Ligante mineral y procedimiento para su fabricación.

Ligante hidráulico mineral, en especial para la fabricación de hormigón o mortero o suspensiones de cemento,

basado por lo menos en un cemento, dicho cemento contiene fases de ladrillo, en especial C3S, C2S, C3A, C4AF y eventualmente componentes adicionales, que con el agua forman fases hidratadas que fraguan para formar el ladrillo de cemento y dicho cemento después del amasado con agua presenta una fase de reposo de unas horas, en la que no tiene lugar ninguna reacción notable de fraguado, caracterizado porque contiene

- por lo menos un componente SiO2 de partículas finas en forma de ácido silícico pirogénico con un tamaño de partículas primarias entre 0,007 y 0,04 μm y contenidos de SiO2 entre el 96 y el 100 % en peso;

- por lo menos un componente CaO de partículas finas en forma de

- óxido cálcico, que contiene del 90 al 99 % en peso de CaO y presenta un tamaño de grano entre 0,5 y 100 μm y/o

- cal hidratada con un contenido de CaO entre el 60 y el 75 % en peso y un tamaño de grano entre 0,7 y 100 μm;

- dicho por lo menos un componente SiO2 y dicho por lo menos un componente CaO junto con el agua de amasado forman durante la fase de reposo fases de silicato cálcico hidratado que fraguan por una reacción puzolana y dan lugar a la resistencia inicial.

Ligante mineral y procedimiento para su fabricación

La invención se refiere a un ligante mineral y a un procedimiento para su fabricación basado en especial en cementos normalizados, en especial para la fabricación de hormigones de fraguado rápido y/o de gran resistencia o de morteros o de suspensiones de cemento.

Se denominan también hormigones de fraguado rápido y/o de gran resistencia los hormigones de altas prestaciones, que solidifican y fraguan con rapidez (hormigones rápidos) o que proporcionan resistencia mecánicas mayores y son especialmente resistentes a los medios agresivos (hormigones de gran resistencia).

Los hormigones rápidos se fabrican por lo general con los llamados cementos rápidos de ladrillos (Klinker) especiales, que están formados en lo esencial p. ej. por sulfoaluminatos cálcicos, o por cementos rápidos de arcillas o por mezclas de cemento de fusión de arcilla y cemento portland o por ladrillos especiales, en los que el fraguado rápido puede regularse por lo general mediante aditivos orgánicos. Tales aditivos son componentes extraños dentro de estas mezclas Inorgánicas, pueden tener efectos secundarios moles y reaccionante de manera incontrolada cuando hay diferencias de temperatura y/o variaciones en las materias primas, que pueden llegar Incluso a efectos contrarios, por ejemplo solidificación y fraguado lento o incluso la ausencia de solidificación y fraguado. En este sentido, este diseño del cemento rápido es relativamente inadecuado en especial para la fabricación del hormigón premezclado.

Otro concepto de cemento rápido prevé un ligante hidráulico con un componente ligante fluido y solidificare después de la adición de agua y un componente acelerante que sirve para acelerar el fraguado, dicho componente acelerante deberá ser el hldróxldo cálcico de gran finura, superficies especificas y/o tamaños de partícula determinados (DE 10 2005 018 100 A1). En este documento se describe y resume el estado de la técnica conocido en aquel momento para este ámbito industrial, pero se llama la atención acerca de que para la generación de la resistencia es determinante la formación acelerada de las fases de silicato cálcico hidratado a partir de los silicatos cálcicos de las partículas de cemento. Por lo tanto, el hidróxido cálcico de gran finura que se añada deberá acelerar por nucleación la formación del silicato cálcico hidratado (formación del CSH) que se Inicia aprox. después de 6 - 8 horas.

En el caso de los cementos rápidos con hldróxldo cálcico como componente acelerante según DE 10 2005 018 100 A1 se corre el riesgo de una estabilidad Insuficiente al almacenado. Como es sabido, el hidróxido cálcico se carbonata con la entrada del dióxido de carbono del aire. Como consecuencia de ello, el comportamiento de reacción de estos cementos rápidos no es constante. Por consiguiente no siempre puede agotarse su gran potencial de fraguado rápido.

Para hormigones de gran resistencia (mecánica) y en especial resistencia química se emplean por lo general cementos portland de bajo contenido de C3A, de la clase de resistencia 42,5 ó 52,5R en combinación con la microsílice, que precipitan en forma de polvos volátiles durante la fabricación del ferrosilicio y están formados p. ej. por un 85 - 98 % en peso de SÍO2 amorfo. El objetivo consiste en realizar ya en la fase seca un empaquetado esférico lo más compacto posible, que después de la adición de agua conduce a un aglutinante de cemento en suspensión de gran densidad de partículas. Después la microsílice tiene que reaccionar con el hidróxido cálcico (Ca(OH)2), que no se libera hasta pasadas de 6 a 8 horas por reacción de las fases de los ladrillos de cemento (fases de silicato cálcico, en especial C3S) con agua.

