ES2305225T3 - Proceso para la union de composiciones en estado solido. - Google Patents
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Abstract
Proceso para la unión de composiciones en estado sólido, comprendiendo la adhesión de dos o más composiciones en estado sólido entre sí por medio de un adhesivo conteniendo asfaltenos, el cual comprende en el rango del 100 al 10% en peso de un aglutinante conteniendo asfaltenos que presenta una penetración inferior a 15 dmm, y en el rango del 0 al 90% en peso de partículas sólidas, basándose en el peso total del adhesivo con contenido de asfaltenos, siempre que las partículas sólidas no sean únicamente partículas de coque de petróleo.
Description
Proceso para la unión de composiciones en estado
sólido.
La presente invención está relacionada con un
proceso para la unión de composiciones en estado sólido, con un
adhesivo conteniendo asfaltenos, con un proceso para el reciclaje de
composiciones en estado sólido y con un proceso para reparación de
roturas.
El reciclaje de materiales utilizados en la
industria de la construcción se está volviendo cada vez más
importante. Los edificios y pavimentos están siendo diseñados con
este fin y, al tiempo que poseen buenas propiedades estructurales,
pueden ser fácilmente desmantelados cuando ya no son necesarios, de
tal forma que los materiales con los que están construidos pueden
ser reutilizados. El mortero convencional -formado por la mezcla de
cemento, arena y agua, o cemento, arena-cal y agua-
ha sido utilizado tradicionalmente para unir materiales de
construcción. Sin embargo, el mortero se endurece de forma
irreversible, haciendo difícil la separación posterior de los
materiales de construcción. Por lo tanto, sería ventajoso el que los
materiales de construcción pudieran ser unidos de forma segura
entre sí de una manera tal que pudieran ser fácilmente separados
cuando fuera necesario.
La WO 00/46164 describe una composición en
estado sólido, la cual comprende del 70 al 99% en peso de partículas
sólidas y del 30 al 1% en peso de un aglutinante hidrocarbonado.
Tales composiciones como las descritas en la WO 00/46164 pueden ser
utilizadas como alternativas al hormigón de cemento convencional y
muestran, entre otros atributos, una excelente resistencia
flexural, resistencia a la rotura por compresión y resistencia a
impacto y a rajadura. Aunque estas así llamadas composiciones de
hormigón de carbono presentan numerosas aplicaciones prácticas -por
ejemplo, como piedras de pavimento, tejas para tejados, etc.- se ha
descubierto que no poseen buena adherencia con morteros con base de
cemento convencionales, y que los productos de hormigón de carbono
no pueden ser unidos de forma segura utilizando mortero
convencional. Por lo tanto, sería ventajoso si existiera un medio
por el cual los productos de hormigón de carbono pudieran ser unidos
entre sí de forma segura.
Ha sido ahora descubierto de forma sorprendente
que es posible unir composiciones en estado sólido, tanto de
hormigón de carbono como de hormigón de cemento, por medio de un
adhesivo conteniendo asfaltenos.
Es proporcionado un proceso, conforme a la
presente invención, para unir composiciones en estado sólido
comprendiendo la adhesión de dos o más composiciones en estado
sólido entre sí por medio de un adhesivo conteniendo asfaltenos, el
cual comprende un rango del 100 al 10% en peso de un aglutinante
conteniendo asfaltenos, poseyendo una penetración inferior a 15 dmm
y un rango del 0 al 90% en peso de partículas sólidas -basándose en
el peso total del adhesivo conteniendo asfaltenos-, siempre que las
partículas sólidas no sean únicamente partículas de coque de
petróleo.
Los asfaltenos son constituyentes de los
materiales bituminosos, los cuales son solubles en disulfuro de
carbono, pero no en alcohol de petróleo. Usualmente los asfaltenos
constituyen del 5% al 25% de un material bituminoso (página 90 del
Shell Bitumen Handbook - septiembre 1991). La presencia de
asfaltenos puede ser establecida utilizando el método prueba
IP143/96.
El adhesivo conteniendo asfaltenos a ser
utilizado en el proceso de la presente invención comprende,
preferiblemente, en el rango del 100 al 15%, más preferiblemente,
del 100% a más del 30%, incluso más preferiblemente del 90% a más
del 30% y, más preferiblemente, del 70% a más del 30% en peso de
aglutinante conteniendo asfaltenos; y comprende, preferiblemente,
en el rango del 0 al 85%, más preferiblemente del 0 a menos del 70%,
incluso más preferiblemente del 10 a menos del 70% y, más
preferiblemente, del 30 a menos del 70% en peso de partículas
sólidas.
sólidas.
Las partículas sólidas pueden ser escogidas de
entre una amplia gama de compuestos. Una lista no exhaustiva de
partículas sólidas que pueden ser utilizadas incluye partículas
minerales, cemento, asfalto reciclado, neumáticos reciclados,
conchas trituradas, cenizas volantes, partículas porosas tales como
la zeolita y la perlita, catalizador gastado, partículas de madera
tales como virutas de madera, y partículas conductoras de
electricidad, e.g., partículas de grafito o partículas de coque de
petróleo. Las partículas sólidas preferidas son las partículas
minerales. Las partículas minerales que pueden ser utilizadas
convenientemente incluyen partículas de arcilla, limo, piedra
caliza o cuarzo, siendo las partículas minerales preferidas las
partículas minerales comprendiendo sílice y/o aluminio. En el
proceso de la presente invención las partículas sólidas no
consisten únicamente en partículas de coque de petróleo, siendo el
coque de petróleo una forma pura de carbono que se forma durante el
refinado de petróleo por medio de la carbonización a altas
temperaturas de los residuos pesados. Donde son empleadas como las
partículas sólidas partículas de carbono -tales como negro de
carbono o grafito-, se prefiere que las partículas sólidas no sean
únicamente partículas de
carbono.
carbono.
