ES2625015T3 - Composición de activador de geopolímero y aglutinante, pasta y hormigón de geopolímero preparados con la misma - Google Patents
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Abstract
Composición de activador de geopolímero que comprende: a) un activador alcalino que tiene una molaridad de entre 1,0 y 20 M; y b) aditivos que tienen una molaridad en el intervalo de entre 0,001 y 0,2 M, en la que los aditivos se seleccionan entre un azúcar y/o un ácido orgánico y sales de los mismos.
Description
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DESCRIPCION
Composicion de activador de geopoKmero y aglutinante, pasta y hormigon de geopoKmero preparados con la misma
La presente invencion se refiere a una composicion de activador de geopoUmero y a un aglutinante, composiciones de pasta y de hormigon de geopolfmero que comprenden la composicion de activador de geopolfmero. La invencion tambien se refiere a un metodo para la preparacion de una composicion de geopolfmero sobre la base de la composicion de activador de geopolfmero.
La produccion de hormigon de geopolfmero, es decir, la fabricacion de piedra artificial, es una tecnica prometedora y potencialmente sostenible para la produccion de nuevos materiales de construccion. Las composiciones de geopolfmero pueden sustituir parcialmente la necesidad de los materiales de construccion convencionales usados actualmente, por ejemplo, mortero de cemento, hormigon de cemento y asfalto. La sustitucion de los materiales de construccion convencionales tiene ventajas medioambientales y de sostenibilidad, debido a que los materiales de desecho pueden usarse como materia prima secundaria en la produccion de los geopolfmeros.
Los geopolfmeros se elaboran normalmente mediante la reaccion de un lfquido alcalino con un material de origen con base geologica. El producto de la reaccion a partir de este material puede usarse para unir agregados para formar hormigon. Los materiales de origen con base geologica, es decir, los minerales, contienen preferentemente un elevado contenido en aluminio, silicio, calcio y hierro. Debido a la elevada alcalinidad de la mezcla, los minerales solidos se disuelven para formar monomeros de aluminio, de silicio, de calcio y de hierro. Los monomeros comenzaran a formar una red polimerizada cuando entren en contacto con una composicion de activador de geopolfmero y, combinados con el agregado, una vez unida covalentemente, crece con el tiempo, dando como resultado un hormigon que puede ser mas estable que el cemento, que se basa en una red con una union cristalina.
La produccion de las composiciones de geopolfmero es costosa y normalmente tiene una baja maleabilidad. Un importante inconveniente es la necesidad de elevadas temperaturas para iniciar el proceso de geopolimerizacion, que es importante para aumentar la resistencia a la compresion del material de geopolfmero. Adicionalmente, otro inconveniente es la necesidad de unas excesivas cantidades de componentes alcalinos.
El documento EP2338947A1 desvela una composicion de geopolfmero fraguable a la temperatura ambiente que comprende una fuente de aluminosilicato, un lfquido portador y un activador en forma de una sustancia alcalina, tal como un silicato, un aluminato metalico, un hidroxido de un metal alcalino, etc., y un aditivo en forma de un carbohidrato, en forma de una glucosa, de un almidon o de una sal de sacarido, que es capaz de acelerar el espesamiento y el fraguado de los geopolfmeros, especialmente a la temperatura ambiente o inferior. Los Ejemplos 1-3 muestran en las muestras A2-C3 una combinacion de los componentes mencionados anteriormente, en los que el NaOH tiene una molaridad de 10 M.
El documento WOO2/24597A2 desvela la preparacion de geopolfmeros mediante el uso de un activador en forma de una suspension que contiene un silicato de un metal alcalino, un compuesto oxoanionico acido, un hidroxido de un metal alcalino, agua y opcionalmente cationes multivalentes, y el curado de la composicion a una temperatura y presion elevadas.
Altan, E. & Erdogan, S. T. en “Alkali activation of slag at ambient and elevated temperatures”, Cement & Concrete Composites, Vol. 34, 2012, pag. 131-139, estan divulgando la activacion alcalina de escoria a la temperatura ambiente y a elevadas temperaturas mediante el uso de un activador en forma de una mezcla de NaOH/silicato de sodio, mediante lo cual el NaOH tiene una molaridad de 2-8 M.
Rattanasak, U. et al. estan divulgando el efecto de una mezcla qmmica sobre geopolfmeros de ceniza volatil con un elevado contenido en calcio, mediante lo cual la mezcla funciona como un activador y contiene una solucion de NaOH/silicato de sodio junto con CaCl2, CaSO4, Na2SO4 y sacarosa, mediante lo cual la sacarosa tiene un efecto retardante sobre el fraguado de la composicion de geopolfmero.
La presente invencion aspira a proporcionar una composicion de hormigon o de pasta de geopolfmero que puede ser curada a la temperatura ambiente y que simultaneamente tiene la suficiente resistencia y que son menos costosas de preparar en comparacion con los metodos de produccion conocidos en la materia.
La invencion aqrn descrita proporciona una composicion de activador de geopolfmero que comprende un activador alcalino que tiene una molaridad de entre 1,0 y 20 M; y aditivos que tienen una molaridad en el intervalo de entre 0,001 y 0,2 M, en la que los aditivos se seleccionan entre un azucar y/o un acido organico y sales de los mismos.
