ES2837559T3 - Hormigón de fusión en frío - Google Patents

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Mark Gerhardt
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Abstract

Una composición de hormigón de fusión en frío ("cold fusion") que se puede aplicar con una paleta, o se puede verter en el lugar de aplicación, que es resistente a ácidos, sulfatos, cloruros, y a la exposición al calor hasta 649 grados centígrados (1200 grados Fahrenheit), que comprende: un agregado mineral resistente a los reactivos en una cantidad desde aproximadamente 20 % en proporción peso/peso, hasta aproximadamente 75 %, en peso/peso, del peso total de dicha formulación, incluyendo agua; un aceite de helecho polinizado en una cantidad desde aproximadamente 0,055 % en proporción peso/peso hasta aproximadamente 1,0 % (peso/peso) del peso total de dicha formulación, incluyendo agua; un material cementoso en una cantidad desde aproximadamente 8,0 % en peso/peso, hasta aproximadamente 40,0 % en peso/peso, del peso total de dicha formulación, incluyendo agua, que incluye al menos algún material seleccionado entre: cenizas volantes de clase C, cenizas volantes de clase F y escoria de alto horno molida granulada (GGBFS); en la que dicho material cementoso incluye al menos un producto escogido entre tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, ácido cítrico, ácido bórico y ácido silícico, en concentraciones que varían desde aproximadamente 0,5 % en peso/peso, hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, en masa de la mezcla incluyendo agua; en la que dicho material cementoso incluye al menos un producto escogido entre metasilicato de sodio, metasilicato de potasio, pentahidrato de sodio y pentahidrato de potasio, en concentraciones de masa que varían desde aproximadamente 2 % en peso/peso, hasta aproximadamente 7 % en peso/peso; una proteína, en concentraciones que varían desde aproximadamente 0,01 % en peso/peso hasta aproximadamente 0,1 % en peso/peso, de dicho material cementicio; y agua en cantidades que varían desde aproximadamente 3 % en peso/peso, hasta aproximadamente 15 %, en peso/peso.

Description

DESCRIPCIÓN
Hormigón de fusión en frío
Campo de la invención
Esta invención se refiere a materiales de hormigón que no necesitan calor u otros procedimientos de endurecimiento especiales para producir diversos materiales de construcción. Más particularmente, la invención se refiere a productos, y métodos para su producción, que disminuyen de manera significativa la generación de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero durante la producción a diferencia del cemento portland y los cementos geopolymer típicos. De manera más particular, la invención se refiere a hormigones y cementos de fusión en frío (“cold fusion”) que no usan aditivos de hidróxido seco o líquido como activador primario o elevador del pH.
Antecedentes de la invención
Las formulaciones de cementos y hormigón usadas por diversas industrias, tales como la industria de la construcción, requieren generalmente el uso de cantidades significativas de energía para su fabricación. El objetivo de la presente invención es proporcionar materiales, y métodos para crear materiales, que no necesiten calor u otros procedimientos de endurecimiento especial para su producción. A diferencia del cemento portland o los cementos geopoliméricos típicos, las formulaciones de cemento y de hormigón de fusión en frío de la presente invención reducen de manera significativa la generación de dióxido de carbono y de otros gases de efecto invernadero durante su producción. Además, otra ventaja de la invención es que utiliza procesos y materiales básicos que se pueden incorporar en las instalaciones y con las metodologías de producción existentes. Un objetivo adicional es aumentar la calidad del producto reduciendo el daño a los elementos construidos a partir de ellos, procedente, por ejemplo, de la exposición a condiciones climáticas adversas (como el tiempo variable o extremo), al calor extremo, o a sustancias químicas dañinas como cloruros, sulfatos, ácidos y similares.
Descripción de la técnica anterior
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2015/0122154, publicada el 7 de mayo de 2015 para Díaz-Loya et al., presenta una composición de cemento puzolánico y un método para su fabricación. Estas composiciones de cemento pueden incluir un material puzolánico y un activador basado en una sal de ácido glicólico, ácido glicérico, ácido málico, ácido tartárico, ácido malónico, ácido glutárico, ácido maleico, ácido fórmico, ácido acético, ácido propiónico o ácido butírico, un retardador basado en hepto-gluconatos, sales de sulfato, azúcares, ácidos de azúcares, ligninas y/o un acelerador basado en aminas.
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2014/0264140, publicada el 18 de septiembre de 2014, para Gong et al., se destina a un aglutinante compuesto que contiene uno o más materiales de cenizas volantes de clase F, uno o más potenciadores de gelificación y uno o más potenciadores del endurecimiento, en la que cada uno de los uno o más materiales de cenizas volantes de clase F comprende 15 % en peso o menos de óxido de calcio y en la que el aglutinante compuesto es un aglutinante para hormigón libre de cemento portland.
La solicitud de patente internacional publicada WO 2015199291A1 describe una composición de hormigón de tipo reducción de dióxido de carbono que contiene cenizas volantes y escorias de alto horno.
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2014/0360721, publicada el 11 de diciembre de 2014 para Getzlaf et al., presenta una composición de cemento que comprende residuos industriales que contienen óxido de calcio y un retardador. La composición de cemento no contiene cemento portland. La composición incluye también un óxido de metal alcalino, un ácido hidrocarboxílico y un compuesto de tipo sulfato.
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2014/0251186, publicada el 11 de septiembre de 2014 para Cross está orientada a un cemento o mezcla cementosa que incluye cenizas volantes, óxido de zinc y borato. El compuesto de tipo borato se usa como retardador del fraguado.
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2014/0047999, publicada el 20 de febrero de 2014, para Razl está orientada a un procedimiento para la producción de compuestos de cemento resistentes a altas temperaturas y a los ácidos, en los que la matriz es solo de cenizas volantes de clase F activadas con álcali, de cenizas volantes de clase F combinadas con escoria granulada o de escoria granulada solamente, Las cenizas volantes de clase F producen sistemas de cemento activados por álcali de menor calidad.
El documento de la patente de Estados Unidos número 8.202.362, registrada el 19 de junio de 2012, por Davidovits et al., describe un cemento geopolimérico basado en cenizas volantes de aluminosilicato de clase F y escorias de alto horno.
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2015/0321954, publicada el 12 de noviembre de 2015, para Chalmers et al., describe un cemento de tipo geopolímero que contiene cenizas volantes y escoria de altos hornos granulada. La solicitud establece, en particular, que “al menos un material sílico-aluminato puede comprender uno o una combinación de los materiales siguientes: cenizas volantes, vidrio volcánico, escoria de altos hornos, vidrio molido o zeolitas. Preferiblemente, el al menos un material de tipo sílico-aluminato comprende cenizas volantes y escorias de altos hornos granuladas.
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2015/0107491, publicada el 23 de abril de 2015, para Ball et al., describe un aglutinante a base de cemento que contiene escoria de alto horno granulada molida (GGBS, por sus siglas en inglés) y ceniza de combustible pulverizada. El resumen de la solicitud reivindica, en particular, “un aglutinante a base de cemento que comprende al menos 90 % en peso de un material activo hidráulicamente que comprende escoria de alto horno granulada molida (GGBS) y/o ceniza de combustible pulverizada (PFA, por sus siglas en inglés) y al menos 0,1 % en peso de CaO en una composición de activador para el material hidráulicamente activo. El aglutinante a base de cemento no comprende ningún cemento de tipo portland y, por lo tanto, es más respetuoso con el medio ambiente. El aglutinante comprende además un superplastificante tal como éter de policarboxilato (PCE). Se puede formar hormigón, mortero, lechada, mortero de cemento o mortero de revoco a partir de una mezcla del aglutinante a base de cemento, partículas de agregados, agua y el superplastificante.
La solicitud de patente internacional publicada WO 2015089611A1, para Pianaro describe un cemento geopolimérico producido a partir de vidrio reciclado.
La solicitud de patente publicada de Estados Unidos 2012/0037043, publicada el 16 de febrero de 2012, para Zubrod, describe materiales, y métodos para crear materiales, que no necesitan calor para crear un material de construcción funcional.
Ninguna de las referencias de la técnica anterior enseña acerca de cementos y hormigones de fusión en frío que no usen ningún aditivo de tipo hidróxido en seco o líquido como activador primario o elevador del pH.
Compendio de la invención
En este documento se describen materiales que no necesitan calor u otros procedimientos de endurecimiento especiales para producir diversos materiales de construcción. Uno de los objetivos de los materiales es, al menos, proporcionar a las industrias, como la de la construcción, un producto que disminuye de manera significativa la generación de dióxido de carbono y otros gases de efecto invernadero, a diferencia del cemento portland y los cementos geopoliméricos típicos. Además, otra ventaja de la invención es que utiliza procedimientos y materiales básicos que se pueden incorporar en las instalaciones y metodologías de producción existentes. Un objetivo adicional es aumentar la calidad del producto disminuyendo el daño a los elementos construidos a partir de ellos procedente, por ejemplo, de la exposición a condiciones climáticas adversas (como el tiempo variable o extremo), al calor extremo, a sustancias químicas dañinas como cloruros, sulfatos, ácidos y similares.
De acuerdo con ello, es un objetivo principal de la presente invención proporcionar una formulación de hormigón de fusión en frío a partir de una mezcla de agua que actúa como lubricante y como activador, agregados minerales de base de silicio de diversos tamaños de diámetro que varían de aproximadamente 0,02 mm a 152,4 mm (6 pulgadas) que actúan como material de relleno; metasilicato/pentahidrato de potasio o de sodio anhidro o hidratado que actúa como activador; residuos de la producción de acero incluyendo escoria de alto horno granulada molida que actúa como ingrediente cementoso; residuos de la combustión de carbón con alto o bajo contenido de calcio (cenizas volantes o cenizas de fondo), que actúan como ingrediente cementoso); tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, ácido cítrico o ácido bórico que actúan como retardadores del tiempo de fraguado; hidróxidos metálicos incluyendo los de calcio, potasio, magnesio, sodio o aluminio, en cantidades a equilibrar, para conseguir resistencia; atapulgita, caolín, arcillas con alto contenido en aluminosilicatos, roja u otras de grano fino, que se calcina o se procesa de otra manera para disminuir o eliminar el contenido de compuestos orgánicos y las características orgánicas, con el objetivo de aumentar la concentración de sílicio y aluminosilicato y la resistencia asociada; un material de proteína o de proteína sintética que consiga las mismas características que la proteína capaz de formar un enlace covalente débil con los hidróxidos y silicatos, alterando de este modo la concentración iónica de los hidróxidos y silicatos con el objetivo de mantener un volumen uniforme durante el proceso de endurecimiento, y para reducir las características de pegajosidad de los silicatos; y un aceite de helecho polinizado para disminuir el contenido de agua de la mezcla y disminuir la viscosidad.