Las partículas sólidas presentando un tamaño
inferior a 63 micrómetros son conocidas en este campo como relleno;
las partículas que presentan un tamaño de partícula en el rango de
63 micrómetros a 2 mm son conocidas como arena; y las partículas
presentando un tamaño de partícula en el rango de 2 mm a 8 mm son
conocidas como gravillas.
El tamaño de las partículas sólidas a ser
utilizadas en la presente invención puede variar dependiendo de la
naturaleza de las composiciones en estado sólido a ser unidas, sin
embargo, en una realización de la presente invención se prefiere
que las partículas sólidas tengan un tamaño medio de partícula
inferior a 63 micrómetros. Por lo general, se prefiere que las
partículas sólidas presenten un tamaño de partícula inferior a 63
micrómetros, ya que utilizando partículas más pequeñas pueden ser
aplicadas capas más finas de adhesivo.
En una realización adicional de la presente
invención, las partículas sólidas pueden comprender convenientemente
una mezcla de partículas presentando un tamaño de partícula
inferior a 63 micrómetros (relleno) y partículas poseyendo un
tamaño de partícula en el rango de 63 micrómetros a 2 mm (arena).
Tales mezclas de arena y relleno pueden ser utilizadas
convenientemente en aplicaciones donde el adhesivo conteniendo
asfaltenos comprende una cantidad de aglutinante conteniendo
asfaltenos superior al 70% en peso, basándose en el peso total del
adhesivo con contenido de asfaltenos.
Las partículas sólidas utilizadas en la presente
invención poseen preferiblemente un tamaño medio de partícula de,
al menos, 1 micrómetro.
En una realización preferida de la presente
invención, el adhesivo conteniendo asfaltenos comprende aglutinante
con contenido de asfaltenos y partículas sólidas en una proporción
en peso de 3:1 a 1:3, más preferiblemente de 2:1 a 1:2.
El aglutinante conteniendo asfaltenos puede ser
cualquier aglutinante con contenido de asfaltenos que presente una
penetración inferior a 15 dmm. La penetración del aglutinante
conteniendo asfaltenos es medida conforme a ASTM D5 a 25ºC.
Preferiblemente, el aglutinante conteniendo asfaltenos presenta una
penetración en el rango de 1 dmm a menos de 15 dmm.
Preferiblemente, el aglutinante presenta una
penetración de, como máximo, 10 dmm, más preferiblemente inferior a
10 dmm y, más preferiblemente, inferior a 8 dmm. Además, el
aglutinante preferiblemente presenta una penetración de, al menos,
1 dmm a 25ºC, más preferiblemente, al menos, de 2 dmm, más
preferiblemente, al menos, de 4 dmm. Los valores de penetración por
debajo de 2 dmm pueden ser tomados midiendo a 40ºC y, seguidamente,
extrapolando los resultados a 25ºC.
El aglutinante conteniendo asfaltenos, conforme
a la presente invención, posee preferiblemente un punto de
ablandamiento -medido conforme al método de ensayo anillo y bola de
ASTM D36- de, al menos, 50ºC, más preferiblemente, al menos, de
70ºC, aún más preferiblemente, al menos, de 100ºC.
Adicionalmente, el aglutinante posee
preferiblemente un punto de ablandamiento de, como máximo, 157ºC,
más preferiblemente, como máximo, de 150ºC, aún más
preferiblemente, como máximo, de 130ºC.
El aglutinante conteniendo asfaltenos puede ser
preparado de cualquiera de las maneras de sobra conocidas para un
experto en este campo, siempre que el aglutinante obtenido posea la
dureza requerida.
Un proceso por medio del cual puede ser
preparado el aglutinante es el desasfaltado, más particularmente el
desasfaltado por propano. En este proceso, un residuo procedente de
la destilación del crudo es tratado con solvente bajo condiciones
controladas, de tal forma que el aglutinante bituminoso sea
precipitado. El solvente es preferiblemente propano, mezclas de
propano-butano o pentano. Más preferiblemente, el
solvente es propano. El residuo es usualmente residuo procedente de
una torre de destilación atmosférica. El proceso es utilizado en
primer lugar para crudos con un contenido de asfalto relativamente
bajo. El proceso puede ser llevado a cabo adecuadamente como una
extracción líquido-líquido en contracorriente. Los
detalles adicionales del proceso son de sobra conocidos para
alguien experto en este campo. Procesos adecuados han sido descritos
en la Kirk-Othmer Encyclopedia of Chemical
Technology, Volumen 3, páginas 297-298.