Las fases hidratadas se forman p. ej. del C3A y el C3S de las partículas de ladrillo, mientras que la microsílice y el Ca(OH)2 forman fases C-S-H adicionales, que crecen hacia el interior de las cavidades huecas todavía disponibles y de este modo hacen que sea más compacta la matriz de ladrillo de cemento a fraguar. Como resultado y gracias a esta reacción puzolana entre la microsílice y el Ca(OH)2 se forman hormigones especialmente densos y por ello resistentes y duraderos, que en algunos casos tienen una resistencia a la compresión extraordinariamente alta. El inconveniente del uso de la microsílice (polvo de sílice resultante de la obtención del siliciuro de hierro) estriba en el color del hormigón, que por lo general es demasiado oscuro y desigual para el hormigón arquitectónico (hormigón visto), asi como la necesidad de un dispositivo dosificador separado, costoso y complicado.

El principio de la reacción puzolana p. ej. de la microsílice con el Ca(OH)2 se deduce esquemáticamente de las figuras 1a, b, c. En primer lugar existe una mezcla seca de partículas de cemento 1 y de partículas de microsílice 2 (figura 1a). Después de la adición de agua, el mezclado y el fraguado tiene lugar la fase de reposo de la mezcla, que los expertos ya conocen, sin fraguado notable ni progresivo. Pero cuando han pasado p. ej. de 6 a 8 horas se produce la reacción de fraguado de las fases silicato y aluminato con agua, formándose p. ej. los cristales 3 de fases CSH aciculares, liberándose el Ca(OH)2 4 (figura 1b). El Ca(OH)2 reacciona con las partículas de la microsílice 2 y forma además cristales finos de la fase C-S-H 5. Estos compactan la estructura del ladrillo de cemento a fraguar y gracias a esta reacción puzolana generan una estructura más densa, con resistencia mecánica y durabilidad mayores (figura 1c).

Para el principio de reacción puzolana ya conocido se dispone no sólo de la microsílice, sino que se emplean también otros componentes de tipo Si02, por ejemplo el polvo de sílice, la nanosilice, el metacaolin o las cenizas volátiles.

Una tecnología ulterior para la fabricación de hormigones de altas prestaciones, que con una base solamente inorgánica permite aumentar la resistencia mecánica inicial y puede salir adelante sin reacciones puzolanas, se basa en ligantes optimizados únicamente en la granulometrfa. Se emplean cementos normales que se combinan con cementos muy finos; la fabricación de estos últimos se ha descrito p. ej. en el documento EP 0 696 558 B1. Los cementos muy finos tienen una finura de grano inferior a 20 pm y pueden fabricarse a escala industrial de forma económicamente viable con finuras de grano de hasta 2 pm.

Con esta tecnología y en función de la formulación se puede asegurar la producción de cementos de altas prestaciones para hormigones de gran resistencia inicial, cementos para hormigones de gran resistencia, en especial también para hormigones vistos de gran resistencia y cementos con una resistencia química especial, p. ej. a medios químicos agresivos. Son cementos normalizados de propiedades extraordinarias, que para ajustar la procesabilidad solamente exigen la presencia de aditivos.

En la figura 2 se representa de modo esquemático el principio de esta tecnología. Se reconocen los gránulos 6 relativamente groseros del cemento normal, con tamaños de grano dgs P- ej- entre 25 y 30 pm e intercalados entre los gránulos groseros 6 los gránulos relativamente pequeños 7 del cemento muy fino, con tamaños de grano d95 p. ej. entre 2 y 20 pm. La resistencia inicial puede experimentar un complemento y un incremento p. ej. después de 6 a 8 horas con la adición de Ca(OH)2 (DE 10 2005 018 100 A1) o de ácido silícico de partículas finas.

Con ello se agota este principio, sin que puedan aumentarse las resistencias finales (véase DE 10 2005 018 100 A1, tabla 1: resistencia a la compresión después de 28 días) ni ajustarse o regularse previamente las resistencias iniciales.

Es objetivo de la invención desarrollar un ligante hidráulico, en especial estable al almacenado, de base únicamente mineral, con resistencia iniciales elevadas y resistencia finales más altas que los ligantes hidráulicos similares ya conocidos, que sea idóneo en especial para la fabricación no solo de hormigones rápidos sino también muy resistentes y también en especial (químicamente) resistentes, pudiendo regularse el nivel de las resistencias de un modo sencillo.

Este objetivo se alcanza con las características definidas en la reivindicación 1. Los desarrollos ventajosos posteriores de la invención se definen en las reivindicaciones posteriores.

