ES2234098T3

ES2234098T3 - Aditivo para la produccion de un cemento de mortero altamente susceptible de ser trabajado.

Info

Publication number: ES2234098T3
Application number: ES98909083T
Authority: ES
Inventors: Angel Abelleira; John Hallock
Original assignee: WR Grace and Co Conn; WR Grace and Co
Current assignee: WR Grace and Co Conn; WR Grace and Co
Priority date: 1997-03-21
Filing date: 1998-03-10
Publication date: 2005-06-16
Anticipated expiration: 2018-03-10
Also published as: WO1998042631A1; EP0968147B1; ATE285388T1; US6172147B1; AU732616B2; US5782972A; BR9809049A; EP0968147A4; CA2284579A1; AU6695698A; BR9809049B1; EP0968147A1; CA2284579C; DE69828265D1

Abstract

La invención se refiere a aditivos para el cemento de mortero que proporcionan manejabilidad a la vez que mantienen la resistencia. Estas características se obtienen utilizando un polímero multifásico que comprende una fase polimérica, hidrofóbicamente modificada e iónicamente soluble, el polímero es soluble a un pH de 6 y superior; y un agente aireante. Se emplean como aditivos, como ingredientes opcionales, agentes retardadores del endurecimiento y superplastificantes. Procedimientos ejemplares de la invención implican la adición del polímero multifásico y un agente aireante al cemento de mortero, preferiblemente durante la molienda de cemento Pórtland en el molino. También se describen composiciones de cemento que comprenden el polímero y un agente aireante.

Description

Aditivo para la producción de un cemento de mortero altamente susceptible de ser trabajado.

Campo de la invención

La presente invención se refiere a aditivos para composiciones de cemento hidráulico. Más particularmente, esta invención se refiere a aditivos para cemento hidráulico que son particularmente útiles en composiciones de cemento Portland tales como los cementos de albañilería empleados para la unión de ladrillos, bloques y otras unidades de albañilería.

Antecedentes de la invención

Los cementos Portland de albañilería son composiciones preparadas particularmente para emplear por los albañiles en la unión de ladrillos, bloques y otras unidades de albañilería. Estos cementos se mezclan típicamente antes de emplear, con un agregado fino, habitualmente arena, y agua. Es deseable que el mortero húmedo tenga un alto grado de plasticidad para ser trabajado (p. ej., para que se extienda bien con la llana) por el albañil, así como también otras propiedades deseables tales como una buena "vida útil" (es decir, un largo tiempo para ser trabajado).

Los cementos de albañilería se fabrican mediante la molienda de cemento Portland (que contiene yeso para una correcta regulación del tiempo de fraguado) con en general, aproximadamente del 20 al 65% basado en el peso total de un material sólido tal como la piedra caliza, creta, talco, puzolana, arcilla, yeso o combinaciones de los mismos. La piedra caliza es el ingrediente de la molienda empleado más a menudo con el cemento Portland debido a sus buenas propiedades para potenciar la plasticidad. Estos cementos de albañilería se muelen con un grado de finura mayor que la mayoría de cementos Portland destinados a ser empleados en los hormigones estructurales. La molienda más fina de los cementos de albañilería aumenta la plasticidad de los productos de mortero terminados.

Como se describe en la patente US 5.294.256, están a la venta productos aditivos para mezclar con el cemento de albañilería para añadir ciertas propiedades deseables a la composición del cemento de albañilería. Es una práctica común mezclar dichos productos aditivos con el cemento durante la molienda del cemento con el yeso, piedra caliza, etc.

En las patentes US 3.865.601 y 3.885.985 se describen productos aditivos del tipo antes citado. Los aditivos descritos en las mismas comprenden una emulsión acuosa aceite-en-agua que contiene agua, un componente ácido insoluble en agua, repelente al agua (p. ej., el tall oil), un emulsionante (p. ej., una sal de uno de estos ácidos), un agente retardante del tiempo de fraguado (p. ej., la sucrosa). Este producto aditivo es ventajosamente dispersable en agua lo cual reduce el riesgo de sobredosificación. El aditivo puede contener también un agente para extraer el aire como un componente adicional opcional.

Un producto aditivo en emulsión mejorado se describe en la patente US 4.375.987. Además de los constituyentes citados más arriba, este aditivo comprende un estabilizador de la emulsión tal como el glicol, el cual impide que la emulsión aceite-en-agua se desestabilice cuando se expone a temperaturas glaciales durante el transporte o almacenamiento antes de emplear.

