ES2895112T3 - Método para preparar hormigón, mortero o lechada utilizando ceniza volante de lignito y a un hormigón, mortero o lechada que pueden obtenerse mediante dicho método - Google Patents
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Abstract
Método para fabricar hormigón, mortero o lechada, que comprende el paso de dejar fraguar una mezcla de un material árido adecuado para la fabricación de hormigón, mortero o lechada, un agente ligante y agua, en el que el agente ligante consiste esencialmente de ceniza volante de lignito con un contenido de sulfato de un porcentaje en peso del 6 por ciento (% en peso) o superior, en base al peso de la ceniza volante de lignito, y en el que material árido y la ceniza volante de lignito están presentes en la mezcla en una proporción de peso entre 2:1 y 10:1.
Description
DESCRIPCIÓN
Método para preparar hormigón, mortero o lechada utilizando ceniza volante de lignito y a un hormigón, mortero o lechada que pueden obtenerse mediante dicho método
Campo técnico
La presente invención se refiere a un método para preparar hormigón, mortero o lechada utilizando ceniza volante de lignito. La invención también se refiere a un hormigón, mortero o lechada que pueden obtenerse mediante dicho método.
Antecedentes en la técnica
El tipo más utilizado de cemento es el cemento Portland, que normalmente se prepara calcinando piedra caliza, es decir, carbonato de sodio, en presencia de pequeñas cantidades de otros materiales.
Si bien el hormigón que se fabrica con cemento Portland es conocido por sus ventajosas propiedades, tales como el rápido endurecimiento y su alta resistencia a la compresión final, existe una creciente preocupación respecto de los aspectos ambientales de la fabricación de grandes cantidades de cemento Portland. Además, se han realizado esfuerzos para reemplazar el cemento Portland por alternativas más económicas.
Se conoce que se puede reemplazar parte del cemento Portland presente en una composición ligante por ceniza volante. Las cenizas volantes pueden dividirse en antracita, bituminoso, sub-bituminoso y ceniza volante de lignito; los nombres se refieren al tipo de carbón del que dichas cenizas se originan. Si bien la composición química de los diferentes tipos de ceniza volante varía considerablemente, todas las cenizas volantes tienen en común que comprenden ciertas cantidades de dióxido de silicio, óxido de aluminio, óxido de hierro y óxido de calcio. En general una ceniza volante de lignito tiene el mayor contenido de óxido de calcio y la menor cantidad combinada de óxidos de silicio, hierro y aluminio. Las cenizas volantes también se pueden clasificar como ceniza volante de clase F o ceniza volante de clase C; las diferencias de composición entre ambas clases residen en el contenido de óxido de calcio, el contenido de sulfato y las cantidades combinadas de silicio, hierro y óxido de aluminio. De acuerdo con la norma ASTM C618, se considera que una ceniza volante es de clase F cuando la suma de óxidos de silicio, hierro y aluminio es del 70 % en peso o superior y el contenido de sulfato no excede el 5 % en peso. En una ceniza volante de clase C, la suma de óxidos de silicio, hierro y aluminio es del 50 % en peso o superior y el contenido de sulfato no excede el 5 % en peso. Si bien esto no es un requisito de la normativa ASTM C618, las cenizas volantes de clase F normalmente tienen un contenido de óxido de calcio inferior al 20 % en peso, mientras que el contenido de óxido de calcio de la ceniza volante de clase C normalmente excede el 20 % en peso.