El aglutinante conteniendo asfaltenos contiene,
preferiblemente, (i) en el rango del 15 al 95% en peso de
asfaltenos, basándose en el aglutinante total, según es determinado
conforme a IP 143/96, cuyos asfaltenos contienen, al menos, un 60%
de carbono aromático; y (ii) en el rango del 5 al 85% en peso
-basándose en el aglutinante total- de hidrocarburos adicionales,
según es determinado conforme a IP 143/96. El porcentaje de átomos
de carbono aromático presentes en los asfaltenos es medido por medio
de la separación de los asfaltenos en el aglutinante, conforme es
descrito en IP 143/96, disolviendo una muestra de los asfaltenos en
disulfuro de carbono o cloroformo, y evaluando el porcentaje de
carbono aromático por medio de análisis ^{13}C NMR.
Los asfaltenos comprenden hidrógeno, carbono y,
opcionalmente, otros átomos. Específicamente, los asfaltenos pueden
contener hasta un 15% en peso de átomos distintos de hidrógeno y
carbono, más específicamente de azufre, nitrógeno y oxígeno,
preferiblemente, como máximo, un 12% en peso, más preferiblemente,
como máximo, un 10% en peso, basándose en el de los asfaltenos.
Por lo general, los hidrocarburos adicionales
presentes en el aglutinante preferido anteriormente mencionado,
pueden contener hasta el 15% en peso de átomos distintos de
hidrógeno y carbono, más específicamente azufre, nitrógeno y
oxígeno, preferiblemente, como máximo, el 12% en peso, más
preferiblemente, como máximo, un 10% en peso, basándose en el de los
hidrocarburos adicionales.
Preferiblemente, el aglutinante contiene, al
menos, un 20% en peso de asfaltenos, basándose en el peso total del
aglutinante. Más preferiblemente, el aglutinante contiene, al menos,
un 25% en peso de asfaltenos. La cantidad de asfaltenos es,
preferiblemente, de hasta el 95% en peso, más preferiblemente, de
hasta el 70% en peso, más preferiblemente, de hasta el 60% en peso,
más preferiblemente, de hasta el 50% en peso, más preferiblemente,
de hasta el 45% en peso, más preferiblemente, como máximo, del 40%
en peso.
El aglutinante con contenido de asfaltenos
conteniendo (i) en el rango del 15 al 95% en peso de asfaltenos
conteniendo, al menos, el 60% de carbono aromático, y (ii) en el
rango del 5 al 85% en peso de hidrocarburos adicionales, puede ser
preparado sometiendo los hidrocarburos a rotura térmica.
Preferiblemente, una fracción residual de hidrocarburo es sometida
a rotura térmica. El producto roto térmicamente puede ser utilizado
como tal, o en combinación con cualquier otra fracción de
hidrocarburo, siempre que sea conseguida la dureza requerida.
Preferiblemente, el aglutinante consiste
parcialmente, al menos, en producto obtenido sometiendo los
hidrocarburos a rotura térmica. Más preferiblemente, el aglutinante
consiste en producto obtenido sometiendo los hidrocarburos a rotura
térmica. Aunque en tal caso puede ser utilizada una parte del
producto roto térmicamente, el aglutinante únicamente contiene
producto que ha sido roto térmicamente.
La rotura térmica es llevada a cabo,
preferiblemente, por medio del precalentamiento de una fracción del
hidrocarburo hasta alcanzar una temperatura en el rango de 350 a
500ºC, manteniendo el petróleo precalentado en condiciones tales
que causen rotura térmica y, seguidamente, separando una o más
fracciones ligeras. La rotura térmica de las fracciones residuales
implica, usualmente, una temperatura de entre 300 y 600ºC. La
presión puede encontrarse en el rango de 1 a 100 x 10^{5}
N/m^{2} (bar), preferiblemente en el rango de 2 a 20 x 10^{5}
N/m^{2} (bar). La rotura térmica es llevada a cabo,
preferiblemente, en un madurador. El producto térmicamente roto
como tal puede ser utilizado como aglutinante, o el aglutinante
puede ser sólo una parte del producto térmicamente roto. En el
segundo caso, el aglutinante es separado del producto térmicamente
roto por medio de cualquier método adecuado. Preferiblemente, el
aglutinante es producido a través de la separación de las fracciones
ligeras por medio de destilación flash (de equilibrio), más
preferiblemente por medio de destilación flash al vacío.
Otro proceso por medio del cual el aglutinante
puede ser obtenido comprende someter una fracción residual a
hidroconversión, a una temperatura en el rango de 200 a 450ºC y a
una presión en el rango de 50 a 200 x 10^{5} N/m^{2} (bar),
precedido opcionalmente por hidrodesmetalización. Preferiblemente,
la hidroconversión es hidrodesulfurización.
El proceso de la presente invención puede ser
utilizado para unir una amplia gama de composiciones en estado
sólido. En particular, el proceso puede ser usado convenientemente
para unir materiales composite en estado sólido comprendiendo una
mezcla de material particulado y aglutinante, como por ejemplo el
hormigón de cemento o el hormigón de carbono, conforme es descrito
en WO 00/46164. En consecuencia, el proceso de la presente
invención puede ser utilizado convenientemente para unir
composiciones en estado sólido de hormigón de carbono con hormigón
de carbono; composiciones en estado sólido de hormigón de cemento
con hormigón de cemento; y composiciones en estado sólido de
hormigón de carbono con hormigón de cemento.
Una aplicación donde la presente invención puede
ser utilizada convenientemente comprende la unión de bases de
carretera de hormigón de cemento, o un asfalto de carretera con un
bajo contenido en vacío a una capa superior de un asfalto de
carretera con un alto contenido en vacío.
