ES2225632T3 - Material ingnifugo. - Google Patents

Material ingnifugo.

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ES2225632T3 ES01986295T ES01986295T ES2225632T3 ES 2225632 T3 ES2225632 T3 ES 2225632T3 ES 01986295 T ES01986295 T ES 01986295T ES 01986295 T ES01986295 T ES 01986295T ES 2225632 T3 ES2225632 T3 ES 2225632T3
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Abstract

Material ignífugo para construcciones de hormigón y hormigón pretensado, especialmente para túneles en forma de placas prefabricadas o capas inyectadas, fraguadas, el cual se prepara a partir de una mezcla fraguada hidráulicamente que contiene cemento aluminoso, en donde el material fraguado contiene menos de un 5% en peso de Ettringit, caracterizado porque la mezcla contiene, en estado todavía no fraguado, 50 hasta 200 partes en peso de Xonotlit, en donde el Xonotlit se presenta en forma de bolitas enrolladas.

Description

Material ignífugo.
Objeto de la presente invención es un material ignífugo, es decir un material con elevadas propiedades ignífugas para construcciones de hormigón y hormigón pretensado, especialmente para túneles, en forma de placas prefabricadas o inyectadas, capas fraguadas, preparado a partir de mezclas de fraguado hidráulico que contienen cemento aluminoso, eventualmente en mezclas con cemento Portland, materiales de carga, así como en caso deseado fibras, aceleradores del fraguado, retardadores del fraguado, plastificantes y espumantes.
Un material con buenas propiedades ignífugas es objeto del documento DE C 195 17 267, en donde este material, en forma de placas prefabricadas o como capa aplicada posteriormente sobre piezas de construcción a proteger, se compone de un aglomerante, Xonotlit sintético y al menos un 5% en peso de Ettringit y/o Metavariscit. Ese material ha dado muy buen resultado, pero no está en condiciones de cumplir con las elevadas exigencias deseadas y en parte ya exigidas, especialmente para túneles. Se exige que en caso de fuego no se produzcan daños irreparables debido a pérdida de más del 50% de la resistencia inicial. En Holanda se exige para túneles sumergidos que la superficie del núcleo de hormigón alcance un máximo de 380ºC y que a 25 mm de la superficie del núcleo de hormigón se alcance una temperatura máxima de sólo 250ºC. En túneles perforados no se permite que la temperatura máxima en la superficie supere 200 hasta 250ºC; véase Both et al. TNO Centre for Fire Research y Tan et al. Ministry of Public Works, Holanda. Después del incendio del túnel del Mont Blanc se volvieron a elevar las exigencias para las características ignífugas de los túneles.
Las exigencias de Holanda sobre túneles parten de la suposición de que la energía de combustión de un camión cisterna accidentado conduce a un calentamiento local, el cual pueda ser superado ampliamente sin daños por el núcleo de hormigón de la pared del túnel. El análisis de esta exigencia nos lleva a que una placa lisa o curvada, la cual se ha fijado mecánicamente sobre la superficie del hormigón, no se desprenda, por lo cual especialmente las capas inyectadas tienden a perder la adhesión y se desprenden. Las condiciones del análisis parten de dos horas, en las cuales la temperatura de la superficie del núcleo de hormigón no debe superar los 200ºC en túneles perforados y los 380ºC en túneles sumergidos, siendo el espesor del hormigón = o > 150 mm. El material ignífugo debe resistir el choque térmico, ser resistente frente a la abrasión e insensible a los ciclos de congelación/des-congelación. La resistencia mecánica de este material durante el ensayo de flexibilidad de tres puntos debería ser la mayor posible a 20ºC. Preferentemente debe elevarse como mínimo a 7 MPa. El material debería ser resistente a las sales químicas. Finalmente, debería estar libre de cuarzo por razones de la protección medioambental y de salud pública. La densidad del material debería elevarse a aproximadamente 900 kg/m^{3}.
Hasta ahora materiales desarrollados y conocidos originariamente sólo para edificios, con elevadas propiedades ignífugas, son aquellos de acuerdo con el documento DE C 195 17 267, o las placas de Promatect H de la compañía Promat utilizadas también con éxito desde hace años en la construcción de túneles. Se trata de placas ligeras, obtenidas en autoclave y reforzadas con fibras a base de silicato cálcico. Se preparan a partir de cemento Portland, ácido silícico, perlitas expandidas, hidróxido cálcico, fibras y otros aditivos. Se emplean ciertamente en la construcción de túneles, pero no cumplen con todos los deseos y exigencias relativas a la protección frente al fuego para un túnel. Especialmente se trata de un problema de deslaminación, de espesor restringido y de las posibilidades de reparación.
Tampoco otros productos según el estado de la técnica que parcialmente han dado asimismo buen resultado, no cumplen con las exigencias para la construcción de túneles. El documento US 4.544.409 describe un material a base de cementos y fosfato trisódico hidratado. Estos productos funden a temperaturas relativamente bajas y son por ello inadecuados para túneles.