Una composicion de pasta y/o de hormigon de geopolfmero preparada sobre la base de la composicion de activador de geopolfmero muestra unos niveles satisfactorios de resistencia, en particular de resistencia a la compresion, mientras que permite el curado a la temperatura ambiente, es decir, sin la necesidad de un calentamiento adicional, en un periodo de tiempo que es habitual en la materia.
El termino “temperatura ambiente", segun se usa en el presente documento, se refiere a la “temperatura de los alrededores”. Dado que las composiciones de geopolfmero de la presente invencion se usan en la fabricacion de
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materiales de construccion o similares, la “temperature de los alrededores” es igual a la temperature exterior (es decir, la temperatura atmosferica).
Sorprendentemente, se averiguo que la composicion de hormigon o de pasta de geopolfmero de la presente invencion puede ser curada a unas temperaturas menores de 5 °C. La temperatura de curado puede ser incluso menor de 0 °C, por ejemplo, de aproximadamente -5 °C, de aproximadamente -10 °C o incluso de aproximadamente -15 °C. Las composiciones de pasta o de hormigon disponibles actualmente no pueden proporcionar una resistencia suficiente cuando se curan a unas temperaturas inferiores a 5 °C. Preferentemente, la temperatura de curado es igual o mayor a aproximadamente -5 °C, mas preferentemente la temperatura esta en el intervalo de desde aproximadamente 5 °C hasta 50 °C, e incluso es mas preferido que la temperatura este en el intervalo de entre aproximadamente 10 °C y 30 °C.
En otra realizacion de la invencion se proporciona una composicion de activador de geopolfmero que comprende un activador alcalino que tiene una molaridad de mas de aproximadamente 1,0, aditivos que tienen una molaridad en el intervalo de desde aproximadamente 0,001 hasta aproximadamente 0,2; y un silicato soluble que tiene preferentemente una molaridad en el intervalo de desde aproximadamente 0,01 hasta aproximadamente 2,0, en la que los aditivos se seleccionan entre un azucar y/o un acido organico y sales de los mismos
En otro aspecto de la invencion, se proporciona una composicion de geopolfmero en forma de una composicion de pasta de geopolfmero (por ejemplo, un mortero) que comprende agregados finos, y la composicion de aglutinante de geopolfmero, es decir, la composicion de activador de geopolfmero de la presente invencion, combinada con minerales, segun la invencion, en la que los aditivos estan presentes en pequenas cantidades. La viscosidad de la composicion de pasta de geopolfmero es preferentemente mayor de aproximadamente 25.000 cP. Es mas preferido que la viscosidad de la composicion de pasta de geopolfmero sea mayor de aproximadamente 75.000 cP. Lo mas preferido es que la viscosidad de la composicion de pasta de geopolfmero sea mayor de aproximadamente 150.000 cP. La composicion de geopolfmero de la presente invencion puede estar en forma de un material cuya viscosidad no puede ser medida, por ejemplo, materiales de tierra humeda, o similares.
El termino “activador alcalino” segun se usa en el presente documento pretende incluir un activador alcalino de bicarbonato, un activador alcalino de silicato, por ejemplo, silicato de sodio y/o silicato de potasio y/o un activador alcalino de hidroxido, por ejemplo, de hidroxido de sodio, de hidroxido de potasio y/o de otro hidroxido de un metal alcalino, o soluciones alcalinas. Los activadores alcalinos adecuados para su uso en la presente invencion son aquellos activadores alcalinos usados habitualmente en el campo de la produccion de hormigon de geopolfmero. Dado que los activadores alcalinos se usan en los materiales de construccion, debena entenderse que preferentemente se debe evitar el uso de activadores alcalinos que puedan perjudicar el medio ambiente.
En otro aspecto de la invencion, se proporciona una composicion de geopolfmero en forma de composiciones de hormigon de geopolfmero que comprenden agregados gruesos y la composicion de pasta de geopolfmero, es decir, la composicion de aglutinante de geopolfmero segun con la invencion combinada con agregados finos.
Los agregados usados en la presente invencion pueden seleccionarse entre cualquiera de los tipos de agregados usados para la preparacion de la pasta o del hormigon. Preferentemente, los agregados se seleccionan entre agregado grueso, agregado fino y otros materiales usados en la construccion, incluyendo arena, grava, piedra molida u hormigon molido reciclado, y minerales de desecho. En la composicion de pasta de geopolfmero de la presente invencion se usan preferentemente agregados finos. Preferentemente se usa una mezcla de agregado grueso y agregado fino en la composicion de hormigon de geopolfmero de la presente invencion.
El termino “agregado grueso” segun se usa en el presente documento es un material que tiene un tamano de diametro de grano de al menos 4 milfmetros (mm). El termino “agregado fino” segun se usa en el presente documento es un material que tiene un tamano de diametro de grano de menos de 4 mm.