El proceso de la presente invención es
particularmente adecuado para unir elementos constructivos; siendo
un elemento constructivo un componente autónomo de dimensiones fijas
utilizado en la construcción. Los elementos constructivos incluyen
los elementos de edificación. Los elementos constructivos preferidos
son canalizaciones, azulejos, tejas, pavimentos, pavimentos de
piedra (adoquines), losas, ladrillos, cimientos, entablados,
canalones y/o conductos. Para evitar toda duda, las superficies de
carretera, suelos y tejados no son elementos constructivos.
Preferiblemente, el elemento constructivo presentará dimensiones de,
como máximo, 5 metros x 5 metros x 40 metros, más específicamente
dimensiones de, como máximo, 1 metro x 1 metro x 2 metros.
Preferiblemente, el elemento poseerá dimensiones de, como máximo, 1
metro x 1 metro x 0,5 metros. Más preferiblemente, el elemento
tendrá dimensiones de, como máximo, 20 centímetros x 20 centímetros
x 10 centímetros.
En consecuencia, una realización preferida de la
presente invención proporciona un proceso para la unión de
elementos constructivos de hormigón de carbono, mientras que otra
realización preferida proporciona un proceso para la unión de
elementos constructivos de hormigón de cemento.
Un aspecto ventajoso de la presente invención es
que, una vez aplicado el adhesivo conteniendo asfaltenos, es un
material sustancialmente impermeable. Esto es a diferencia con el
hormigón tradicional, el cual es un material poroso permeable. En
consecuencia, la presente invención puede ser utilizada de forma
ventajosa en aplicaciones donde se precisa una unión impermeable
entre composiciones en estado sólido, por ejemplo, para unir
piedras de pavimento donde se precisa una superficie de pavimento
impermeable.
Las composiciones en estado sólido pueden ser
unidas conforme a la presente invención de cualquier forma
practicable. Una manera en la que las composiciones en estado
sólido pueden ser unidas es por medio del calentamiento de las
composiciones en estado sólido y, a continuación, la aplicación de
adhesivo conteniendo asfaltenos a una superficie de, al menos, una
de las composiciones en estado sólido a ser unidas, seguido de la
puesta en contacto de las composiciones en estado sólido y, a
continuación, permitiendo que las composiciones se enfríen y que el
adhesivo se asiente. Generalmente, la puesta en contacto de las
composiciones en estado sólido por medio de la fuerza ejercida por
la mano es suficiente para provocar una fuerte unión y no es
necesario que se ejerza una presión adicional sobre las
composiciones durante el tiempo en que el adhesivo se asienta. Sin
embargo, puede ejercerse una presión adicional si así se desea o
para acelerar el proceso de unión.
Las composiciones en estado sólido pueden ser
calentadas de cualquier manera practicable, por ejemplo,
calentándolas en un horno o calentando la superficie de la
composición a ser unida con una pistola de aire caliente.
Preferiblemente, las superficies de la composición en estado sólido
a ser unidas son calentadas hasta alcanzar una temperatura de, al
menos, 100ºC, preferiblemente una temperatura en el rango de 100 a
250ºC, más preferiblemente de 140 a 200ºC.
El adhesivo conteniendo asfaltenos es aplicado
por medio del calentamiento del adhesivo hasta que éste alcanza
una temperatura suficiente como para que el adhesivo pueda ser
vertido o aplicado convenientemente por medio de un aplicador a una
superficie de una composición en estado sólido. Generalmente, es
aplicada una fina capa de adhesivo, de tal forma que las
composiciones en estado sólido se encuentran unidas por una capa de
adhesivo preferiblemente no superior a 5 mm de grosor, más
preferiblemente inferior a 2 mm.
Donde el adhesivo conteniendo asfaltenos de la
presente invención comprende partículas sólidas eléctricamente
conductivas, e.g., partículas de grafito o coque, las composiciones
en estado sólido pueden ser unidas convenientemente por medio de la
aplicación de una muestra de adhesivo conteniendo asfaltenos a la
superficie de una composición en estado sólido a ser unida y,
seguidamente, pasando una corriente eléctrica a través del adhesivo
hasta que éste se ablanda, a continuación poniendo en contacto la
composición en estado sólido con otra composición en estado sólido
y permitiendo que el adhesivo se enfríe y se fije.
Las uniones entre composiciones en estado sólido
unidas por medio del proceso de la presente invención muestran una
alta resistencia flexural. Preferiblemente, las uniones poseen una
resistencia flexural de, al menos, 0,5 N/mm^{2}, más
preferiblemente de, al menos, 1 N/mm^{2}, aún más preferiblemente
de, al menos, 2 N/mm^{2} y, más preferiblemente, al menos, de 4
N/mm^{2}. La resistencia flexural es medida conforme a NEN 7000
"Nederlands Normalisatie Instituut" 2ª edición, julio 1985.
Mientras que los procesos para la unión de
composiciones en estado sólido de la presente invención pueden ser
utilizados para unir una amplia gama de composiciones en estado
sólido, los mejores resultados son conseguidos cuando las
superficies a ser unidas son sustancialmente superficies lisas
(i.e., no curvadas, arqueadas o combadas) o superficies rotas,
i.e., cuando el proceso es utilizado para volver a unir
composiciones en estado sólido fracturadas.
En muchos casos donde las composiciones en
estado sólido unidas conforme al presente proceso son sometidas a
una prueba de resistencia flexural, las uniones únicamente se rompen
cuando es aplicada una fuerza equivalente, o similar, a la
requerida para romper la propia composición en estado sólido.