Otros objetos y ventajas de la invención resultarán claros a partir de la siguiente descripción tomada en conjunto con cualquier dibujo que la acompaña en el que se describen, como ilustración y ejemplo, ciertas realizaciones de la invención. Cualquier ilustración contenida en este documento constituye una parte de esta especificación e incluye realizaciones de ejemplo de la presente invención e ilustra diversos objetivos y características de la misma.
Descripción detallada de la invención
La invención se define mediante las reivindicaciones 1 a 7.
Ciertos aspectos, modos, realizaciones, variaciones y características de la invención se describen en este documento en diversos niveles de detalle para proporcionar conocimiento adicional de realizaciones relacionadas con composiciones que comprenden cementos u hormigones de fusión en frío, y métodos relacionados con la producción y uso de tales composiciones.
Tal como se usa en este documento, el término “cemento portland” se refiere a cualquier cemento denominado mediante las expresiones cemento portland ordinario (OPC por sus siglas en inglés), portland, cemento hidraúlico mezclado, cemento sencillo, cemento puzolánico mezclado, cemento puzolánico u otras caracterizaciones de la industria o descripciones en la jerga de la misma en las que el material se puede usar para aglutinar una composición de agregados minerales, agregados ligeros, agregados sintéticos, o ningún agregado, agua y productos químicos en una masa que se endurece y se usa en estructuras o elementos que pueden o no estar regulados por normativas entre las que se incluyen las del International Code Council (ICC), la de la American Association of State Highway and Transports Officials (AASHTO), la de la American Society for Testing and Materials (ASTM), la del American Concrete Institute (AO) o de las agencias internacionales similares de los transportes, la construcción o el mantenimiento. El cemento portland incluye materiales modificados incluyendo aquellos mezclados con cenizas volantes u otras puzolanas, cementos con alto contenido en calcio, cementos que no contienen sulfatos, cementos resistentes a los sulfatos, cementos de alta resistencia temprana y cementos con aire retenido.
Tal como se usa en este documento, el término “cemento geopolimérico” es un término de la industria que caracteriza puzolanas que llevan aluminio y dióxido de silicio que se activan y se unen mediante álcalis, sales alcalinas, hidróxidos alcalinos, y óxidos, que forman un material endurecido usado en el transporte, la industria de la construcción y como producto químico especial y/o hormigón resistente al calor. Los cementos geopoliméricos pueden contener o no portland, más típicamente contienen hidróxidos líquidos y silicatos, y más típicamente necesitan un tratamiento térmico para alcanzar características de durabilidad.
Tal como se usa en este documento, el término “alcohol polivinílico” se refiere a polímeros sintéticos solubles en agua derivados de la polimerización de acetato de vinilo y acetato de polivinilo. El alcohol polivinílico se denomina también PVA, PVAI, PVOH y alcohol vinílico. El alcohol polivinílico está parcial o completamente hidrolizado. La viscosidad adecuada se determina mediante ensayos en lotes de prueba, pero es apropiada cualquier viscosidad que consiga resistencia al ácido fluorhídrico.
Tal como se usa en este documento, las expresiones “hormigón de fusión en frío” o “cemento de fusión en frío” son términos industriales que caracterizan puzolanas que llevan dióxido de silicio y aluminio que se activan y se unen mediante álcalis, sales alcalinas e hidróxidos y óxidos alcalinos que son propios de las puzolanas implantadas, que forman un material endurecido usado en el transporte, la industria de la construcción y como producto químico especial y/o hormigón resistente al calor. Los cementos y hormigones de fusión en frío pueden usar o no materiales portland, y no usan ningún aditivo de hidróxido líquido como activador principal o elevador del pH. Cemento u hormigón de fusión en frío, según la presente descripción.
Tal como se usa en este documento, la expresión “materiales cementosos”, se refiere a materiales de grano fino que tienen valor de cementar cuando se usan en hormigón ya sea por si mismos, como el cemento portland, los cementos hidráulicos combinados y el cemento expansivo, o bien tales materiales combinados con cenizas volantes, otras puzolanas naturales calcinadas o sin tratar, humo de sílice y/o escoria de alto horno granulada molida.
Tal como se usa en este documento, el término “humo de sílice” se refiere a un material de grano fino artificial, que consiste en dióxido de silicio en un mínimo de 90 %. El humo de sílice o microsílice puede ser o no puzolánico. Otros materiales de grano fino que llevan dióxido de silicio pueden ser sustitutos, como arcillas minerales de grano fino, gel de sílice u otros materiales similares.
Tal como se usa en este documento, la expresión material de “cenizas volantes” (de clase C o clase F) se refiere a un subproducto de la combustión del carbón para la generación de energía que puede estar clasificado o no según la especificación del estándar ASTM C618. Las cenizas volantes son el producto más fino procedente de la combustión de carbón que se recoge a partir de la corriente de gases de combustión mediante precipitadores electrostáticos y/o filtros de mangas y se usan en cementos y hormigones geopoliméricos, portland o de fusión en frío como material cementoso y para la mitigación de la reacción álcali-sílice. Las cenizas volantes se pueden reemplazar, total o parcialmente con humo de sílice, que es un subproducto de la combustión de carbón obtenido a partir de la corriente de gas de combustión, o con cenizas volantes clasificadas. Para el objetivo que se pretende aquí, las cenizas volantes clasificadas son las cenizas volantes de clase C o clase F, en las que las partículas más finas o más gruesas se han separado y se ha utilizado la parte de los finos o de los gruesos.
Tal como se usa en este documento, la expresión escoria de alto horno molida granulada (GGBFS por sus siglas en inglés) se refiere a un subproducto obtenido durante la producción (enfriamiento) de objetos y productos metálicos, incluyendo hierro, cobre, bronce y otros. Típicamente, la GGBFS contiene concentraciones elevadas de dióxido de silicio, aluminio, calcio y otros productos reactivos que cuando se mezclan en cementos y hormigones geopoliméricos, portland o de fusión en frío, ayudan al desarrollo de resistencia y atenúan la reacción álcali-sílice.
Tal como se usa en este documento, la expresión “agregados minerales a base de silicio” se refiere a cualquier agregado natural o sintético que se tritura o redondea y que es útil como relleno en hormigones de tipo portland, geopoliméricos, o de fusión en frío. Los agregados son de un material granular, como arena, grava, piedra triturada y escoria de hierro de alto horno, que se usa con un medio de cementación para formar un hormigón o mortero. Los materiales con un alto contenido de silicio son a menudo cuarcita, mármol, y otros minerales aluviales, sedimentarios y enlazados químicamente con resistencias uniaxiales que corresponden a valores que van de aproximadamente 0,07 MPa (10 psi o libras fuerza por pulgada cuadrada) (ligeros) a 276 MPa (40.000 psi) (normales y pesados). Los materiales agregados contienen carbonatos, o bien se puede usar carbono como sustitutivo cuando no es necesaria resistencia química.
Tal como se usa en este documento, el término “cenizas de fondo” se refiere a un subproducto de la combustión del carbón para la generación de energía que no se clasifica según la especificación del estándar ASTM C618. Las cenizas de fondo son un producto grueso procedente de la combustión del carbón que se recogen en el fondo de la caldera y que son útiles en cementos y hormigones geopoliméricos, portland y de fusión en frío como materiales cementosos y agregados ligeros.
Tal como se usa en este documento, la expresión “retardadores de fraguado” se refiere a cualquier mezcla seca o líquida añadida a cementos y hormigones portland, geopoliméricos o de fusión en frío para retrasar el tiempo de fraguado y para proporcionar más tiempo de manejabilidad durante las actividades de construcción y mantenimiento de diversos elementos. Los siguientes son ejemplos ilustrativos, aunque no limitadores de compuestos útiles como ya sea retardadores de fraguado y/o como potenciadores de activación y de reología.
(1) El tetraborato de sodio, también conocido como bórax, borato de sodio o tetraborato de disodio, es un compuesto de boro, un mineral y una sal de ácido bórico. El tetraborato de sodio o bórax en polvo es blanco y contiene cristales incoloros blandos que se disuelven fácilmente en agua. A menudo, se usa el tetraborato de sodio como retardador de fraguado, potenciador reológico y de activación para cementos y hormigones del tipo geopolimérico y de fusión en frío.
(2) Cuando se usa cemento portland, se pueden usar tensioactivos típicos, lignano, retardadores de fraguado de la industria portland, modificadores reológicos y reductores de agua, como los comprados a SIKA, BASF Construction Chemicals, W.R. Grace, Euclid, y otros proveedores.
(3) El citrato de sodio dihidratado tiene la fórmula química Na3C6H5O7. A veces se denomina, simplemente, citrato de sodio, aunque la expresión citrato de sodio se puede referir a cualquiera de las tres sales sódicas de ácido cítrico. El citrato de sodio dihidratado se usa a menudo como retardador de fraguado, potenciador reológico y de activación para cementos y hormigones del tipo geopolimérico y de fusión en frío.
(4) El ácido cítrico es un ácido tribásico orgánico débil que tiene la fórmula química C6H8O7. Aparece de manera natural en los frutos cítricos. En bioquímica es un producto intermedio en el ciclo del ácido cítrico, que se produce en el metabolismo de todos los organismos aeróbicos. El ácido cítrico se usa a menudo como retardador de fraguado para cementos y hormigones del tipo geopolimérico y de fusión en frío.
(5) El ácido bórico, también denominado borato de hidrógeno, ácido ortobórico y acidum boricum es un ácido de Lewis monobásico, débil, de boro, usado con frecuencia como antiséptico, insecticida, retardante de llama, absorbedor de neutrones o precursor de otros compuestos químicos. Tiene la fórmula química H3BO3 (algunas veces escrita B(OH)3) y existe en forma de cristales incoloros o de polvo blanco que se dicuelve en agua. Cuando aparece como mineral, se denomina sassolita. El ácido bórico se usa a menudo como retardador de fraguado para cementos y hormigones del tipo geopolimérico y de fusión en frío.