Como describe la patente US 5.294.256, ha sido necesario añadir otros agentes de retención de agua, tales como éter de celulosa, durante el proceso de molienda, para mejorar la plasticidad de los cementos Portland de albañilería. Los agentes convencionales de retención de agua, ocasionan que los aditivos de emulsión descritos más arriba se desestabilicen y por lo tanto deben ser añadidos como una corriente de alimentación separada, a menudo como un polvo seco. Este método no es conveniente, puesto que puede aumentar los costes de fabricación y aumenta el riesgo de una sobredosificación del lote con el agente de retención del agua. Estos agentes convencionales de retención del agua pueden ocluir también grandes cantidades de aire, lo cual puede ser indeseable cuando interesa una gran resistencia. Así, la patente US 5.294.256 describe el empleo de un aditivo perfeccionado que comprende una emulsión aceite-en-agua que tiene una proporción de sólidos que comprende una importante proporción de un componente ácido insoluble en agua, repelente al agua, seleccionado del grupo formado por ácidos grasos, ácidos de la colofonia y mezclas de los mismos, un componente retardante del fraguado para el cemento hidráulico, y un polímero seleccionado entre el acetato de polivinilo, alcohol polivinílico, polisacáridos substituidos con hidroxipropilo, o mezclas de los
mismos.

A pesar de la disponibilidad de varias mezclas de cementos, los presentes inventores creen que es necesario un nuevo aditivo para obtener un cemento de mortero que tenga una satisfactoria susceptibilidad de ser trabajado desde el punto de vista subjetivo del albañil que está aplicando el mortero entre los ladrillos u otras unidades de albañilería, a la vez que incorpora un contenido de aire relativamente bajo (cuando se lo compara con los cementos de albañilería) para mantener la resistencia del mortero. En particular, es deseable descubrir un aditivo del cemento de mortero el cual pueda incorporar un máximo contenido de aire del 14% o menos, como requieren los cementos de mortero del tipo S y tipo M, como se resume en la tabla que sigue:

\newpage

	Tipo N	Tipo S	Tipo M
Cemento de albañilería	21	19	19
Cemento de mortero	16	14	14

Los fabricantes de cemento necesitan ser especialmente cuidadosos cuando se elige como meta el objetivo del 14% máximo de contenido de aire, por lo que en la práctica buscan un contenido máximo de aire de aproximadamente el 12% como medida de seguridad para evitar que se exceda el umbral del 14% en cuyo caso se obtendría una estructura de albañilería debilitada. En consecuencia, la necesidad de un nuevo aditivo de cemento de mortero es todavía algo mayor en vistas a la necesidad de obtener un resistencia deseada proporcionada por un contenido de aire relativamente bajo a la vez que el mortero conserva la susceptibilidad de ser trabajado.

Resumen de la invención

Al eliminar las desventajas de los aditivos de mortero de albañilería empleados en la técnica anterior, los presentes inventores han descubierto una nueva composición de cemento de mortero que proporciona la deseada resistencia a la vez que proporciona una reología práctica mediante el control del contenido máximo de aire de forma que éste no deba exceder del 14% en el cemento de mortero. Sorprendentemente, la presente invención consigue este objetivo combinando un polímero que hasta la fecha ha sido considerado como extractor del aire superfluo, y en segundo lugar, un agente de extracción del aire.

Así, un aditivo ejemplar para albañilería empleado en las composiciones para un cemento de mortero de la presente invención, comprendería: (1) agua (de preferencia 20-80% en peso; (2) un polímero multi-fase, que comprende una fase del polímero iónicamente soluble, hidrofóbicamente modificado (de preferencia el 6-30% basado sobre el peso total del aditivo), siendo el polímero soluble a un pH de 6 ó superior; y (3) un agente de extracción del aire (de preferencia 0,1 - 5,0% basado sobre el peso total del aditivo), teniendo el polímero multi-fase por lo menos dos fases de polímero, en donde:

(A) por lo menos una de dichas fases del polímero es un polímero iónicamente soluble, siendo este polímero el resultado de la polimerización de una mezcla de monómeros que comprende:

(a): aproximadamente de 0,1 a aproximadamente 55% en peso de monómero hidrofóbico, de fórmula

[R_{1} --- (A)_{a} --- (CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{2} }}

H)_{b} --- (CH_{2}CH_{2}O) ---(CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{3} }}

HO)_{d} --- CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{4} }}

H]_{e} --- X

: en donde A es:

-O-,

\hskip0,3cm

-S-,

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---

\delm{N}{\delm{\para}{R _{5} }}

---,

\hskip0,3cm

---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

---

\delm{N}{\delm{\para}{R _{5} }}

---,

\hskip0,3cm

---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

--- O ---

\hskip0,3cm

o

\hskip0,3cm

--- O ---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

--- O;

: R_{1} y R_{5} independientemente entre sí, son alquilo de 1 a 30 átomos de carbono, un anillo fenilo substituido con (mono, di o tri)alquilo de 1 a 30 átomos de carbono, o un éster graso de sorbitano, R_{2}, R_{3} y R_{4} independientemente entre sí son -H ó alquilo de 1 a 10 átomos de carbono, arilo o alquilarilo; a es 0 ó 1; b es de 0 a 50; c es de 0 a 150; d es de 0 a 50; e es igual o mayor que 1, y X es un grupo que contiene por lo menos un enlace doble etilénico;

(b): aproximadamente del 10 a aproximadamente el 69% en peso de monómero ionizable, etilénicamente no saturado, de 3 a 30 átomos de carbono, y

(c): aproximadamente del 0,1 a aproximadamente el 90% en peso de monómero etilénicamente no saturado de 2 a 30 átomos de carbono, no iónico, y

(d): de 0 a aproximadamente el 10% en peso de compuestos multifuncionales;

(B) el polímero iónicamente soluble está unido física o químicamente a la partícula de polímero de tal forma que después de neutralizar el polímero iónicamente soluble, con una base o un ácido, por lo menos una parte de dicho polímero iónicamente soluble permanece unido al resto de la partícula de polímero; y

(C) el polímero iónicamente soluble comprende desde aproximadamente el 1% hasta aproximadamente el 99% en peso de la partícula de polímero.

Un método ejemplar de la presente invención para la modificación de un cemento de mortero comprende la adición de los componentes anteriores, de preferencia mezclados previamente entre sí como un líquido, dentro del cemento de mortero. Con mayor preferencia, los componentes se introducen en el proceso de producción en la molienda del cemento de mortero en el molino. Composiciones ejemplares de mortero de albañilería de la invención comprenden en consecuencia un aglutinante cementoso hidratable, un contenido de aire ocluido del 14% ó menos, y el polímero multi-fase, con una fase de polímero iónicamente soluble, hidrofóbicamente modificado y un agente de extracción del aire como se ha mencionado más arriba y como se describirá más adelante a continuación:

Descripción detallada de las versiones de ejemplo

Los aditivos del mortero de albañilería empleados en la presente invención comprenden agua, un polímero multi-fase que comprende una fase de polímero iónicamente soluble, hidrofóbicamente modificado, como se ha definido previamente, siendo el polímero soluble a un pH de 6 y superior; y un agente de extracción.

Un polímero multi-fase, que comprende por lo menos una fase de polímero iónicamente soluble, hidrofóbicamente modificado, se describe en la patente US 5.451.641 concedida a Rohm and Haas Company, Filadelfia, Pensilvania. Un polímero adecuado puede conseguirse comercialmente de Rohm and Haas bajo el nombre registrado de ACRYSOL® TT-165. El polímero multi-fase es una emulsión de un polímero acrílico soluble en álcali que se emplea típicamente para formulaciones textiles, tales como para papel, tejidos y no tejidos, aunque se vende también para impermeabilizantes pigmentados.

Agentes ejemplares de extracción de aire (AEAs) adecuados para emplear en la presente invención comprenden AEAs no iónicos tales como alcanolamidas grasas, aminas grasas etoxiladas, ácidos grasos etoxilados, triglicéridos etoxilados, alquilfenoles etoxilados, alcoholes etoxilados, etoxilatos de alquilo, etoxilatos de alquilarilo, AEAs catiónicos como etoxilatos de amina y óxidos de amina; AEAs anfóteros tales como betaínas; y AEAs aniónicos tales como éter sulfatos de alquilo graso, éter sulfatos de alquilarilo grasos, sulfonatos de alquil-benceno, sulfosuccinatos, y sulfonatos grasos. Los AEAs útiles en la presente invención deben ser solubles en un margen de pH de 3-6 para obtener solubilidad en la mezcla cementosa, y deben también ser solubles a un pH de 10-11 y superior habida cuenta del proceso de hidratación que tiene lugar en el mortero. Así, el AEA debe tener un margen de solubilidad razonablemente amplio.

Un agente preferido de extracción de aire puede adquirirse en Rhone Poulenc con el nombre registrado de Cyclomide DC 212/S.

