ES2979378T3 - Un producto de hormigón celular y un proceso de producción del mismo - Google Patents

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Abstract

La invención proporciona nuevos materiales compuestos aireados elaborados a partir de una composición de silicato de calcio carbonatable, y formulaciones y métodos de fabricación y uso de los mismos, en particular, el uso de nuevas composiciones minerales aditivas en forma de magnesio, sales de magnesio u óxidos de magnesio, para mejorar las propiedades físico-químicas de materiales de hormigón de baja densidad. El material aireado de baja densidad está compuesto de carbonato de calcio (CaCO3) y sílice (SiO2), como productos curados de composiciones de silicato de calcio carbonatable. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)

Description

DESCRIPCIÓN
Un producto de hormigón celular y un proceso de producción del mismo
Reivindicaciones de prioridad y solicitudes de patente relacionadas
Esta solicitud reivindica el beneficio de prioridad de la Solicitud Provisional de EE.UU. N.° de serie 62/475.403, presentada el 23 de marzo de 2017.
Campo de la invención
Generalmente, la invención se refiere a materiales de hormigón celular y a procesos para la producción de los mismos. Más particularmente, la presente invención se refiere a un material de hormigón celular novedoso elaborado a partir de una composición de silicato de calcio carbonatable, y a métodos de fabricación, en particular, al uso de composiciones minerales aditivas novedosas para mejorar las propiedades de materiales de hormigón ligero, tales como durabilidad y resistencia.
Antecedentes de la invención
En general, el hormigón celular tratado en autoclave (“AAC ordinario” ) es un ejemplo de hormigón prefabricado ligero que se forma a alta temperatura y alta presión (por ejemplo, 190 °C, 12 atm) y se cura durante 6 a 8 horas usando materias primas tales como materiales calcáreos de cemento y cal (CaO), materiales silíceos tales como sílice (SiO<2>), arena de sílice (SiO<2>) y otros materiales tales como yeso (CaSO<4>-2H<2>O), materiales reciclados producidos en la industria manufacturera tales como cenizas volantes, aluminio metálico y otros agentes aireadores, tensioactivos para estabilizar las burbujas, y otras cargas. El agente aireador provoca la formación de huecos de gas en la matriz y aumenta la porosidad del material. Esto provoca un aumento del volumen y, de este modo, reduce la densidad del material.
A pesar de sus beneficios generales, los AAC ordinarios se preparan mediante procesos que comúnmente tienen una serie de deficiencias. El proceso de fabricación de AAC ordinario implica equipos especiales, un gran consumo de energía y una emisión excesiva de dióxido de carbono, lo que deja una huella de carbono desfavorable. Típicamente, los AAC ordinarios se curan en autoclaves a temperaturas que varían de 150 °C a 190 °C y a presiones que varían de 0,8 MPa a 1,2 MPa. Estas condiciones conducen a la creación de tobermorita, que es el elemento de unión principal en el AAC ordinario. Además, son relativamente costosos debido a los elevados costes de acabado y también son difíciles de reciclar.
El AAC ordinario también consiste en una gran cantidad de poros y burbujas que pueden contener simultáneamente determinada cantidad de agua. Se encuentra que esta agua está presente incluso cuando el AAC ordinario se encuentra en un entorno de uso habitual. Dado que el AAC ordinario tiene una gran cantidad de burbujas de aire en su interior, el dióxido de carbono del aire puede infiltrarse dentro del AAC ordinario con el tiempo para iniciar la descomposición del elemento de unión de tobermorita. El dióxido de carbono infiltrado también puede disolverse en agua de este tipo, donde también está presente calcio procedente de diversos componentes.
Además, el agua presente en el AAC ordinario también ayuda en la reacción entre el calcio y el dióxido de carbono para formar carbonato de calcio como precipitado. Esto generalmente se denomina “ carbonatación” . Este fenómeno de carbonatación suele producirse en materiales de hormigón convencionales. Como resultado de la carbonatación, la estructura del hormigón se vuelve densa y su resistencia aumenta, mientras que disminuye su adsorción de agua. Al mismo tiempo se producen otros fenómenos, por ejemplo, la contracción de la estructura (matriz), la formación de microfisuras y la pérdida de resistencia debido a la oxidación del refuerzo de hierro que acompaña a la neutralización. Pueden surgir fenómenos similares con el AAC ordinario. En el AAC ordinario, cuando dicha carbonatación se produce excesivamente durante un largo período de tiempo, la contracción de la matriz mencionada anteriormente puede causar problemas que acompañan a la carbonatación del mismo modo que en el caso de los materiales de hormigón convencionales. La carbonatación excesiva puede convertirse en un problema grave.
Recientemente, ha surgido una forma revolucionaria de cemento basada en materiales de silicato de calcio carbonatable como un sustituto prometedor de los cementos tradicionales. La producción de cementos a base de silicato de calcio carbonatable implica una reducción significativa de las emisiones de CO<2>y del consumo de energía. Además, este nuevo cemento secuestra CO<2>cuando se cura para formar productos de hormigón porque se necesita CO<2>para reaccionar con los materiales de silicato de calcio carbonatable durante el proceso de curado para formar productos de hormigón.
Para evitar en principio problemas tales como la carbonatación en hormigones y AAC ordinarios, el documento WO2012/122031A y la Pat. de EE.UU. N.° 9.868.667 B2 describen una matriz de unión mejorada en lugar del cemento, hormigón u otro material cerámico convencional, tal como CaO-2SiO<2>-4H<2>O y CaO. H<2>O u otro cemento Portland débilmente hidratado. El elemento de unión de tal matriz de unión está compuesto, por ejemplo, por una partícula precursora de silicato de calcio (CaSiO<3>).
Más particularmente, el elemento de unión ya está suficientemente carbonatado en el momento de la producción, por lo que se evitan al menos los problemas de carbonatación que se producen con el paso del tiempo en los hormigones y el AAC ordinario de la técnica anterior. Este elemento de unión se puede formar mediante el método de sinterización hidrotérmica en fase líquida asistida por gas.
Además, el documento WO2014/165252A describe un material curado por carbonatación constituido por un material compuesto celular usando una composición de silicato de calcio carbonatable y un proceso de producción del mismo. El documento WO2014/165252A describe un material compuesto celular hecho a partir de composiciones de silicato de calcio donde una pluralidad de huecos comprenden canales en forma de burbuja y/o interconectados que representan del 50 % en volumen al 80 % en volumen del material compuesto y donde el material compuesto exhibe una densidad de aproximadamente 300 kg/m<3>a 1500 kg/m<3>, exhibe una resistencia a la compresión de aproximadamente 2,0 MPa a aproximadamente 8,5 MPa (N/mm<2>) y exhibe una resistencia a la flexión de aproximadamente 0,4 MPa a aproximadamente 1,7 MPa.
En un material compuesto celular elaborado a partir de una composición de silicato de calcio carbonatable, no se requiere la atmósfera de alta temperatura y alta presión del AAC ordinario y la esterilización en autoclave resulta innecesaria. Es posible reducir significativamente la temperatura en el momento del curado. Es decir, en un material compuesto celular que usa una composición de silicato de calcio carbonatable, la carbonatación se usa para el propio curado, por lo que la carbonatación después de la producción se puede reducir en gran medida y se puede eliminar fundamentalmente la aparición de problemas en el caso de un AAC ordinario asociado con una carbonatación excesiva.