Tal como se usa en este documento, la expresión “arcilla que contiene gran cantidad de aluminosilicato” se refiere a cualquier mineral que aparece naturalmente, útil en cementos y hormigones portland, geopoliméricos o de fusión en frío, como caolín y arcillas roja y atapulgita, que tiene un contenido orgánico inferior al 2 %, en proporciones de peso/peso, pero que tiene un contenido de dióxido de silicio elevado de al menos 40 % en peso/peso y un contenido de aluminio de al menos 15 % peso/peso. Se pueden usar otros minerales que existen de forma natural en sustitución de los anteriores, entre los que se incluyen zeolitas, tierras de diatomeas, minerales volcánicos y otros minerales similares.
Tal como se usa en este documento, el término “proteína” o “material de proteína sintética” se refiere a biomoléculas de gran tamaño, o macromoléculas, que incluyen una o más cadenas largas de unidades de aminoácidos. Para que la proteína sea útil en los cementos y hormigones de tipos geopolimérico o de fusión en frío, la cadena de ADN debe producir un enlace covalente entre los silicatos de la mezcla y los hidróxidos producidos, ajustando así temporalmente la concentración iónica (hacia arriba o hacia abajo) y disminuyendo y/o eliminando las características de pegajosidad inherentes a la mayoría de los tipos de cemento geopolimérico y reduciendo el cambio de volumen de la mezcla a partir de una reestructuración de mayor calidad de los iones durante la reformación después de que el efecto de la proteína se haya terminado debido a una reducción del pH, a una desviación de temperatura o al tiempo.
Tal como se usa en este documento, el término “aceite de helecho polinizado” se refiere a un material que es un extracto de plantas disponible comercialmente y suministrado por MBPHX, LLC, sociedad basada en Coral Springs, Florida, Estados Unidos de América.
Tal como se usa en este documento, el término “fluorotensioactivos” se refiere a compuestos químicos de organoflúor sintéticos que tienen múltiples átomos de flúor. Pueden ser polifluorados o de base fluorocarbonada (perfluorados) pero no reaccionan cuando se exponen al ácido fluorhídrico y a otros ácidos corrosivos para el dióxido de silicio. Los fluorotensioactivos son útiles en hormigones de los tipos geopolimérico y de fusión en frío para disminuir la tensión superficial del agua y ajustar la reología de las mezclas en las que se emplean alcoholes polivinílicos.
Tal como se usa en este documento, la expresión “materiales de relleno ligeros” se refiere a agregados de minerales ligeros que existen naturalmente y a otros materiales sintéticos útiles como agregados y materiales de relleno creadores de huecos en las mezclas de hormigón. Entre los materiales de relleno ligeros se incluye cualquier material sintético o natural con una densidad aparente menor de 1,0. Los materiales ligeros de relleno se usan para disminuir el peso total de mezclas con objetivos de limitación del peso estructural, para reforzar propiedades de aislamiento, y mejorar la resistencia de mezclas a condiciones de calor elevadas, incluyendo fuegos. Entre los materiales ligeros de relleno se pueden incluir, aunque las posibilidades no se limitan a ellos, vermiculita, cenizas volcánicas, vidrio expandido, esquistos expandidos, cenosferas (microesferas cerámicas huecas) artificiales u obtenidas como subproducto de la combustión de carbón, burbujas de aire de proteínas o sintéticas, u otros materiales creadores de huecos naturales o artificiales.
Tal como se usa en este documento, el término “fibras” se refiere a fibras artificiales micro (delgadas) o macro (gruesas), o deformadas, producidas comercialmente con el objetivo específico de sustituir el acero de refuerzo de uso convencional, eliminar o disminuir el agrietamiento del hormigón, ajustar las características elásticas, mejorar la resistencia y ajustar la reología de la mezcla del hormigón. Típicamente, las fibras se forman a partir de PVC, acero, nailon, KevlarTM (Kevlar es una marca registrada para una fibra sintética para-aramida), vidrio, basalto, y cerámicas de diferentes densidad lineal, longitud y forma.
Tal como se usa en este documento, el término “asentamiento” se refiere a una medida de la manejabilidad del hormigón, o fluidez. Es una medida directa de la consistencia o rigidez del hormigón.
Tal como se usa en este documento, la expresión “ensayo de asentamiento del hormigón” se refiere a la medida de una propiedad del hormigón reciente y está regida por el método de ensayo estándar ASTM C143. La prueba es un ensayo empírico que mide la manejabilidad del hormigón reciente y cuando se usa en muchos lotes durante vertidos mayores, mide la coherencia entre lotes. El resultado del ensayo de asentamiento es una medida del comportamiento de un cono invertido de hormigón compactado bajo la acción de la gravedad. Mide la consistencia o la humedad del hormigón.
Tal como se usa en este documento, la expresión “superficie seca saturada” se refiere a un valor empírico utilizado para evaluar el contenido de humedad óptimo o de diseño de los agregados y arenas minerales utilizados en el hormigón. El contenido de humedad de la superficie seca saturada se determinada, de forma típica, mediante los métodos de ensayo estándar ASTM C127 y C128 para agregados gruesos y agregados finos, respectivamente. La superficie seca saturada se define como la condición de un agregado en el que las superficies de las partículas están "secas", (es decir, ya no se produce adsorción superficial) pero los huecos entre partículas están saturados con agua. En esta condición, los agregados no afectarán el contenido de agua libre de un material compuesto.
Tal como se usa en este documento, la expresión “saturado húmedo” se puede definir como la condición de un agregado en el cual todos los poros están completamente llenos con agua, con una película sobre la superficie.
Tal como se usa en este documento, el término “seco al aire” se puede definir como la condición de un agregado en el cual toda la humedad se elimina de la superficie, pero los poros internos están parcialmente llenos.
Tal como se usa en este documento, el término “seco en horno” se puede definir como la condición de un agregado en el cual se elimina toda la humedad del agregado calentándolo en un horno a 105 °C hasta peso constante (normalmente es suficiente con un calentamiento durante toda la noche) y todos los poros están vacíos.
El término “aproximadamente”, tal como se usa en este documento, significa dentro de un intervalo de error aceptable para un valor particular tal como se determina por cualquier experto en la técnica, el cual dependerá en parte de cómo se mida o determine el valor, es decir, de las limitaciones del sistema de medida. Cuando se describen valores particulares en la solicitud o en las reivindicaciones, a menos que se indique lo contrario, el término “aproximadamente” significa dentro de un intervalo aceptable de error para el valor concreto.
A menos que se indique otra cosa, todos los requisitos de materiales se expresan en % peso/peso, entendiéndose que se trata de la masa de un constituyente concreto respecto de la masa de la mezcla completa, como se indica, incluyendo el agua x 100 %.
En una realización, la presente invención se orienta a un hormigón o cemento de fusión en frío formado a partir de una mezcla de agua que actúa como lubricante y activador; agregados minerales a base de silicio de diversos tamaños de diámetro que varían desde aproximadamente que varían de aproximadamente 0,02 mm a 152,4 mm (6 pulgadas) que actúan como material de relleno; metasilicato/pentahidrato de potasio o de sodio anhidro o hidratado que actúa como activador; residuos de la producción de acero incluyendo escoria de alto horno granulada molida que actúa como ingrediente cementoso; residuos con alto contenido en calcio o bajo contenido en calcio procedentes de la combustión de carbón (cenizas volantes o cenizas de fondo); tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, ácido cítrico o ácido bórico que actúan como retardadores del tiempo de fraguado; hidróxidos metálicos incluyendo los de calcio, potasio, magnesio, sodio o aluminio, en cantidades a equilibrar, para conseguir resistencia; atapulgita, caolín, arcillas con alto contenido en aluminosilicatos, roja u otras de grano fino, que se calcinan o se procesan de otra manera para disminuir o eliminar el contenido de compuestos orgánicos y las características orgánicas, con el objetivo de aumentar la concentración de silicio y aluminosilicato y la resistencia asociada; un material de proteína o de proteína sintética que consiga las mismas características que la proteína capaz de formar un enlace covalente débil con los hidróxidos y silicatos, alterando de esta forma la concentración iónica de los hidróxidos y silicatos con el objetivo de mantener un volumen uniforme durante el proceso de endurecimiento, y para reducir las características de pegajosidad de los silicatos; y un aceite de helecho polinizado para disminuir el contenido de agua de la mezcla y disminuir la viscosidad.
El agua debería ser potable, pero se puede usar agua no potable si los constituyentes de la mezcla se varían para adaptarse al uso de agua no potable debido a las fuentes variables de agua con valores de pH, contenido mineral, de fluoruro y de otros productos químicos e ingredientes que varían.
Los agregados deberían incluir materiales como cuarcita, mármol, y otros minerales aluviales, sedimentarios y enlazados químicamente con resistencias uniaxiales que corresponden a valores que van de aproximadamente 0,07 MPa (10 psi o libras fuerza por pulgada cuadrada) (ligeros) a aproximadamente 276 MPa (40.000 psi) (normales y pesados). Generalmente, pero no específicamente, se requiere que los agregados cumplan con las estipulaciones, en cuanto a durabilidad y tamaño de grano, de la especificación estándar para agregados usados en hormigón C33 de la ASTM (American Sociedad of Testing and Materials, Sociedad Americana de Ensayos y Materiales) y típicamente, aunque no es necesario, que se combinen en concentraciones definidas por diversas especificaciones del American Concrete Institute Manual of Concrete Practice (Manual práctico sobre hormigón de Instituto Americano de1Hormigón, ACI, por sus siglas en inglés), incluyendo las de referencias ACI 318, ACI 301, ACI 211 y ACI 506. Se revisan los contenidos de agua de la mezcla para que los agregados produzcan un material viscoso y cohesivo y para adaptarlo a un volumen de mezcla calculado de 1 metro cúbico (o 27 pies cúbicos por yarda) y los requisitos de resistencia están en el intervalo de aproximadamente 0,17 MPa (25 libras fuerza por pulgada cuadrada (psi)) (ligeros) a aproximadamente 138 MPa (20.000 psi) (normales y pesados) en períodos de 2 h a 56 días con medios ambiente de endurecimiento variables, que incluyen endurecimiento eléctrico, endurecimiento por calor, endurecimiento de laboratorio y endurecimiento en condiciones ambiente en climas geográficos variables incluyendo temperaturas medias diarias promedio de -45 °C a 60 grados centígrados (-50 a 140 grados Fahrenheit), y presiones barométricas variables.
