ES2199290T3 - Material de construccion termicamente aislante. - Google Patents
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Abstract
SE DISEÑA UN MATERIAL DE CONSTRUCCION TERMOAISLANTE, BASADO EN UNA MATERIA PRIMA SILICEA ALCALIZADA E INUNDADA, FABRICADA POR TRITURACION MENUDA DE INGREDIENTES SOLIDOS Y MEZCLA DE TODOS LOS INGREDIENTES BASICOS, TRATAMIENTO CON VAPOR DE UNA MEZCLA BRUTA E HINCHADO TERMICO DE PRODUCTOS INTERMEDIOS OBTENIDOS DE LA MEZCLA BRUTA TRATADA CON VAPOR, PARA SU UTILIZACION COMO RELLENOS PARA CONSERVAR EL CALOR Y ARIDOS DE HORMIGON DE PESO LIGERO (EN FORMA DE PARTICULA) Y COMO ELEMENTOS ESTRUCTURALES PARA EDIFICIOS Y CONSTRUCCIONES (EN FORMA DE PLAQUETAS O BLOQUES). A EFECTOS DE CONTROLAR LOS PRODUCTOS DESEADOS EN UNA AMPLIA ESCALA DE DIMENSIONES Y CONSEGUIR UNA MAYOR ESTABILIDAD EN SU RESISTENCIA MECANICA Y EN LA ADSORCION DEL AGUA, EL MATERIAL SE OBTIENE POR ENFRIAMIENTO DE LA MEZCLA BRUTA TRATADA CON VAPOR ANTES DE SU TRANSICION A ESTADO QUEBRADIZO Y TRITURACION DE LA MEZCLA QUEBRADIZA ANTES DE LA HINCHAZON A FIN DE OBTENER LOS PRODUCTOS INTERMEDIOS.
Description
Material de construcción térmicamente
aislante.
Esta invención se refiere a un proceso para
obtener materiales para la construcción térmicamente aislantes de
una cierta composición, que se preparan mediante un tratamiento a
baja temperatura de una roca silícea que tiene un alto contenido en
dióxido de silicio amorfo, normalmente superior al 70%,
preferiblemente al 80% en peso. El estado final de estos materiales
puede ser el de partículas adecuadas para su uso como aislamiento
térmico suelto, como agregado para fabricar, principalmente,
hormigón ligero o como losas o bloques que, en la mayoría de los
casos, pueden utilizarse inmediatamente, preferiblemente como
revestimientos para edificios o en diversas estructuras.
Los materiales arriba definidos se fabrican a
gran escala y están sometidos a diversos requisitos conflictivos,
los cuales cada vez se están haciendo más rígidos.
En la actualidad, es muy deseable que estos
materiales posean una densidad aparente (para partículas sueltas),
o una densidad (para losas y bloques), tan baja como sea posible y
una conductividad al calor lo más baja posible, y que al mismo
tiempo ofrezcan una resistencia mecánica y a la intemperie lo más
alta posible, especialmente bajo unas condiciones caracterizadas
por ciclos de helada-deshielo.
También es deseable que dichos materiales sean
combinables con ingredientes inertes que modifiquen sus propiedades
mecánicas y/o térmicas, y que puedan ser fabricados, en forma de
partículas sueltas de tamaños y formas arbitrarias, o como bloques
o losas, a partir de materias primas fácilmente obtenibles, en un
proceso de fabricación de un consumo de energía mínimo,
manteniéndose las variaciones de la calidad del producto dentro del
intervalo lo más estrecho posible.
Ahora pueden satisfacerse los requisitos
anteriores ya sea por separado o únicamente en algunas
combinaciones.
Las materias primas silíceas no son raras en la
fabricación de materiales para la construcción térmicamente
aislantes, siendo fácilmente obtenibles (véase, por ejemplo:
Ivanenko, V.N, "Building and civil engineering materials and
shapes from siliceous rock", publicado en 1978, por BUDIVELNYK
Publishers (Kiev), [en ruso]). Entre tales materias primas se
encuentran minerales silíceos, tales como diatomita, trípoli,
arenisca arcillosa friable, esponjolita, radiolarita, y sus
análogos preparados artificialmente. De estos últimos materiales, el
silicato sódico, es decir, el vidrio soluble, es el más conocido y
está disponible comercialmente.
Es sabido que los materiales para la construcción
térmicamente aislantes, que tienen una densidad aparente
relativamente baja (inferior a 1.000 kg/m^{3}) y una baja
conductividad calorífica, son obtenidos preparando composiciones
capaces de expandirse por el calor, formando productos intermedios
(preferiblemente por aglomeración y particularmente por peletización
o granulación mediante chorro), y expandiendo los productos
intermedios a altas temperaturas, normalmente superiores a
800ºC.