Además, el documento WO2016/187178 describe un material compuesto celular producido a partir de una composición de silicato de calcio carbonatable que tiene una resistencia a la compresión equivalente al AAC ordinario a sustancialmente la misma densidad. El documento WO2016/187178 describe que los poros que tienen un radio de 0,004 |jm a 10,0 jm están en su mayoría saturados con agua antes de la carbonatación. A medida que la composición de silicato de calcio carbonatable experimenta carbonatación, estos poros se llenan eficazmente mediante precipitación de carbonato de calcio. Los poros en el volumen de burbujas que tienen un radio de 10,0 jm o más no están saturados con agua antes de la carbonatación, por lo que en estas burbujas el carbonato de calcio precipita sólo dentro de la capa de agua adsorbida. El volumen de las burbujas también se puede controlar mediante la dosificación del agente espumante (agente aireador), por ejemplo, aluminio metálico. Además del control del volumen de las burbujas de aire, es muy importante controlar la densificación de la parte sólida que soporta las burbujas de aire. El control efectivo del volumen de los poros afecta en gran medida a la resistencia a la compresión. El documento US 2015/056437 A1 describe un proceso para producir un artículo de un material compuesto celular.
El hormigón prefabricado se usa ampliamente en muchas aplicaciones diferentes e implica la colada de hormigón en formas reutilizables que a menudo se curan en condiciones controladas. En muchas aplicaciones que involucran materiales compuestos celulares, las cualidades estéticas son tan importantes como las propiedades físicas o mecánicas de los productos. Como resultado, gran parte del valor de muchos productos prefabricados de hormigón ligero depende del cumplimiento de criterios estéticos rigurosos y, a menudo, muy exigentes.
Por lo tanto, existe la necesidad, en el campo de la producción de hormigón celular a partir de cementos a base de silicato de calcio carbonatable, de materiales de bajo coste y metodologías fiables y eficientes que consigan excelentes propiedades mecánicas y de durabilidad acompañadas de altas cualidades estéticas en productos de hormigón ligero.
Resumen de la invención
La invención proporciona novedosos métodos y composiciones para mejorar las propiedades físicas (por ejemplo, propiedades mecánicas y de durabilidad) de productos de hormigón celular fabricados a partir de cementos a base de silicato de calcio carbonatable (también denominados “ cemento Solidia” ) que comprenden partículas de silicato de calcio trituradas.
El proceso de producción de hormigón celular (a veces denominado “ ligero” ) descrito en la presente memoria implica el uso de aditivos minerales especialmente seleccionados, típicamente óxido de magnesio en partículas gruesas, finas y ultrafinas o en forma de polvo o sales de magnesio solubles en agua, tales como cloruro de magnesio, nitrato de magnesio, sulfato de magnesio o acetato de magnesio, para mejorar las propiedades de los productos de hormigón celular, especialmente en diversas aplicaciones de prefabricados.
Por ejemplo, se usa polvo de acetato de magnesio para mejorar la resistencia de productos de hormigón fabricados a partir de cementos a base de silicato de calcio carbonatable mediante morfologías cristalinas inducidas tales como aragonito en lugar de calcita. También puede emplearse óxido de magnesio fino en un proceso de curado por carbonatación acelerada para estabilizar polimorfos de carbonato de calcio como tal calcita de Mg (magnesiana), aragonito y dolomita y mejorar las propiedades físicas de los aglutinantes a base de silicato de calcio.
La invención es como se define en las reivindicaciones adjuntas. El proceso según la invención incluye: formar una mezcla o lechada húmeda, en donde la lechada comprende agua, partículas de carga que comprenden CaO que tienen un tamaño de partícula de 0,1 pm a 1000 pm, partículas de silicato de calcio trituradas, uno o más minerales que comprenden acetato de magnesio y/u óxido de magnesio, y un agente aireador tiene una relación de agua/sólido (A/S) de 1,0 o menos; colar la lechada en un molde; permitir que el agente aireador genere hidrógeno gaseoso provocando, de este modo, la expansión del volumen (o formación de espuma) de la lechada; curar previamente la mezcla expandida obtenida hasta una dureza que permita sacarla del molde y moverla; cortar con alambre la mezcla expandida curada previamente obtenida hasta darle la forma deseada del producto; y hacer que la mezcla expandida cortada con alambre se cure a presión ordinaria, 20 °C o más de temperatura, una humedad relativa del 1 % al 90 %, preferiblemente del 5 al 50 %, más preferiblemente del 5 al 30 %, en una atmósfera de concentración de CO<2>gaseoso del 5 % al 95 % durante aproximadamente 6 horas a aproximadamente 60 horas.
En ciertas realizaciones, el acetato de magnesio en el uno o más minerales representa de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 10 % en peso de las partículas de silicato de calcio trituradas.
En ciertas realizaciones, el óxido de magnesio en el uno o más minerales representa de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 20 % (por ejemplo, de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 20 %, de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 20 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 20 %, de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 20 %, de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 10 %, de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 5 %, de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 1 %, de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 0,1 %), en peso de las partículas de silicato de calcio trituradas.
En otro aspecto, la invención se refiere a un producto de hormigón celular producido mediante un proceso descrito en la presente memoria.
Breve descripción de los dibujos
Los objetos y características de la invención pueden entenderse mejor con referencia a los dibujos descritos a continuación, y las reivindicaciones. Los dibujos no están necesariamente a escala, sino que generalmente se hace énfasis en ilustrar los principios de la invención. En los dibujos, números similares se utilizan para indicar partes similares a lo largo de las diversas vistas.
Figura 1.Imagen de microscopio electrónico de barrido (SEM) de Solidio celular curado con CO<2>que contenía aditivos tanto de MgO (7,5 % en peso de sólidos) como de acetato de magnesio (0,4 % en peso de sólidos) a la lechada a base de cemento Solidia.Figura 1a:Imagen de bajo aumento que representa el carácter poroso de la muestra.Figura 1b:Imagen de gran aumento; la muestra contenía dolomita y aragonito como las fases de carbonatación principales, siendo la calcita la fase de carbonatación secundaria.
Figura 2.Imagen SEM de Solidia celular curado con CO<2>que contiene acetato de Mg (5,7 % en peso de sólidos).Figura 2a:Imagen de bajo aumento que muestra la estructura de las burbujas con superficies lisas y densas; las superficies densas de las burbujas ayudan a desarrollar resistencia.Figura 2b:Imagen a gran aumento que muestra el crecimiento de triquitos de aragonito entrelazados en los puntales de los poros, que también ayudan a desarrollar resistencia.
Figura 3.Datos de difracción de rayos X (XRD) de una muestra celular de Solidia curado con CO<2>que contenía de acetato de magnesio al 1,67 % en peso (de sólidos) como aditivo de lechada; la fase principal es aragonito y no quedó en la muestra wollastonita, rankinita ni larnita sin reaccionar.
Figura 4.Fotomicrografía SEM de una muestra celular de Solidia curado con CO<2>que contiene aditivo de lechada de acetato de Mg al 4,5 % en peso (de sólidos).Figura 4a:Burbujas a bajo aumento.Figura 4b:Triquitos (o agujas) de aragonito que cristalizan en las superficies de las burbujas, el entrelazamiento o entremezclado de estos triquitos ayuda a desarrollar resistencia.
Descripción detallada de la invención
La invención proporciona un enfoque novedoso para mejorar las propiedades físicas de productos de hormigón ligero o de baja densidad, tales como productos de hormigón celular, elaborados a partir de cementos a base de silicato de calcio carbonatable que comprenden partículas de silicato de calcio trituradas.