El material de extracto de plantas de helecho polinizadas se añade a los agregados antes de la adición de los materiales cementosos y el agua. El extracto de plantas de helecho disminuye las necesidades de agua de la mezcla creada a partir del área superficial que se puede recubrir de los materiales cementosos y de los agregados. La disminución de la demanda de agua de las mezclas aumenta la resistencia y disminuye el cambio autógeno de volumen de la mezcla, en el secado, plástico. El extracto de planta de helecho debería definirse para cada mezcla, pero podría ser similar al extracto de planta de helecho suministrado por la empresa MBPHX, LLC, con base en Coral Springs, Estados Unidos de América.
Las concentraciones anteriores de materiales se ajustan y equilibran dentro del volumen de mezcla necesario para conseguir una resistencia suficiente, pérdida de permeabilidad y contenido de dióxido de silicio que consigan una resistencia (menos de 5 % de pérdida en masa) a concentraciones de ácido sulfúrico que varían de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 98 %; concentraciones de ácido clorhídrico que varían de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 57 %; concentraciones de ácido nítrico que varían de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 68 %; concentraciones de ácido fosfórico que varían de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 98 %; concentraciones de ácido acético que varían de aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 98 %; y todas las concentraciones y exposiciones a todos los cloruros y todos los sulfatos sin degradación por pérdida de masa o cambios de volumen para exposiciones con inmersión continua que varían de 1 a 730 días.
En otra realización, se mantienen y equilibran las concentraciones de constituyentes, reduciendo a la vez o eliminando la presencia de tetraborato de sodio, evitando de esta manera el espesamiento excesivo y los cambios en la reología, en presencia de alcohol polivinílico (PVA), que se añade en una cantidad eficaz para mantener la resistencia de las mezclas endurecidas frente a los daños por el agua, consiguiendo a la vez resistencia (menos de 5 % de pérdida en masa) a la degradación por ácido fluorhídrico a concentraciones de inmersión desde aproximadamente 0,01 % a aproximadamente 55 % para períodos de tiempo desde 1 a 90 días. La viscosidad y el contenido hidrolizado de PVA se usan para conseguir diversas características reológicas, de viscosidad, de suspensión de los agregados y de tiempo de fraguado. En el caso de que las concentraciones de PVA se hagan demasiado elevadas para conseguir resistencia al ácido fluorhídrico y que la mezcla pierda la cohesión necesaria para su vertido, resistencia o bombeo, se añaden fluorotensioactivos para elevar la humedad de la mezcla y ajustar el comportamiento reológico, manteniendo a la vez las características de resistencia y permeabilidad, y protegiendo, adicionalmente, la mezcla de la degradación con ácido fluorhídrico. En el caso de que algunos elementos, como los residuos de combustión de carbón, los residuos de acero, silicatos u otros constituyentes de la mezcla, impidan una reducción suficiente de la permeabilidad de la mezcla endurecida, se eliminan los agregados minerales que llevan una alta cantidad de dióxido de silicio y se sustituyen por caucho butílico, plástico, u otro material de relleno resistente al ácido fluorhídrico, o bien se vierte una mezcla de cemento pura sin riesgo de degradación de los agregados a causa de la exposición al ácido fluorhídrico y a la expansión relacionada con la digestión de los agregados.
En una realización alternativa, los agregados duros y duraderos, con alto contenido de dióxido de silicio, el PVA, y los fluorotensioactivos se eliminan y se sustituyen con materiales de relleno ligeros tales como los siguientes, si bien las posibilidades no se limitan a ellos: vermiculita, cenizas volcánicas, vidrio expandido, esquisto expandido, cenosferas artificiales o subproductos de la combustión de carbón, burbujas de aire de proteínas o sintéticas y otros materiales que crean huecos, naturales o artificiales. Para aumentar la resistencia de las mezclas al calor y para aumentar el tiempo de trabajo del material se añaden a la mezcla tetraborato de sodio, carbonato de sodio u otros materiales similares. Los materiales de relleno ligeros, los residuos de carbón o acero, el tetraborato de sodio, el carbonato de sodio, el metasilicato de sodio o de potasio, la proteína, el agua y el extracto de plantas se combinan a concentraciones que consiguen la densidad deseada, que varía de aproximadamente 320 kg/m3 (20 libras por pie cúbico) a aproximadamente 1600 kg/m3 (100 libras por pie cúbico) con resistencias relativas que varían de aproximadamente 0,35 MPa (50 psi o libras por pulgada cuadrada) a aproximadamente 41 MPa (6000 psi) en 28 días de endurecimiento al aire, o endurecimiento acelerado usando calor o electricidad.
En ciertas realizaciones, el tamaño y las concentraciones de los materiales de relleno y las concentraciones de residuos de carbón o de acero, tetraborato de sodio, carbonato de sodio, metasilicato de sodio o potasio, proteína y agua se escogen con el fin de poder verter normalmente la mezcla, para que fluya a través de un dispositivo tipo bomba de aplicación neumática típico en la industria para aplicaciones de pulverización u otras maneras de vertido estructural neumática, por ejemplo, aplicaciones a prueba de fuego u otras resistentes al calor, y para conseguir la resistencia y la densidad aplicada deseadas.
Los tamaños de material de relleno típicos varían de aproximadamente 0,01 mm a aproximadamente 8 mm. El tamaño de la mezcla y la concentración de los materiales se ajustan para conseguir de aproximadamente 1 hora a aproximadamente 5 horas de resistencia térmica a un máximo de 1.100 grados centígrados (2000 grados Fahrenheit) durante períodos amplios y breves exposiciones (máximo de 5 minutos) a temperaturas de más de 1650 grados centígrados (3000 grados Fahrenheit).
Para evitar cualquier agrietamiento como resultado de los materiales variables o las concentraciones de lotes variables, se usan poli(cloruro de vinilo) (PVC), acero, nailon, KevlarTM (kevlar es una marca registrada de una fibra sintética para-aramida), vidrio, basalto, cerámica, u otras fibras micro, macro o deformadas, en dosis variables, dependiendo del contenido cementoso de la mezcla. Las fibras pueden ser de densidad lineal de masa, longitud y forma variables. En el caso del vidrio y otras fibras similares, el material de vidrio debe ser resistente a los álcalis. En el caso de mezclas resistentes al calor, deberían usarse fibras como vidrio, basalto y cerámica, debido a la alta resistencia térmica de estos materiales.
Ejemplo 1
Con el fin de producir un material a base de cemento y arena que se pueda aplicar con una paleta, o se pueda verter en el lugar de aplicación, que sea resistente a ácidos, sulfatos, cloruros, y a la exposición al calor hasta una temperatura de 650 grados centígrados (1200 grados Fahrenheit), se combinan agregados minerales resistentes a los reactivos tales como los siguientes, aunque las posibilidades no se limitan a ellos: depósitos de cuarcita aluviales de alto contenido de dióxido de silicio, basalto extraído o mármol extraído con tamaños de agregado máximos desde aproximadamente 6,35 mm (1/4 de pulgada) hasta 74 |um (o 0,0029 pulgadas, correspondientes a un tamiz de malla 200 en unidades de Estados Unidos) en proporciones que crean un acabado de textura suave, y ajustan la relación espesor máximo de la capa a tamaño del agregado en valores de aproximadamente 3 a 1. La combinación dará como resultado una desviación de no más del 35 % respecto de la línea de densidad máxima cuando se examina sobre un gráfico X/Y y se dibuja con el % de paso elevado a la potencia 0,45, densificando la gradación del agregado hasta su máximo. El agregado combinado debería ser, en términos de masa, aproximadamente el 20 %, en relación peso/peso, hasta 75 % en peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua. Al agregado mineral se añade aceite de helecho polinizado en condiciones de superficie seca saturada, húmeda saturada o seca (seca al aire o seca en horno) y antes de la inclusión de otros ingredientes de la mezcla hasta aproximadamente 0,05 % (en peso/peso), hasta aproximadamente 1,0 % peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua.
Los materiales cementosos deberían combinarse con los materiales secos incluyendo el aceite de helecho polinizado en el caso de mezclas cementosas embolsadas en seco, o de forma separada en el caso de mezclas de hormigón en lotes húmedos. Los materiales cementosos deberían incluir, ya sea individualmente o en combinación, al menos uno de los siguientes productos: cenizas volantes (clase C o clase F) y escoria de alto horno molida granulada (GGBFS por sus siglas en inglés), añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían hasta un máximo de 40 % peso/peso, típicamente desde aproximadamente 8 % peso/peso hasta aproximadamente 40 % peso/peso. Cada una de las concentraciones de las cenizas volantes y de la escoria de alto horno molida granulada (GGBFS) de la mezcla se debería seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto. Los materiales cementosos deberían incluir metasilicato de sodio o potasio, o metasilicato de sodio o potasio pentahidratado, añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 2 % en peso/peso, hasta aproximadamente 7 % en peso/peso. Las concentraciones de metasilicato de sodio o de potasio o del pentahidrato se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto. Los materiales cementosos deberían incluir tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, o ácidos cítrico, bórico o silícico, añadidos en concentraciones variables que varían de aproximadamente 0,5 % en peso/peso hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, respecto de la masa de la mezcla, incluyendo el agua, para reducir el contenido de aire de la mezcla y ampliar el tiempo de fraguado y/o el tiempo de trabajo. Como parte del material cementoso se añade proteína en concentraciones que varían de aproximadamente 0,01 % en peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 % en peso/peso, con la condición de que la proteína se proporcione a la concentración mínima que producirá un enlace covalente entre los silicatos de la mezcla y los hidróxidos producidos, eliminando de esta forma temporalmente las características de pegajosidad de la mezcla y disminuyendo el cambio de volumen de la mezcla, pero en una cantidad menor a la cual se producen cantidades indeseables de aire. Se añade agua a la mezcla en cantidades en masa que varían desde aproximadamente 3 % en peso/peso, hasta aproximadamente 15 % en peso/peso, de tal forma que la concentración de agua sea eficaz para producir asentamientos que resistan la deformación y otras características que cumplan con los requisitos de proyecto para el objetivo buscado, que varían desde una consistencia de mortero para mampostería para hormigones en reparaciones verticales o superiores, juntas de mortero para mampostería, reparaciones de hormigón horizontales, sellantes, revestimientos, hasta paredes estructurales, losas, vigas o columnas en una aplicación consolidada, auto-consolidadora o auto-niveladora. Cuando se combinan todos los constituyentes, se debería mezclar el material durante un tiempo de 2 a 7 minutos antes de su vertido y/o su endurecimiento.