Un ejemplo de los materiales para la construcción
de esta clase puede ser un agregado poroso usado en la fabricación
de, principalmente, hormigón ligero y producido a partir de roca
silícea que contiene de 30% a 98% en peso de dióxido de silicio, no
más de un 20% en peso de óxido de aluminio, no más de un 25% en
peso de óxido de calcio y algunos otros constituyentes. Para
producir un agregado de este tipo, la materia prima natural
adecuada es triturada, después tostada (habitualmente en hornos
giratorios) a temperaturas entre 1.080ºC y 1.380ºC, y el producto
resultante se enfría (Ivanenko, V.N, "Building and civil
engineering materials and shapes from siliceous rock", publicado
en 1978, por BUDIVELNYK Publishers (Kiev), véase páginas 49 a
58).
En tales materiales siempre pueden encontrarse
fisuras visibles al ojo desnudo, lo cual tiene como consecuencia
una significativa absorción de agua y, como consecuencia, una baja
resistencia a la formación de escarcha. También, el tostado a alta
temperatura implica un consumo específico de energía económicamente
inaceptable.
Más preferibles son los procesos en los que los
materiales para la construcción térmicamente aislantes son
obtenidos a partir de materia prima silícea alcalinizada y
humectada del proceso por tostado a temperaturas más bajas.
El término "alcalinizada", como se usa aquí,
se refiere a unas materias primas silíceas tales en las que está
inherentemente presente o se añade un hidróxido de un metal
alcalino (preferiblemente sosa cáustica), y el término
"humectada" significa que se usó agua durante la preparación
de una mezcla de partida como al menos un ingrediente indispensable
para preparar los productos intermedios.
Son conocidos en la técnica los procesos para
obtener a partir de tales materias primas materiales para la
construcción térmicamente aislantes, un ejemplo de los cuales son
los agregados porosos para hormigón de bajo peso ("grava" o
"arena" artificial) y paneles térmicamente aislantes
("espuma de vidrio"). (Véase Ivanenko, V.N., citado más
arriba, páginas 102 a 103 y 98 a 99, respectivamente).
La producción de tales materiales consiste en la
preparación de una mezcla bruta de 100 partes en peso de roca
silícea en polvo con un tamaño de partículas de hasta 0,14 mm, de 8
a 22 partes en peso de un hidróxido de un metal alcalino, es decir,
sosa cáustica o potasa cáustica, y de 18 a 38 partes en peso de
agua, obteniendo un producto intermedio (procedente del lote y su
combustión) y tostándolo a una temperatura de 1.180ºC a 1.200ºC
para obtener la expansión.
Los materiales producidos por el proceso arriba
bosquejado, comparados con el agregado poroso antes mencionado,
tiene fisuras que dan lugar a una elevada absorción de agua y a una
baja resistencia al congelado, si bien el proceso es moderadamente
menos costoso energéticamente.
Existe un proceso, conocido en la técnica, para
obtener materiales basados en el vidrio soluble anteriormente
citado, cuyas características en términos de integridad, absorción
de agua y resistencia al congelado son mejores, ya que el vidrio
soluble contiene inherentemente de 6 a 20% de un hidróxido de un
metal alcalino. El vidrio soluble ha de pulverizarse, y se debe
añadir el agua en una relación de 9:1 en peso. Seguidamente, el
polvo húmedo es transformado en un producto intermedio que es
sometido a un tratamiento con vapor en una atmósfera gaseosa que
contiene un 50% de vapor sobrecalentado a 100 hasta 200ºC y a una
presión manométrica por encima de 0,1 MPa. El producto intermedio
tratado con vapor es, posteriormente, tratado con calor (secado y/o
calcinado) a una temperatura superior a 100ºC, preferiblemente
superior a 800ºC, para lograr la expansión. (Pat de UU.EE. nº.
3.498.802).
El hidróxido sódico o los silicatos potásicos
presentes en el material de partida promueven significativamente la
formación de un producto intermedio y proporcionan una notable
reducción de la energía específica consumida en la etapa de
tratamiento con calor.
Sin embargo, es dudoso que puedan obtenerse
materiales porosos de baja densidad aparente (inferiores a 1.000
kg/m^{3}) a partir de dichas materias primas a temperaturas por
debajo de 800ºC.
Los productos intermedios a temperaturas tan
altas se expanden principalmente debido a transformaciones
polimórficas en la sílice, para, por una parte, dar lugar a un
producto final de estructura suelta y baja resistencia mecánica y,
como se ha mencionado antes, de una absorción del agua aumentada y
una resistencia al congelamiento reducida debido a la
desintegración de las capas superficiales, por otra. En ciertos
casos, la resistencia del producto resultante es demasiado baja
para su transporte al lugar en donde sería utilizado.
En la Patente Ucraniana nº. 3.802 se ha descrito
un proceso para la obtención de materiales para la construcción
térmicamente aislantes de una resistencia apreciablemente aumentada
y que mostraban una reducida absorción de agua. El proceso también
es notable por un reducido consumo específico de energía.