El proceso de producción de hormigón celular descrito en la presente memoria implica el uso de acetato de magnesio y/u óxido de magnesio en forma de polvo, para mejorar las propiedades de los productos de hormigón celular.
En la presente memoria se explican en detalle realizaciones de ejemplo de la presente invención.
Los cementos y hormigones a base de silicato de calcio carbonatable son un sustituto revolucionario de los productos de cemento y hormigón convencionales. Estos materiales se pueden producir y utilizar con un consumo de energía y emisiones de CO<2>significativamente reducidos. Las composiciones de silicato de calcio carbonatable se elaboran a partir de materias primas de bajo coste y ampliamente disponibles mediante un proceso adecuado para la producción a gran escala con equipos y requisitos de producción flexibles. Este enfoque único va acompañado de una notable habilidad para secuestrar CO<2>de forma permanente y segura. Una amplia diversidad de aplicaciones puede beneficiarse de la invención a través de un mejor consumo de energía y una huella de carbono más deseable, desde construcción, pavimentos y paisajismo, hasta infraestructura y transporte.
El uso particular de la invención implica cementos a base de silicato de calcio que generan resistencia a través de procesos de reacción de carbonatación en donde se secuestra dióxido de carbono en presencia de agua. Si bien el agua es necesaria para determinadas disposiciones, tales como la dispersión y la formación, no es un componente principal de los productos de reacción finales.
Además, se ha descubierto que la adición de determinadas composiciones minerales (acetato de magnesio y/u óxido de magnesio) a una mezcla de hormigón también puede mejorar significativamente las propiedades mecánicas y la durabilidad de un producto celular.
Sin desear quedar ligado a la teoría, la generación de resistencia durante la carbonatación de partículas de silicato de calcio, que no tienen el mineral hidráulico hatrurita (C3S) y que poseen una relación molar de Ca/Si mucho menor que la del cemento Portland ordinario, procede en dos etapas: (i) la formación de una capa amorfa por rayos X de gel rico en silicatos (o deficiente en Ca), a través de la cual el Ca<2+>debe difundirse hacia la superficie externa que está en contacto con el CO<2>(g), en las partículas de silicato de calcio trituradas, y (ii) la formación de cristales de CaCO<3>individuales en esa capa de gel amorfa por rayos X y la posterior evolución de dichos cristales de CaCO<3>individuales en una red 3D interconectada y entremezclada de CaCO<3>.
Se encontró que la adición intencional de un catión alcalinotérreo con un radio iónico menor que el de Ca<2+>(114 pm), tal como Mg<2+>(86 pm), como se describe en la presente memoria, es eficaz para disminuir la cantidad de silicato de calcio sin reaccionar restante al final de la carbonatación, lo que dio como resultado aumentos notables de resistencia. El Mg<2+>es capaz de difundir mayores distancias a través del primer producto de curado con CO<2>(es decir, de desgaste) (que es una capa de gel a base de silicato amorfo por rayos X, deficiente en Ca) que se forma sobre las partículas de cemento a base de silicato de calcio. Los iones de Mg<2+>pueden provenir de uno o más de los siguientes; magnesio, acetato de magnesio, óxido de magnesio, sulfato de magnesio, nitrato de magnesio o cloruro de magnesio.
El magnesio, el óxido de magnesio o la sal de magnesio soluble en agua añadidos a la porción líquida o de lechada de una mezcla de hormigón pueden carbonatarse a continuaciónin situ,durante el curado con CO<2>, en uno o más de aragonito (CaCO<3>), calcita de Mg (magnesiana), magnesita (MgCO<3>), dolomita (CaMg(CO<3>)<2>), hidromagnesita (Mg<5>(CO<3>)<4>(OH)<2>-4H<2>O), nesquehonita (Mg(HCO<a>)(OH)-2H<2>O o MgCO<3>-3H<2>O), dipingita (Mg<5>(CO<3>)<4>(OH)<2>-5H<2>O), artinita (Mg<2>CO<3>(OH)<2>-3H<2>O), barringtonita, (MgCO<3>-2H<2>O), o lansfordita (MgCO<3>-5H<2>O). La formación de tales fases hidratadas da como resultado la eliminación de aguain situde su entorno inmediato. Estas fases básicas (es decir, con valores de pH intrínsecos por encima del neutro) generalmente cristalizan en formas aciculares o de agujas y el entrelazado/entremezcla de estas agujas entre sí ayuda aún más a aumentar la resistencia de los productos. La formación de tales agujas o cristales en forma de triquitos de carbonato de calcio, carbonatos de magnesio, carbonatos de calcio y magnesio, hidroxicarbonatos de magnesio y/o carbonatos de magnesio hidratados puede alterar positivamente la naturaleza y el grado de generación y conservación de la resistencia.
También se demostró que la pequeña presencia de iones de acetato y/o ácido acético en las aguas de formación de lotes de hormigón y mortero aumenta la resistencia media en las muestras a base de silicato de calcio tras la carbonatación.
En marcado contraste con el sistema de CaO-CO<2>-H<2>O, el diagrama ternario de MgO-CO<2>-H<2>O presenta una serie de fases hidratadas y carbonatadas (por ejemplo, magnesita, hidromagnesita, nesquehonita, dipingita, barringtonita, protohidromagnesita, artinita y lansfordita).
Se encontró que la adición de sales de magnesio solubles en agua, o polvos de magnesio u óxido de magnesio, en diferentes grados de distribución o distribuciones del tamaño de partícula y reactividad, a los lotes húmedos de muestras de pasta, mortero y hormigón ayuda a generar resistencia tras la carbonatación en atmósferas húmedas mediante la formación de cristales de una o más de las fases mencionadas anteriormente del sistema de MgO-CO<2>-H<2>O. La adición de una pequeña cantidad de sal soluble en agua de acetato de magnesio (Mg(CH<3>COO)<2>-4H<2>O) o una solución de valor de pH controlado formada disolviendo una cantidad prescrita de polvo de MgO en un volumen prescrito de ácido acético diluido en el agua de formación de muestras de pasta, mortero u hormigón dio como resultado un notable aumento de la resistencia tras la carbonatación.
Se demostró que el magnesio, cuando está presente incluso en concentraciones bajas (<1 %), es un fuerte promotor de aragonito cuando está presente en sistemas acuosos propensos a nuclear CaCO<3>, independientemente de la temperatura de procesamiento.
En un aspecto, la invención se refiere generalmente a un proceso de producción de un material compuesto celular. El proceso incluye: formar una lechada, en donde la lechada comprende agua, partículas de silicato de calcio trituradas, partículas de carga que comprenden CaO que tienen un tamaño de partícula de 0,1 jm a 1000 |jm, uno o más minerales que comprenden sal de magnesio y/u óxido de magnesio, y un agente aireador tiene una relación de agua/sólido (A/S) de 1,0 o menos; colar la lechada en un molde rígido; permitir que el agente aireador genere hidrógeno gaseoso provocando, de este modo, la expansión del volumen de la lechada; curar previamente la mezcla expandida obtenida hasta una dureza que permita sacarla del molde y moverla; cortar con alambre la mezcla expandida curada previamente obtenida hasta darle la forma deseada del producto; y hacer que la mezcla expandida cortada cure a presión ordinaria, 30 °C o más de temperatura, una humedad relativa de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 90 % (por ejemplo, de aproximadamente el 5 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 60 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 80 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 70 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 60 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 50 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 40 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 30 %) o más, y una atmósfera de una concentración de CO2 gaseoso de aproximadamente el
10 % a aproximadamente el 95 % (por ejemplo, de aproximadamente el 20 % a aproximadamente el 95 %, de aproximadamente el 30 % a aproximadamente el 95 %, de aproximadamente el 40 % a aproximadam aproximadamente el 50 % a aproximadamente el 95 %, de aproximadamente el 10 % a aproximadam aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 75 %, de aproximadamente el 10 % a aproximadam aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 50 %, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 30 %) durante aproximadamente 6 horas a aproximadamente 60 horas (por ejemplo, de aproximadamente 12 horas a aproximadamente 60 horas, de aproximadamente 24 horas a aproximadamente 60 horas, de aproximadamente
36 horas a aproximadamente 60 horas, de aproximadamente 6 horas a aproximadamente 48 horas, de aproximadamente 6 horas a aproximadamente 36 horas, de aproximadamente 6 horas a aproximadamente 24 horas, de aproximadamente 6 horas a aproximadamente 12 horas).
