ES2341425B1 - Particulas de propiedades cementantes, procedimiento de fabricacion ycemento. - Google Patents
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Abstract
Partículas de propiedades cementantes,
procedimiento de fabricación y cemento.
La presente invención concierne a partículas de
propiedades hidráulicas o cementantes, obtenidas por la mezcla de
arcillas, calizas, margas o de productos o subproductos industriales
para conseguir una composición química que tras ser molida y
alimentada en un fluido gaseoso a elevada temperatura funde
adoptando forma esférica maciza o forma de microesfera, y que tras
estabilizarse en estado sólido por medio de un enfriamiento rápido
consigue una alta vitrificación idónea para su reactividad química,
con una superficie mínima con respecto a su masa.
La invención se refiere también a un
procedimiento para la fabricación de dichas partículas o
microesferas y a un cemento compuesto por dichas microesferas.
La presente invención tiene como aplicación la
fabricación de cemento con microesferas como un componente del
cemento.
Description
Partículas de propiedades cementantes,
procedimiento de fabricación y cemento.
La presente invención concierne a partículas de
propiedades hidráulicas o cementantes, obtenidas por la mezcla de
arcillas, calizas, margas o de productos o subproductos industriales
para conseguir una composición química que tras ser molida y
alimentada en un fluido gaseoso a elevada temperatura funde
adoptando forma esférica maciza o forma de microesfera, y que tras
estabilizarse en estado sólido por medio de un enfriamiento rápido
consigue una alta vitrificación idónea para su reactividad química,
con una superficie mínima con respecto a su masa.
La invención se refiere también a un
procedimiento para la fabricación de dichas partículas o
microesferas y a un cemento compuesto por dichas microesferas.
La presente invención tiene como aplicación la
fabricación de cemento con microesferas como un componente del
cemento.
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En el estado de la técnica no son conocidos
productos con las características del producto formado por las
microesferas o partículas objeto de la presente invención.
Únicamente en algunos procesos industriales destinados a otros fines
se obtienen residuos que se aproximan al producto objeto de esta
patente como son las cenizas volantes.
La Norma EN 197-1 que describe y
define los cementos a fabricar en Europa define a las cenizas
volantes como uno de los componentes de los cementos. Lo mismo hacen
las Norma ASTM y el resto de normas de cementos en el resto del
mundo.
Estas definiciones restringen a este material a
que su único origen sea la combustión del carbón en las centrales
térmicas. Según la citada norma europea, las cenizas volantes se
obtienen por precipitación electrostática o mecánica de partículas
pulverulentas arrastradas por los flujos gaseosos de hornos
alimentados con carbón pulverizado. Las cenizas obtenidas por otros
métodos no se deberán emplear en los cementos. Dichas cenizas
volantes pueden ser de naturaleza silícea, con propiedades
puzolánicas, o calcárea, con propiedades además hidráulicas.
Lo definido en dicha norma europea, si bien hace
posible la valorización de un residuo, no permite que otros procesos
obtengan este producto incluso optimizado para el mismo fin, es
decir, controlando su composición y reactividad química, grado de
vitrificación, propiedades físicas, granulometría y forma esférica
tan importantes en las propiedades finales, y evitando compuestos
perjudiciales como los inquemados que acompañan a las actuales
cenizas.
Las actuales cenizas volantes obtenidas como
subproducto no tienen garantías en cuanto a composición química así
como al resto de sus propiedades.
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La presente solicitud de patente, partículas con
propiedades cementantes y procedimiento de fabricación de las
mismas, se refiere a la fabricación de microesferas o partículas con
propiedades hidráulicas o cementantes, cuyos antecedentes técnicos
se encuentran en las cenizas volantes pero que sus materias primas
son completamente diferentes a estas. De hecho, no son cenizas, pero
su objetivo es sustituir a las mismas como componente del cemento
pero con unas propiedades optimizadas y controladas.
Este producto, también permite que en
determinados países o zonas que no disponen de materias primas para
la fabricación del clinker de cemento, se puedan obtener componentes
cementicios que pueden ser utilizados en porcentajes muy importantes
para la fabricación del cemento (incluso del 90%).