Las composiciones en estado sólido unidas por
medio del proceso de la presente invención pueden ser recicladas
convenientemente por medio del calentamiento del adhesivo con
contenido de asfaltenos hasta alcanzar una temperatura en la que el
adhesivo conteniendo asfaltenos comienza a ablandarse, de tal modo
que los artículos pueden ser fácilmente separados y, a
continuación, reutilizados. La temperatura a la cual el adhesivo es
calentado antes de que las composiciones en estado sólido puedan
ser separadas y recicladas es, preferiblemente, inferior a 200ºC,
más preferiblemente, inferior a 160ºC y, preferiblemente, es
superior a 80ºC, más preferiblemente, superior a 100ºC. Cuando las
composiciones en estado sólido son de hormigón de cemento, las
composiciones en estado sólido pueden ser calentadas a una
temperatura superior a los 200ºC.
Donde las partículas sólidas comprenden
partículas sólidas eléctricamente conductivas, e.g. partículas de
grafito o de coque, el aglutinante puede ser recalentado
convenientemente con el fin de su reciclaje por medio del pase de
una corriente eléctrica a través del adhesivo. Una característica
adicional ventajosa de esta realización es que, cuando las
composiciones en estado sólido son recicladas, el adhesivo con
contenido de asfaltenos puede ser recogido y reutilizado también.
Las muestras de un adhesivo que haya sido sometido a diversos
tratamientos térmicos pueden presentar un incremento en la
resistencia flexural.
Conforme a ello, la presente invención
proporciona adicionalmente un proceso para el reciclaje de
composiciones en estado sólido, comprendiendo el calentamiento del
adhesivo con contenido de asfaltenos -el cual une dos o más
composiciones en estado sólido- hasta alcanzar una temperatura donde
el adhesivo conteniendo asfaltenos se ablanda, de tal modo que las
composiciones en estado sólido pueden ser separadas fácilmente.
Dicho adhesivo conteniendo asfaltenos comprende en el rango del
100 al 10% en peso de un aglutinante conteniendo asfaltenos
presentando una penetración inferior a 15 dmm, y en el rango del 0
al 90% en peso de partículas sólidas, basándose en el peso total
del adhesivo con contenido de asfaltenos, siempre que las partículas
sólidas no sean únicamente partículas de coque de petróleo. Dicho
proceso puede ser utilizado convenientemente para el reciclaje de
elementos constructivos.
La presente invención proporciona también
adicionalmente un adhesivo conteniendo asfaltenos que comprende en
el rango del 100% a más del 30% de un aglutinante con contenido de
asfaltenos, el cual presenta una penetración inferior a 15 dmm, y
en el rango del 0 a menos del 70% en peso de partículas sólidas,
basándose en el peso total del adhesivo conteniendo asfaltenos,
siempre que las partículas sólidas no sean únicamente partículas de
coque de petróleo; comprendiendo preferiblemente dicho adhesivo con
contenido de asfaltenos del 99,9% a más del 30%, más
preferiblemente, del 90% a más del 30% y, más preferiblemente, del
70% a más del 30% en peso de aglutinante conteniendo asfaltenos; y,
preferiblemente, comprende del 0,1% a menos del 70%, más
preferiblemente, del 10 a menos del 70% y, más preferiblemente, del
30 a menos del 70% en peso de partículas sólidas.
El adhesivo conteniendo asfaltenos aquí descrito
puede ser utilizado también para reparar grietas o fisuras en
composiciones en estado sólido.
En consecuencia, la presente invención
proporciona también un proceso para reparación de grietas,
comprendiendo la aplicación de un adhesivo con contenido de
asfaltenos a una grieta en una composición en estado sólido. Dicho
adhesivo conteniendo asfaltenos comprende en el rango del 100 al 10%
en peso de un aglutinante conteniendo asfaltenos que presenta una
penetración inferior a 15 dmm, y en el rango del 0 al 90% en peso de
partículas sólidas, basándose en el peso total del adhesivo con
contenido de asfaltenos, siempre que las partículas sólidas no sean
únicamente partículas de coque de petróleo.
La cantidad y distribución por tamaño de las
partículas sólidas en un adhesivo conteniendo asfaltenos a ser
utilizado en el proceso de reparación de grietas de la presente
invención depende del tamaño y naturaleza de la grieta a ser
reparada. Por lo general, para grietas más grandes, son preferidas
cantidades mayores de partículas sólidas y una proporción mayor de
partículas sólidas más grandes (e.g., arena o gravilla), siendo una
ventaja particular del presente proceso el que el adhesivo
conteniendo asfaltenos pueda ser formulado específicamente para una
reparación óptima de cualquier grieta dada.
Mientras que, conforme es descrito más arriba,
la cantidad y tamaño de las partículas sólidas requeridas para
conseguir los mejores resultados en la reparación de grietas
variarán según la grieta, son conseguidos resultados
particularmente buenos utilizando un adhesivo con contenido de
asfaltenos comprendiendo una mezcla de partículas sólidas que
posean un tamaño de partícula inferior a 63 micrómetros (relleno) y
partículas sólidas que posean un tamaño de partícula de 63
micrómetros a 2 mm (arena).
El proceso de reparación de grietas de la
presente invención puede ser utilizado de forma conveniente para
reparar grietas en hormigón de carbono y en hormigón de cemento.