En ciertas realizaciones, el acetato de magnesio en el uno o más minerales representa de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 10 % (por ejemplo, de aproximadamente el 0,05 % a aproximadamente el 2,5 %, de aproximadamente el 0,05 % a aproximadamente el 2,0 %, de aproximadamente el 0,05 % a aproximadamente 1,5 %, de aproximadamente el 0,05 % a aproximadamente el 1 %, de aproximadamente el 0,05 % a aproximadamente el
0,5 %, de aproximadamente el 0,05 % a aproximadamente el 0,1 %, de aproximadamente el 0,1 % a aproximadamente el 3 %, de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 10 %, de aproximadamente el 1 % a aproximadamente el 10 %, de aproximadamente el 1,5 % a aproximadamente el 10 %, de aproximadamente el 0,5 % a aproximadamente el 2 %, de aproximadamente el 0,2 % a aproximadamente el 1 %) en peso de las partículas de silicato de calcio trituradas.
En ciertas realizaciones de la invención, se añaden acetato de magnesio y/u óxido de magnesio de modo que los iones de magnesio en solución puedan mejorar la reactividad de las fases de silicato que contienen calcio mediante la modificación de redes de silicato que contienen calcio.
En ciertas realizaciones de la invención, se añade acetato de magnesio y/u óxido de magnesio en pequeños porcentajes a mezclas de cemento a base de silicato de calcio carbonatable para promover la formación de fases de calcita de Mg, tales como magnesiana.
En ciertas realizaciones de la invención, se añade acetato de magnesio y/u óxido de magnesio a mezclas de cemento a base de silicato de calcio carbonatable para promover la formación de fases aciculares de carbonato de calcio, tales como aragonito.
En ciertas realizaciones de la invención, se añade acetato de magnesio y/u óxido de magnesio a mezclas de cemento carbonatable a base de silicato de calcio para promover la formación de dolomita.
En ciertas realizaciones de la invención, se añade acetato de magnesio y/u óxido de magnesio a mezclas de cemento a base de silicato de calcio carbonatable para estabilizar calcita de Mg y/o aragonito y alterar el porcentaje de fase de vaterita.
En ciertas realizaciones de la invención, se añade acetato de magnesio y/u óxido de magnesio a mezclas de cemento a base de silicato de calcio carbonatable para aumentar el grado de carbonatación y secuestro de dióxido de carbono.
En ciertas realizaciones, las partículas de silicato de calcio trituradas comprenden una o más de un grupo de fases de silicato de calcio seleccionadas de CS (wollastonita o pseudowollastonita), C3S2 (rankinita), C2S (belita, larnita, bredigita), una fase de silicato de calcio amorfo, cada uno de cuyo material comprende opcionalmente uno o más iones u óxidos metálicos, o mezclas de los mismos.
En ciertas realizaciones, en el cemento a base de silicato de calcio carbonatable, están presentes Ca elemental y Si elemental en la composición en una relación molar de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,5 y están presentes óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en la composición en aproximadamente el 30 % o menos en masa.
En ciertas realizaciones, la temperatura en la etapa de carbonatación está en un intervalo de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 90 °C (por ejemplo, de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 80 °C, de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 70 °C, de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 60 °C, de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 50 °C, de aproximadamente 25 °C a aproximadamente 40 °C, de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 40 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 50 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 60 °C a aproximadamente 90 °C, de aproximadamente 70 °C a aproximadamente 90 °C).
En ciertas realizaciones, la humedad relativa en la etapa de carbonatación es de aproximadamente el 10 % o más (por ejemplo, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 90 %, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 70 %, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 50 %, de aproximadamente el 10 % a aproximadamente el 30 %).
En ciertas realizaciones, el tiempo en la etapa de carbonatación es de 6 horas o más (por ejemplo, 10 horas, 20 horas, 50 horas, 60 horas, 70 horas, 80 horas o más).
En ciertas realizaciones, el proceso incluye además ajustar el pH de la mezcla de hormigón de aproximadamente 9 a aproximadamente 12 (por ejemplo, de aproximadamente 9 a aproximadamente 11,5, de aproximadamente 9 a aproximadamente 11, de aproximadamente 9 a aproximadamente 10,5, de aproximadamente 9 a aproximadamente 10, de aproximadamente 9,5 a aproximadamente 12, de aproximadamente 10 a aproximadamente 12, de aproximadamente 10,5 a aproximadamente 12, de aproximadamente 11 a aproximadamente 12, de aproximadamente 9,5 a aproximadamente 11,5) antes de colar la lechada en un molde.
En ciertas realizaciones, la lechada comprende además un dispersante o superplastificante.
En ciertas realizaciones, el dispersante o superplastificante comprende un polímero a base de policarboxilato.
En otro aspecto, la invención se refiere a un producto de hormigón celular producido mediante un proceso descrito en la presente memoria.
Los productos de hormigón celular de ejemplo incluyen bloques, paneles, dinteles y unidades de mampostería de hormigón.
En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,5. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,2. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,15. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,5. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,2. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,8 a aproximadamente 1,15. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,85 a aproximadamente 1,15. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,90 a aproximadamente 1,10. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,95 a aproximadamente 1,05. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,98 a aproximadamente 1,02. En ciertas realizaciones preferidas, la relación molar de Ca con respecto a Si de la composición es de aproximadamente 0,99 a aproximadamente 1,01.
Los óxidos metálicos de Al, Fe y Mg contenidos en la composición de silicato de calcio generalmente se controlan para que sean inferiores a aproximadamente el 30 %. En ciertas realizaciones preferidas, la composición tiene aproximadamente el 20 % o menos de óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en masa total de óxido. En ciertas realizaciones preferidas, la composición tiene aproximadamente el 15 % o menos de óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en masa total de óxido. En ciertas realizaciones preferidas, la composición tiene aproximadamente el 12 % o menos de óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en masa total de óxido. En ciertas realizaciones preferidas, la composición tiene aproximadamente el 10 % o menos de óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en masa total de óxido. En ciertas realizaciones preferidas, la composición tiene aproximadamente el 5 % o menos de óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en masa total de óxido.
Las composiciones de silicato de calcio pueden contener fases de silicato de calcio amorfo (no cristalino) además de las fases cristalinas descritas anteriormente. La fase amorfa puede incorporar adicionalmente iones de Al, Fe y Mg y otros iones de impurezas presentes en las materias primas.
Las composiciones de silicato de calcio también pueden incluir pequeñas cantidades de CaO (cal) y SÍO<2>(sílice) residuales. La composición de silicato de calcio también puede incluir pequeñas cantidades de C3S (alita, Ca<a>SiO<s>) o polvo de cemento Portland.