La mezcla se ha formulado según la tabla 1, como se explica a continuación.
Notas para las tablas siguientes:
La masa de aceite de helecho se calculó con el objetivo de la suma de masas de la mezcla y el % de la masa de la suma usando el siguiente cálculo (en el sistema anglosajón de unidades de medida): ((onzas líquidas/128) x (8,33 (peso de agua por galón) x 1,035 (densidad relativa del aceite de helecho)).
La consistencia del asentamiento se aumentó ajustando el contenido de agua y manteniendo la misma masa de aceite de helecho o eliminando el aceite de helecho. La consistencia (resistencia a la deformación) del asentamiento se puede aumentar también manteniendo la masa de agua y aumentando la masa de aceite de helecho.
Los pesos de la masa de la mezcla de consistencia del asentamiento individual producen aproximadamente 0,76 m3 (aproximadamente, una yarda cúbica) de hormigón en volumen, tomando como base las densidades relativas de los materiales individuales.
Para requisitos específicos de proyectos se pueden usar agregados más grandes o más pequeños. Si bien se pueden seguir las directrices del American Concrete Institute Manual of Concrete Practice (Manual práctico sobre hormigón de Instituto Americano del Hormigón) para las concentraciones de los agregados y de los materiales cementosos, la determinación de las concentraciones de los agregados y los materiales cementosos se realiza tomando como base los requisitos del proyecto, la cantidad de material más grueso o más fino en el material agregado se determina tomando como base la forma de la partícula (fracturada o redondeada), el tamaño de la partícula, los requisitos del proyecto, y la reología de la mezcla según sea afectada por el área superficial de las partículas más finas.
Si bien mezclar juntos GGBFS y cenizas volantes produce muchas veces propiedades específicas, también se puede usar solamente uno de dichos materiales.
Tabla 1 (unidades del sistema anglosajón)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior
10.00 %
Figure imgf000010_0001
% 10.00 %
Figure imgf000010_0002
% 0,00 % 40,00 % 0,00 %
Figure imgf000010_0003
%
2.00 % 7,00 % 0,50 % 5,00 % 0,01 % 0,10 %
0,01 % 0,10 %
0,01 % 0,10 % 0,05 % 1,00 % 3.00 % 15,00 %
Figure imgf000010_0004
Total 3695,5 3640,2 3603,3
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, psi 1850 1100 1100 Resistencia, 28 días, psi 7300 6850 6910 % en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0 0 0 Ácido acético (60 %) 0 0 1 Ácido clorhídrico (50 %) 0,1 0,1 0,1 Ácido nítrico (50 %) 0,3 0,4 0,3 Ácido fosfórico (70 %) 0,1 0,4 0,4 % en peso de pérdida de masa cuando se somete a 1200 °F durante 10 minutos: , 1,2 2,4 2,2
Tabla 1 (unidades del sistema métrico)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior
10.00 %
Figure imgf000011_0001
%
10.00 %
Figure imgf000011_0002
% 0,00 % 40,00 % 0,00 %
Figure imgf000011_0003
%
2.00 % 7,00 % 0,50 % 5,00 % 0,01 % 0,10 %
0,01 % 0,10 %
0,01 % 0,10 % 0,05 % 1,00 % 3.00 % 15,00 %
Figure imgf000011_0004
Total 1676,3 1651,2 1634,4
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, MPa 12,8 7,6 7,6 Resistencia, 28 días, MPa 50,3 47,2 47,6
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0 0 0 Ácido acético (60 %) 0 0 1 Ácido clorhídrico (50 %) 0,1 0,1 0,1 Ácido nítrico (50 %) 0,3 0,4 0,3 Ácido fosfórico (70 %) 0,1 0,4 0,4
% en peso de pérdida de masa cuando se somete a 649 °C durante 10 minutos: 1,2 2,4 2,2
Ejemplo 2
Con el fin de producir un material cementoso, con arena y agregados, que se pueda aplicar con una paleta, o se pueda verter en el lugar de aplicación, que sea resistente a ácidos, sulfatos, cloruros, y a la exposición al calor a corto plazo (hasta aproximadamente 10 minutos) hasta 1316 grados centígrados (2.400 grados Fahrenheit), se combinan materiales resistentes a los reactivos tales como los siguientes, aunque las posibilidades no se limitan a ellos: cenosferas, vidrio expandido, vermiculita, esquisto expandido, cenizas volcánicas, un agente de arrastre de aire y otros materiales de relleno ligeros y que producen huecos, en proporciones adecuadas para crear una masa cementosa y y ajustando la relación espesor máximo de la capa a tamaño del agregado a valores de aproximadamente 3 a 1. La combinación dará como resultado una desviación de no más del 35 % respecto de la línea de densidad máxima cuando se examina sobre un gráfico X/Y y se dibuja con el % de paso elevado a la potencia 0,45, densificando la gradación del agregado hasta su máximo. El agregado combinado debería ser, en términos de masa, desde aproximadamente el 5,0 %, en relación peso/peso, hasta aproximadamente 40 % en peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua. Al agregado mineral se añade aceite de helecho polinizado en condiciones de superficie seca saturada, húmeda saturada o seca (seca al aire o seca en horno) y antes de la inclusión de otros ingredientes de la mezcla en concentraciones de aproximadamente 0,05 % (en peso/peso) hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua.
Los materiales cementosos deberían combinarse con los materiales de agregados minerales secos incluyendo el aceite de helecho polinizado en el caso de mezclas cementosas embolsadas en seco, o de forma separada en el caso de mezclas de hormigón en lotes húmedos. En el caso de materiales de hormigón embolsado que incluyen el agregado mineral, el aceite de helecho polinizado debería mezclarse con el agregado mineral seco en primer lugar, permitiendo de esta forma que el aceite de helecho se absorba por el agregado seco, y luego combinar el resto de los materiales cementosos secos. En el caso de mezclas de hormigón en lotes húmedos, el aceite de helecho se debería añadir al agregado en condición de superficie seca saturada y mezclar durante un mínimo de 30 segundos, antes de añadir los materiales secos restantes.
Los materiales cementosos deberían incluir, individualmente o en combinación, al menos uno de los siguientes: cenizas volantes (de clase C o de clase F) y escoria de alto horno molida granulada (GGBFS), añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían hasta un máximo de 65 %, en peso/peso, típicamente desde aproximadamente 15 % en peso/peso, hasta aproximadamente 65 % en peso/peso. Cada una de las concentraciones de las cenizas volantes y las escorias de alto horno molidas granuladas (GGBFS) de la mezcla se debería escoger equilibrando las cantidades de masa y volumen en cada uno de los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto.
Los materiales cementosos deberían incluir metasilicato de sodio o potasio, o metasilicato de sodio o potasio pentahidratado, añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 3,0 % en peso/peso, hasta aproximadamente 10 % en peso/peso. Las concentraciones de metasilicato o del pentahidrato de la mezcla se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características cumplan con los requisitos del proyecto.
Los materiales cementosos deberían incluir tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, o ácidos cítrico, bórico o silícico, añadidos en concentraciones variables que van de aproximadamente 1,0 % en peso/peso hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, respecto de la masa de la mezcla, incluyendo el agua, para reducir el contenido de aire de la mezcla y ampliar el tiempo de fraguado y/o el tiempo de trabajo.
Como parte del material cementoso se añade proteína en concentraciones que varían de aproximadamente 0,05 % en peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 % en peso/peso, con la condición de que la proteína se proporcione a la concentración mínima que producirá un enlace covalente entre los silicatos de la mezcla y los hidróxidos producidos, eliminando de esta forma temporalmente las características de pegajosidad de la mezcla y disminuyendo el cambio de volumen de la mezcla, pero en una cantidad menor a la cual se producen cantidades indeseables de aire. En el caso de que los hidróxidos producidos no sean suficientes para producir un enlace covalente, se pueden añadir hidróxido de calcio y otros hidróxidos como suplemento, en concentraciones que produzcan un enlace covalente, pero que no produzcan excesivo aire atrapado.
Se añade agua a la mezcla en cantidades en masa que varían desde aproximadamente 7 % en peso/peso, hasta aproximadamente 25 % en peso/peso, de tal forma que la concentración de agua sea eficaz para producir consistencias de los asentamientos y otras características que cumplan con los requisitos de proyecto para el objetivo buscado, que varían desde una consistencia de mortero para mampostería para hormigones en reparaciones verticales o superiores, juntas de mortero para mampostería, reparaciones de hormigón horizontales, sellantes, revestimientos, hasta paredes estructurales, losas, vigas o columnas en una aplicación consolidada, autoconsolidadora o auto-niveladora.
Cuando se combinan todos los constituyentes, se debería mezclar el material durante un tiempo de 2 a 7 minutos antes de su vertido y/o su endurecimiento.
La mezcla se ha formulado según la tabla 2, como se explica a continuación.
Tabla 2 (unidades del sistema anglosajón)
Consistencia del mortero
Margen Margen
inferior superior
(% en (% en
peso) peso)
2,00 5,00
2,00 5,00
2,00 5,00
1,00 5,00
0,00 65,00
0,00 65,00
3,00 10,00
1,00 5,00
0,05 1,00
0,05 1,00
0,05 1,00
2,00 25,00
Figure imgf000013_0001
Total 2245,9 2251,4
Resultados de ensayo: Bajo Medio
Resistencia, 24 h, psi 1330 1140
Resistencia, 28 días, psi 5225 4950
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio
Ácido acético (60 %) 2,9 3,8
Ácido clorhídrico (50 %) 0,8 0,8 Ácido nítrico (50 %) 4,9 5,9 Ácido fosfórico (70 %) 1,1 1,2 % en peso de pérdida de masa cuando se somete a 2400 °F durante 10 minutos: 6,6 9,2
Tabla 2 (unidades del sistema métrico)
Consistencia del mortero
Figure imgf000014_0001
Total 1018,7 1021,2
Resultados de ensayo: Bajo Medio Resistencia, 24 h, MPa 9,2 7,9 Resistencia, 28 días, MPa 36,0 34,1
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Ácido acético (60 %) 2,9 3,8 Ácido clorhídrico (50 %) 0,8 0,8 Ácido nítrico (50 %) 4,9 5,9 Ácido fosfórico (70 %) 1,1 1,2 % en peso de pérdida de masa cuando se somete a 1315 °C durante 10 minutos: 6,6 9,2 Ejemplo 3 (referencia)
Con el fin de producir un material de mortero cementoso que se pueda aplicar con una paleta, o se pueda verter en el lugar de aplicación, que sea resistente a diversos ácidos, pero específicamente al ácido fluorhídrico. Los materiales cementosos deberían incluir, bien de manera individual, o bien combinados, al menos uno de los siguientes: cenizas volantes (de clase C o de clase F) y escoria de alto horno molida granulada (GGBFS), añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían hasta un máximo de 65 %, en peso/peso, típicamente desde aproximadamente 10 % en peso/peso, hasta aproximadamente 65 % en peso/peso. Cada una de las concentraciones de las cenizas volantes y las escorias de alto horno molidas granuladas (GGBFS) de la mezcla se debería escoger equilibrando las cantidades de masa y volumen en cada uno de los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto.