Adicionalmente, el proceso puede ser usado muy convenientemente
para reparar grietas que tienen lugar en el mortero o en uniones
entre composiciones en estado sólido, e.g., uniones entre elementos
constructivos de hormigón de carbono y de hormigón de cemento.
Con el fin de incrementar sus propiedades de
soporte de carga, las composiciones en estado sólido pueden contener
elementos de refuerzo. Por ejemplo, las composiciones en estado
sólido comprendiendo una mezcla de material particulado y
aglutinante -como el hormigón de cemento- son reforzadas
frecuentemente con barras de acero. En usos donde tales
composiciones en estado sólido se encuentran expuestas a la
intemperie, las barras de acero son susceptibles a la corrosión a
través del efecto del agua que penetra el hormigón y llega hasta el
acero. Esta corrosión debilita la resistencia de la composición en
estado sólido y cualquier construcción o edificio en el que sea
utilizada. La corrosión del elemento de refuerzo es un problema
particular en composiciones en estado sólido reforzadas que se
encuentran en contacto con agua salada. Con el fin de proteger
contra la corrosión, la superficie externa del hormigón de cemento
reforzado ha sido revestida con materiales resistente al agua,
tales como resinas epoxi, poliuretanos y pinturas acrílicas. Los
materiales resistentes al agua no son aplicados directamente al
elemento de refuerzo, ya que esto reduciría la fuerza con la que el
elemento de refuerzo es asegurado en la composición en estado
sólido.
En una realización adicional de la presente
invención, el adhesivo conteniendo asfaltenos anteriormente aquí
descrito puede ser utilizado para recubrir un elemento de refuerzo a
ser utilizado en una composición en estado sólido. Un recubrimiento
de este tipo, de adhesivo conteniendo asfaltenos, reduce la
susceptibilidad a la corrosión de los elementos de refuerzo en
composiciones en estado sólido, al tiempo que retiene la fuerza con
la que el elemento de refuerzo es asegurado al hormigón.
Por consiguiente, la presente invención
proporciona adicionalmente un proceso de preparación de una
composición en estado sólido reforzada, cuyo proceso comprende el
revestimiento de un elemento de refuerzo con una primera capa de
adhesivo conteniendo asfaltenos y una segunda capa de material
constructivo; cuyo adhesivo conteniendo asfaltenos comprende en el
rango del 100 al 10% en peso de un aglutinante conteniendo
asfaltenos que presenta una penetración inferior a 15 dmm, y en el
rango del 0 al 90% en peso de partículas sólidas -basándose en el
peso total del adhesivo con contenido de asfaltenos-, siempre que
las partículas sólidas no sean únicamente partículas de coque de
petróleo; y una composición en estado sólido reforzada obtenible por
medio de dicho proceso. Cuando es utilizado conforme a esta
realización, el adhesivo con contenido de asfaltenos comprende,
preferiblemente, en el rango del 100 a más del 30%, más
preferiblemente, del 100 al 50%, aún más preferiblemente, del 100%
al 75% y, más preferiblemente, del 100 al 90% en peso de aglutinante
conteniendo asfaltenos; y en el rango del 0 a menos del 70%, más
preferiblemente, del 0 al 30%, aún más preferiblemente, del 0 al 25%
y, más preferiblemente, del 0 al 10% en peso de partículas
sólidas.
sólidas.
El elemento de refuerzo puede ser,
convenientemente, una barra metálica, o un marco metálico, a ser
incorporados al material constructivo. Elementos de refuerzo
preferidos son las barras de acero. La primera capa de adhesivo
conteniendo asfaltenos puede ser aplicada por medio del
calentamiento del adhesivo con contenido de asfaltenos hasta
alcanzar una temperatura suficiente como para que el adhesivo pueda
ser aplicado convenientemente por medio de un aplicador al elemento
de refuerzo. Alternativamente, el elemento de refuerzo puede ser
inmerso en el adhesivo calentado durante un corto período de tiempo
y, a continuación, retirado de modo tal que una capa de adhesivo
conteniendo asfaltenos quede depositada sobre el elemento de
refuerzo. Por lo general, es aplicada una fina capa de adhesivo, de
tal forma que la primera capa de adhesivo conteniendo asfaltenos
sea, preferiblemente, inferior a 5 mm de grosor, más
preferiblemente, inferior a 2 mm.
El material constructivo de la segunda capa
puede ser cualquier material utilizado en la construcción, sin
embargo, se prefiere que el material constructivo sea un material
constructivo composite, comprendiendo una mezcla de material
particulado y aglutinante, como el hormigón de cemento o el hormigón
de carbono, conforme es descrito en WO 00/46164. Cuando se preparan
las composiciones en estado sólido reforzadas realizadas en
hormigón de carbono, es ventajoso utilizar el presente proceso, ya
que éste incrementa la fuerza con la que el elemento de refuerzo es
asegurado al hormigón de carbono y evita la formación de grietas en
la composición alrededor de la interfase acero y hormigón de
carbono.
La segunda capa del material constructivo puede
ser aplicada al elemento de refuerzo utilizando técnicas conocidas
para aquéllos expertos en este campo. Por ejemplo, donde el material
constructivo es un material constructivo composite -como el
hormigón de cemento o el hormigón de carbono- la segunda capa puede
ser aplicada vertiendo una mezcla fluida de material constructivo
en un molde comprendiendo, al menos, un elemento de refuerzo
revestido de adhesivo conteniendo asfaltenos, permitiendo
seguidamente que el material constructivo se asiente y, a
continuación, separando del molde la composición en estado sólido
reforzada.