Se obtiene un material para la construcción
térmicamente aislante de las propiedades antes mencionadas, basado
en una materia prima silícea alcalinizada y húmeda (que contiene,
concretamente, de 1 a 30 partes en peso de un hidróxido de un metal
alcalino y de 30 a 125 partes en peso de agua por 100 partes en peso
del material silíceo) que se obtiene triturando los ingredientes
sólidos y mezclando todos los ingredientes, tratando con vapor la
mezcla (específicamente en una atmósfera de un vapor saturado a una
temperatura de 80ºC a 100ºC durante 20 a 60 min), para producir un
producto intermedio (usualmente mediante peletización), y
termoexpandiendo el producto intermedio mediante calor (por
ejemplo, a una temperatura de 150ºC a 660ºC). Este es el proceso en
el que se fundamenta estrechamente la invención.
Comparado con otros procesos de la técnica
anterior, éste es el de menor consumo de energía, y el material
producido tiene una densidad aparente comparativamente baja (de 50
a 950 kg/m^{3}) y fácilmente controlable; por un lado, es notable
por una porosidad ampliamente satisfactoria, de tal modo que la
absorción de agua no es, en el peor de los casos, superior al
32,5%, y por una resistencia mecánica suficiente, por otro.
Estas ventajosas características son debidas al
tratamiento con vapor de la mezcla, el cual la convierte en una
masa basada en hidrosilicatos de metales alcalinos, de bajo punto
de fusión, gelificada, viscosa y pegajosa. Esta masa es
sustancialmente impermeable a gases y al vapor a baja presión,
comunes de la etapa de tratamiento con vapor bajo las condiciones
de temperatura indicadas, pero cuando se expande es ligeramente
permeable a gases y al vapor.
La masa semifundida admite temperaturas de
expansión bajas y, por tanto, muestra un consumo específico bajo
correspondiente en la obtención del producto final, mientras que la
permeabilidad relativa a los gases de la masa proporciona la
indicada porosidad satisfactoria y la resistencia suficiente.
Ahora bien, el material para la construcción
térmicamente aislante obtenido por el proceso descrito en la
Patente Ucraniana nº. 3.802, no posee unas cualidades invariables.
La resistencia de los gránulos varía en el intervalo de 0,2 a 12,5
MPa, y la absorción de agua varía en el intervalo del 4% al 32,5%.
Es más, en la práctica, en el intento de control del tamaño del
gránulo en el material suelto sucede que a menor tamaño medio del
gránulo, mayor es el número de gránulos rechazados debido a la
agregación o conglomeración de los gránulos en las etapas de
obtención de los gránulos y expansión por calor; y en un intento de
fabricación de productos para la construcción, tales como bloques y
losas, el número despreciable de fisuras y la ausencia total de
poros abiertos en las capas superficiales de los productos
intermedios, han probado ser obstáculos para los gases que
pretenden salir durante la etapa de expansión, y a mayor tamaño del
producto para la construcción, mayores obstáculos. Todos los
productos para la construcción con alguna de sus dimensiones
excesiva (varían con la composición) han sido rechazados.
Este resultado indeseable es debido a la
combinación de alta viscosidad y pegajosidad de la mezcla tratada
con vapor, con su baja permeabilidad a los gases.
Los intentos para reducir tales inconvenientes,
añadiendo de 1 a 150 partes en peso de una carga inerte de un
agregado mineral incapaz de combinarse, bajo las citadas
condiciones de tratamiento con vapor, con los hidrosilicatos de
metales alcalinos, no han tenido éxito en eliminar, de una manera
notable, la variabilidad de la calidad en el producto final.
El documento US 4.801.563 A1 describe un proceso
para expandir un hidrato de sílice, tal como el material
prefabricado de sílice sódica hidratada, denominado vidrio soluble
JM por el fabricante Du Pont Co., y arena de cuarzo. Una mezcla de
estos materiales se calienta rápidamente mediante una fuente cara de
energía radiante, tal como un generador de ondas electrónicas, a
una temperatura de 482-538ºC
(900-1.000ºF). En este caro proceso, la sílice
sódica hidratada prefabricada es un aglutinante, mientras que la
arena de cuarzo es una carga. La expansión se produce de un modo
diferente y no hay un modo de evitar la pegajosidad de la masa
tratada con vapor.
El documento GB 1.494.280 A muestra una
composición para la fabricación de materiales térmicamente
aislantes, en cuya composición se incluye vidrio soluble sin
expandir, gránulos expandidos de vidrio soluble, fluosilicato
sódico, y un ingrediente que imparte propiedades hidrófobas a la
composición. Un producto final, fabricado a partir de productos
industriales costosos, no puede ser barato.
En el documento GB 1.367.166 A se da a conocer un
proceso para la fabricación de un material en partículas,
expandido, de bajo peso, que es capaz de ser totalmente expandido
por la cara que está destinada a usarse. El material de bajo peso
está formado por silicato sódico anhidro, una solución acuosa de
silicato sódico y ácido bórico, siendo todos los ingredientes
materiales prefabricados. Además, un producto intermedio obtenido
enfriando una solución de silicato sódico anhidro en vidrio líquido
en presencia de ácido bórico sólo es capaz de ser totalmente
expandido pero no replastificado cuando se calienta a una
temperatura de 471-593ºC
(880-1.000ºF). Para expresarlo de otro modo, un
material así no puede formar placas térmicamente aislantes sin un
aglutinante. Por esto es por lo que esta técnica anterior contempla
el uso del material en partículas totalmente expandido como un
agregado de muy bajo peso como carga para cemento. El agregado en
partículas puede ser mezclado con cemento Pórtland para formar
estructuras tales como bloques para la construcción.