Las microesferas objeto de la presente
invención, evitan, en algunos casos de forma total y en otros de
forma parcial, la molienda de los componentes del cemento ya que
mediante el procedimiento de fabricación de dichas microesferas, el
producto obtenido presenta prácticamente la finura requerida en el
producto final.
Lo anterior supone un ahorro energético,
principalmente eléctrico, muy importante, por lo que sus ventajas
para el apoyo en los objetivos de desarrollo sostenible de la
sociedad son muy importante, principalmente por contribuir en la
mejora de la calidad de los cementos, permitir la fabricación de
cementos nuevos, hacerlo con menores costes y con menor cantidad de
emisiones de gases de efecto invernadero.
Las microesferas de propiedades hidráulicas o
cementantes, objeto de esta invención, son un producto resultante de
la mezcla de arcillas, calizas, margas o de productos o subproductos
industriales, para conseguir una composición química adecuada, que
finamente molida y alimentada en un fluido gaseoso a elevada
temperatura funda adoptando forma esférica y estabilizándose esta
forma en estado sólido por medio de un enfriamiento rápido que
además permite conseguir un estado de elevada vitrificación, óptimo
para su reactividad química.
Debido a sus formas de microesferas y a su
elevado grado de vitrificación hacen que su comportamiento físico
sea el de verdaderos elementos de rodadura, o microrrodadura, cuando
forma parte como componentes de los cementos, disminuyendo la
cantidad de agua necesaria para los derivados de los mismos como
morteros y hormigones. Esto tiene un importante beneficio de mejora
de propiedades y de durabilidad.
Su composición química y su elevado grado de
vitrificación les da una reactividad con propiedades hidráulicas
(propiedades que en el mundo del cemento se denominan cuando un
material al mezclarse con agua, al endurecer, posee propiedades
mecánicas) bien intrínsecas o debidas a su reacción con los
productos procedentes de la hidratación del clinker del cemento o
ambas, obteniéndose unas propiedades mecánicas muy elevadas, bajas
porosidades y mejoras en la resistencia química con menores
costes.
Es por tanto un objeto de la presente invención,
el proporcionar un producto que sustituya a las cenizas volantes
empleadas en la fabricación de cementos, permitiendo la fabricación
de cementos con mejores propiedades mecánicas respecto a los
actuales.
El proceso para la producción de las citadas
microsferas consta de una instalación de dosificación de las
materias primas a un molino, pudiendo este ser de bolas, vertical o
de otro tipo de tal manera que posibilite conseguir la finura
requerida a la mezcla de arcillas, calizas, margas y/o productos o
subproductos industriales. Esta finura será tal que el producto
final tenga un diámetro medio inferior a 100 micras, es decir, que
al menos el 50% de las partículas tengan un diámetro inferior a 100
micras.
Tras la molienda de la materia prima, se procede
al precalentamiento de las partículas, pero pese a que no se trata
de una fase imprescindible en todos los casos, mejora
considerablemente el rendimiento energético del procedimiento. Este
precalentamiento tiene como objetivo facilitar la siguiente etapa de
fusión de las partículas en suspensión en el seno de un fluido a
elevada temperatura, ya que cuanto más próxima sea la temperatura de
la materia prima a la temperatura de su fusión a la salida de esta
fase, más se facilita la siguiente etapa. Dicho precalentamiento
puede realizarse en una torre de ciclones o con otras tecnologías,
como por ejemplo la de lecho fluidificado.
La siguiente etapa consiste en la alimentación
de la materia prima, preferiblemente precalentada, en el seno de un
fluido calentado a elevadas temperaturas, consiguiéndose así la
fusión de la materia prima y la adopción de la forma esférica en
estado líquido. En esta etapa se debe conseguir una elevada
dispersión de las partículas para evitar su fagocitación, es decir,
que dichas partículas se unan formando partículas más grandes, así
como reducir el tiempo de esta fase para así disminuir la
probabilidad de que el fenómeno de fagocitación tenga lugar.