El documento EP 0 769 482 describe un mortero de cemento inyectable con yeso y aluminato cálcico. Tampoco cumple ese material con las exigencias para la construcción de túneles. Lo mismo puede decirse de las placas comerciales de la compañía Kurosaki, las cuales, de acuerdo con los análisis, se componen de wollastonito, mullita, perlita, fibras de vidrio y fibras sintéticas y se fraguan con cemento aluminoso. Éstas poseen una densidad de 1050 kg/m^{3}, pero una resistencia al doblamiento de sólo 4 MPa.
El documento US 3.042.536 se refiere a un material de carga para el relleno y aislamiento de grietas entre materiales de construcción porosos, los cuales se utilizan para el aislamiento térmico. Evidentemente, se presentan composiciones en forma de cristales largos, delgados y en forma de varillas, las cuales contienen Xonotlit como silicato cálcico.
El documento EP 1 001 000, correspondiente al documento WO 00/27948, describe un material, el cual debe ser adecuado también para túneles, y el cual contiene un componente volátil a altas temperaturas mediante la mezcla con serrín. Este material ha sido entretanto comercializado por la empresa Thermal Ceramics bajo el nombre de Fire Barrier 135. Este material contiene caolin, el cual no sólo es caro, sino que se comprime fuertemente por calentamiento intenso, de forma que el producto se quiebra. Además, el espesor de aplicación y la resistencia son problemáticos.
La invención se ha propuesto poner a disposición un material ignífugo para construcciones de hormigón y hormigón pretensado, el cual cumpla con los elevados deseos y exigencias antes mencionados sobre protección frente al fuego para la construcción de túneles y que no produzca riesgos para la salud en caso de incendio.
Este problema se soluciona mediante un material, el cual se prepara a partir de una mezcla fraguada hidráulicamente, que contiene cemento aluminoso, eventualmente mezclado con cemento Portland, materiales de carga, así como, en caso deseado, fibras, aceleradores del fraguado, retardadores del fraguado, plastificantes y espumantes, en donde el material fraguado contiene menos del 5% en peso de Ettringit y el cual se caracteriza porque la mezcla contiene en estado todavía no fraguado, 50 hasta 200 partes en peso de cemento aluminoso y 10 hasta 250 partes en peso de Xonotlit, en donde el Xonotlit se presenta en forma de bolitas enrolladas. La mezcla se prepara preferentemente a partir de la misma cantidad o del doble de partes en peso del aglomerante hidráulico frente a partes en peso de Xonotlit.
La mezcla puede contener en estado no fraguado, como aglomerante hidráulico adicional cemento Portland, así como hasta un 50% en peso de materiales de carga, en caso deseado fibras, aceleradores del fraguado, retardadores del fraguado, plastificantes y espumantes. En estado fraguado contiene siempre menos de 5% en peso de Ettringit.
Como materiales de carga se utilizan preferentemente wollastonita y/o hidróxido de aluminio, pero eventualmente también Tobermorit, el cual puede añadirse en forma de agujas o partículas casi esféricas. Como materiales de carga pueden utilizarse, además, perlitas y/o vermiculitas, preferentemente en forma ya soplada. También es posible el empleo de estos materiales de carga, total o parcialmente, en forma no soplada. Otros materiales de carga pueden ser arcillas expandidas, bolas de vidrio expandidas o tierra refractaria pulverizada.
Además, pueden añadirse fibras para facilitar el procedimiento de preparación y reforzar el material preparado. Fibras adecuadas son, por ejemplo, fibras de vidrio, MMMF (Man Made Mineral Fibers-fibras minerales hechas por el hombre), fibras de celulosa, fibras orgánicas tales como PVA o PP.
Pueden añadirse aceleradores del fraguado, retardadores del fraguado, plastificantes y espumantes habituales, especialmente para facilitar el procedimiento de preparación. Entre estos aditivos se cuentan hidróxido cálcico, lejía de sosa, carbonato sódico, carbonato cálcico, carbonato de litio, bórax, ácido cítrico, hidróxido de aluminio. El carbonato cálcico es el preferido, ya que actúa tanto como acelerador del fraguado como también como material de carga adecuado.
El material no debería contener prácticamente nada o sólo un poco de Ettringit en estado no fraguado. El contenido en Ettringit debería elevarse siempre en cada caso a menos del 5% en peso. Mientras que Ettringit, en el material según el documento DE C 195 17 267, es un componente muy importante y esencial en la invención, precisamente las elevadas cantidades de Ettringit conducen, a unas propiedades claramente inferiores a las elevadas temperaturas, como las que pueden presentarse en el caso de incendio de un túnel.
La preparación del material en forma de placas prefabricadas se produce preferentemente mediante colada o prensa-filtro, en donde también puede utilizarse el procedimiento Hatscheck o el procedimiento Flow-on. El procedimiento Hatscheck es un procedimiento habitual para la preparación de componentes de construcción a partir de fibra de cemento. En este procedimiento se une una mezcla compuesta por una matriz ligada a cemento con materiales de carga inertes y reactivos, así como por fibras con un exceso de agua considerable y se deshidrata mediante uno o varios tamices cilíndricos. El velo de material, así obtenido, se conduce a un dispositivo de transporte, se sigue deshidratando mediante vacío y se enrolla sobre un cilindro rotatorio, el llamado rodillo formato, hasta que se alcance el espesor deseado del componente de construcción. El espesor máximo se eleva entonces a 25 hasta 27 mm. De acuerdo con el procedimiento Hatschek se prepara, por ejemplo, el producto comercial Promatect H antes mencionado.