La fase C2S presente dentro de la composición de silicato de calcio puede existir en cualquier polimorfo de a-Ca<2>SiO<4>, p-Ca<2>SiO<4>o Y-Ca<2>SiO<4>o una combinación de los mismos.
Las composiciones de silicato de calcio también pueden incluir cantidades de fases inertes tales como minerales de tipo melilita (melilita o gehlenita o akermanita) con la fórmula general (Ca,Na,K)<2>[(Mg, Fe<2+>,Fe<3+>,Al,Si)<3>O<7>] y minerales tipo ferrita (ferrita o brownmillerita o C4AF) con la fórmula general Ca<2>(Al,Fe<3+>)<2>O<5>. En ciertas realizaciones, la composición de silicato de calcio está compuesta únicamente por fases amorfas. En ciertas realizaciones, el silicato de calcio comprende únicamente fases cristalinas. En ciertas realizaciones, parte de la composición de silicato de calcio existe en una fase amorfa y parte existe en una fase cristalina.
En ciertas realizaciones, la composición de silicato de calcio incluye las fases reactivas que están presentes en aproximadamente el 50 % o más (por ejemplo, aproximadamente el 55 % o más, aproximadamente el 60 % o más, aproximadamente el 65 % o más, aproximadamente el 70 % o más, aproximadamente el 75 % o más, aproximadamente el 80 % o más, aproximadamente el 85 % o más, aproximadamente el 90 % o más, aproximadamente el 95 % o más) en masa.
En ciertas realizaciones, la composición de silicato de calcio incluye aproximadamente el 20 % o menos de óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en masa total de óxido.
Puede usar cualquier composición de silicato de calcio adecuada como precursor de los elementos de unión. Como se usa en la presente memoria, la expresión “ composición de silicato de calcio” generalmente se refiere a minerales de origen natural o materiales sintéticos que están compuestos por una o más de un grupo de fases de silicato de calcio que incluyendo CS (wollastonita o pseudowollastonita y, a veces, CaSiO<3>o CaOSiO<2>formulados), C3S2 (rankinita, y a veces formulada como Ca<3>Si<2>O<7>o 3CaO2SiO<2>), C2S (belita, p-Ca<2>SiO<4>o larnita, p-Ca<7>Mg(SiO<4>)<4>o bredigita, a-Ca<2>SiO<4>o Y-Ca<2>SiO<4>, y a veces formulada como Ca<2>SiO<4>o 2CaOSiO<2>), una fase amorfa a base de silicato de calcio, cada uno de cuyos materiales puede incluir uno o más iones y óxidos metálicos (por ejemplo, óxidos de aluminio, magnesio, hierro o manganeso), o mezclas de los mismos, o puede incluir una cantidad de silicato de magnesio en una o más formas de origen natural o sintéticas que varían desde una cantidad traza (1 %) hasta aproximadamente el 50 % o más en peso.
Cabe señalar que preferiblemente las composiciones de silicato de calcio carbonatable de la invención no se hidratan. Sin embargo, pueden estar presentes cantidades menores de fases de silicato de calcio hidratables (por ejemplo, C2S, C3S y CaO). El C2S exhibe una cinética de hidratación lenta cuando se expone al agua y se convierte rápidamente en CaCO<3>durante los procesos de curado con CO<2>. El C3S y el CaO se hidratan rápidamente al exponerse al agua y, por lo tanto, deben limitarse a <5 % en masa.
Debe entenderse que las composiciones, fases y métodos de silicato de calcio descritos en la presente memoria se pueden adoptar para usar fases de silicato de magnesio en lugar de o además de fases de silicato de calcio. Como se usa en la presente memoria, la expresión “ silicato de magnesio” se refiere a minerales de origen natural o materiales sintéticos que están compuestos por uno o más de un grupo de compuestos que contienen magnesio-silicio incluyendo, por ejemplo, Mg<2>SiO<4>(también conocido como “ forsterita” ) y Mg<3>Si<4>O<i 0>(OH)<2>(también conocido como “talco” ) y CaMgSiO<4>(también conocido como “ monticellita” ), cada uno de cuyos materiales puede incluir uno o más iones y óxidos metálicos (por ejemplo, óxidos de calcio, aluminio, hierro u manganeso), o mezclas de los mismos, o puede incluir una cantidad de silicato de calcio en una o más formas de origen natural o sintéticas que varían desde una cantidad traza (1 %) hasta aproximadamente el 50 % o más en peso.
Una utilidad principal de la composición carbonatable es que se puede carbonatar para formar materiales compuestos ligeros que son útiles en una diversidad de aplicaciones. La carbonatación, por ejemplo, se puede realizar haciéndola reaccionar con CO<2>mediante un proceso controlado de sinterización hidrotérmica en fase líquida (HLPS, por sus siglas en inglés) para crear elementos de unión que mantienen unidos los diversos componentes del material compuesto. Por ejemplo, en realizaciones preferidas, se usa CO<2>como especie reactiva, lo que da como resultado el secuestro de CO<2>y la creación de elementos de unión en los materiales compuestos producidos con una huella de carbono incomparable con cualquier tecnología de producción existente. El proceso HLPS es accionado termodinámicamente por la energía libre de la(s) reacción(es) química(s) y la reducción de la energía superficial (área) causada por el crecimiento cristalino. La cinética del proceso HLPS transcurre a una velocidad razonable a baja temperatura porque se usa una solución (acuosa o no acuosa) para transportar especies reactivas en lugar de usar un medio de alto punto de fusión o un medio de estado sólido a alta temperatura.
Se pueden encontrar análisis de diversas características de los cementos a base de silicato de calcio carbonatable HLPS, carbonatación y formación de elementos de unión, aparatos y procesos de los mismos, cementos a base de silicato de calcio carbonatable, carbonatación y formación de elementos de unión, aparatos y procesos de los mismos, y temas relacionados en la Patente de EE.UU. N.° 8.114.367, la Pub. de EE.UU. N.° US 2009/0143211 (Sol. N.° de serie 12/271.566), Pub. de EE.UU. N.° US 2011/0104469 (Sol. N.° de serie 12/984.299), Pub. de EE.UU. N.° 2009/0142578 (Sol. N.° de serie 12/271.513), Pub. de EE.UU. N.° 2013/0122267 (Sol. N.° de serie 13/411.218), Pub. de EE.UU. N.° 2012/0312194 (Sol. N.° de serie 13/491.098), documentos WO 2009/102360 (PCT/US2008/083606), WO 2011/053598 (PCT/US2010/054146), WO 2011/090967 (PCT/US2011/021623), Solicitud de Patente Provisional de EE.UU. N.° 61/708.423, presentada el 1 de octubre de 2012, y Pub. de EE.UU. N.° 2014/0127450 (Sol. N.° de serie 14/045.758), Pub. de EE.UU. N.° 2015/0266778 (Sol. N.° de serie 14/045.519), Pub. de EE.UU . N.° 2014/0127458 (Sol. N.° de serie 14/045.766), Pub. de EE.UU . N.° 2014/0342124 (Sol. N.° de serie 14/045.540), Pub. de EE.UU. N.° 2014/0272216 (Sol. N.° de serie 14/207.413), Pub. de EE.UU . N.° 2014/0263683 (Sol. N.° de serie 14/207.421), Pub. de Pat. de EE.UU. N.° 2014/0314990 (Sol. N.° de serie 14/207.920), Pat. de EE.UU. N.° 9.221.027 (Sol. N.° de serie 14/209.238), Pub. de EE.UU. N.° 2014/0363665 (Sol. N.° de serie 14/295.601), Pub. de EE.UU. N.° 2014/0361471 (Sol. N.° de serie 14/295.402), Pub. de EE.UU. N.° 2016/0355439 (Sol . N.° de serie 14/506.079), Pub. de EE.UU . N.° 2015/0225295 (Sol. N.° de serie 14/602.313), Pub. de EE.UU.