La patente de los Estados Unidos US4715896 se refiere a una composición ligante para rellenos consolidados que están bien adaptados para su uso en aplicaciones no estructurales tales como rellenos en excavaciones de minas y estabilización de lodos. La composición ligante comprende aproximadamente de un 55 a un 97 % en peso de escoria de alto horno de hierro cementoso vitrificado, endurecible con agua, finamente dividida; aproximadamente de 3 a 45 % en peso de ceniza volante de clase C; y aproximadamente de 2 a 15 % en peso de hidróxido de calcio. En este documento, se hace una distinción entre la ceniza volante de clase C y la de clase F. La ceniza volante de clase C es originaria de las regiones de las Montañas Rocosas en el norte de Norteamérica, mientras que la ceniza volante de clase F es originaria de las regiones de los Apalaches. El Cuadro 2, en el ejemplo comparativo 4, muestra la resistencia compresiva después de 7, 14 y 28 días de una mezcla de ceniza volante de clase C y agua, sin material árido. El uso de una ceniza volante de clase C resulta ser esencial, ya que una ceniza volante de clase F no exhibe una resistencia importante después de 28 días, inclusive cuando se la utiliza en combinación con el hidróxido de calcio. Esto lleva a una persona experta en la materia a la conclusión de que, de acuerdo con la patente US4715896, ninguna otra ceniza volante fuera de la ceniza volante de clase C es adecuada para ser utilizada en reacciones de fraguado del cemento.
La patente FR2543942 describe un material ligante que comprende ceniza volante de lignito y yeso molido para la preparación de hormigón. Se comprobó que la ceniza volante de lignito utilizada como el único material ligante produjo una resistencia mecánica inferior. Además, se observó que la ceniza volante de lignito puede tener un contenido de sulfato en el rango de 5 a 9 % en peso. En un ejemplo, se ensayaron dos composiciones ligantes con contenido de ceniza volante de lignito y yeso en una proporción de 30/70, y 50/50, respectivamente, en una composición de hormigón que contenía 53% de arena fina, 35 % de caliza y 12% de escoria granulada de alto horno.
Sorprendentemente, ahora se ha comprobado que pueden obtenerse excelentes propiedades cuando se usa un
agente aglutinante que consiste esencialmente en ceniza volante de lignito cuando dicha ceniza volante de lignito tiene un contenido de sulfato de al menos 6% en peso.
Descripción de la invención
Por consiguiente, la presente invención proporciona un método para fabricar hormigón, mortero o lechada, que comprende un paso de dejar que una mezcla de un material árido adecuado, un agente ligante y agua fragüe, en donde el agente ligante consiste esencialmente en ceniza volante de lignito con contenido de sulfato del 6 % en peso o superior, en base al peso de la ceniza volante de lignito. Esta ceniza volante de lignito no es ni una ceniza volante de clase C ni una ceniza volante de clase F.
Sorprendentemente, los inventores hallaron que cuando se fabrica hormigón, mortero o lechada, es suficiente emplear la ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención como único ligante. En otras palabras, se observa un significativo aumento de la resistencia compresiva cuando se utiliza la ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención, sin necesidad de emplear otros agentes ligantes tales como el cemento Portland o escoria de alto horno granulada. Se cree que la mayor cantidad de sulfato en la ceniza volante de lignito presente hace que una fragua de la mezcla de hormigón, mortero o lechada adquiera una resistencia a la compresión significativa.
Convenientemente, la ceniza volante de lignito se apaga antes de añadir la composición ligante. El proceso de apagado consiste en tratar la ceniza volante con agua para convertir los óxidos de calcio o magnesio presentes en la ceniza volante de lignito en sus hidróxidos correspondientes.
La ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención puede ser incorporada a la composición ligante como tal, o bien puede ser molida o triturada antes de ser añadida. El molido o la trituración tienen la ventaja de que aumentan la superficie específica o Blaine de la ceniza volante y por lo tanto mejora las reacciones cementosas, lo que produce una mayor resistencia a la compresión. Preferiblemente, el volante de lignito tiene un Blaine de 400 m2/kg o más. La superficie específica o Blaine puede determinarse utilizando cualquier técnica conocida en la industria, por ejemplo, las pruebas de permeabilidad al aire utilizando un Permeámetro de Blaine.