Las cantidades de cemento aluminoso y de Xonotlit, utilizadas de acuerdo con la invención, pueden ser variadas dentro de los límites indicados, siendo preferido sin embargo que la mezcla contenga la misma cantidad o el doble en partes en peso de aglomerante hidráulico que partes en peso de Xonotlit.
La densidad del material en estado fraguado puede variarse mediante el tipo de material de carga, en el intervalo entre 0,7 y 1,3 g/cm^{3}, se prefiere una densidad de aproximadamente 0,9 g/cm^{3}.
El material fraguado de acuerdo con la invención posee la propiedad de que se deshidrata predominantemente en un intervalo de temperaturas entre 70 y 450ºC y, por ello, es capaz de absorber calor escalonadamente y de reducir el aumento de temperatura en la zona entre la superficie y la base a proteger. Estas propiedades pueden potenciarse con materiales de carga endotérmicos. El componente más importante del material es el Xonotlit, el cual representa por sí mismo un material aislante muy bueno. Como Xonotlit puede utilizarse el Xonotlit sintético, el cual resulta en forma de bolitas enrolladas durante el procedimiento empleado.
Mediante la combinación del Xonotlit con el cemento aluminoso de acuerdo con la invención resultan las propiedades endotérmicas y de aislamiento requeridas óptimas. Así, el Xonotlit se deshidrata sólo a aproximadamente 800ºC y se transforma con ello en wollastonita. Esta deshidratación es una reacción fuertemente endotérmica y consume mucha energía. La wollastonita, así obtenida, posee un punto de fusión teórico de 1530ºC. La combinación de wollastonita y cemento aluminoso fraguado conduce a una minimización de la contracción e impide así los riesgos de grietas por contracción. La protección frente al fuego y el aislamiento hacen por consiguiente uso de distintas transferencias de fase y la deshidratación del cemento aluminoso fraguado y del Xonotlit, manteniendo la estructura espacial y la estabilidad mecánica.
Se utiliza preferentemente el material en forma de placas prefabricadas lisas o curvadas. Sin embargo, también puede inyectarse de forma conocida, teniendo que tener en cuenta que se garantice el espesor mínimo de la capa requerido y que el material se adhiera bien a la base. El material de acuerdo con la invención puede utilizarse también como mortero de reparación y unión, para reparar partes del material rajadas o despegadas y para garantizar en este caso propiedades iguales o comparables de las partes reparadas.
En los siguientes ejemplos se ilustra más detalladamente el producto de acuerdo con la invención. De los ensayos comparativos con productos según el estado de la técnica se deduce que el material de acuerdo con la invención tiene propiedades claramente superiores, lo cual no era previsible de acuerdo con el estado de la técnica.
Ejemplo 1
La composición de mezclas para la preparación del producto de acuerdo con la invención se resume en la Tabla I.
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(Tabla pasa a página siguiente)
1
La composición de las mezclas comparativas se resume en la Tabla II.
TABLA II
2
El producto TB011 equivale aproximadamente al producto comercial Firebarrier 135.
El producto Promatect H (abreviado PtH) se prepara según el procedimiento Hatschek y se endurece en el autoclave (espesor de la placa 25 hasta 27 mm, densidad 0,9 hasta 1,0). El examen de estos materiales, según el método de análisis holandés, dio los valores de acuerdo con las figuras I hasta V. De ello resulta que los productos TB008, TB112, TB118, TB119 y TB511 de acuerdo con la invención presentan propiedades claramente superiores a los productos comparativos TB042, TB043 y PtH. Los resultados del análisis del producto comparativo TB011 fueron aún peores que para los productos TB008 y PtH.
Ejemplo 2
Material de TB511 de acuerdo con el ejemplo 1 se transformó en la planta piloto en placas y se unió con placas de cemento lisas de distintos espesores de placa de 15, 25 y 30 mm. Las placas poseían una densidad de 0,900 kg/m^{3} y una humedad residual de 2,5%. En la compañía TNO, un laboratorio de análisis en Holanda, internacionalmente reconocido e independiente, se examinaron sus propiedades ignífugas según el procedimiento RWS (Rijkswaterstaat), en el cual se simula un fuego de anhídrido carbónico.
Para comparar se examina una capa de 38,5 mm de espesor del producto comercial FireBarrier 135® (aproximadamente correspondiente a la composición TB011). La capa poseía una densidad de 1,257 kg/m^{3} y una humedad residual de 7,5%. Este agua conduce a una protección frente al fuego algo mayor. Los resultados del análisis se recopilan en la figura V. Muestran que el material de acuerdo con la invención cumple las condiciones mínimas ya con un espesor de capa de sólo 15 mm, en la cara posterior, es decir la superficie de contacto con el cemento, de permanecer por debajo de 380ºC después de 120 min. El producto comparativo FireBarrier 135® alcanza este objetivo sólo con un espesor de capa de 38,5 mm y un contenido de humedad tres veces más alto.
El material de acuerdo con la invención garantiza una protección frente al fuego especialmente mejor con espesores de capa de 25 y 30 mm. TNO ya ha proporcionado una protección frente al fuego de al menos tres horas.