Los minerales de la presente invencion tienen al menos un 30 % m/m de aluminio, de silicio, de calcio, de hierro o combinaciones de los mismos. Los materiales preferidos son cenizas volatiles de polvo de carbon, escoria de altos hornos (granulado molido), meta caolrn, escorias industriales, cenizas de incineracion industrial, minerales de desecho, lodos, tierras y otros materiales puzolanicos. Preferentemente, las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion comprenden una combinacion de cenizas volatiles de polvo de carbon y escoria de altos hornos (granulado molido).
Los aditivos se seleccionan entre agentes complejantes que comprenden grupos complejantes reactivos, por ejemplo, grupos hidroxil- y/o carboxil-. Los grupos reactivos de los agentes complejantes son preferentemente adecuados para la formacion de un enlace covalente entre los agentes complejantes y los minerales usados en las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion.
Los aditivos de la composicion de activador de geopolfmero se seleccionan entre azucares y/o acidos organicos y sales de los mismos. Algunos azucares preferidos son monosacaridos, por ejemplo, glucosa, fructosa y galactosa, disacaridos, por ejemplo, sacarosa, maltosa y lactosa, oligosacaridos, por ejemplo, dextrina, maltodextrina y almidon, polisacaridos, por ejemplo, celulosa, dextrano y estructuras polimericas de tipo azucar. Adicionalmente, tambien pueden usarse asimismo productos que comprenden mezclas de azucares, tales como melazas.
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Adicionalmente, la miel, los zumos de frutas y los materiales de desecho, tales como la fruta podrida, pueden formar una fuente potencial de azucares adecuados como aditivos en las mezclas de geopoKmero de la presente invencion. Los derivados de azucar definidos anteriormente pueden seleccionarse entre alcoholes de azucar, sustitutos naturales del azucar, por ejemplo, sorbitol, lactitol, glicerol, isomalta, maltitol, manitol, estevia y xilitol, y sustitutos sinteticos del azucar, es decir, edulcorantes artificiales, por ejemplo, aspartamo, alitamo, dulcina, glucina, ciclamato, sacarina, sucralosa y acetato de plomo. Preferentemente las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion comprenden sacarosa, fructosa y/o lactosa, opcionalmente junto con monosacaridos, disacaridos, polisacaridos y/u oligosacaridos.
Algunos acidos organicos preferidos son acidos carboxflicos (vimlogos), por ejemplo, acido oxalico, acido ascorbico, acido lactico, acido urico, acido cftrico y acido tartarico. Se averiguo que una composicion de activador de geopolfmero que comprende un acido inorganico no da como resultado una composicion de activador de geopolfmero adecuada para su uso en la preparacion de composiciones de geopolfmero. Preferentemente, el hormigon de geopolfmero de la presente invencion comprende tartarico acido y/o acido ascorbico.
Algunas sales preferidas usadas en la composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero pueden ser citrato de calcio, citrato de sodio y/o sales de un azucar, por ejemplo, gluconato de sodio. En una realizacion preferida adicional de la presente invencion, la composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero puede comprender sacarosa, fructosa, lactosa, acido tartarico, acido ascorbico, gluconato de sodio y combinaciones de los mismos.
La lista de los posibles aditivos no esta limitada a los aditivos mencionados anteriormente, tambien pueden usarse otros azucares y derivados de los mismos y/o acidos organicos y sales de los mismos en la composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion.
El uso de aditivos como se ha definido anteriormente reduce la concentracion del activador alcalino necesaria en la composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion. Adicionalmente, el uso de aditivos aumenta la resistencia final, por ejemplo, despues de un tiempo de curado de 28 dfas, y las propiedades finales del material de la composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero. Tambien mejora la maleabilidad de las composiciones de geopolfmero mediante el uso de las composiciones de aditivos de la presente invencion.
En una realizacion preferida, las composiciones de geopolfmero de la presente invencion en forma de composiciones de aglutinante, de pasta o de hormigon comprenden una mezcla mineral que comprende cenizas volatiles de polvo de carbon y escoria de altos hornos. El principal constituyente de la escoria de altos hornos es el calcio, el silicio y el aluminio. Se averiguo que el silicato de calcio y el aluminato de calcio presentes en la escoria de altos hornos pueden tener un efecto positivo sobre el proceso de polimerizacion. En la realizacion preferida, la concentracion de la escoria de altos hornos es mayor de aproximadamente el 5 % en peso del peso total de las cenizas volatiles de polvo de carbon y de la escoria de altos hornos. Una concentracion mas preferida esta en el intervalo de entre aproximadamente el 5 y el 40 % en peso del peso total de las cenizas volatiles de polvo de carbon y de la escoria de altos hornos, e incluso es mas preferida la concentracion de escoria de altos hornos que esta en el intervalo de entre aproximadamente el 10 y el 35 % en peso del peso total de las cenizas volatiles de polvo de carbon y de la escoria de altos hornos. La concentracion mas preferida de la escoria de altos hornos esta en el intervalo de entre aproximadamente el 15 y el 30 % en peso del peso total de las cenizas volatiles de polvo de carbon y de la escoria de altos hornos.
La composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion se prepara mediante la mezcla o la combinacion de agregados finos y/o gruesos y de minerales, seguido de la adicion de aditivos y de un activador alcalino, en la que los aditivos y el activador alcalino se anaden preferentemente conjuntamente mediante el uso de una solucion alcalina de aditivo/activador. Se prefiere una solucion que comprenda el aditivo y el activador alcalino, dado que dicha solucion aumenta la maleabilidad de la composicion de geopolfmero. Adicionalmente, pero no necesariamente, puede anadirse un silicato soluble para ajustar el proceso de curado, por ejemplo, mediante el aumento de la velocidad del proceso de curado.
El termino “silicato soluble” segun se usa en el presente documento pretende incluir los silicatos que son solubles en agua y/o en alcalis, algunos silicatos en particular incluyen silicatos de sodio, de potasio y de litio que generalmente son sustancias qmmicas no distintas estequiometricamente (es decir, con una formula qmmica y un peso molecular espedficos), sino mas bien soluciones acuosas de vidrios resultantes de las combinaciones de un oxido de un metal alcalino y sflice en proporciones variables. La formula general de los silicatos alcalinos solubles es:
M2O • x SO2
en la que M es Na, K o Li, y x es la proporcion molar, que define el numero de moles de sflice (SO2), incluyendo de disilicatos, por mol del oxido del metal alcalino (M2O).
Con objeto de facilitar el metodo de produccion de la pasta o del hormigon de geopolfmero mencionado anteriormente, la presente invencion proporciona una composicion de activador de geopolfmero que comprende un activador alcalino y dos aditivos segun la reivindicacion 1, y opcionalmente, silicatos solubles segun la reivindicacion 3. Dicha composicion de activador de geopolfmero puede estar en forma de un polvo o de una solucion (por ejemplo, de una solucion acuosa lista para su uso). En el caso en el que la composicion de activador de geopolfmero este en
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forma de un polvo, preferentemente se anade agua a la mezcla resultante de los agregados y de la composicion de activador de geopoKmero.
En otra realizacion de la presente invencion, la composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion se prepara mediante la mezcla o la combinacion de agregados finos y/o gruesos, seguido de la adicion de minerales, de aditivos y de un activador alcalino, en la que los minerales, los aditivos y el activador alcalino se anaden preferentemente conjuntamente en forma de un polvo. Adicionalmente, pero no necesariamente, puede anadirse un silicato soluble para ajustar el proceso de curado.
Con objeto de facilitar el metodo de produccion de la pasta o del hormigon de geopolfmero mencionado en el parrafo anterior, la presente invencion proporciona una composicion de geopolfmero, tal como una composicion de aglutinante de geopolfmero, que comprende un activador alcalino, aditivos, minerales y opcionalmente, silicatos solubles. La composicion de aglutinante de geopolfmero comprende por lo tanto la composicion de activador de geopolfmero de la presente invencion y minerales. Dicha composicion de aglutinante de geopolfmero puede estar en forma de un polvo o de una solucion (por ejemplo, de una solucion acuosa lista para su uso). En el caso en el que la composicion de aglutinante de geopoifmero este en forma de un polvo, se requiere la adicion de agua a la mezcla resultante de los agregados y de la composicion de aglutinante de geopolfmero. La composicion de aglutinante de geopolfmero puede ser preparada mediante la adicion de los minerales usados en la presente invencion a la composicion de activador de geopolfmero descrita anteriormente.
Con objeto de producir una composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion, la composicion de activador de geopolfmero comprende desde aproximadamente 1,0 hasta aproximadamente 20 M del activador alcalino. Se averiguo que una composicion de activador de geopolfmero que comprende mas de 20 M del activador alcalino daba como resultado una mezcla que tema una viscosidad demasiado alta que ya no era adecuada como composicion de activador para su uso en la preparacion de composiciones de geopolfmero. Preferentemente la composicion de activador de geopolfmero comprende desde aproximadamente 1,0 hasta aproximadamente 15 M del activador alcalino, incluso mas preferentemente desde aproximadamente 1,0 hasta aproximadamente 10 M del activador alcalino. Preferentemente la composicion de activador de geopolfmero comprende desde aproximadamente 1,2 hasta aproximadamente 9,0 M del activador alcalino. Es mas preferido que la composicion de activador de geopolfmero comprenda desde aproximadamente 1,4 hasta aproximadamente 8,0 M del activador alcalino. Es incluso mas preferido que la composicion de activador de geopolfmero comprenda desde aproximadamente 1,6 hasta aproximadamente 7,0 M del activador alcalino. Es incluso aun mas preferido que la composicion de activador de geopolfmero comprenda desde aproximadamente 1,8 hasta aproximadamente 6,0 M del activador alcalino o desde aproximadamente 2,0 hasta aproximadamente 5,0 M del activador alcalino. En particular, la composicion de activador de geopolfmero comprende desde aproximadamente 2,0 hasta aproximadamente 3,0 M del activador alcalino o desde aproximadamente 3,0 hasta aproximadamente 4,0 M del activador alcalino.