El documento DE 3.136.888 A1 da a conocer un
proceso para producir un material térmicamente aislante a partir de
hidrosilicatos sódicos obtenidos a partir de las denominadas
"cenizas volantes" tratadas con sosa cáustica, en el que la
masa producida es enfriada hasta que se solidifica, se tritura y se
clasifica por tamaños para obtener tamaños de partículas
comprendidos entre 1,6 y 3,15 mm y, finalmente, se expande a una
temperatura entre 150 a 300ºC. En este documento no se hace mención
ni, incluso, sugerencias sobre el material capaz de alcanzar el
estado pegajoso a temperaturas dentro del intervalo antes mencionado
o del hecho de que este material puede por sí mismo ser un
aglutinante.
El documento DE 2.524.981 B2 da a conocer un
proceso de preparación de un material esencialmente resistente al
fuego a base de una mezcla de vidrio, basalto y otros materiales
silíceos con aglutinantes resistentes al fuego. La mezcla se la
hace esponjosa a una temperatura entre 800 y 1.000ºC en presencia
de ácido bórico como agente formador de espuma. Además, el proceso
incluye humedecer la mezcla para hacer más fácil la posterior
extrusión y secar el producto extruído.
El documento GB 1.614.674 A da a conocer un
método para fabricar un material expandible resistente al calor,
para su uso como baldosas para proteger y aislar, en particular,
artesas refractarias empleadas en los moldes de metal fundido. Este
material de la técnica anterior consiste en una mezcla de arena, un
material aislante del calor tal como vermiculita exfoliada, y un
silicato sódico, junto con, por lo menos, un agente de fraguado tal
como ferrosilicio, silicato dicálcico y un éster orgánico. Se
indica que el método de esta técnica anterior previa se realiza a
una temperatura de aproximadamente 23ºC.
Por tanto, un objeto de la presente invención es
proporcionar un proceso para obtener un material para la
construcción térmicamente aislante capaz de ser transformado en
productos finales de una amplia variedad de tamaños.
Este y otros objetos pueden ser alcanzados por la
provisión de un proceso para obtener un material para la
construcción técnicamente aislante basado en una materia prima
silícea natural alcalinizada y humectada obtenida triturando la
materia prima silícea y mezclando ésta con un hidróxido de un metal
alcalino y agua para producir una mezcla que contiene de 1 a 30
partes en peso de hidróxido del metal alcalino y de 30 a 125 partes
en peso de agua por 100 partes en peso de la materia prima silícea,
tratando con vapor la mezcla, y expandiendo térmicamente los
productos intermedios de la mezcla tratada con vapor, en el que los
productos intermedios se producen enfriando la mezcla de la materia
prima tratada con vapor hasta que se hace quebradiza, y triturando
la mezcla quebradiza en partículas, las cuales, en la etapa inicial
de la expansión térmica, adquieren un estado fluido cuando se
calientan a una temperatura superior a 100ºC, preferiblemente
superior a 200ºC.
La expresión "tratamiento con vapor", como
es usado aquí, se refiere a uno de los dos significados
sustancialmente equivalentes. Significa tanto el tratamiento de una
materia prima silícea alcalinizada y prehumedecida (al menos en
parte) con vapor y, de este modo, calentar la materia prima
totalmente y formar hidrosilicatos, como la saturación de una
materia prima silícea alcalinizada y totalmente prehumedecida con
vapor por la acción del calor procedente de una fuente externa de
calor.
Las ventajas de la presente invención se obtienen
debido a una propiedad inesperada que fue encontrada
experimentalmente, la cual puso de manifiesto que el producto
intermedio en forma de partículas, obtenido por trituración de la
masa friable, que no es pegajoso, es capaz de ser replastificado
cuando el producto es sometido a una expansión mediante calor a una
temperatura superior a 100ºC, preferiblemente superior a 200ºC,
para volverse sustancialmente menos pegajoso que la masa
semifundida gelificada.
Esto sugiere que las partículas del producto en
partículas intermedio se aglomerarán bajo unas condiciones que son
favorables para que se peguen entre sí, por ejemplo, mediante
compresión o expansión por calor en masa.
Si el producto en partículas intermedio se somete
a expansión por calor, con agitación mediante sacudidas, o en un
movimiento de flujo libre, no se producirá la aglomeración. Por
tanto, una persona instruida en la técnica es capaz de obtener el
deseado producto en partículas en un amplio intervalo de tamaños,
desde "arena" a "grava", mediante la mera selección de los
medios y condiciones convencionales de trituración, manteniéndose
sustancialmente la resistencia mecánica y la absorción de agua de
las partículas dentro del estrecho margen deseado.