La invención será comprendida más en detalle con
los siguientes ejemplos ilustrativos.
Fueron llevadas a cabo mediciones de resistencia
flexural conforme a NEN 7000; una prueba de "Nederlands
Normalisatie Instituut", 2ª edición, julio de 1985.
Fue obtenido un aglutinante con contenido de
asfaltenos por medio de rotura térmica de una fracción residual de
un crudo de Oriente Medio, presentando un punto de ebullición de
520ºC o superior y, seguidamente, eliminando las fracciones ligeras
al someter el producto a vaporización instantánea al vacío. El
aglutinante obtenido presentó un punto de ebullición de 520ºC, o
superior, bajo condiciones de presión atmosférica. El aglutinante
contenía un 25% en peso de asfaltenos (IP 143/96), presentaba una
penetración de 6-7 dmm a 25ºC (ASTM D5 a 25ºC) y
tenía un punto de ablandamiento anillo y bola de 90ºC (ASTM D 36).
Los asfaltenos poseían un 65% en peso de átomos de carbono en
anillos aromáticos.
Los adhesivos con contenido de asfaltenos a) y
b) fueron preparados tomando el aglutinante anteriormente
mencionado, conforme es descrito más abajo:
- a)
- un adhesivo conteniendo asfaltenos conteniendo aglutinante puro con contenido de asfaltenos obtenido por medio de calentamiento del aglutinante hasta los 180ºC antes de su utilización.
- b)
- un adhesivo con contenido de asfaltenos conteniendo una mezcla de aglutinante y partículas sólidas en proporción en peso de 1:1, obtenido por medio del calentamiento del aglutinante hasta alcanzar una temperatura de 200-220ºC y mezclando relleno mineral en el aglutinante; siendo empleada una temperatura superior a la utilizada para el adhesivo a), con el fin de asegurar una completa mezcla de relleno mineral y aglutinante. El relleno mineral utilizado fue una piedra caliza pulverizada, obtenida de la cantera Winterswijk en Holanda, bajo el nombre comercial "Wigro".
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Fueron preparados adoquines de hormigón de
carbono de una manera análoga a la descrita en el Ejemplo 1 de WO
00/46164; poseyendo dimensiones de aproximadamente 200 mm x 100 mm x
80 mm y comprendiendo, aproximadamente, un 7,5% en peso de
aglutinante hidrocarbonado y un 20% en peso de relleno, un 40% en
peso de arena y un 40% en peso de gravillas, todos los pesos
basados en la cantidad total de relleno, arena y gravillas. Los
adoquines de hormigón de carbono poseían una resistencia flexural
de 6-7 N/mm^{2}.
Los adoquines de hormigón de cemento fueron
obtenidos de Biemans Ltd. de Oosterhouht, Holanda, y poseían una
resistencia flexural de 7-8 N/mm^{2}.
Fueron realizados tres tipos de pruebas para
determinar la calidad de unión de los adhesivos a) y b) en los
adoquines; siendo diferente la interfase en la juntura entre los
adoquines en cada tipo de prueba.
En una primera prueba, los adoquines fueron
"aserrados" en dos utilizando una sierra de diamante y las dos
caras aserradas de los adoquines fueron unidas de nuevo utilizando
los adhesivos a) y b).
\newpage
En una segunda prueba, los adoquines fueron
"partidos" utilizando un método de prueba de resistencia
flexural estándar (NEN 7000) y los adoquines partidos fueron
después unidos de nuevo utilizando los adhesivos a) y b).
En una tercera prueba, los adoquines fueron
aserrados por la mitad y, a continuación, unidos de nuevo entre sí
de una forma "extremo a extremo", utilizando los adhesivos a) y
b) (i.e., los extremos no aserrados de los adoquines fueron unidos
como si estuvieran siendo unidos dos adoquines enteros). Esto fue
realizado debido a que la resistencia flexural de una unión entre
dos adoquines enteros no podía ser medida convenientemente, ya que
los adoquines unidos eran demasiado grandes para el equipo de la
prueba.
En cada prueba el adhesivo fue aplicado por
medio del precalentamiento de las piezas de adoquín a ser unidas,
en un horno a una temperatura de 150ºC. Para las piezas de adoquín
de hormigón de cemento, éstas fueron calentadas durante
aproximadamente 2 horas, mientras que las piezas de adoquín de
hormigón de carbono fueron calentadas durante aproximadamente 1
hora. A continuación, las piezas de adoquín fueron retiradas del
horno y fue aplicada una fina capa de adhesivo por medio de un
aplicador a las superficies de los adoquines a ser unidos. Una vez
que el adhesivo hubo sido aplicado, las superficies de las dos
piezas de adoquín fueron puestas en contacto y se dejó que
reposaran a temperatura ambiente durante 24 horas, después de lo
cual fueron sometidas a una prueba de resistencia flexural.
Fueron unidas piezas de adoquín de hormigón de
carbono con adoquín de hormigón de carbono (Ejemplo 1); adoquín de
hormigón de cemento con adoquín de hormigón de cemento (Ejemplo 2);
y adoquín de hormigón de carbono con adoquín de hormigón de cemento
(Ejemplo 3), utilizando los adhesivos a) y b). Cada prueba fue
repetida de 3 a 5 veces y fue grabada la lectura promedio. Los
resultados son mostrados en la Tabla 1.