En otra realizacion preferida, la composicion de activador de geopolfmero comprende adicionalmente menos de aproximadamente 3,0 M del silicato soluble, preferentemente la composicion de activador de geopolfmero esta comprendida en el intervalo de desde 0 hasta aproximadamente 2,0 M del silicato soluble. Es mas preferido que la composicion de activador de geopolfmero este comprendida en el intervalo de desde aproximadamente 0,01 hasta aproximadamente 1,5 M del silicato soluble. Lo mas preferido es que la composicion de activador de geopolfmero este comprendida en el intervalo de desde aproximadamente 0,1 hasta aproximadamente 1,0 M del silicato soluble. En el caso en el que se use el silicato soluble en la composicion de activador de geopolfmero, es necesaria una cantidad menor del activador alcalino para proporcionar una composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero que tenga una resistencia suficiente despues de un curado durante 28 dfas.
Adicionalmente, la composicion de activador de geopolfmero esta comprendida en el intervalo de desde aproximadamente 0,001 hasta aproximadamente 0,2 M de aditivos. Preferentemente, los aditivos tienen una molaridad acumulada en el intervalo de desde aproximadamente 0,002 hasta aproximadamente 0,15 M, preferentemente en el intervalo de desde aproximadamente 0,003 hasta aproximadamente 0,13 M. Es mas preferido que la composicion de activador de geopolfmero tenga una molaridad acumulada de los aditivos en el intervalo de desde aproximadamente 0,004 hasta aproximadamente 0,12 M o en el intervalo de desde aproximadamente 0,005 hasta aproximadamente 0,10 M. Es incluso mas preferido que la composicion de activador de geopolfmero tenga una molaridad acumulada de los aditivos en el intervalo de desde aproximadamente 0,01 hasta aproximadamente 0,05 M. Lo mas preferido es que la composicion de activador de geopolfmero tenga una molaridad acumulada de los aditivos en el intervalo de desde aproximadamente 0,02 hasta aproximadamente 0,04 M.
Sorprendentemente, la composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion puede ser preparada mediante una composicion de activador de geopolfmero (o una composicion de aglutinante de geopolfmero, es decir, una composicion de activador de geopolfmero que comprende adicionalmente minerales) que comprende un activador alcalino y aditivos, sin la presencia de un silicato soluble. Preferentemente dicha mezcla de geopolfmero se cura en el intervalo de desde aproximadamente 5 hasta 80 °C, mas preferentemente la mezcla de geopolfmero se cura en el intervalo de desde aproximadamente 10 hasta 60 °C, incluso mas preferentemente la mezcla de geopolfmero se cura en el intervalo de desde aproximadamente 15 hasta 40 °C, y lo mas preferido es que la mezcla de geopolfmero se cure en el intervalo de desde aproximadamente 20 hasta 30 °C.
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La mezcla de geopoKmero de la presente invencion puede curarse a la temperatura ambiente para formar el geopoUmero de la presente invencion que comprende agregados y una composicion de aglutinante de geopoKmero. La concentracion de los aditivos en la composicion de aglutinante de geopolfmero puede ser elegida en unos amplios intervalos y depende de la cantidad de minerales usada. Preferentemente, la concentracion de los aditivos en la composicion de aglutinante de geopolfmero es menor de aproximadamente el 1,20 % en peso de los minerales presentes en el geopolfmero, preferentemente menor de aproximadamente el 0,80 % en peso. Preferentemente, la concentracion de los aditivos esta en el intervalo de desde aproximadamente el 0,01 hasta el 0,70 % en peso de los minerales, mas preferentemente la concentracion de los aditivos esta en el intervalo de desde aproximadamente el 0,10 hasta el 0,60 % en peso de los minerales, y es incluso mas preferido que la concentracion de los aditivos este en el intervalo de desde aproximadamente el 0,15 hasta el 0,50 % en peso de los minerales.
Cuando se curan en el intervalo de desde aproximadamente 5 hasta 30 °C, las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion comprenden una composicion de aglutinante de geopolfmero que tiene una concentracion preferida de aditivos en el intervalo de desde aproximadamente el 0,10 hasta el 0,40 % en peso de los minerales. Es mas preferido que la concentracion de los aditivos este en el intervalo de desde aproximadamente el 0,15 hasta el 0,35 % en peso de los minerales, y lo mas preferido es que la concentracion de los aditivos este en el intervalo de desde aproximadamente el 0,20 hasta el 0,30 % en peso de los minerales.
En otra realizacion preferida, las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion comprenden una concentracion de la composicion de activador de geopolfmero de menos de aproximadamente el 15 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero. Mas preferentemente, la concentracion de la composicion de activador de geopolfmero esta en el intervalo de desde aproximadamente el 5 hasta el 10 % en peso del peso total de la mezcla de hormigon de geopolfmero.
En otra realizacion mas, las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion comprenden una concentracion de minerales de mas de aproximadamente el 5 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero. Mas preferentemente las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero comprenden una concentracion de minerales de mas de aproximadamente el 10 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero. Incluso es mas preferido que las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero comprendan una concentracion de minerales en el intervalo de entre aproximadamente el 10 y el 35 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero. Lo mas preferido es que una composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero comprenda una concentracion de minerales en el intervalo de entre aproximadamente el 15 y el 25 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero.