Un método ejemplar de la presente invención comprende la adición a un cemento de mortero, de preferencia durante la molienda del cemento en el molino, del polímero multi-fase en una cantidad de 0,005-0,10% en peso basado en el peso de cemento, y con mayor preferencia aproximadamente el 0,015-0,10% en peso de cemento, y el agente de extracción de aire de preferencia en una cantidad de 0,001-0,02% basado en el peso de cemento. De preferencia, la adición se logra empleando una introducción de una vez del polímero multi-fase y del agente de extracción del aire que se ha mezclado previamente como una emulsión. La emulsión puede comprender del 20 al 80% de agua.

Otros aditivos del mortero ejemplares, empleados en la invención comprenden opcionalmente, además del polímero multi-fase y al agente de extracción de aire, un retardante de fraguado (0-35% del peso total) y un superplastificante. Los agentes retardantes del fraguado solubles en agua, para el cemento Portland son ya bien conocidos y son preferidos para emplear en la presente invención. Si el aditivo se proporciona en forma de una emulsión, entonces el componente del aditivo retardante del fraguado no debe ser tal que desestabilice la emulsión o cause que el aditivo sea excesivamente viscoso.

Agentes solubles en agua retardantes del fraguado de la presente invención incluyen los hidratos de carbono tales como los monosacáridos, por ejemplo, glucosa y fructosa; los disacáridos, por ejemplo, rafinosa; los polisacáridos, por ejemplo, almidón y celulosa así como derivados de los mismos, tales como almidón pregelatinizado, dextrina, jarabe de maíz y carboximetilcelulosa, compuestos polihidroxi policarboxílicos, tales como el ácido tartárico y el ácido múcico; ácido lignosulfónico y sales del mismo tales como calcio, magnesio, amonio y lignosulfonato de sodio; sales solubles en agua de ácido bórico tales como las sales de metal alcalino del mismo; óxido de zinc, y compuestos de silicona solubles en agua; así como también mezclas de los mismos. Un retardante preferido es la sucrosa. Los retardantes pueden ser empleados en una cantidad de aproximadamente 10-40% en peso en la solución.

Un superplastificante ejemplar que puede emplearse opcionalmente en los aditivos de albañilería y métodos de la invención son los polímeros combinados del tipo EO/PO (p. ej., un ácido poliacrílico con óxidos de polietileno pendientes libres y grupos de óxido de polipropileno pendientes libres) que son ya conocidos. Un superplastificante del tipo EO/PO puede adquirirse de W.R.Grace & Co.Conn. bajo el nombre registrado de ADVA, Se cree que el superplastificante puede emplearse en los aditivos de mortero de albañilería empleados en la presente invención en una cantidad de 0-30% en peso en la solución.

De preferencia, el polímero multi-fase identificado precedentemente y el agente de extracción del aire, junto con el retardante opcional de fraguado y/o el superplastificante, se mezclan previamente en una única emulsión de forma que se minimice la sobredosificación, y se introduzca en el cemento de mortero, de preferencia durante o antes de la molienda del cemento Portland en el molino. Alternativamente, los componentes de los componentes opcionales pueden ser introducidos en un cemento de mortero después del proceso de molienda.

La descripción y ejemplos precedentes se efectúan solamente para fines ilustrativos y no pretenden limitar el ámbito de la invención.

Claims

1. Un método para modificar las propiedades de trabajo, de un cemento de mortero, que comprende la introducción en un cemento de mortero de un polímero multi-fase que comprende una fase de polímero iónicamente soluble, hidrofóbicamente modificado, siendo el polímero soluble a un pH de 6 y superior; y un agente de extracción de aire, comprendiendo dicho polímero multi-fase

(A) por lo menos una de dichas fases del polímero es un polímero iónicamente soluble, siendo este polímero el resultante de la polimerización de una mezcla de monómeros que comprende:

(a): aproximadamente 0,1 a aproximadamente 55% en peso de monómero hidrofóbico, de fórmula

[R_{1} --- (A)_{a} --- (CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{2} }}

H)_{b} --- (CH_{2}CH_{2}O) --- (CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{3} }}

HO)_{d} --- CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{4} }}

H]_{e} --- X

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: en donde A es:

-O-,

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-S-,

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---

\delm{N}{\delm{\para}{R _{5} }}

---,

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---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

---

\delm{N}{\delm{\para}{R _{5} }}

---,

\hskip0,3cm

---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

--- O ---

\hskip0,3cm

o

\hskip0,3cm

--- O ---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

--- O;