Con los nuevos ligantes hidráulicos de la invención pueden producirse ahora resistencias inicial elevadas, ya en la fase de reposo de la mezcla acuosa, porque el sistema es independiente del desarrollo posterior de resistencia de las fases minerales del cemento. En este sentido el sistema es también relativamente independiente del desarrollo del Ca(OH)2... [Seguir leyendo]

1. Ligante hidráulico mineral, en especial para la fabricación de hormigón o mortero o suspensiones de cemento, basado por lo menos en un cemento, dicho cemento contiene fases de ladrillo, en especial C3S, C2S, C3A, C4AF y eventualmente componentes adicionales, que con el agua forman fases hidratadas que fraguan para formar el ladrillo de cemento y dicho cemento después del amasado con agua presenta una fase de reposo de unas horas, en la que no tiene lugar ninguna reacción notable de fraguado, caracterizado porque contiene

- por lo menos un componente SÍO2 de partículas finas en forma de ácido silícico pirogénico con un tamaño de partículas primarias entre 0,007 y 0,04 pm y contenidos de Si02 entre el 96 y el 100 % en peso;

- por lo menos un componente CaO de partículas finas en forma de

- óxido cálcico, que contiene del 90 al 99 % en peso de CaO y presenta un tamaño de grano entre 0,5 y 100 pm y/o

- cal hidratada con un contenido de CaO entre el 60 y el 75 % en peso y un tamaño de grano entre 0,7 y 100 pm;

- dicho por lo menos un componente SÍO2 y dicho por lo menos un componente CaO junto con el agua de amasado forman durante la fase de reposo fases de silicato cálcico hidratado que fraguan por una reacción puzolana y dan lugar a la resistencia inicial.

2. Ligante según la reivindicación 1, caracterizado por lo menos por dos componentes SÍO2 distintos debido al proceso de fabricación, con distintos intervalos de tamaños de grano; un componente Si02 es un ácido silícico pirogénico y el otro componente Si02 es un ácido silícico precipitado, y la proporción de las cantidades en % en peso se sitúa con preferencia entre 1:1 y 1:50, en especial entre 1:2 y 1:5.

3. Ligante según la reivindicación 1 y/o 2, caracterizado porque el ácido silícico pirogénico presenta un tamaño de partículas primarias dgs entre 0,01 y 0,02 pm.

4. Ligante según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 3, caracterizado porque el componente Si02 está presente en cantidades del 0,1 al 5, en especial del 0,1 al 3 % en peso, porcentajes referido a la parte de cemento dentro del ligante.

5. Ligante según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 4, caracterizado porque el componente CaO en forma de cal blanca fina o de cal hidráulica contiene del 90 al 99, en especial del 95 al 98 % en peso de CaO.

6. Ligante según la reivindicación 5, caracterizado porque el componente CaO presenta tamaños de grano dgs comprendidos entre 20 y 80 pm.

7. Ligante según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 6, caracterizado porque el componente CaO es cal hidratada con contenidos de CaO entre el 60 y el 75, en especial entre el 70 y el 75 % en peso y tamaños de grano comprendidos entre 0,7 y 100 pm.

8. Ligante según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 7, caracterizado porque el cemento es un cemento estándar según la norma EN 197 y/o DIN 1164 y tiene una finura normal con tamaños de grano dgs entre 20 y 70 pm y una superficie específica comprendida entre 0,3 y 0,8 m2/g.

9. Ligante según la reivindicación 8, caracterizado porque el cemento es un cemento portland o un cemento compuesto portland o un cemento de altos hornos.

10. Ligante según la reivindicación 9, caracterizado porque además está presente de modo especial un cemento muy fino, que tiene una finura de tamaños de grano dg5 entre 2 y 20 pm y una superficie específica de 1 a 5 m2/g, dicho cemento muy fino se fabrica a partir de ladrillos de cemento portland y/o de arena siderúrgica molida muy fina.

11. Ligante según la reivindicación 10, caracterizado porque la proporción ponderal entre cemento normal y cemento muy fino se sitúa entre 0:100 ó 100:0 y 20:1, en especial entre 3:1 y 5:1.

12. Ligante según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 11, caracterizado porque la cal blanca fina y/o la cal hidráulica tienen una superficie específica comprendida entre 1 y 3 m2/g.

13. Ligante según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 12, caracterizado porque la cal blanca fina hidratada y/o la cal hidratada hidráulica tienen una superficie específica entre 18 y 25 m2/g.

14. Procedimiento para la fabricación de un ligante según una o varias de las reivindicaciones de 1 a 13 por mezcla seca de los componentes, caracterizado porque se realiza la mezcla previa de por lo menos un componente SÍO2 y por lo menos un componente CaO y después se mezcla esta mezcla previa con la mezcla que contiene el cemento