Se hará notar adicionalmente que el producto en
partículas intermedio puede ser almacenado a granel durante largo
tiempo (un mes, por lo menos) sin coalescencia y sin perder su
capacidad para expandirse, por un lado, o, por otro, puede
utilizarse para formar estructuras tales como losas y bloques para
edificios y construcción.
El proceso de la invención es ventajosamente
realizado cuando la mezcla de la materia prima es tratada con vapor
utilizando vapor saturado. Además, es aconsejable tratar con vapor
la materia prima mediante la acción de una fuente de calor
externa.
Un aspecto de la invención consiste en que el
producto intermedio a base de partículas, capaz de ser expandido
por calor, es clasificado según tamaños antes de ser expandido. Un
material para la construcción térmicamente aislante en forma de
partículas expandidas de una densidad aparente y de una
conductividad térmica predeterminadas, cuando se obtiene de tales
productos intermedios, es inmediatamente adecuado para ser usado
como un aislante térmico o como una carga para hormigones de bajo
peso y contrarresta las desventajas de la producción de la arcilla
expandida.
Otro aspecto de la invención consiste en que el
material para la construcción térmicamente aislante se obtiene
incorporando [desde el producto intermedio en forma de partículas
que le contiene] una carga en forma de partículas, preferiblemente
porosa, en la mezcla quebradiza triturada [incorporada dentro antes
de la expansión por calor]. El material final, del que se han
formado bloques o losas, muestra una densidad no superior a 520
kg/m^{3}, una resistencia a la compresión no inferior a 1,45 MPa
y una absorción de agua no superior al 22,6%.
La carga en forma de partículas usada (de un
tamaño medio de partículas predeterminado) puede obtenerse de
materiales naturales como la piedra pómez, toba volcánica,
lumaquela, etc.; materiales porosos artificiales como claidita,
perlita aplastada, vermiculita expandida, escoria expandida,
sinterizado poroso, etc.; y algún otro material, principalmente
residuos de procesos de fabricación, por ejemplo, recortes de
celulosa tras la fabricación del papel, residuos de curtidos en la
manufactura de piel, y residuos de la industria procesadora del
lino.
Las cargas a base de partículas son útiles porque
hacen que el producto intermedio se expanda entre ellas y así
evitan la formación de capas de superficies continuas impermeables
al vapor y a los gases, de sustancialmente baja conductividad al
calor.
Por tanto, una persona experta en la técnica es
capaz (con una notable reducción en el consumo específico de
energía) de obtener losas o bloques de dimensiones y formas
predeterminadas mediante la mera selección de las composiciones de
los productos intermedios y de las condiciones del procesado.
La invención es más adelante explicada por medio
de ejemplos específicos de composiciones para producir el material
para la construcción térmicamente aislante de la invención, y de
una descripción del proceso de producción y de los resultados de
los ensayos considerados en las tablas.
En la Tabla 1 se muestran los materiales silíceos
adecuados para su uso en la realización de la invención y su
composición.
| Materias | Composición % en peso | Cuarzo % | |||||||
| Primas | SiO_{2} | Al_{2}O_{3} | Fe_{2}O_{3} | CaO | MgO | Na_{2}O | K_{2}O | c.l. | en peso |
| 1 | 2 | 3 | 4 | 5 | 6 | 7 | 8 | 9 | 10 |
| Toba volcánica opalizada | 93,3 | 2,5 | 0,5 | 0,6 | 0,1 | 0,7 | 0,3 | 2,0 | 30,5 |
| Arenisca arcillosa silicada | 85,4 | 2,3 | 6,1 | 1,2 | 0,6 | 0,2 | 0,2 | 4,0 | 3,3 |
| Trípoli | 83,1 | 5,7 | 4,5 | 1,4 | 0,8 | 0,5 | 0,4 | 3,6 | 10,2 |
| Vidrio soluble | 68,6 | 1,5 | 1,3 | 0,7 | 0,5 | 24,0 | 0,4 | 2,8 | 0,7 |
| Notas: | |||||||||
| (a) la abreviatura "c.l." se refiere a la pérdida por calcinación como evidencia de que hay en la materia prima | |||||||||
| impurezas orgánicas o agua en los hidratos cristalizados. | |||||||||
| (b) en la columna 10, los porcentajes se refieren a la proporción de cuarzo, o dióxido de silicio cristalino, en la | |||||||||
| cantidad total de sílice mostrada en la columna 2. |
Como un álcali experimental se utilizó una
solución de hidróxido sódico en agua al 40%.