Adicionalmente, las composiciones de pasta o de hormigon de geopolfmero de la presente invencion comprenden una concentracion de agregados finos y/o gruesos de mas de aproximadamente el 30 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero, preferentemente de mas de aproximadamente el 40 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero. Es incluso mas preferido que la concentracion de agregados finos y/o gruesos comprendidos en la mezcla de geopolfmero sea de mas de aproximadamente el 50 %. Lo mas preferido es que una composicion de pasta o de hormigon de geopolfmero comprenda una concentracion de agregados finos y/o gruesos de mas de aproximadamente el 75 % en peso del peso total de la mezcla de geopolfmero.
La invencion se ilustrara ahora adicionalmente con referencia a los siguientes ejemplos.
Ejemplos
Se mezclaron agregados finos y gruesos, cenizas volatiles de polvo de carbon y escoria de altos hornos con una solucion de hidroxido de sodio, silicato de sodio y aditivos seleccionados entre sacarosa, glucosa, acido ascorbico, acido cftrico y tartarico en una mezcladora de bandeja rotatoria durante 3 minutos. Despues de mezclar, el mortero de geopolfmero se vertio en moldes para un curado con el tiempo a la temperatura ambiente. La resistencia a la compresion se midio en bloques cubicos de 40 por40 por40 mm.
Las Tablas 1-9 proporcionan una vision global de las resistencias a la compresion despues de un periodo de curado de 28 dfas (a 20 °C), de las mezclas de geopolfmero de la presente invencion preparadas mediante el metodo proporcionado anteriormente. Las resistencias a la compresion se comparan con una mezcla de geopolfmero (en lo sucesivo en el presente documento, la “referencia”), que no comprende los aditivos de la presente invencion, que contiene:
- 1350 gramos de agregados finos y gruesos;
- 350 gramos de cenizas volatiles de polvo de carbon;
-100 gramos de escoria de altos hornos; y
- 160 ml de una solucion alcalina lfquida que comprende hidroxido de sodio 5,6 M y silicato de sodio 0,125 M y
agua.
La mezcla de referencia se curo en las mismas condiciones que las mezclas de geopoUmero de la presente invencion. La resistencia de la mezcla de referencia se midio tambien despues de 28 d^as.
La Tabla 10 proporciona una vision global de las resistencias a la compresion despues de un periodo de curado de 14 dfas (a 20 °C), de las mezclas de geopolfmero de la presente invencion preparadas mediante el metodo 5 proporcionado anteriormente. Las resistencias a la compresion se comparan con la resistencia de la mezcla de referencia mencionada anteriormente medida tambien despues de 14 dfas.
Tabla 1. Mezclas de geopolfmero (G1-G6) con diferentes concentraciones de hidroxido de sodio
- Ref. G1 G2 G3 G4 G5 G6
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100 100 100 100
- NaOH 10 M
- 90 90 140 120 70 40 20
- Silicato de sodio 1 M
- 20 20 20 20 20 20 20
- Agua
- 50 50 0 20 70 100 120
- Sacarosa
- 0 1 1 1 1 1 1
- Molaridad de la sacarosa
- 0 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018
- Molaridad del NaOH
- 5,6 5,6 8,75 7,5 4,3 2,5 1,25
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 42,2 37,9 37,7 32,6 0,4 0,0
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,77 1,59 1,58 1,37 0,02 0,00
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
Tabla 2. Mezclas de geopolfmero (G7-G11) con diferentes concentraciones sacarosa
- Ref. G7 G8 G9 G10 G11
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100 100 100
- NaOH 10 M
- 90 90 90 90 90 90
- Silicato de sodio 1 M
- 20 20 20 20 20 20
- Agua
- 50 50 50 50 50 50
- Sacarosa
- 0 0,5 1 2 4 8
- Molaridad de la sacarosa
- 0 0,009 0,018 0,036 0,073 0,146
- % en peso de sacarosa
- 0 0,11 0,22 0,44 0,89 1,78
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 35,0 42,2 34,9 21,5 0,6
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,47 1,77 1,47 0,90 0,03
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
- Ref. G12 G13 G14 G15 G16
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100 100 100
- NaOH 10 M
- 90 90 90 90 90 90
- Silicato de sodio 1 M
- 20 20 20 20 20 20
- Agua
- 50 50 50 50 50 70
- Aditivo
- 0 1 1 1 4 1
- Aditivo
- Sacarosa Glucosa Acido ascorbico Acido dtrico Acido tartarico
- Molaridad del aditivo
- 0 0,018 0,035 0,036 0,130 0,037
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 42,2 29,9 40 25,9 32,3
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,77 1,26 1,68 1,23 1,36
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
Tabla 4. Mezclas de geopolfmero (G17-G22) con diferentes concentraciones de silicato de sodio
- Ref. G17 G18 G19 G20 G21 G22
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100 100 100 100
- Solucion alcalina lfquida
- 160 160 160 160 160 160 160
- Sacarosa
- 0 1 1 1 1 1 1
- Molaridad de la sacarosa
- 0 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018 0,018
- Molaridad del NaOH
- 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6
- Molaridad del silicato de sodio
- 0,125 0 0,125 0,250 0,5 1,0 2,0