Como se indicó antes, todas las cenizas volantes, inclusive la ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención, tienen en común que comprenden ciertas cantidades de dióxido de silicio, óxido de aluminio, óxido de hierro y óxido de calcio. Para determinar la composición química de la ceniza volante de lignito y los segundos ingredientes, puede utilizarse cualquier técnica comúnmente utilizada en la industria. Ejemplos adecuados de dichas técnicas incluyen la fluorescencia de rayos X (XRF, por su sigla en inglés) y difracción de rayos X (XRD, por su sigla en inglés).
Preferiblemente, el contenido de dióxido de silicio de la ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención no es superior al 35 % en peso. Además, la cantidad combinada de óxidos de silicio, aluminio y hierro preferiblemente no es superior al 50 % en peso. El contenido de óxido de calcio de la ceniza volante de lignito es preferiblemente 20 % en peso o superior, más preferiblemente del 30 al 50 % en peso.
Respecto del contenido de sulfato de la ceniza volante de lignito, si bien un contenido de sulfato del 6 % en peso o superior conduce a buenos resultados, resultados aún mejores se obtienen cuando el contenido de sulfato está entre el 7.5 y el 15 % en peso, en base al peso de la ceniza volante de lignito. El contenido de sulfato de la ceniza volante de lignito puede medirse utilizando cualquier técnica o método analítico comúnmente utilizado en la técnica, por ejemplo, XRF. Se informa como el contenido de trióxido de azufre (SO3 ), en porcentaje en peso, en base al peso total de la composición de la ceniza volante de lignito.
Ventajosamente, la ceniza volante de lignito comprende una cierta cantidad de cal libre, que en este contexto también se conoce como óxido de calcio libre. En el contexto del presente documento, la expresión "cal libre" indica la cantidad de óxido de calcio presente en la ceniza volante de lignito viva (no apagada) que hay disponible para la hidratación al entrar en contacto con el agua. En este aspecto, se señala que la fracción restante de óxido de calcio que no se considera “libre” está presente en la ceniza volante de lignito en forma de aluminatos, silicatos y aluminosilicatos de calcio, o es parte de una fase vítrea, amorfa, o ambos. La cal libre aumenta la resistencia a la compresión máxima y acelera la velocidad de fraguado inicial de una mezcla de hormigón, mortero o lechada. Preferiblemente, la ceniza volante de lignito tiene un contenido de cal libre de al menos 2.5 % en peso. Más preferiblemente, el contenido de cal libre está entre el 4 y el 10 % en peso.
En el método de acuerdo con la invención, la ceniza volante de lignito puede ser combinada con uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en tintes, plastificantes, estabilizadores, agentes impermeabilizantes, agentes a prueba de heladas, agentes a prueba de polvo, agentes de arrastre de aire,
agentes de aceleración del fraguado y conservantes.
Ventajosamente, el método de acuerdo con la invención comprende los pasos de:
(a) reunir, por ejemplo, en una hormigonera, un material árido, una ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención y agua, formando así una mezcla húmeda de hormigón, mortero o lechada;
(b) Aplicar dicha mezcla a un sustrato; y
(c) dejar curar dicha mezcla.
Más específicamente, dicho método comprende los pasos de:
(a) reunir, por ejemplo, en una hormigonera, un material árido, una ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención y agua, formando así una mezcla húmeda de hormigón, mortero o lechada;
(b1) verter dicha mezcla, en el caso de hormigón o lechada; o
(b2) aplicar dicha mezcla en un bloque o un ladrillo en el caso del mortero; y
(c) dejar curar dicha mezcla.
La naturaleza del material árido utilizado en el método anterior no está particularmente limitada. De hecho, son adecuados todos los materiales agregados comúnmente utilizados en la técnica. Ejemplos de materiales agregados adecuados incluyen arena, grava natural, tejas, gravilla y roca triturada. También puede utilizarse materiales reciclados (derivados de residuos de construcción, demolición y excavación) como un reemplazo al menos parcial de los materiales agregados convencionales. Se señala que, en el contexto del presente documento, el término "material árido" también incluye mezclas de materiales agregados, como una combinación de arena y grava.