El proceso de la invención útil en la producción
de material para la construcción térmicamente aislante comprende,
generalmente, las etapas triturar los materiales silíceos,
preferiblemente en partículas de un tamaño medio comprendido entre
1,0 y 2,5 mm; dosificar los materiales silíceos, un hidróxido de un
metal alcalino, preferiblemente hidróxido sódico, y agua (o una
solución de sosa cáustica al 40%, por lo menos); alcalinizar y
humedecer el material silíceo mediante su mezcla con un hidróxido
de un metal alcalino y agua (o con una solución acuosa de dicho
hidróxido); tratar con vapor (con mezclamiento opcional) la mezcla
resultante a presión atmosférica y a una temperatura
preferiblemente en el intervalo de 75ºC a 90ºC para lograr la
formación de silicatos hidratados, usándose en la etapa de
tratamiento con vapor tanto un vapor saturado si la materia prima
silícea se había humedecido sólo parcialmente en la preparación de
la mezcla, o usándose una fuente de calor externa para calentar la
mezcla hasta saturarla con vapor si la mezcla estaba completamente
húmeda; enfriar la mezcla tratada con vapor hasta, aproximadamente,
la temperatura ambiente (18-25ºC) o inferior,
durante un periodo de tiempo suficiente para que la mezcla se
vuelva friable; triturar la masa friable resultante para obtener un
producto intermedio en partículas; opcionalmente, clasificar por
tamaños el producto intermedio; preparar una mezcla del producto
intermedio triturado en la proporción requerida con agregados
porosos de un tamaño requerido, colocar la mezcla del producto
intermedio triturado y el agregado poroso en formas divididas para
el tratamiento con calor si el material final ha de obtenerse en
bloques o losas; y tratar con calor (expandir) el producto
intermedio en forma de partículas a una temperatura,
preferiblemente, de 200ºC a 250ºC durante, preferiblemente, 25 a 35
min con el fin de producir un producto final en forma de
partículas, o a una temperatura, preferiblemente, de 250ºC a 450ºC
durante, preferiblemente, 2,5 a 6 horas para producir el material
final en bloques o losas.
En algunos casos (especialmente cuando se usan
partículas de pequeño tamaño, tipo "arena", del producto
intermedio triturado) es aconsejable añadir a la mezcla del
producto intermedio triturado y del agregado poroso una pequeña
cantidad de agua para hacer más manejable la mezcla y alisar su
superficie más fácilmente en la preparación de su expansión por
calor. Es conocido por los expertos en la técnica que también se
puede recurrir a la vibración.
Los materiales de ensayo fueron producidos por el
proceso arriba descrito, incluyendo materiales en forma de
partículas de tamaños de partículas de hasta 5 mm, de 5 a 10 mm y
de 10 a 20 mm, losas o bloques, y estructuras cúbicas que medían de
arista 100 mm, 200 mm y 400 mm.
Para comparación, se obtuvieron, según la Patente
Ucraniana nº. 3.802, materiales y estructuras para la construcción
térmicamente aislantes, de las mismas formas y tamaños.
Las composiciones específicas de las materias
primas usadas en los experimentos y las condiciones del proceso se
dan en las Tablas 2 y 3.
\newpage
Composición de las mezclas brutas, condiciones
del proceso y las características físicas de materiales para la
construcción térmicamente aislantes en forma de
partículas.
| Porcentajes en peso de ingredientes y características | ||||||||
| del proceso, por muestra | ||||||||
| Proceso reivindicado | Proceso técnica anterior | |||||||
| Ingredientes | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 |
| Toba volcánica | ||||||||
| opalizada | 100 | - | - | - | 100 | - | - | - |
| Arenisca arci- | ||||||||
| llosa silicada | - | 10 | - | - | - | 100 | - | - |
| Trípoli | - | - | 100 | 100 | - | - | 100 | - |
| Silicato sodio en | ||||||||
| terrones | - | - | - | - | - | - | - | 100 |
| Arena cuarzosa | - | - | - | - | - | 150 | - | 100 |
| Cuarcita | - | - | - | - | 1 | - | 100 | - |
| Hidróxido de | ||||||||
| metal alcalino | 15 | 20 | 25 | 30 | 30 | 10 | 15 | - |
| Agua | 60 | 50 | 40 | 30 | 80 | 30 | 125 | 30 |
| Características | ||||||||
| físicas | ||||||||
| Tamaño de par- | ||||||||
| tículas, mm | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 0,14 | 0,14 | 0,14 | 0,1 |
| Condiciones | ||||||||
| Tratamiento | ||||||||
| con vapor | ||||||||
| -temperatura, ºC | 90 | 80 | 75 | 75 | 100 | 80 | 90 | 90 |
| -tiempo, min | 45 | 40 | 40 | 40 | 45 | 20 | 30 | 30 |
| Enfriamiento | ||||||||
| -temperatura, ºC | 20 | 20 | 20 | 20 | - | - | - | - |
| -tiempo, min | 90 | 60 | 40 | 20 | - | - | - | - |
| Expansión | ||||||||
| -temperatura, ºC | 350 | 250 | 450 | 350 | 660 | 450 | 600 | 300 |
| -tiempo, min | 150 | 300 | 250 | 250 | 180 | 420 | 300 | 300 |
Composición de las mezclas brutas, condiciones
del proceso y características físicas de materiales para la
construcción térmicamente aislantes en
bloques.