Claims (10)

1. Material ignífugo para construcciones de hormigón y hormigón pretensado, especialmente para túneles en forma de placas prefabricadas o capas inyectadas, fraguadas, el cual se prepara a partir de una mezcla fraguada hidráulicamente que contiene cemento aluminoso, en donde el material fraguado contiene menos de un 5% en peso de Ettringit, caracterizado porque la mezcla contiene, en estado todavía no fraguado, 50 hasta 200 partes en peso de Xonotlit, en donde el Xonotlit se presenta en forma de bolitas enrolladas.
2. Material según la reivindicación 1, caracterizado porque se prepara con la misma cantidad o el doble de partes en peso de aglomerantes hidráulicos que de partes en peso de Xonotlit.
3. Material según la reivindicación 1 ó 2, caracterizado porque contiene adicionalmente, en estado aún no fraguado, cemento Portland, materiales de carga, fibras, aceleradores del fraguado, retardadores del fraguado, plastificantes y/o espumantes.
4. Material según la reivindicación 3, caracterizado porque el fraguador contiene, como materiales de carga wollastonita, Tobermorit y/o hidróxido de aluminio.
5. Material según una de las reivindicaciones 1 a 4, caracterizado porque la mezcla fraguada contiene materiales de carga ligeros del grupo de perlita y/o vermiculita.
6. Material según una de las reivindicaciones 1 a 5, caracterizado porque contiene fibras.
7. Material según una de las reivindicaciones 1 a 6, caracterizado porque presenta en estado fraguado una densidad de 0,7 hasta 1,3 g/cm^{3}.
8. Material según una de las reivindicaciones 1 a 7, caracterizado porque se presenta en forma de placas prefabricadas, las cuales se preparan mediante colada o prensas-filtro.
9. Material según la reivindicación 8, caracterizado porque las placas se presentan en forma curva.
10. Placa prefabricada compuesta de un material ignífugo de acuerdo con al menos una de las reivindicaciones 1 a 9.
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