Las proporciones de peso del material árido, ceniza volante de lignito y agua dependen de la aplicación y la ubicación. El experto en la materia, sin embargo, podrá determinar qué cantidades de dicho material árido, ceniza volante de lignito y agua deberían combinarse para obtener un hormigón, mortero o lechada adecuados. Otro aspecto de la invención se refiere a una composición de hormigón-áridos que comprende un material árido adecuado y ceniza volante de lignito. Esta composición se mezcla adecuadamente con agua para formar un hormigón, mortero o lechada. De acuerdo con la presente invención, el material árido y la ceniza volante de lignito están presentes en la composición de hormigón-áridos en una proporción en peso de entre 2:1 y 10:1. Ventajosamente, la composición hormigón-áridos se utiliza en la fabricación de pisos de hormigón.
Aún otro aspecto de la invención se refiere a hormigón, mortero o lechada que pueden obtenerse mediante el método antes especificado o dejando que una mezcla de la composición hormigón-áridos y agua antes mencionada fragüe.
En una realización preferida, se proporciona un piso de hormigón o una base para una carretera que comprende una o más capas de hormigón obtenidas mediante el método de la presente invención. Alternativamente, se proporciona dicho piso de hormigón o base de carretera dejando que fragüe una mezcla de la composición hormigón-áridos y agua anterior. En este contexto, una base de carretera es una capa de hormigón que se utiliza como la base estructural de una carretera. Para realizar un piso de hormigón o una base de carretera, se mezclan un material árido adecuado, ceniza volante de lignito de acuerdo con la invención y agua, preferiblemente en una proporción de peso desde aproximadamente 4:2:1 hasta 15:5:1, a fin de obtener una mezcla de hormigón húmedo o lechada. Alternativamente, se mezclan una composición hormigón-áridos de acuerdo con la invención y agua en una proporción de peso de 6:1 hasta 20:1. La mezcla húmeda así formada se vierte luego sobre el suelo o la superficie de la carretera y se deja fraguar. Cuando se usa como piso, la capa de hormigón puede ser la capa superficial o puede cubrirse con una o más capas superiores que comprenden, por ejemplo, una resina resistente al desgaste. Cuando se utiliza como base de carretera, la capa de hormigón puede cubrirse con una o más capas de hormigón asfáltico.
A continuación, se ilustra la invención con los siguientes ejemplos.
Ejemplos
Se utilizó una ceniza volante de lignito A de acuerdo con la invención como agente ligante en la preparación de hormigón. La composición química de la ceniza volante A se indica en el Cuadro 1. La composición química se determinó utilizando fluorescencia de rayos X (XRF). Además, el contenido de cal libre se determinó usando (difracción de rayos X) XRD.
Ejemplo 1
En correspondencia con la norma NEN d EN 197-1, se mezclaron 1350 gramos de arena (tamaño del grano hasta 4 mm), 450 gramos de una composición ligante que comprendía ceniza volante de lignito A y 225 gramos de agua en un molde de 40x40x160 mm y la mezcla se dejó fraguar. A los 6 días, se extrajo la muestra del molde y se envolvió en papel de aluminio. La ceniza volante de lignito no se trituró ni se apagó antes de agregar la composición ligante. En el Cuadro 2 se indica la resistencia a la compresión después de 56 días.
Ejemplo 2
Se repitió el procedimiento descripto en el in Ejemplo 1, con la diferencia de que la ceniza volante de lignito A se apagó antes de su añadido a la composición ligante. En el Cuadro 2 se indica resistencia a la compresión luego de 28 y 56 días.