| Porcentajes en peso de ingredientes y características | ||||||||
| del proceso, por muestra | ||||||||
| Proceso reivindicado | Proceso técnica anterior | |||||||
| Ingredientes | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 |
| Toba volcánica | ||||||||
| opalizada | 100 | - | - | - | 100 | - | - | - |
| Arenisca arci- | ||||||||
| llosa silicada | - | 100 | - | - | - | 100 | - | - |
TABLA 3
(continuación)
| Porcentajes en peso de ingredientes y características | ||||||||
| del proceso, por muestra | ||||||||
| Proceso reivindicado | Proceso técnica anterior | |||||||
| Ingredientes | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 |
| Trípoli | - | - | 100 | 100 | - | - | 100 | - |
| Silicato sódico en | ||||||||
| terrones | - | - | - | - | - | - | - | 100 |
| Arena cuarzosa | - | - | - | - | - | - | - | 100 |
| Cuarcita | - | - | - | - | - | 50 | 50 | - |
| Hidróxido de me- | 15 | 20 | 25 | 30 | 30 | 25 | - | |
| tal alcalino | 15 | 125 | 40 | |||||
| Agua | 60 | 50 | 40 | 30 | 30 | 75 | - | - |
| Carga porosa | 100 | 120 | 130 | 150 | - | - | ||
| Características | ||||||||
| físicas | ||||||||
| Tamaño de par- | ||||||||
| tículas, mm | 2,5 | 2,0 | 1,5 | 1,0 | 0,14 | 0,14 | 0,14 | 0,1 |
| Condiciones | ||||||||
| Tratamiento | ||||||||
| con vapor | ||||||||
| -temperatura, ºC | 90 | 80 | 75 | 75 | 100 | 80 | 90 | 90 |
| -tiempo, min | 45 | 40 | 40 | 40 | 45 | 20 | 30 | 30 |
| Enfriamiento | ||||||||
| -temperatura, ºC | 20 | 20 | 20 | 20 | - | - | - | - |
| -tiempo, min | 90 | 90 | 40 | 20 | - | - | - | - |
| Expansión | ||||||||
| -temperatura, ºC | 350 | 250 | 450 | 350 | 660 | 450 | 600 | 300 |
| -tiempo, min | 150 | 300 | 250 | 250 | 180 | 420 | 300 | 300 |
| Nota: para la carga porosa se utilizó un material de construcción aislante térmicamente, producido | ||||||||
| por el proceso de esta invención, con un intervalo del tamaño de partículas de 5 a 15 mm, y una | ||||||||
| densidad aparente de 200 kg/m^{3}, aproximadamente. |
En los materiales térmicamente aislantes
producidos por el proceso de esta invención, y el producido por un
proceso de técnica anterior (Patente Ucraniana nº. 3.802), se
ensayaron las siguientes propiedades:
(a) Materiales en forma de partículas:
- densidad aparente, kg/m^{3},
- resistencia a la compresión en un cilindro,
MPa,
- absorción de agua, % en peso,
- rechazos por tamaños, % en peso;
(b) Bloques y losas:
- densidad, kg/m^{3},
- resistencia a la compresión en un cilindro,
MPa,
- absorción de agua, % en peso,
- rechazos materiales cavernosos, % en peso.
La densidad y la densidad aparente, la
resistencia a la compresión y la absorción de agua se determinaron
todas ellas por métodos convencionales.
Los rechazos por tamaño se determinaron como la
proporción de partículas de un tamaño superior a un tamaño medio de
partículas predeterminado en el agregado producido. Los rechazos
cavernosos se determinaron como la proporción de estructuras
cúbicas manifiestamente cavernosas entre las estructuras producidas.
Las estructuras cúbicas se produjeron en tandas de 100 cada
vez.
En las Tablas 4 y 5 se resumen los resultados de
los ensayos de los materiales en partículas y en bloques,
respectivamente. En las Tablas, las unidades de medida no se
muestran dado que corresponden a las arriba mencionadas.