La temperatura de fusión es una temperatura que
viene determinada por la composición química de las microesferas y
varía entre 1250ºC y 1600ºC.
La última fase del proceso productivo consiste
en un enfriamiento y solidificación de las partículas, que puede ser
natural conforme el gas va perdiendo temperatura a lo largo del
horno o forzado mediante su mezcla con un fluido más frío.
Esta fase finaliza con la recogida del producto
que haya decantado en el horno y la recogida en el filtro.
Las anteriores fases de fusión y solidificación
se pueden hacer en diferentes tipo de hornos, por ejemplo en un
horno horizontal, similar a un horno de cemento pero con la
ubicación del quemador principal en el otro extremo del horno, horno
vertical u otro tipo de horno que realice las citadas funciones del
proceso.
Como ya es conocido, el clinker y el resto de
los componentes de los cementos se muelen a tamaños muy finos, del
orden de 25 a 8 micras, expresado como diámetro medio de sus
partículas. Las microesferas objeto de esta patente no requieren de
esta molienda, lo cual conlleva importantes ventajas
energéticas.
Mediante el anterior procedimiento, se pueden
conseguir diferentes microesferas con propiedades cementantes o
hidráulicas en función de su composición química, tales como:
- -
- Microesferas de carácter silíceo, que son microesferas de propiedades hidráulicas con una composición química caracterizada por tener porcentajes de SiO_{2} superiores al 40% siendo el resto de componentes, Al_{2}O_{3}, Fe_{2}O_{3}, CaO y MgO, Na_{2}O, K_{2}O y pequeñas cantidades de otros elementos.
- -
- Microesferas de carácter aluminoso, que son microesferas de propiedades hidráulicas con una composición química caracterizada por tener porcentajes de Al_{2}O_{3} superiores al 20% siendo el resto de componentes, SiO_{2}, Fe_{2}O_{3}, CaO y MgO, Na_{2}O, K_{2}O y pequeñas cantidades de otros elementos.
- -
- Microesferas de carácter sílico-aluminoso, que son microesferas de propiedades hidráulicas (cementantes) con una composición química caracterizada por cumplir los requisitos de las dos anteriores microesferas.
- -
- Microesferas de carácter escoreo, que son aquellas cuya composición química cumple con los requisitos químicos de las escorias de alto horno, definidas según UNE-EN 197 y que gozan del proceso de fabricación en microesferas de propiedades hidráulicas descrito en la presente invención.
- -
- Microesferas de carácter clinkereo, que son aquellas con una composición química que cumple que el porcentaje de CaO es superior al 50% siendo el resto de componentes SiO_{2}, Fe_{2}O_{3}, CaO y MgO, Na_{2}O, K_{2}O y pequeñas cantidades de otros elementos.
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A continuación se describen dos realizaciones
del objeto de esta patente, una de microesferas grises con
propiedades cementantes y una de microesferas blancas, donde se
puede apreciar la reducción en la demanda de agua al sustituirse
parte del cemento por las microesferas y la mejora en propiedades
mecánicas.
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Realización Nº
1
Se realiza un análisis químico según la norma
UNE EN-196-2 (Métodos de ensayo de
cementos: Parte 2: Análisis químico de cementos) de las microesferas
grises con propiedades cementantes, obteniendo los siguientes
resultados:
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\vskip1.000000\baselineskip
A continuación se determinará la expansión según
la norma UNE-EN 197-1 de cementos
(Cementos comunes: Composición, especificaciones y criterios de
conformidad), y para ello se prepara una muestra mezclando un 50% de
microesferas grises con propiedades cementantes y un 50% de CEM I
52,5 R, obteniendo los siguientes resultados:
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\vskip1.000000\baselineskip
Una vez verificada la expansión, se determinó la
puzolanicidad del producto resultante según la norma UNE
EN-196-5 relativa a Métodos de
ensayo de cementos (Parte 5: Ensayo de puzolanicidad para cementos
puzolánicos) para un cemento con un 55% clinker, más un 45%
Microesferas con propiedades cementantes y un 3,5% de yeso (Fig.