Los materiales cementosos deberían incluir metasilicato de sodio o potasio, o metasilicato de sodio o potasio pentahidratado, añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 3,0 % en peso/peso, hasta aproximadamente 12 % en peso/peso. Las concentraciones de metasilicato de la mezcla se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características cumplan con los requisitos del proyecto.
Los materiales cementosos deberían incluir citrato de sodio dihidratado, o ácidos cítrico, bórico o silícico, añadidos en concentraciones variables que varían de aproximadamente 1,0 % en peso/peso hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, respecto de la masa de la mezcla, incluyendo el agua, para reducir el contenido de aire de la mezcla y ampliar el tiempo de fraguado y/o el tiempo de trabajo.
Pueden producirse algunas adiciones de tetraborato de sodio, pero las concentraciones son generalmente menores de 1,5 % en peso/peso, debido a la reacción entre el tetraborato y el PVA, que muchas veces es perjudicial y provoca el espesamiento.
Como parte del material cementoso se añade proteína en concentraciones que varían de aproximadamente 0,005 % en peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 % en peso/peso, con la condición de que la proteína se proporcione a la concentración mínima que producirá un enlace covalente entre los silicatos de la mezcla y los hidróxidos producidos, eliminando de esta forma temporalmente las características de pegajosidad de la mezcla y disminuyendo el cambio de volumen de la mezcla, pero en una cantidad menor a la cual se producen cantidades indeseables de aire.
Se añade alcohol polivinílico (PVA) a la mezcla en concentraciones que varían desde aproximadamente 0,5 % en peso/peso, hasta aproximadamente 15,0 % en peso/peso. La dosificación del PVA se realiza mediante ensayo y error utilizando muestras endurecidas sumergidas en agua y ácido fluorhídrico. Se escoge la dosis de PVA cuando la pérdida de masa tras exposición continua al ácido fluorhídrico es menor de 5,0 % en 30 días y muestras comparables expuestas a inmersión en agua no resultan afectadas en cuanto a pérdida de masa y/o pérdida de resistencia.
Se añade agua a la mezcla en cantidades en masa que varían desde aproximadamente 10 % en peso/peso, hasta aproximadamente 30 % en peso/peso, de tal forma que la concentración de agua sea eficaz para producir consistencias de asentamientos y otras características que cumplan con los requisitos de proyecto para el objetivo buscado, que varían desde una consistencia de mortero para mampostería para hormigones en reparaciones verticales o superiores, juntas de mortero para mampostería, reparaciones de hormigón horizontales, sellantes, revestimientos, hasta paredes estructurales, losas, vigas o columnas en una aplicación consolidada, autoconsolidadora o auto-niveladora. El agua se debería añadir a la mezcla compuesta de los materiales secos, se debería mezclar de 5 a 10 minutos y luego se debería verter en el período de tiempo de aplicación tomando como base la aplicación a la que se destina y el período de trabajo diseñado.
Se pueden añadir a la mezcla materiales agregados entre los que se que incluyen agregados resistentes al fluorhídrico para disminuir las concentraciones de los materiales cementosos. Entre los agregados típicos se incluyen materiales sin calcio y sin dióxido de silicio, típicamente de fabricación artificial y diseñados para el objetivo a que están destinados, o bien materiales que son un producto residual de diversas industrias incluyendo industrias como la petroquímica u otras industrias de producción industrial, como las que producen PVC, caucho u otros materiales.
La mezcla se ha formulado según la tabla 3, como se explica a continuación.
Tabla 3 (unidades del sistema anglosajón)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior (% en (% peso) peso) 5,00 30,00
0,00 65,00 0,00 65,00
3,00 12,00 1,00 5,00 0,05 1,00
0,005 1,00 0,50 15,00 0,90 8,00
10,00 30,00
Figure imgf000016_0001
Total 3222,5 3433,3
Resultados de ensayo: Bajo Medio Resistencia, 24 h, psi 350 270 Resistencia, 28 días, psi 4480 3900
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Ácido sulfúrico (98 %) 0,0 0,0 Ácido acético (60 %) 0,0 0,0 Ácido clorhídrico (50 %) 0,0 0,0 Ácido nítrico (50 %) 0,1 0,0 Ácido fosfórico (70 %) 2,0 3,0 % en peso de pérdida de masa cuando se somete a 2400 °F durante 10 minutos: 0,0 0,0
Tabla 3 (unidades del sistema métrico)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior (% en (% en peso) peso)
Figure imgf000016_0002
5,00 30,00
0,00 65,00
0,00 65,00
3,00 12,00
1,00 5,00
0,05 1,00
0,005 1,00
0,50 15,00
0,90 8,00
10,00 30,00
Figure imgf000017_0001
Total 1461,7 1557.3
Resultados de ensayo: Bajo Medio
Resistencia, 24 h, MPa 2,4 1,9
Resistencia, 28 días, MPa 30,9 26,9
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio
Ácido sulfúrico (98 %) 0,0 0,0
Ácido acético (60 %) 0,0 0,0
Ácido clorhídrico (50 %) 0,0 0,0
Ácido nítrico (50 %) 0,1 0,0
Ácido fosfórico (70 %) 2,0 3,0
% en peso de pérdida de masa cuando se somete a 1315 °C durante 10 minutos: 0,0 0,0 Ejemplo 4
Con el fin de producir un material cementoso, con arena y con agregados, que se pueda bombear, o, en caso contrario, se pueda verter en el lugar de aplicación, que crea una mezcla que es resistente a ácidos, sulfatos, cloruros, y a la exposición al calor hasta una temperatura de 649 grados centígrados (1200 grados Fahrenheit), se combinan agregados minerales resistentes a los reactivos tales como los siguientes, aunque las posibilidades no se limitan a ellos: depósitos de cuarcita aluviales de alto contenido de dióxido de silicio, basalto extraído o mármol extraído con tamaños de agregado máximos desde aproximadamente 305 mm (12 pulgadas) hasta 0,074 mm (tamiz de malla 200 um) en proporciones que crean una mezcla de hormigón densa que, cuando se analiza sobre un gráfico X/Y elevado a la potencia 0,45 no se desvía de la línea de densidad máxima más del 35 %, y con una relación tamaño de agregado máximo a espesor de capa de 3 a 1. El agregado combinado debería ser, en términos de masa, desde aproximadamente el 20 %, en relación peso/peso, hasta aproximadamente 80 % en peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua. Al agregado mineral se añade aceite de helecho polinizado en condiciones de superficie seca saturada, húmeda saturada o seca (seca al aire o seca en horno) y antes de la inclusión de otros ingredientes de la mezcla hasta aproximadamente 0,05 % en peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 % peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua.
Los materiales cementosos deberían combinarse con los materiales secos incluyendo el aceite de helecho polinizado en el caso de mezclas cementosas embolsadas en seco, o de forma separada en el caso de mezclas de hormigón suministradas en lotes húmedos.
Los materiales cementosos deberían incluir, ya sea individualmente o en combinación, al menos uno de los siguientes productos: cenizas volantes (clase C o clase F) y escoria de alto horno molida granulada (GGBFS por sus siglas en inglés), añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían hasta un máximo de 50 %, peso/peso, típicamente desde aproximadamente 9 % peso/peso hasta aproximadamente 50 % peso/peso. Cada una de las concentraciones de las cenizas volantes y de la escoria de alto horno molida granulada (GGBFS) de la mezcla se debería seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto.
Los materiales cementosos deberían incluir metasilicato de sodio o potasio, o metasilicato de sodio o potasio pentahidratado, añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 2 % en peso/peso, hasta aproximadamente 7 % en peso/peso.
Las concentraciones de metasilicato de sodio o de potasio o del pentahidrato se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto. Los materiales cementosos deberían incluir tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, o ácidos cítrico, bórico o silícico, añadidos en concentraciones variables que varían de aproximadamente 0,5 % en peso/peso hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, respecto de la masa de la mezcla, incluyendo el agua, para reducir el contenido de aire de la mezcla y ampliar el tiempo de fraguado y/o el tiempo de trabajo.
Como parte del material cementoso se añade proteína en concentraciones que varían de aproximadamente 0,01 % en peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 % en peso/peso, con la condición de que la proteína se proporcione a la concentración mínima que producirá un enlace covalente entre los silicatos de la mezcla y los hidróxidos producidos, eliminando de esta forma temporalmente las características de pegajosidad de la mezcla y disminuyendo el cambio de volumen de la mezcla, pero en una cantidad menor a la cual se producen cantidades indeseables de aire.
Se añade agua a la mezcla en cantidades en masa que varían desde aproximadamente 3 % en peso/peso, hasta aproximadamente 10 % en peso/peso, de tal forma que la concentración de agua sea eficaz para producir consistencias de asentamientos y otras características que cumplan con los requisitos de proyecto para el objetivo buscado, que varían desde hormigón para aceras hasta estructuras para presas de agua, generación de energía a partir de hidrocarburos y nuclear, cimientos, edificios de gran altura y todos los puntos intermedios en aplicaciones convencionales, auto-consolidadoras, neumáticas o auto-niveladoras.
Cuando se combinan todos los constituyentes, se debería mezclar el material durante un tiempo de 2 a 7 minutos antes de su vertido y/o su endurecimiento.
La mezcla se ha formulado según la tabla 4, como se explica a continuación.