Características de calidad de materiales de
construcción térmicamente aislantes en forma de
partículas
| Propiedad | Datos de los ensayos por nº de muestra | |||||||
| Proceso reivindicado | Proceso técnica anterior | |||||||
| Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 | |
| Densidad aparente | 320 | 240 | 20 | 130 | 50 | 950 | 205 | 245 |
| Resistencia a la | 1.1 | 0.83 | 0.57 | 0.45 | 0.02 | 12.5 | 0.27 | 0.51 |
| comprensión | ||||||||
| Absorción de agua | 5.4 | 7.6 | 11.1 | 22.8 | 32.5 | 15.5 | 26.9 | 9.7 |
| Rechazos por tamaños | ||||||||
| hasta 5 mm | 0 | 3 | 2 | 6 | 100 | 93 | 100 | 100 |
| 5 a 10 mm | 2 | 2 | 4 | 5 | 60 | 46 | 52 | 49 |
| 10 a 20 mm | 0 | 2 | 3 | 5 | 25 | 23 | 33 | 27 |
| Propiedad | Datos de los ensayos por nº de muestra | |||||||
| Proceso reivindicado | Proceso técnica anterior | |||||||
| Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 | Nº1 | Nº2 | Nº3 | Nº4 | |
| Densidad | 520 | 490 | 440 | 430 | 580 | 1050 | 640 | 1110 |
| Resistencia a la | 2.1 | 2.0 | 1.57 | 1.45 | 1.02 | 4.5 | 1.2 | 7.51 |
| comprensión | ||||||||
| Absorción de agua | 15.2 | 17.5 | 21.1 | 22.6 | 35.2 | 18.4 | 32.1 | 15.1 |
| Rechazos con longitud | ||||||||
| de arista de: | ||||||||
| 100 mm | 0 | 0 | 0 | 3 | 0 | 0 | 10 | 0 |
| 200 mm | 0 | 0 | 0 | 5 | 62 | 49 | 55 | 50 |
| 400 mm | 0 | 2 | 4 | 4 | 100 | 100 | 100 | 100 |
Los datos dados en la Tabla 4 muestran que el
índice de volumen de los materiales para la construcción aislantes
térmicos en partículas producidos por el proceso de la invención es
notablemente menos variable comparado con el de los materiales
producidos mediante técnicas anteriores y que puede ser controlado
cambiando las proporciones de los ingredientes de las mezclas; los
materiales producidos por el proceso de la invención se caracterizan
por un intervalo más estrecho de variabilidad en términos de
resistencia a la compresión y absorción de agua, que también es
controlable, y en donde el índice de volumen es, aproximadamente,
el de los materiales [de la técnica anterior] producidos por el
proceso de la técnica anterior por lo que estas propiedades son más
preferibles: y, finalmente, los materiales producidos por el proceso
de la invención fueron rechazados debido al tamaño más que 10, 20 y
30 veces tan raramente como los materiales producidos por la
técnica anterior, siendo el tamaño de las partículas prácticamente
indiferente en esto.
Además, debe señalarse que los intervalos de las
características que controlan la calidad de los materiales
producidos por el proceso de la invención, que evidentemente no son
exhaustivas, se ajustan a las demandas de los usuarios.
Los datos de la Tabla 5 demuestran que la
densidad de los materiales para la construcción aislantes térmicos
[nuevos] producidos por el proceso de la invención en bloques
(tanto como los de los materiales en partículas) también es
notablemente menos variable comparada con la de los materiales
[técnica anterior] producidos por el proceso de la técnica anterior
y puede ser controlada cambiando las proporciones de los
ingredientes para las nuevas mezclas; estos materiales [de la
invención] producidos por el proceso de la invención en bloques
(tanto como los materiales en partículas) se caracterizan por un
intervalo de variabilidad más estrecho en términos de resistencia a
la compresión y de absorción de agua, que son también controlables,
y en los que la densidad se aproxima a la de los materiales
[técnica anterior] producidos por el proceso de la tecnología
anterior son más preferibles; y finalmente, los materiales
cavernosos producidos por el proceso de la invención bastante
raramente y las dimensiones de los bloques (o losas) no tenían
prácticamente importancia para la aparición de cavidades, mientras
que con el material producido por el proceso de la técnica
anterior, los que medían más de 100 mm de arista eran rechazados en
un nivel inaceptable.
Nuevamente se resalta que el límite superior de
los materiales en bloques producidos por el proceso de la
invención, cuando el material en partículas producido por el
proceso de la invención es usado como una carga porosa agregada
para la producción de los bloques, prueba ser menor que el limite
menor de densidad de los materiales del mismo tipo, producidos por
el proceso de la técnica anterior, siendo invariables la absorción
de agua y la resistencia.
Claims (5)
1. Un proceso para obtener un material para la
construcción térmicamente aislante basado en una materia prima
silícea alcalinizada y húmeda triturando la materia prima silícea y
mezclando ésta con un hidróxido de un metal alcalino y agua,
sometiendo a vapor la mezcla de estos ingredientes, y expandiendo
térmicamente los productos intermedios producidos de la citada
mezcla de materias primas tratada con vapor, caracteriza el
proceso porque los productos intermedios se producen enfriando de
dicha mezcla de materias primas tratada con vapor hasta que se
convierte en frágil, y triturando la mezcla frágil para obtener
partículas, las cuales, en la etapa inicial de expansión térmica,
adquieren un estado fluido cuando se calientan a una temperatura
superior a 100ºC, preferiblemente superior a 200ºC.
2. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque la mezcla de la materia prima es
tratada con vapor usando vapor saturado.
3. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque la mezcla de la materia prima es
tratada con vapor mediante la acción de una fuente externa de
calor.
4. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque las partículas de la mezcla frágil
triturada son clasificadas por tamaños antes de ser expandidas
térmicamente.
5. El método de la reivindicación 1,
caracterizado porque se incorpora una carga, preferiblemente
porosa, en forma de partículas, a la mezcla frágil triturada antes
de la etapa de expansión térmica de dicha mezcla triturada.
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