(Sol. N.° de serie 14/463.901), Pub. de EE.UU . N.° 2016/0168720 (Sol. N.° deserie 14/584.249), Pub. de EE.UU . N.° 2015/0336852 (Sol. N.° de serie 14/818.629), Pub. de EE.UU. N.° 2016/0031757 (Sol. N.° de serie 14/817.193), Pub. de EE.UU . N.° 2016/0272544 (Sol. N.° de serie 15/074.659), Pub. de EE.UU . N.° 2016/0096773 (Sol. N.° de serie 14/874.350), Pub. de EE.UU.
(Sol. N.° de serie 14/715.497), Pub. de EE.UU . N.° 2016/0272545 (Sol. N.° de serie 15/074.692), Pub. de EE.UU . N.° 2017/0102373 (Sol. N.° de serie 15/290.328), Pub. de EE.UU.
(Sol. N.° de serie 15/335.520), Pub. de EE.UU . N.° 2017/0204010 (Sol. N.° de serie 15/409.352), Pub. de EE.UU . N.° 2017/0253530 (Sol. N.° de serie 15/449.736), Pub. de EE.UU. N.° 2017/0260096 (Sol. N.° de serie 15/451.344), Pub. de EE.UU. N.° 2017/0320781 (Sol. N.° de serie 15/587.705), Pub. de EE.UU. N.° US 2017/0341989 (Sol. N.° de serie 15/609.908), Sol. de EE.UU. N.° de serie 15/716.392, presentada el 26 de septiembre de 2017, Sol. de EE.UU. N.° de serie 15/831.135, presentada el 4 de diciembre de 2017.
En realizaciones de ejemplo de carbonatación de la composición de silicato de calcio de la invención, se usan partículas de silicato de calcio trituradas. Las partículas de silicato de calcio trituradas pueden tener un tamaño de partícula medio de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 100 pm (por ejemplo, de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 80 pm, de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 60 pm; de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 50 pm, de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 40 pm; de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 30 pm, de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 20 pm; de aproximadamente 1 pm a aproximadamente 10 pm, de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 90 pm de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 80 pm, de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 70 pm de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 60 pm, de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 50 pm de aproximadamente 5 pm a aproximadamente 40 pm, de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 80 pm, de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 70 pm, de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 60 pm, de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 50 pm, de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 40 pm, de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 30 pm, de aproximadamente 10 pm a aproximadamente 20 pm, aproximadamente 1 pm, 10 pm, 15 pm, 20 pm, 25 pm, 30 pm, 40 pm, 50 pm, 60 pm, 70 pm, 80 pm, 90 pm, 100 pm), una densidad aparente de aproximadamente 0,5 g/ml a aproximadamente 3,5 g/ml (suelta, por ejemplo, 0,5 g/ml, 1,0 g/ml, 1,5 g/ml, 2,0 g/ml, 2,5 g/ml, 2,8 g/ml, 3,0 g/ml, 3,5 g/ml) y de aproximadamente 1,0 g/ml a aproximadamente 1,2 g/ml (asentada), un área superficial de Blaine de aproximadamente 150 m2/kg a aproximadamente 700 m2/kg (por ejemplo, 150 m2/kg, 200 m2/kg, 250 m2/kg, 300 m2/kg, 350 m2/kg, 400 m2/kg, 450 m2/kg, 500 m2/kg, 550 m2/kg, 600 m2/kg, 650 m2/kg, 700 m2/kg). En realizaciones de carbonatación de ejemplo de la composición de silicato de calcio de la invención, las partículas de silicato de calcio trituradas usadas tienen un tamaño de partícula que tiene un diámetro acumulativo del 10 % superior a 1 pm en la distribución de volumen de la distribución del tamaño de partícula.
Se puede producir una diversidad de productos compuestos celulares usando el proceso descrito en la presente memoria. Los métodos de producción son mucho mejores que los hormigones ligeros convencionales en términos tanto económicos como de impacto medioambiental.
Si se introduce CO<2>(g) en una solución a base de agua que contiene iones de acetato acuosos y si la misma solución contiene algunos iones de Ca<2+>, la reacción de carbonatación a continuación dará como resultado la formación de CaCO<3>sólido (Ec. 1).
2CH<3>COO<->(ac.)+CO<2>(g)+H<2>O (l)+Ca<2+>(ac.) ^ CaCO<3>(s)+2CH<3>COOH (l) (1)
La característica interesante de esta reacción fue su capacidad para generarin situ(a través de carbonatación) ácido acético (CH<3>COOH), que a continuación podría aprovecharse para lixiviar adicionalmente Ca<2+>de las partículas de silicato de Ca sin reaccionar en la cámara de carbonatación, según la reacción a continuación (Ec. 2).
CaSiO<3>(s) 2CH<3>COOH (l) ^ Ca<2+>(ac.) 2CH<3>COO<->(ac.) H<2>O (l) SiO<2>(s) amorfo (2)
En lugar de usar acetato de Ca como sal soluble en agua, el uso de acetato de Mg (es decir, Mg(CH<3>COO)<2>-4H<2>O) proporciona simultáneamente dos cosas:
(a) actuar como fuente de Mg<2+>para promover la formación de aragonito y/o dolomita durante la carbonatación gaseosa, y
(b) generaciónin situde ácido acético (Ec. 1) en la cámara de carbonatación (es decir, curado con CO<2>), seguida de su uso para extraer más iones de Ca<2+>de las partículas de silicato de calcio trituradas sin reaccionar (Ec. 2).
La solución diluida de ácido acético que contiene polvo de MgO disuelto se prepara de la siguiente manera. Se añadieron lentamente 160 g de polvo de MgO reactivo con un tamaño de partícula medio inferior a diez micrómetros a 1755 g de una solución agitada de ácido acético al 50 %. Se añade MgO en polvo en pequeñas porciones y la solución anterior se agita a temperatura ambiente. La disolución de MgO en ácido acético es una reacción levemente exotérmica. Al final de la adición de MgO, la solución de acetato de magnesio resultante es transparente y tiene un color naranja oscuro.
La adición de una pequeña cantidad de sal soluble en agua de acetato de magnesio (Mg(CH<3>COO)<2>-4H<2>O) o una solución, es decir, la solución descrita en el párrafo anterior, de valor de pH controlado formada disolviendo una cantidad prescrita de polvo de MgO en un volumen prescrito de ácido acético diluido en el agua de formación de muestras de lechada, pasta, mortero u hormigón da como resultado un notable aumento de la resistencia tras la carbonatación.