Tabla 4 (unidades del sistema anglosajón)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior (% en (% en peso) peso)
0,00 50.00
0,00 50.00
0,00 50.00
0,00 50.00
2,00 7.00
0,50 5.00
Figure imgf000018_0001
0,01 0,10
0,01 0,10
0,01 0,10 0,05 1,00 3,00 10,00
Figure imgf000019_0001
Total 3904,1 3905,7 3907,4
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, psi 1290 1200 1160 Resistencia, 28 días, psi 7140 7230 6990
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0 0 0 Ácido acético (60 %) 0 0 1 Ácido clorhídrico (50 %) 0,1 0,4 0,3 Ácido nítrico (50 %) 0,3 0,4 0,3 Ácido fosfórico (70 %) 0,1 0,4 0,4
Tabla 4 (unidades del sistema métrico)
Consistencia del mortero
0,05 1,00
3,00 10,00
Figure imgf000020_0001
Total 1770,9 1771,6 1772,4
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, MPa 8,9 8,3 8,0 Resistencia, 28 días, MPa 49,2 49,8 48,2
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0 0 0 Ácido acético (60 %) 0 0 1 Ácido clorhídrico (50 %) 0,1 0,4 0,3 Ácido nítrico (50 %) 0,3 0,4 0,3 Ácido fosfórico (70 %) 0,1 0,4 0,4 Ejemplo 5
Con el fin de producir un material cementoso, con arena y con agregados, que se pueda bombear, o, en caso contrario, se pueda verter en el lugar de aplicación, que crea una mezcla que es resistente a ácidos, sulfatos, cloruros, y a la exposición al calor hasta una temperatura de 649 grados centígrados (1200 grados Fahrenheit), se combinan agregados minerales resistentes a los reactivos tales como los siguientes, aunque las posibilidades no se limitan a ellos: depósitos de cuarcita aluviales de alto contenido de dióxido de silicio, basalto extraído o mármol extraído con tamaños de agregado máximos desde aproximadamente 305 mm (12 pulgadas) hasta 0,074 mm ( tamiz de malla 200 um) en proporciones que crean una mezcla de hormigón densa que, cuando se analiza sobre un gráfico XY elevado a la potencia 0,45 no se desvía de la línea de densidad máxima más del 35 %, y con una relación tamaño de agregado máximo a espesor de capa de 3 a 1. El agregado combinado debería ser, en términos de masa, desde aproximadamente el 20 %, en relación peso/peso, hasta aproximadamente 80 % en peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua. Al agregado mineral se añade aceite de helecho polinizado en condiciones de superficie seca saturada, húmeda saturada o seca (seca al aire o seca en horno) y antes de la inclusión de otros ingredientes de la mezcla hasta aproximadamente 0,01 % en peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 % peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua.
Los materiales cementosos deberían combinarse con los materiales secos incluyendo el aceite de helecho polinizado en el caso de mezclas cementosas embolsadas en seco, o de forma separada en el caso de mezclas de hormigón suministradas en lotes húmedos. Los materiales cementosos deberían incluir cenizas volantes (clase C o clase F), añadidas en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 10,0 % en peso/peso hasta aproximadamente 40 % en peso/peso.
Las concentraciones de las cenizas volantes de la mezcla se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características cumplan con las especificaciones de los requisitos del proyecto. Los materiales cementosos deberían incluir metasilicato de sodio o potasio, o metasilicato de sodio o potasio pentahidratado, añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 2 % en peso/peso, hasta aproximadamente 7 % en peso/peso.
Las concentraciones de metasilicato de sodio o de potasio o del pentahidrato se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto. Los materiales cementosos deberían incluir tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, o ácidos cítrico, bórico o silícico, añadidos en concentraciones variables que varían de aproximadamente 0,5 % en peso/peso hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, respecto de la masa de la mezcla, incluyendo el agua, para reducir el contenido de aire de la mezcla y ampliar el tiempo de fraguado y/o el tiempo de trabajo.
Como parte del material cementoso se añade proteína en concentraciones que varían de aproximadamente 0,01 % en peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 % en peso/peso, con la condición de que la proteína se proporcione a la concentración mínima que producirá un enlace covalente entre los silicatos de la mezcla y los hidróxidos producidos, eliminando de esta forma temporalmente las características de pegajosidad de la mezcla y disminuyendo el cambio de volumen de la mezcla, pero en una cantidad menor a la cual se producen cantidades indeseables de aire.
Se añade agua a la mezcla en cantidades en masa que varían desde aproximadamente 3 % en peso/peso, hasta aproximadamente 10 % en peso/peso, de tal forma que la concentración de agua sea eficaz para producir consistencias de asentamientos y otras características que cumplan con los requisitos de proyecto para el objetivo buscado, que varían desde hormigón para aceras hasta estructuras para presas de agua, generación de energía a partir de hidrocarburos y nuclear, cimientos, edificios de gran altura y todos los puntos intermedios en aplicaciones convencionales, auto-consolidadoras, neumáticas o auto-niveladoras.
Cuando se combinan todos los constituyentes, se debería mezclar el material durante un tiempo de 2 a 7 minutos antes de su vertido y/o su endurecimiento.
La mezcla se ha formulado según la tabla 5, como se explica a continuación.
Tabla 5 (unidades del sistema anglosajón)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior (% en (% en peso) peso) 10,00 50,00
10,00 50.00
10,00 40.00
2,00 7.00 0,50 5.00 0,01 0,10
0,01 0,10
0,01 0,10 0,05 1.00 3,00 10,00
Figure imgf000021_0001
Total 3821,9 3823,5 3825,2
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, psi 1350 1110 980 Resistencia, 28 días, psi 8560 7360 6770
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0 0 0 Ácido acético (60 %) 0 0 0 Ácido clorhídrico (50 %) 0 0 0 Ácido nítrico (50 %) 0,1 0,05 0,2 Ácido fosfórico (70 %) 0 0 0
Tabla 5 (unidades del sistema métrico)
Consistencia del mortero
Figure imgf000022_0001
Total 1733,6 1734,3 1735,1
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, MPa 9,3 7,7 6,8 Resistencia, 28 días, MPa 59,0 50,7 46,7
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0 0 0 Ácido acético (60 %) 0 0 0 Ácido clorhídrico (50 %) 0 0 0 Ácido nítrico (50 %) 0,1 0,05 0,2 Ácido fosfórico (70 %) 0 0 0 Ejemplo 6
Con el fin de producir un material cementoso, con arena y con agregados, que se pueda bombear, o, en caso contrario, se pueda verter en el lugar de aplicación, que crea una mezcla que es resistente a ácidos, sulfatos, cloruros, y a la exposición al calor hasta una temperatura de 649 grados centígrados (1200 grados Fahrenheit), se combinan agregados minerales resistentes a los reactivos tales como los siguientes, aunque las posibilidades no se limitan a ellos: depósitos de cuarcita aluviales de alto contenido de dióxido de silicio, basalto extraído o mármol extraído con tamaños de agregado máximos desde aproximadamente 305 mm (12 pulgadas) hasta 0,074 mm (tamiz de malla 200 um) en proporciones que crean una mezcla de hormigón densa que, cuando se analiza sobre un gráfico XY elevado a la potencia 0,45 no se desvía de la línea de densidad máxima más del 35 %, y con una relación tamaño de agregado máximo a espesor de capa de 3 a 1. El agregado combinado debería ser, en términos de masa, desde aproximadamente el 20 %, en relación peso/peso, hasta aproximadamente 80 % en peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua. Al agregado mineral se añade aceite de helecho polinizado en condiciones de superficie seca saturada, húmeda saturada o seca (seca al aire o seca en horno) y antes de la inclusión de otros ingredientes de la mezcla hasta aproximadamente 0,01 % en peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 % peso/peso de la masa de la mezcla cementosa final incluyendo el agua.
Los materiales cementosos deberían combinarse con los materiales secos incluyendo el aceite de helecho polinizado en el caso de mezclas cementosas embolsadas en seco, o de forma separada en el caso de mezclas de hormigón suministradas en lotes húmedos.
Los materiales cementosos deberían incluir escoria de alto horno molida granulada (GGBFS), añadida en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 10,0 % en peso/peso hasta aproximadamente 40 % en peso/peso. Las concentraciones de GGBFS de la mezcla se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características cumplan con las especificaciones de los requisitos del proyecto.
Los materiales cementosos deberían incluir metasilicato de sodio o potasio, o metasilicato de sodio o potasio pentahidratado, añadidos en concentraciones variables, dependiendo de propiedades como la resistencia de la mezcla, su cambio de volumen, la carbonatación y el comportamiento reológico, hasta concentraciones en masa que varían desde aproximadamente 2 % en peso/peso, hasta aproximadamente 7 % en peso/peso. Las concentraciones de metasilicato de sodio o de potasio o del pentahidrato de la mezcla se deberían seleccionar equilibrando las cantidades de masa y volumen de cada uno de los productos en los diseños de mezclas hasta que las características son las especificadas por los requisitos del proyecto.
Los materiales cementosos deberían incluir tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, o ácidos cítrico, bórico o silícico, añadidos en concentraciones variables que varían de aproximadamente 0,5 % en peso/peso hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, respecto de la masa de la mezcla, incluyendo el agua, para reducir el contenido de aire de la mezcla y ampliar el tiempo de fraguado y/o el tiempo de trabajo.
Como parte del material cementoso se añade proteína en concentraciones que varían de aproximadamente 0,01 % en peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 % en peso/peso, con la condición de que la proteína se proporcione a la concentración mínima que producirá un enlace covalente entre los silicatos de la mezcla y los hidróxidos producidos, eliminando de esta forma temporalmente las características de pegajosidad de la mezcla y disminuyendo el cambio de volumen de la mezcla, pero en una cantidad menor a la cual se producen cantidades indeseables de aire.
Se añade agua a la mezcla en cantidades en masa que varían desde aproximadamente 3 % en peso/peso, hasta aproximadamente 10 % en peso/peso, de tal forma que la concentración de agua sea eficaz para producir consistencias de asentamientos y otras características que cumplan con los requisitos de proyecto para el objetivo buscado, que varían desde hormigón para aceras hasta estructuras para presas de agua, generación de energía a partir de hidrocarburos y nuclear, cimientos, edificios de gran altura y todos los puntos intermedios en aplicaciones convencionales, auto-consolidadoras, neumáticas o auto-niveladoras. Cuando se combinan todos los constituyentes, se debería mezclar el material durante un tiempo de 2 a 7 minutos antes de su vertido y/o su endurecimiento.