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 39,3 42,2 39,9 42,4 38,9 34,4
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,65 1,77 1,68 1,78 1,63 1,45
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
- Ref. G23 G24 G25 G26 G27 G28
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 425 400 375 350 325 300
- Escoria c
- 100 25 50 75 100 125 150
- NaOH 10 M
- 90 90 90 90 90 90 90
- Silicato de sodio 1 M
- 20 20 20 20 20 20 20
- Agua
- 50 50 50 50 50 50 50
- Sacarosa
- 0 1 1 1 1 1 1
- % en peso de escoria
- 22 6 11 17 22 28 33
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 17,2 25,5 37,2 41,8 49,9 50,2
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 0,72 1,07 1,56 1,76 2,10 2,11
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
Tabla 6. Mezclas de geopolfmero (G29-G33) con diferentes cantidades de solucion alcalina lfquida
- Ref. G29 G30 G31 G32 G33
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100 100 100
- Solucion alcalina lfquida
- 160 120 140 160 180 200
- Sacarosa
- 0 1 1 1 1 1
- Molaridad de la sacarosa
- 0 0,024 0,021 0,018 0,016 0,015
- Molaridad del NaOH
- 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6
- Molaridad del silicato de sodio
- 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125
- % en peso de lfquido alcalino
- 8,16 6,25 7,22 8,16 9,09 10,0
- % en peso de sacarosa
- 0 0,17 0,19 0,22 0,25 0,28
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 33 41,6 45,1 34,7 25,8
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,39 1,75 1,89 1,46 1,08
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
Tabla 7. Mezclas de geopoKmero (G34-G40) con diferentes cantidades de aglutinantes (misma proporcion de
escoria)
- Ref. G34 G35 G36 G37 G38 G39 G40
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 195 273 350 428 506 583 661
- Escoria c
- 100 55 77 100 122 144 167 189
- Solucion alcalina lfquida
- 160 130 150 160 180 200 220 240
- Sacarosa
- 0 1 1 1 1 1 1 1
- Molaridad de la sacarosa
- 0 0,022 0,019 0,018 0,016 0,015 0,013 0,012
- Molaridad del NaOH
- 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 5,6 , 5,6
- Molaridad del silicato de sodio
- 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125 0,125
- % en peso de aglutinantes
- 23,0 14,5 18,9 23,0 26,4 29,5 32,3 34,8
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 37,5 33 42,1 46 50 48,8 48
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,58 1,39 1,77 1,93 2,10 2,05 2,02
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
Tabla 8. Mezclas de geopolfmero (G41-G44) que comprenden una combinacion de sacarosa y acidos
- Ref. G41 G42 G43 G44
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100 100
- Solucion alcalina lfquida
- 160 160 160 160 160
- Sacarosa
- 0 1 1 1 1
- Acido
- 0 1 1 1 1
- Acido
- - Acido dtrico Acido tartarico Acido ascorbico Acido oxalico
- Molaridad del acido y de la sacarosa
- 0 0,033 0,042 0,035 0,069
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 38,5 40,5 38,3 35,2
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,62 1,70 1,61 1,48
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
- Ref. G45 G46 G47
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100
- Solucion alcalina lfquida
- 160 160 160 160
- Aditivo
- 0 1 1 1
- Aditivo
- - Fructosa Lactosa Gluconato de sodio
- Molaridad del NaOH
- 5,0 5,0 5,0 5,0
- Molaridad del silicato de sodio
- 0,125 0,125 0,125 0,125
- Resistencia (N/mm2)
- 23,8 38,7 30,1 33,7
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 1,63 1,26 1,42
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
Tabla 10. Mezclas de geopolfmero (G48-G50) con diferentes concentraciones de hidroxido de sodio
- Ref. G48 G49 G50
- (gramos)
- Agregadoa
- 1350 1350 1350 1350
- PCFA b
- 350 350 350 350
- Escoria c
- 100 100 100 100
- Solucion alcalina lfquida
- 160 140 140 140
- Sacarosa
- 0 1 1 1
- Molaridad de la sacarosa
- - 0,021 0,021 0,021
- Molaridad del NaOH
- 5,6 1,0 2,0 3,0
- Molaridad del silicato de sodio
- 0,125 0,125 0,125 0,125
- Resistencia (N/mm2)
- 18,4 5,3 28,0 31,0
- Proporcion (1,00 = referencia)
- 1,00 0,29 1,52 1,68
a Agregado = mezcla de agregados finos y gruesos; b PCFA = cenizas volatiles de polvo de carbon; c Escoria = escoria de altos hornos
5
Claims (19)
- 51015202530354045REIVINDICACIONES1. Composicion de activador de geopoKmero que comprende:a) un activador alcalino que tiene una molaridad de entre 1,0 y 20 M; yb) aditivos que tienen una molaridad en el intervalo de entre 0,001 y 0,2 M,en la que los aditivos se seleccionan entre un azucar y/o un acido organico y sales de los mismos.
- 2. Composicion de activador de geopolfmero segun la reivindicacion 1, en la que la molaridad del activador alcalino es de entre 1,0 y 10 M, preferentemente de entre 2,0 y 4,0 M.
- 3. Composicion de activador de geopolfmero segun la reivindicacion 1 o 2, en la que la molaridad de los aditivos es de entre 0,002 y 0,15 M, preferentemente de entre 0,003 y 0,13 M, preferentemente de entre 0,005 y 0,10 M, preferentemente de entre 0,02 y 0,04 M.