La lechada comprende mezclar los siguientes ingredientes en los porcentajes especificados: las partículas de silicato de calcio trituradas en aproximadamente el 15 % en peso a aproximadamente el 95 % en peso de la mezcla húmeda; el óxido de magnesio en aproximadamente el 0 % en peso a aproximadamente el 10 % en peso de los sólidos totales; el óxido de calcio en aproximadamente el 1 % en peso a aproximadamente el 10 % en peso de sólidos totales; azúcar en aproximadamente el 0,01 % en peso a aproximadamente el 0,08 % en peso de los sólidos totales; el dispersante/superplastificante en aproximadamente el 0,02 % en peso a aproximadamente el 1,0 % en peso de los sólidos totales; cemento Portland ordinario en aproximadamente el 0,1 % en peso a aproximadamente el 35 % en peso de sólidos totales; nitrato de calcio y/o nitrato de magnesio en aproximadamente el 0,001 % en peso al 0,5 % en peso de sólidos totales, sulfato de calcio y/o sulfato de magnesio en aproximadamente el 0,001 % en peso a aproximadamente el 1 % en peso de sólidos totales; ácido acético diluido en aproximadamente el 0,02 % en peso al 5 % en peso de sólidos totales; y el agente generador de H<2>gaseoso en aproximadamente el 0,05 % en peso a aproximadamente el 0,5 % en peso de sólidos totales.
Ejemplos
Este ejemplo de trabajo usa cemento Solidia-PECS (abreviado como Pecs) para producir muestras celulares con las dimensiones finales, curadas con CO<2>, de 25 x 15 x 15 cm o 45 x 25 x 15 cm o 45 x 25 x 30 cm o 70 x 60 x 65 cm. Como aditivo se usa CaO (cal viva). El superplastificante/dispersante usado es BASF Glenium-7500, que se abrevia como G. El tensioactivo usado es un tensioactivo a base de jabón alcalino, abreviado como S. En algunos casos también se usa cemento común o Portland o de fraguado rápido como aditivo, en el intervalo de porcentaje en peso del 0,5 al 25 % (de sólidos en la lechada), y normalmente se abrevia como OPC o RSPC. El MgO usado era un polvo submicrométrico y altamente reactivo. También se usó MgO con tamaños de partícula medios de 10 y 50 micrómetros en las preparaciones de lechada celular Solidia. El acetato de Mg tetrahidrato es una sal de magnesio soluble en agua y se usó en algunos casos, que se abrevia como Mg-Ac. Como alternativa al uso de acetato de magnesio tetrahidrato como aditivo, se introdujeron iones de acetato y magnesio en las lechadas en forma de una solución transparente de color naranja de MgO y ácido acético diluido, que se preparó antes de la etapa de preparación de la lechada. Se usaron nitrato de calcio tetrahidrato, sulfato de calcio, nitrato de magnesio y/o sulfato de magnesio, a niveles de ppm, con el fin de controlar el aumento de la espuma y la estabilidad de la espuma.
Ejemplo 1 (no según la invención)
Se prepara una lechada a base de agua usando el 92,5 % en peso (de sólidos) de Pecs y el 7,5 % de CaO (de sólidos), junto con el 0,13 % (de sólidos) de polvo de Al, el 15 % (de la cantidad de Al añadido) de tensioactivo, y la lechada de colada es capaz de formar una espuma por sí sola. Estas lechadas se pueden preparar usando relaciones de A/S con o sin uso de un superplastificante/dispersante, con relaciones de A/S que varían de 0,35 a 0,70 o superiores. Las muestras celulares curadas con CO<2>de este ejemplo, cuando se analizaron mediante difracción de rayos X (DRX), mostraron calcita como fase principal de carbonatación, sin aragonito. Dichas muestras alcanzaron resistencias a la compresión de aproximadamente 0,2 a 1,9 MPa, en un intervalo de densidad de 450 a 540 kg/m<3>.
Ejemplo 2
Se preparó una lechada a base de agua usando el 1,67 % en peso (de sólidos) de acetato de magnesio tetrahidrato, el 90,83 % en peso (de sólidos) de Pecs y el 7,5 % (de sólidos) de CaO (de sólidos), junto con el 0,143 % (de sólidos) de polvo de Al, el 20 % (de la cantidad de Al añadido) de tensioactivo, y la lechada de colada pudo formar una espuma por sí misma. Estas lechadas se pueden preparar usando relaciones de A/S con o sin uso de un superplastificante/dispersante, con relaciones de A/S que varían de 0,4 a 0,60 o superiores. Las muestras celulares curadas con CO<2>de este ejemplo, cuando se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD), exhibieron triquitos o agujas de aragonito como la fase primaria de carbonatación, mientras que la calcita fue la fase de carbonatación secundaria. Dichas muestras alcanzaron resistencias a la compresión de aproximadamente 1,6 a 3,1 MPa, en un intervalo de densidad de 480 a 490 kg/m<3>.
Ejemplo 3
Se preparó una lechada a base de agua usando el 10 % en peso (de sólidos) de óxido de magnesio de alta reactividad submicrómetrico, el 86 % en peso (de sólidos) de Pecs y el 4 % (de sólidos) de CaO (de sólidos), junto con el 0,143 % (de sólidos) de polvo de Al, el 20 % (de la cantidad de Al añadido) de tensioactivo, y la lechada de colada pudo formar una espuma por sí misma. Estas lechadas se pueden preparar usando relaciones de A/S con o sin uso de un superplastificante/dispersante, con relaciones de A/S que varían de 0,4 a 0,60 o superiores. Las muestras celulares curadas con CO<2>de este ejemplo, cuando se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD), exhibieron aragonito y dolomita como las fases primarias de carbonatación, mientras que la calcita fue la fase de carbonatación secundaria. Dichas muestras alcanzaron resistencias a la compresión de aproximadamente 2,5 MPa, a la densidad de 460 ± 4 kg/m<3>.
Ejemplo 4
Se preparó una lechada a base de agua usando el 7,5 % en peso (de sólidos) de óxido de magnesio de alta reactividad submicrométrico, el 91,3 % en peso (de sólidos) de Pecs, el 1,2 % en peso (de sólidos) de acetato de magnesio tetrahidrato, junto con el 0,135 % (de sólidos) de polvo de Al, el 18 % (de la cantidad de Al añadido) de tensioactivo, y la lechada de colada puede formar una espuma por sí misma. Estas lechadas se pueden preparar usando relaciones de A/S con o sin uso de un superplastificante/dispersante, con relaciones de A/S que varían de 0,4 a 0,60 o superiores. Las muestras celulares curadas con CO<2>de este ejemplo, cuando se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD), exhibieron aragonito y dolomita como las fases primarias de carbonatación, mientras que la calcita fue la fase de carbonatación secundaria. Dichas muestras alcanzaron resistencias a la compresión de aproximadamente 3,65 MPa, a la densidad de 520 ± 10 kg/m<3>.
Ejemplo 5
Se preparó una lechada a base de agua usando el 7,5 % en peso (de sólidos) de óxido de calcio, el 90,83 % en peso (de sólidos) de Pecs, el 1,67 % en peso (de sólidos) de acetato de magnesio tetrahidrato, junto con el 0,13 % (de sólidos) de polvo de Al, el 20 % (de la cantidad de Al añadido) de tensioactivo, y la lechada de colada pudo formar una espuma por sí sola. Estas lechadas se pueden preparar usando relaciones de A/S con o sin uso de un superplastificante/dispersante, con relaciones de A/S que varían de 0,4 a 0,60 o superiores. Las muestras celulares curadas con CO<2>de este ejemplo, cuando se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD), exhibieron triquitos de aragonito como las fases primarias de carbonatación, mientras que la calcita fue la fase de carbonatación secundaria. Dichas muestras alcanzaron resistencias a la compresión de aproximadamente 3,6 MPa, a la densidad de 540 ± 5 kg/m<3>.