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(Tabla pasa a página
siguiente)
En la Tabla 1 puede ser visto que el proceso de
la presente invención puede ser utilizado para unir artículos de
hormigón de carbono entre si. Cuando es utilizado un adhesivo
comprendiendo una mezcla de aglutinante y partículas sólidas en una
proporción de 1:1, para unir adoquines de hormigón de carbono con
superficies aserradas, la resistencia de la unión se aproxima a la
del propio adoquín.
Adicionalmente, es mostrado que el proceso de la
presente invención puede ser utilizado también para unir artículos
de hormigón de cemento entre sí, y para unir artículos de hormigón
de cemento con artículos de hormigón de carbono.
En un ejemplo comparativo, fue realizado un
intento de utilizar una muestra recalentada de adoquín de hormigón
de carbono para volver a unir entre sí dos piezas de hormigón de
carbono "partidas". La muestra de adoquín utilizada fue
idéntica a la empleada en el Ejemplo 1 y a las piezas de adoquín a
ser vueltas a unir, poseyendo un contenido de aglutinante del 7% en
peso. La muestra fue cortada del adoquín por medio de una sierra de
diamante, calentada hasta los 200-220ºC y aplicada
como un adhesivo a dos piezas del hormigón de carbono
"partido", de una manera análoga a la descrita para los
adhesivos a) y b). En este ejemplo, las dos piezas de adoquín no se
adhirieron y no fue posible medir la resistencia flexural de la
unión.
Claims (10)
1. Proceso para la unión de composiciones en
estado sólido, comprendiendo la adhesión de dos o más composiciones
en estado sólido entre sí por medio de un adhesivo conteniendo
asfaltenos, el cual comprende en el rango del 100 al 10% en peso de
un aglutinante conteniendo asfaltenos que presenta una penetración
inferior a 15 dmm, y en el rango del 0 al 90% en peso de partículas
sólidas, basándose en el peso total del adhesivo con contenido de
asfaltenos, siempre que las partículas sólidas no sean únicamente
partículas de coque de petróleo.
2. El proceso conforme a la reivindicación 1, en
donde el adhesivo conteniendo asfaltenos comprende en el rango del
100% a más del 30% en peso de un aglutinante con contenido de
asfaltenos presentando una penetración inferior a 15 dmm, y en el
rango del 0 a menos del 70% en peso de partículas sólidas.
3. El proceso conforme a la reivindicación 1 o a
la reivindicación 2, en donde el aglutinante conteniendo asfaltenos
presenta una penetración de un máximo de 10 dmm.
4. El proceso conforme a cualquiera de las
reivindicaciones de la 1 a la 3, en donde el aglutinante conteniendo
asfaltenos contiene en el rango del 15 al 95% en peso -basándose en
el aglutinante total- de asfaltenos, cuyos asfaltenos contienen, al
menos, un 60% de carbono aromático; y en el rango del 5 al 85% en
peso -basándose en el aglutinante total- de hidrocarburos
adicionales.
5. El proceso conforme a cualquiera de las
reivindicaciones de la 1 a la 4, en donde las partículas sólidas
poseen un tamaño medio de partícula inferior a 63 micrómetros.
6. El proceso conforme a cualquiera de las
reivindicaciones de la 1 a la 5, en donde las partículas sólidas
son partículas minerales.
7. El proceso conforme a cualquiera de las
reivindicaciones de la 1 a la 6, para unir elementos constructivos
de hormigón de carbono.
8. Un adhesivo conteniendo asfaltenos,
comprendiendo en el rango del 100% a más del 30% en peso de un
aglutinante con contenido de asfaltenos que presenta una
penetración inferior a 15 dmm, y en el rango del 0 a menos del 70%
en peso de partículas sólidas, basándose en el peso total del
adhesivo conteniendo asfaltenos, siempre que las partículas sólidas
no sean únicamente partículas de coque de petróleo.
9. Proceso para el reciclaje de composiciones en
estado sólido, comprendiendo el calentamiento de un adhesivo
conteniendo asfaltenos -el cual une dos o más composiciones en
estado sólido- hasta alcanzar una temperatura donde el adhesivo
conteniendo asfaltenos se ablanda, de tal modo que las composiciones
en estado sólido puedan ser fácilmente separadas. Dicho adhesivo
conteniendo asfaltenos comprende en el rango del 100 al 10% en peso
de un aglutinante con contenido de asfaltenos que presenta una
penetración inferior a 15 dmm, y en el rango del 0 al 90% en peso
de partículas sólidas -basándose en el peso total del adhesivo
conteniendo asfaltenos-, siempre que las partículas sólidas no sean
únicamente partículas de coque de petróleo.
10. Proceso para la reparación de grietas,
comprendiendo la aplicación de un adhesivo conteniendo asfaltenos a
una grieta en una composición sólida, cuyo adhesivo con contenido de
asfaltenos comprende en el rango del 100 al 10% en peso de un
aglutinante conteniendo asfaltenos que presenta una penetración
inferior a 15 dmm, y en el rango del 0 al 90% en peso de partículas
sólidas -basándose en el peso total del adhesivo conteniendo
asfaltenos-, siempre que las partículas sólidas no sean únicamente
partículas de coque de petróleo.
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