- 4. Composicion de activador de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el activador alcalino es un hidroxido de un metal alcalino seleccionado entre hidroxido de sodio y/o hidroxido de potasio.
- 5. Composicion de activador de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el acido organico se selecciona entre acidos carboxflicos, seleccionados preferentemente entre acido oxalico, acido ascorbico, acido lactico, acido urico, acido cftrico, acido tartarico y combinaciones de los mismos, y/o el azucar se selecciona entre:- monosacaridos, disacaridos, oligosacaridos y polisacaridos, seleccionados preferentemente entre glucosa, fructosa, galactosa, sacarosa, maltosa, lactosa, dextrina, maltodextrina, almidon, celulosa, dextrano, estructuras polimericas de tipo azucar, melazas y combinaciones de los mismos; y/o- alcoholes de azucar, sustitutos naturales del azucar y sustitutos sinteticos del azucar, seleccionados preferentemente entre sorbitol, lactitol, glicerol, isomalta, maltitol, manitol, estevia, xilitol, aspartamo, alitamo, dulcina, glucina, ciclamato, sacarina, sucralosa, acetato de plomo y combinaciones de los mismos.
- 6. Composicion de activador de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que el azucar es sacarosa, fructosa y/o lactosa, y/o el acido organico es acido tartarico y/o acido ascorbico.
- 7. Composicion de activador de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones anteriores, en la que la composicion de activador de geopolfmero esta sustancialmente exenta de un silicato soluble.
- 8. Composicion de activador de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en la que la composicion comprende adicionalmente un silicato soluble.
- 9. Composicion de activador de geopolfmero segun la reivindicacion 8, en la que la molaridad del silicato soluble es menor de 3,0 M, preferentemente de entre 0,01 y 2,0 M.
- 10. Composicion de geopolfmero que comprende:a) la composicion de activador de geopolfmero segun una cualquiera de las reivindicaciones anteriores; yb) minerales que tienen un contenido de al menos el 30 % m/m de aluminio, de silicio, de calcio, de hierro, o de combinaciones de los mismos.
- 11. Composicion de geopolfmero segun la reivindicacion 10, en la que la viscosidad de la composicion de geopolfmero es mayor de 25.000 cP.
- 12. Composicion de geopolfmero segun la reivindicacion 10 u 11, en la que los minerales se seleccionan entre cenizas volatiles de polvo de carbon, escoria de altos hornos, meta caolm, escoria industrial, cenizas de incineracion industrial, lodos, tierras, minerales de desecho, material puzolanico y combinaciones de los mismos.
- 13. Composicion de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 12, en la que los minerales se seleccionan entre cenizas volatiles de polvo de carbon y escoria de altos hornos, y en la que la concentracion de la escoria de altos hornos es mayor del 5 % en peso del peso total de las cenizas volatiles de polvo de carbon y de la escoria de altos hornos, preferentemente en el intervalo de entre el 5 y el 40 % en peso del peso total de las cenizas volatiles de polvo de carbon y de la escoria de altos hornos.
- 14. Composicion de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 13, en la que la concentracion de los aditivos es menor del 1,20 % en peso de los minerales.
- 15. Composicion de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 14, en la que la composicion esta en101520forma de un polvo o de una solucion acuosa.
- 16. Composicion de geopoUmero segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 15 que comprende adicionalmente agregados finos que tienen un tamano de diametro de grano de menos de 4 mm y, opcionalmente, que comprende agregados gruesos que tienen un tamano de diametro de grano de al menos 4 mm.
- 17. Composicion de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 16, que comprende:a) mas del 30 % en peso de agregados finos que tienen un tamano de diametro de grano de menos de 4 mm y/o agregados gruesos que tienen un tamano de diametro de grano de al menos 4 mm;b) mas del 5 % en peso de minerales que tienen un contenido de al menos el 30 % m/m de aluminio, de silicio, de calcio, de hierro o de combinaciones de los mismos; yc) menos del 15 % en peso de la composicion de activador de geopolfmero segun una cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9,en la que los porcentajes ponderales son relativos al peso total de la mezcla.
- 18. Metodo para la preparacion de una composicion de geopolfmero segun cualquiera de las reivindicaciones 10 a 17 que comprende:a) la mezcla o la combinacion de agregados finos que tienen un tamano de diametro de grano de menos de 4 mm y/o de agregados gruesos que tienen un tamano de diametro de grano de al menos 4 mm; yb) la adicion de la composicion de activador de geopolfmero de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 9 a la mezcla o la combinacion de la etapa a),en el que los minerales que tienen un contenido de al menos el 30 % m/m de aluminio, de silicio, de calcio, de hierro o de combinaciones de los mismos son anadidos a la mezcla o la combinacion en la etapa a), y/o la composicion de activador de geopolfmero anadida en la etapa b) comprende adicionalmente minerales.
- 19. Metodo segun la reivindicacion 18, en el que la mezcla resultante de geopolfmero se cura a una temperatura menor de 30 °C, preferentemente menor de 10 °C, mas preferentemente menor de 5 °C, y lo mas preferentemente menor de 0 °C.
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