Ejemplo 3
En correspondencia con la norma NEN EN 197-1, se mezclaron 1350 gramos de arena (tamaño del grano hasta 4 mm), 500 gramos de una composición ligante que comprendía ceniza volante de lignito A y 205 gramos de agua en un molde de 40x40x160 mm y la mezcla se dejó fraguar. Luego de 7 días se extrajo la muestra del molde y se la colocó bajo agua. La ceniza volante de lignito A se trituró a Blaine de 550 m2/kg y se la apagó antes de añadirla a la composición ligante. Además, se agregó a la mezcla el 1.6 % en peso, en base al peso de la ceniza volante de lignito, de un plastificante de policarboxilato modificado (Chrysofluid® Optima 200). En el Cuadro 2 se ilustra la resistencia a la compresión luego de 28 y 91.
Los resultados del Cuadro 2 muestran que la utilización de ceniza volante de lignito A como agente ligante hace que un hormigón, mortero o lechada tenga una resistencia a la compresión significativa. Se obtuvieron resultados particularmente buenos cuando se muele y se apaga la ceniza volante de lignito antes de su uso.
Claims (12)
1. Método para fabricar hormigón, mortero o lechada, que comprende el paso de dejar fraguar una mezcla de un material árido adecuado para la fabricación de hormigón, mortero o lechada, un agente ligante y agua, en el que el agente ligante consiste esencialmente de ceniza volante de lignito con un contenido de sulfato de un porcentaje en peso del 6 por ciento (% en peso) o superior, en base al peso de la ceniza volante de lignito, y en el que material árido y la ceniza volante de lignito están presentes en la mezcla en una proporción de peso entre 2:1 y 10:1.
2. Método según la reivindicación 1, en el que la ceniza volante de lignito se apaga antes de agregarse a la mezcla.
3. Método según la reivindicación 1 o 2, en el que la ceniza volante de lignito se muele antes de agregarse a la mezcla.
4. Método según la reivindicación 3, en el que la ceniza volante de lignito tiene un Blaine de 400 m2/kg o más.
5. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la ceniza volante de lignito tiene un contenido de sulfato desde 7.5 a 15 % en peso, en base al peso de la ceniza volante de lignito.
6. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la ceniza volante de lignito comprende óxidos de silicio en una cantidad de a lo sumo el 35 % en peso, en base al peso de la ceniza volante de lignito.
7. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la cantidad combinada de los óxidos de silicio, aluminio y hierro presentes en la ceniza volante de lignito no es superior al 50 % en peso, en base al peso de la ceniza volante de lignito.
8. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la ceniza volante de lignito comprende óxido de calcio en una cantidad de al menos 20 % en peso, preferiblemente de 30 a 50 % en peso, en base al peso de la ceniza volante de lignito.
9. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en el que la ceniza volante de lignito comprende cal libre, preferiblemente en una cantidad de al menos 2.5 % en peso, más preferiblemente de 4 a 10 % en peso, en base al peso de la ceniza volante de lignito.
10. Método según una de las reivindicaciones precedentes, en el que a la mezcla se le agregan uno o más aditivos seleccionados del grupo que consiste en tintes, plastificantes, estabilizantes, agentes impermeabilizantes, agentes antihielo, agentes antipolvo, agentes atrapadores de aire, agentes aceleradores de fraguado y conservantes.
11. Piso de hormigón, mortero o lechada, o hormigón que puede obtenerse mediante el método de una de las precedentes reivindicaciones 1 a 10, o dejando que una mezcla de una composición de hormigón-áridos que comprende un material árido y una agente ligante que consta esencialmente de ceniza volante de lignito con un contenido de sulfato del 6 % en peso o superior, en base al peso de la ceniza volante de lignito y agua para fraguar, en el que el material árido y la ceniza volante de lignito están presentes en la mezcla en una proporción de peso de entre 2:1 y 10:1.
12. Utilización de ceniza volante de lignito que tiene un contenido de sulfato del 6 % en peso o superior, en base al peso de la ceniza volante de lignito, como único agente ligante de material árido en la fabricación de hormigón, mortero o lechada, en el que el material árido y la ceniza volante de lignito están presentes en la mezcla en una proporción de peso de entre 2:1 y 10:1.
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