las etapas de:

a) Poner a disposición un material de partida que está constituido a base de unas materias primas, que tienen una relación molar de Ca/Si de 1, 5 a 2, 5, en cuya determinación permanecen sin tomar en consideración aquellos componentes que se comportan de una manera inerte al realizar el tratamiento hidrotérmico en un autoclave, b) mezclar las materias primas, c) tratar hidrotérmicamente a la mezcla de materiales de partida que se había producido en la etapa b) en un autoclave a una temperatura de 100 a 300 ºC y durante un período de tiempo de permanencia de 0, 1 a 24 h, siendo de 0, 1 a 100 la relación de agua/material sólido, d) atemperar a 350 hasta 495 ºC el producto intermedio que se había obtenido en la etapa c) , siendo de 10

6.000 ºC/min la velocidad de calentamiento y de 0, 01 -600 min el período de tiempo de permanencia, caracterizado por que durante la mezcladura en b) y/o en las siguientes etapas, se añade de 0, 1 a 30 % en peso de unos elementos y/u óxidos adicionales.

2. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1, caracterizado por que entre la mezcladura de los materiales de partida en b) y el tratamiento hidrotérmico en c) se lleva a cabo un adicional proceso de calcinación a unas temperaturas de 400 a 1.400 ºC, de manera preferida de 750 a 1.100 ºC.

3. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 1 ó 2, caracterizado por que para la deshidratación en la etapa d) durante el calentamiento a una temperatura de 400 -440 ºC se ajusta un período de tiempo de retención de 1 -120 min.

4. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 3, caracterizado por que como elementos adicionales se utilizan sodio, potasio, boro, azufre o fósforo o unas combinaciones de los mismos.

5. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 4, caracterizado por que como fuente para los elementos y/u óxidos adicionales se utilizan unas sales y/o unos hidróxidos de metales alcalinos y/o de metales alcalino-térreos.

6. Procedimiento de acuerdo con la reivindicación 5, caracterizado por que las sales y/o los hidróxidos de metales alcalinos y/o alcalino-térreos se escogen entre el conjunto que se compone de CaSO4·H2O, CaSO4·H2O, CaSO4, CaHPO2·2H2O, Ca3P2O8, Na-OH, KOH, Na2CO3, NaHCO3, K2CO3, MgCO3, MgSO4, Na2Al2O4, Na3PO4, K3PO4,

Na2[B4O5 (OH) 4]·8H2O o sus mezclas.

7. Procedimiento de acuerdo con una de las reivindicaciones 1 hasta 6, caracterizado por que antes del tratamiento hidrotérmico en c) se añade a la mezcla 0, 01 -30 % en peso de unos núcleos de inoculación que contienen hidratos de silicatos de calcio.

8. Un agente aglutinante, que es obtenible mediante un procedimiento de acuerdo con por lo menos una de las reivindicaciones 1 hasta 7.

9. Un agente aglutinante de acuerdo con la reivindicación 8, caracterizado por que el agente aglutinante contien.

30. 100 % en peso de por lo menos de los siguientes compuestos: una fase que es amoría frente a los rayos X (con una composición variable) y/o x-Ca2SiO4 y/o ß-Ca2SiO4 y/o -Ca2SiO4 reactivo, con un grado de hidratación específico para ciertas fases de por lo menos 50 % en los primeros 7 días después de haber amasado con agua.

10. Un agente aglutinante de acuerdo con la reivindicación 8 ó 9, caracterizado por que él contiene de manera preferida x-Ca2SiO4 con un contenido de > 30 % en peso y por lo menos una fase que es amoría frente a los rayos X con un contenido de > 5 % en peso, sumándose hasta 100 % todas las proporciones del agente aglutinante.

11. Un agente aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 hasta 10, caracterizado por que la superficie específica según BET del agente aglutinante está situada en el intervalo de 1 a 30 m2/g.

12. Un agente aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 hasta 11, caracterizado por que los tetraedros de SiO2 en el agente aglutinante tienen un grado medio de condensación más pequeño que 1, 0.

13. Un agente aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 hasta 12, caracterizado por que el contenido de agua es de menos que 3, 0 % en peso.

14. Utilización del agente aglutinante de acuerdo con una de las reivindicaciones 8 hasta 13 para la producción de materiales de construcción, en particular de hormigón, mortero o revoque.