1).Como se puede observar en dicho gráfico la actividad puzolánica,
es decir, la reacción de las microesferas con el hidróxido cálcico
liberado en la hidratación del clinker disminuye de forma muy
importante la concentración de los iones calcio en la solución de
ensayo. Esto es debido a su elevada reactividad química.
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\vskip1.000000\baselineskip
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(Tabla pasa a página
siguiente)
\newpage
Determinación granulométrica mediante
granulometría láser:
Microesferas grises con
propiedades
cementantes
A partir de un cemento de referencia CEM I 52,5
R se fueron preparando distintas mezclas con diferentes porcentajes
de microesferas con propiedades cementantes y se realizaron los
ensayos para determinar las resistencias mecánicas según la norma
UNE EN-196-1, para diferentes
porcentajes
\vskip1.000000\baselineskip
Como se desprende de la tabla anterior, las
microesferas grises con propiedades cementantes objeto de la
presente invención mejoran la resistencia mecánica de un cemento que
contenga las microesferas tanto a flexotracción como a
compresión.
En la figura 2, se presenta un gráfico en el que
se observa la evolución de la resistencia mecánicas a compresión de
la tabla anterior.
En la figura 3 se observa por fotografía
microscópica las formas esféricas de estas cemesferas grises
obtenidas.
\vskip1.000000\baselineskip
Realización Nº
2
Se realiza un análisis químico según la norma
UNE EN-196-2 (Métodos de ensayo de
cementos: Parte 2: Análisis químico de cementos) de las microesferas
blancas con propiedades cementantes, obteniendo los siguientes
resultados:
A continuación se determinará la expansión según
la norma UNE-EN 197-1 de cementos
(Cementos comunes: Composición, especificaciones y criterios de
conformidad), y para ello se prepara una muestra mezclando un 50% de
microesferas blancas con propiedades cementantes y un 50% de BL I
52,5 R, obteniendo los siguientes resultados:
Una vez verificada la expansión, se determinó la
puzolanicidad del producto resultante según la norma UNE
EN-196-5 relativa a Métodos de
ensayo de cementos (Parte 5: Ensayo de puzolanicidad para cementos
puzolánicos) para un cemento con un 55% clinker, más un 45%
Microesferas blancas con propiedades cementantes y un 3,5% de yeso
(Fig. 4).
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Determinación granulométrica mediante
granulometría láser:
Microesferas blancas con
propiedades
cementantes
A partir de un cemento de referencia BL I 52,5 R
se fueron preparando distintas mezclas con diferentes porcentajes de
microesferas blancas con propiedades cementantes y se realizaron los
ensayos para determinar las resistencias mecánicas según la norma
UNE EN-196-1, para diferentes
porcentajes.
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Como se desprende de la tabla anterior, las
microesferas blancas con propiedades cementantes objeto de la
presente invención mejoran la resistencia mecánica de un cemento que
contenga las microesferas tanto a flexotracción como a
compresión.
En la figura 5, se presenta un gráfico en el que
se observa la evolución de la resistencia mecánica a compresión de
la tabla anterior. Asimismo en la figura 6 se presenta una
fotografía microscópica de las microesferas blancas obtenidas.
Claims (12)
1. Partículas de propiedades hidráulicas para su
utilización como componente de cementos caracterizadas porque
están formadas por una mezcla de arcillas, calizas, margas y/o
productos o subproductos industriales y porque disponen de una forma
esférica maciza con una superficie mínima respecto a su masa, o
microesferas macizas, y una alta vitrificación.
2. Partículas, según reivindicación 1,
caracterizadas porque son microesferas cuya composición
química está formada por al menos un 40% de SiO_{2} siendo el
resto de componentes son Al_{2}O_{3}, Fe_{2}O_{3}, CaO y
MgO, Na_{2}O, K_{2}O, así como pequeñas cantidades de otros
elementos.
3. Partículas, según reivindicación 1,
caracterizadas porque son microesferas cuya composición
química está formada por al menos un 20% de Al_{2}O_{3} siendo
el resto de componentes son SiO_{2}, Fe_{2}O_{3}, CaO y MgO,
Na_{2}O, K_{2}O, así como pequeñas cantidades de otros
elementos.