Ejemplo 6
Se preparó una lechada a base de agua usando el 7,5 % en peso (de sólidos) de óxido de calcio, el 1 % en peso (de sólidos) de óxido de magnesio de alta reactividad submicrométrico, el 90,3 % en peso (de sólidos) de Pecs, el 1,2 % en peso (de sólidos) de acetato de magnesio tetrahidrato, junto con el 0,143 % (de sólidos) de polvo de Al, el 20 % (de la cantidad de Al añadido) de tensioactivo, y la lechada de colada pudo formar una espuma por sí sola. Estas lechadas se pueden preparar usando relaciones de A/S usando un superplastificante/dispersante, con relaciones de A/S que varían de 0,38 a 0,40. Las muestras celulares curadas con CO<2>de este ejemplo, cuando se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD), exhibieron triquitos de aragonito como las fases primarias de carbonatación, mientras que la calcita fue la fase de carbonatación secundaria. Dichas muestras alcanzaron resistencias a la compresión de aproximadamente 4,7 MPa, a la densidad de 530 ± 5 kg/m<3>.
Ejemplo 7
Se preparó una lechada a base de agua usando el 7,5 % en peso (de sólidos) de óxido de calcio, el 2 % en peso (de sólidos) de OPC (tipo I), el 0,6 % en peso (de sólidos) de óxido de magnesio de alta reactividad submicrométrico, el 88,3 % en peso (de sólidos) de Pecs, el 1,6 % en peso (de sólidos) solución de óxido de magnesio-ácido acético (de color naranja), junto con el 0,10 % (de sólidos) de polvo de Al, el 20 % (de la cantidad de Al añadido) de tensioactivo, y la lechada de colada es capaz de formar una espuma por sí misma. Estas lechadas se pueden preparar usando relaciones de A/S usando un superplastificante/dispersante, con relaciones de A/S que varían de 0,34 a 0,35. Las muestras celulares curadas con CO<2>de este ejemplo, cuando se analizaron mediante difracción de rayos X (XRD), exhibieron triquitos de aragonito como las fases primarias de carbonatación, mientras que la calcita fue la fase de carbonatación secundaria. Dichas muestras alcanzaron resistencias a la compresión de aproximadamente 4,5 a 5,3 MPa, a la densidad de 550 ± 10 kg/m3.
La descripción del solicitante se describe en la presente memoria en realizaciones preferidas con referencia a las figuras, en las que números iguales representan elementos iguales o similares. La referencia a lo largo de esta memoria descriptiva a “ una realización” , o lenguaje similar significa que un rasgo, estructura o característica particulares descritos en relación con la realización está incluida en al menos una realización de la presente invención. Por lo tanto, las apariciones de las expresiones “ en una realización” , y lenguaje similar a lo largo de esta memoria descriptiva pueden referirse, pero no necesariamente, a la misma realización.
Los rasgos, estructuras o características descritos en la descripción del Solicitante pueden combinarse de cualquier manera adecuada en una o más realizaciones. En la descripción de la presente memoria, se mencionan numerosos detalles específicos para proporcionar una comprensión profunda de las realizaciones de la invención. En otros casos, las estructuras, materiales u operaciones ya conocidas no se muestran ni se describen en detalle para evitar complicar los aspectos de la descripción.
En esta memoria descriptiva y en las reivindicaciones adjuntas, las formas singulares “ un” , “ una” y “ el/la” incluyen una referencia plural, a menos que el contexto indique claramente lo contrario.
A menos que se defina lo contrario, todos los términos técnicos y científicos utilizados en este documento tienen el mismo significado que entiende comúnmente un experto en la técnica. Aunque en la práctica o prueba de la presente descripción también se puede usar cualquier método y material similar o equivalente a los descritos en la presente memoria, ahora se describen los métodos y materiales preferidos. Los métodos enumerados en la presente descripción pueden llevarse a cabo en cualquier orden que sea lógicamente posible, además de un orden particular descrito.
Equivalentes
Los ejemplos representativos descritos en la presente memoria están destinados a ayudar a ilustrar la invención y no pretenden ni deben interpretarse como limitantes del alcance de la invención.

Claims (10)

  1. REIVINDICACIONES
    i.Un proceso de producción de un material de hormigón celular, que comprende:
    formar una mezcla o lechada húmeda, en donde la mezcla o lechada húmeda comprende agua,
    partículas de carga que comprenden CaO que tienen un tamaño de partícula de 0,1 pm a 1000 pm, partículas de silicato de calcio trituradas,
    uno o más minerales que comprenden un acetato de magnesio y/u óxido de magnesio, y un agente aireador,
    en donde la mezcla o lechada húmeda tiene una relación de agua/sólido (A/S) de 1,0 o menos; colar la mezcla o lechada húmeda en un molde;
    permitir que el agente aireador genere hidrógeno gaseoso provocando, de este modo, la expansión del volumen de la lechada;
    curar previamente la mezcla expandida obtenida hasta una dureza que permita sacarla del molde y moverla;
    curar la mezcla expandida curada previamente a presión ordinaria, 30 °C o más de temperatura, una humedad relativa del 1 % o más y una atmósfera con una concentración de CO2 gaseoso del 10 al 95 % durante 6 horas a 60 horas.
  2. 2. El proceso según la reivindicación 1, en donde el molde en el que se cuela la mezcla o lechada húmeda tiene la dimensión final de la forma deseada de un producto.
  3. 3. El proceso según la reivindicación 1, en donde la mezcla expandida curada previamente obtenida se corta en una forma de producto deseada antes del curado, opcionalmente, en donde el corte de la mezcla expandida curada previamente se realiza usando una cuerda de piano, un hilo de diamante o una sierra de corte.
  4. 4. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-3, en donde el acetato de magnesio u óxido de magnesio en los uno o más minerales representa de aproximadamente el 0,02 % a aproximadamente el 20 % en peso de las partículas de silicato de calcio trituradas.
  5. 5. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-4, en donde las partículas de silicato de calcio trituradas comprenden una o más de un grupo de fases de silicato de calcio seleccionadas de CS (wollastonita o pseudowollastonita), C3S2 (rankinita), C2S (belita, larnita, bredigita), una fase de silicato de calcio amorfo, cada uno de cuyos materiales comprende, opcionalmente, uno o más iones u óxidos metálicos, o mezclas de los mismos.
  6. 6. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-5, en donde, en las partículas de silicato de calcio trituradas, están presentes Ca elemental y Si elemental en una relación molar de aproximadamente 0,5 a aproximadamente 1,5 y están presentes óxidos metálicos de Al, Fe y Mg en la composición en aproximadamente el 30 % o menos en masa.
  7. 7. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-6, en donde la temperatura en la etapa de carbonatación está en un intervalo de aproximadamente 30 °C a aproximadamente 90 °C, y/o en donde la humedad relativa en la etapa de carbonatación es del 10 % o más y/o en donde el tiempo en la etapa de carbonatación es de 6 horas o más.
  8. 8. El proceso según cualquiera de las reivindicaciones 1-7, en donde la lechada comprende además, un dispersante o superplastificante.
  9. 9. El proceso según la reivindicación 8, en donde el dispersante o superplastificante comprende un polímero a base de policarboxilato.
  10. 10. Un producto de hormigón celular producido mediante el proceso de la reivindicación 1, que comprende uno o más de: aragonito (CaCO3), calcita de Mg (magnesiana), magnesita (MgCO3), dolomita (CaMg(CO3)2), hidromagnesita (Mg5(CO3)4(OH)2-4H2O), nesquehonita (Mg(HCO3)(OH)2H2O o MgCO3-3H2O), dipingita (Mg5(CO3)4(OH)2-5H2O), artinita (Mg2CO3(OH)2-3H2o), barringtonita (MgCO3-2H2O) y lansfordita (MgCO3-5H2O).
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