: R_{1} y R_{5} independientemente entre sí son alquilo de 1 a 30 átomos de carbono, un anillo fenilo substituido con (mono, di o tri)alquilo de 1 a 30 átomos de carbono, o un éster graso de sorbitano; R_{2}, R_{3} y R_{4} independientemente entre sí son -H ó alquilo de 1 a 10 átomos de carbono, arilo o alquilarilo; a es 0 ó 1; b es de 0 a 50; c es de 0 a 150; d es de 0 a 50; e es igual o mayor que 1, y X es un grupo que contiene por lo menos un enlace doble etilénico;

(b): aproximadamente 10 a aproximadamente 69% en peso de monómero ionizable etilénicamente no saturado de 3 a 30 átomos de carbono, y

(c): aproximadamente 0,1 a aproximadamente 90% en peso de monómero etilénicamente no saturado de 2 a 30 átomos de carbono, y

(d): de 0 a aproximadamente 10% en peso de compuestos multifuncionales;

(B) el polímero iónicamente soluble está unido física o químicamente a la partícula de polímero de tal forma que después de neutralizar el polímero iónicamente soluble con una base o un ácido, por lo menos una parte de dicho polímero iónicamente soluble permanece unido al resto de la partícula de polímero; y

2. El método de la reivindicación 1, en donde dicho polímero y el agente de extracción del aire se introducen juntamente como una dosis única mezclada previamente.

3. El método de la reivindicación 1, en donde dicho polímero multi-fase se añade en una cantidad de 0,005-0,5% en peso basado sobre el peso de cemento que hay que dosificar, y el agente de extracción de aire se añade en una cantidad de 0,0001-0,05% basado sobre el peso del cemento que hay que dosificar.

4. Una composición de cemento de mortero que comprende un aglutinante cementoso, un polímero multi-fase que comprende una fase de polímero iónicamente soluble, hidrofóbicamente modificado, siendo el polímero soluble a un pH de 6 y superior; y un agente de extracción de aire, teniendo dicha composición un contenido de aire ocluido no mayor del 14%, teniendo el polímero multi-fase por lo menos dos fases de polímero, en donde,

[R_{1} --- (A)_{a} --- (CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{2} }}

H)_{b} --- (CH_{2}CH_{2}O) ---(CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{3} }}

HO)_{d} --- CH_{2}

\delm{C}{\delm{\para}{R _{4} }}

H]_{e} --- X

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: en donde A es:

-O-,

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-S-,

\hskip0,3cm

---

\delm{N}{\delm{\para}{R _{5} }}

---,

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---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

---

\delm{N}{\delm{\para}{R _{5} }}

---,

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---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

--- O ---

\hskip0,3cm

o

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--- O ---

\delm{C}{\delm{\dpara}{O}}

--- O;

: R_{1} y R_{5} independientemente entre sí son alquilo de 1 a 30 átomos de carbono, un anillo fenilo substituido con (mono, di o tri)alquilo de 1 a 30 átomos de carbono, o un éster graso de sorbitano, R_{2}, R_{3} y R_{4} independientemente entre sí son -H ó alquilo de 1 a 10 átomos de carbono, arilo o alquilarilo; a es 0 ó 1; b es de 0 a 50; c es de 0 a 150; d es de 0 a 50; e es igual o mayor que 1, y X es un grupo que contiene por lo menos un enlace doble etilénico;

(d): de 0 a aproximadamente 10% en peso de compuestos multifuncionales;

5. El método de la reivindicación 1, en donde dicho agente de extracción de aire se selecciona del grupo formado por alcanolamidas grasas, aminas grasas etoxiladas, ácidos grasos etoxilados, triglicéridos etoxilados, alquilfenoles etoxilados, alcoholes etoxilados, etoxilatos de alquilo, etoxilatos de alquilarilo, etoxilatos de amina, óxidos de amina, betaínas, éter sulfatos de alquilo graso, éter sulfatos de alquilarilo graso, sulfonatos de alquilbenceno, sulfosuccinatos, y sulfonatos grasos.

6. El método de la reivindicación 1, en donde dicho agente de extracción de aire comprende grupos de óxido de etileno.

7. El método de la reivindicación 5, que comprende además la introducción de un retardante de fraguado en dicho cemento de mortero.

8. El método de la reivindicación 5, que comprende además la introducción en dicho cemento de mortero, de un superplastificante que comprende un polímero combinado de EO/PO.

9. El método de la reivindicación 1, en donde dicho polímero multi-fase comprende una emulsión de un polímero acrílico soluble en álcali.