La mezcla se ha formulado según la tabla 6, como se explica a continuación.
Tabla 6 (unidades del sistema anglosajón)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior (% en (% en peso) peso)
Figure imgf000023_0001
10,00 50.00
10,00 50.00
10,00 40.00 2,00 7.00 0,50 5.00 0,01 0,10
0,01 0,10
0,01 0,10 0,05 1.00 3,00 10,00
Figure imgf000024_0001
Total 3873,7 3875,3 3877,0
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, psi 2620 2470 2110 Resistencia, 28 días, psi 9460 9020 8690
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0,2 0,4 0,4 Ácido acético (60 %) 0,1 0,1 0,1 Ácido clorhídrico (50 %) 0,1 0,3 0,4 Ácido nítrico (50 %) 0,0 0 0 Ácido fosfórico (70 %) 0 0 0
Tabla 6 (unidades del sistema métrico)
Consistencia del mortero
Margen Margen inferior superior (% en (% en peso) peso)
10,00 50.00 10,00 50.00 10,00 40.00 2,00 7.00
Figure imgf000024_0002
0,50 5,00 0,01 0,10
0,01 0,10
0,01 0,10 0,05 1,00 3,00 10,00
Figure imgf000025_0001
Total 1757,1 1757,8 1758,6
Resultados de ensayo: Bajo Medio Alto Resistencia, 24 h, MPa 18,1 17,0 14,5 Resistencia, 28 días, MPa 65,2 62,2 59,9
% en peso de pérdida de masa cuando se sumerge en reactivos durante 30 días:
Reactivo Bajo Medio Alto Ácido sulfúrico (98 %) 0,2 0,4 0,4 Ácido acético (60 %) 0,1 0,1 0,1 Ácido clorhídrico (50 %) 0,1 0,3 0,4 Ácido nítrico (50 %) 0,0 0 0 Ácido fosfórico (70 %) 0 0 0 Todas las patentes y publicaciones mencionadas en esta especificación son indicativas de los niveles de los expertos en la técnica a las que pertenece la invención.

Claims (7)

REIVINDICACIONES
1. Una composición de hormigón de fusión en frío (“cold fusión”) que se puede aplicar con una paleta, o se puede verter en el lugar de aplicación, que es resistente a ácidos, sulfatos, cloruros, y a la exposición al calor hasta 649 grados centígrados (1200 grados Fahrenheit), que comprende:
un agregado mineral resistente a los reactivos en una cantidad desde aproximadamente 20 % en proporción peso/peso, hasta aproximadamente 75 %, en peso/peso, del peso total de dicha formulación, incluyendo agua;
un aceite de helecho polinizado en una cantidad desde aproximadamente 0,055 % en proporción peso/peso hasta aproximadamente 1,0 % (peso/peso) del peso total de dicha formulación, incluyendo agua;
un material cementoso en una cantidad desde aproximadamente 8,0 % en peso/peso, hasta aproximadamente 40,0 % en peso/peso, del peso total de dicha formulación, incluyendo agua, que incluye al menos algún material seleccionado entre: cenizas volantes de clase C, cenizas volantes de clase F y escoria de alto horno molida granulada (GGBFS);
en la que dicho material cementoso incluye al menos un producto escogido entre tetraborato de sodio, citrato de sodio dihidratado, ácido cítrico, ácido bórico y ácido silícico, en concentraciones que varían desde aproximadamente 0,5 % en peso/peso, hasta aproximadamente 5,0 % en peso/peso, en masa de la mezcla incluyendo agua;
en la que dicho material cementoso incluye al menos un producto escogido entre metasilicato de sodio, metasilicato de potasio, pentahidrato de sodio y pentahidrato de potasio, en concentraciones de masa que varían desde aproximadamente 2 % en peso/peso, hasta aproximadamente 7 % en peso/peso;
una proteína, en concentraciones que varían desde aproximadamente 0,01 % en peso/peso hasta aproximadamente 0,1 % en peso/peso, de dicho material cementicio; y
agua en cantidades que varían desde aproximadamente 3 % en peso/peso, hasta aproximadamente 15 %, en peso/peso.
2. La formulación de hormigón de fusión en frío de la reivindicación 1, en la que dicho agregado mineral resistente a los reactivos incluye al menos un producto escogido entre depósitos aluviales de cuarcita con alto contenido en dióxido de silicio, basalto extraído o mármol extraído de minas, con tamaños de agregado máximos desde aproximadamente 6,35 mm (1/4 de pulgada) hasta aproximadamente 0,074 mm (o 0,0029 pulgadas, correspondientes a un tamiz de malla número 200 en unidades de Estados Unidos).
3. Una formulación de hormigón de fusión en frío que comprende:
desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de arena de 2,38 mm de tamaño (tamiz de malla número 8 en unidades de Estados Unidos);
desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de arena de 0,595 mm de tamaño (tamiz de malla número 30 en unidades de Estados Unidos);
desde aproximadamente 8,0 %, peso/peso, hasta aproximadamente 40 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre escoria de alto horno molida granulada (GGBFS) y cenizas volantes de clase F; desde aproximadamente 2 % peso/peso, hasta aproximadamente 7 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre metasilicato de sodio, metasilicato de potasio, pentahidrato de sodio y pentahidrato de potasio; desde aproximadamente 0,5 % en peso/peso, hasta aproximadamente 7 % peso/peso, de tetraborato de sodio;
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de poli(cloruro de vinilo) (PVC) de 19,05 mm (0,75 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de nailon de 6,35 mm (0,25 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de proteína; desde aproximadamente 0,05 %, peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de aceite de helecho polinizado; y
desde aproximadamente 3,0 %, peso/peso, hasta aproximadamente 15 %, peso/peso, de agua.
4. Una formulación de hormigón de fusión en frío que comprende:
desde aproximadamente 2 %, peso/peso, hasta aproximadamente 5 %, peso/peso, de vidrio expandido de 4 mm a 8 mm de tamaño;
desde aproximadamente 2 %, peso/peso, hasta aproximadamente 5 %, peso/peso, de vidrio expandido de 2 mm a 4 mm de tamaño;
desde aproximadamente 2 %, peso/peso, hasta aproximadamente 5 %, peso/peso, de vidrio expandido de 0,5 mm a 1 mm de tamaño;
desde aproximadamente 1 %, peso/peso, hasta aproximadamente 5 %, peso/peso, de vidrio expandido de 0,1 mm a 0,3 mm de tamaño;
desde aproximadamente 15 %, peso/peso, hasta aproximadamente 65 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre escoria de alto horno molida granulada (GGBFS) y cenizas volantes de clase F; desde aproximadamente 3 % peso/peso, hasta aproximadamente 10 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre metasilicato de sodio, metasilicato de potasio, pentahidrato de sodio y pentahidrato de potasio; desde aproximadamente 1 % en peso/peso, hasta aproximadamente 5 % peso/peso, de tetraborato de sodio; desde aproximadamente 0,05 %, peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de microfibras de nailon de 6,35 mm (0,25 pulgadas);
desde aproximadamente 0,05 %, peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de proteína; desde aproximadamente 0,05 %, peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de aceite de helecho polinizado; y
desde aproximadamente 7,0 %, peso/peso, hasta aproximadamente 25 %, peso/peso, de agua.
Una formulación de hormigón de fusión en frío que comprende:
desde aproximadamente 30 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de agregados de cuarcita de 9,53 mm (0,375 pulgadas);
desde aproximadamente 30 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de arena; desde aproximadamente 9,0 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre escoria de alto horno molida granulada (GGBFS) y cenizas volantes de clase F; desde aproximadamente 2 % peso/peso, hasta aproximadamente 7 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre metasilicato de sodio, metasilicato de potasio, pentahidrato de sodio y pentahidrato de potasio; desde aproximadamente 0,5 % en peso/peso, hasta aproximadamente 5 % peso/peso, de tetraborato de sodio;
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de poli(cloruro de vinilo) (PVC) de 19,05 mm (0,75 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de nailon de 6,35 mm (0,25 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de proteína; desde aproximadamente 0,05 %, peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de aceite de helecho polinizado; y
desde aproximadamente 3,0 %, peso/peso, hasta aproximadamente 10 %, peso/peso, de agua.
Una formulación de hormigón de fusión en frío que comprende:
desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de agregados de cuarcita de 9,53 mm (0,375 pulgadas);
desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de arena; desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 40 %, peso/peso, de cenizas volantes de clase F;
desde aproximadamente 2 % peso/peso, hasta aproximadamente 7 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre metasilicato de sodio, metasilicato de potasio, pentahidrato de sodio y pentahidrato de potasio; desde aproximadamente 0,5 % en peso/peso, hasta aproximadamente 5 % peso/peso, de tetraborato de sodio;
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de poli(cloruro de vinilo) (PVC) de 19,05 mm (0,75 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de nailon de 6,35 mm (0,25 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de proteína; desde aproximadamente 0,05 %, peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de aceite de helecho polinizado; y
desde aproximadamente 3,0 %, peso/peso, hasta aproximadamente 10 %, peso/peso, de agua.
7. Una formulación de hormigón de fusión en frío que comprende:
desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de agregados de cuarcita de 9,53 mm (0,375 pulgadas);
desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 50 %, peso/peso, de arena; desde aproximadamente 10 %, peso/peso, hasta aproximadamente 40 %, peso/peso, de escoria de alto horno molida granulada (GGBFS);
desde aproximadamente 2 % peso/peso, hasta aproximadamente 7 %, peso/peso, de al menos un producto escogido entre metasilicato de sodio, metasilicato de potasio, pentahidrato de sodio y pentahidrato de potasio; desde aproximadamente 0,5 % en peso/peso, hasta aproximadamente 5 % peso/peso, de tetraborato de sodio;
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de poli(cloruro de vinilo) (PVC) de 19,05 mm (0,75 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de microfibras de nailon de 6,35 mm (0,25 pulgadas);
desde aproximadamente 0,01 %, peso/peso, hasta aproximadamente 0,1 %, peso/peso, de proteína; desde aproximadamente 0,05 %, peso/peso, hasta aproximadamente 1,0 %, peso/peso, de aceite de helecho polinizado; y
desde aproximadamente 3,0 %, peso/peso, hasta aproximadamente 10 %, peso/peso, de agua.
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