4. Partículas, según reivindicación 1,
caracterizadas porque son microesferas cuya composición
química está formada por al menos un 40% de SiO_{2} y al menos un
20% de Al_{2}O_{3}, siendo el resto de componentes
Fe_{2}O_{3}, CaO y MgO, Na_{2}O, K_{2}O, así como pequeñas
cantidades de otros elementos.
5. Partículas, según reivindicación 1,
caracterizadas porque son microesferas cuya composición
química cumple con los requisitos químicos definidos en la
UNE-EN 197 para las escorias de alto horno.
6. Partículas, según reivindicación 1,
caracterizadas porque son microesferas cuya composición
química está formada por al menos un 50% de CaO, siendo el resto de
componentes SiO_{2}, Al_{2}O_{3}, Fe_{2}O_{3}, y MgO,
Na_{2}O, K_{2}O, así como pequeñas cantidades de otros
elementos.
7. Procedimiento de fabricación de microesferas
de propiedades hidráulicas o cementantes, caracterizado
porque comprende las siguientes etapas:
- -
- mezclado y molido de las materias primas,
- -
- introducción de dichas materias primas en un horno,
- -
- fundición completa de las materias primas a temperaturas entre 1250 y 1600ºC para la adopción por parte de la materia prima de partículas con forma esférica, y
- -
- enfriamiento y solidificación de las partículas.
\vskip1.000000\baselineskip
8. Procedimiento, según reivindicación 7
caracterizado porque el enfriamiento es natural conforme el
gas va perdiendo temperatura a lo largo del horno.
9. Procedimiento, según reivindicación 7,
caracterizado porque el enfriamiento es forzado mediante su
mezcla con un fluido más frío.
10. Procedimiento, según reivindicación 7,
caracterizado porque la materia prima es molida hasta que el
diámetro medio de la mezcla sea de 100 micras.
11. Procedimiento, según reivindicación 7,
caracterizado porque tras el mezclado y molienda de la
materia prima, se precalienta esta hasta una temperatura cercana a
la de fusión.
12. Cemento, caracterizado porque incluye
como componente partículas según las reivindicaciones 1 a 6.
Priority Applications (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200950065A ES2341425B1 (es) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | Particulas de propiedades cementantes, procedimiento de fabricacion ycemento. |
Applications Claiming Priority (1)
Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
---|---|---|---|
ES200950065A ES2341425B1 (es) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | Particulas de propiedades cementantes, procedimiento de fabricacion ycemento. |
Publications (2)
Publication Number | Publication Date |
---|---|
ES2341425A1 ES2341425A1 (es) | 2010-06-18 |
ES2341425B1 true ES2341425B1 (es) | 2011-02-10 |
Family
ID=42228989
Family Applications (1)
Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
---|---|---|---|
ES200950065A Active ES2341425B1 (es) | 2007-07-09 | 2007-07-09 | Particulas de propiedades cementantes, procedimiento de fabricacion ycemento. |
Country Status (1)
Country | Link |
---|---|
ES (1) | ES2341425B1 (es) |
Family Cites Families (2)
Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
---|---|---|---|---|
JP3181970B2 (ja) * | 1992-02-19 | 2001-07-03 | 株式会社ナカシマ | 球状化セメントの製造方法 |
US6406534B1 (en) * | 1999-04-16 | 2002-06-18 | Hassan Kunbargi | Rapid hardening, ultra-high early strength portland-type cement compositions, novel clinkers and methods for their manufacture which reduce harmful gaseous emissions |
-
2007
- 2007-07-09 ES ES200950065A patent/ES2341425B1/es active Active
Non-Patent Citations (1)
Title |
---|
BASE DE DATOS WPI EN EPOQUE, AN 1993-317307, JP5229857 (NAKASHIMA KK), 07.09.1993, resumen * |
Also Published As
Publication number | Publication date |
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ES2341425A1 (es) | 2010-06-18 |
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