MXPA04002953A - Superplastificante para concreto y compuestos autoniveladores. - Google Patents
Superplastificante para concreto y compuestos autoniveladores.Info
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Abstract
Un material de construccion esta compuesto de un co- o ter-polimero de (i) un material seleccionado de acido carboxilico, acido sulfonico, acido fosfonico, una forma de amida de los mismos o mezclas de los mismos, y (ii) cuando menos sulfato de eter de monoalillo de polietilenglicol y un material aglutinante de cemento o yeso. Este material de construccion se puede utilizar a traves de la industria de la construccion en muchas aplicaciones debido a que el superplastificante proporciona fluidez mejorada y, sin embargo, es economico y eficiente.
Description
SUPERPLASTIFICANTE PARA CONCRETO Y COMPUESTOS AUTONIVELADORES CAMPO DE LA INVENCIÓN La presente invención se relaciona con el uso de aditivos superplastificantes para concreto y otros materiales cementosos que aumentan substancialmente la capacidad de trabajo inicial de las mezclas cementosas, para mantener la capacidad de trabajo durante periodos más prolongados que aquellos correspondientes a los superplastificantes tradicionales, y para permitir la fácil colocación de los materiales cementosos. De manera más especifica, esta invención se relaciona con el uso de un co- o ter^polimero de un ácido carboxilico, ácido sulfónico, o ácido fosfónico y sulfato de éster de monoalilo de polietilenglicol en materiales de construcción cementosos como un superplastificante que alcanza las propiedades anteriores asi como también no tiene efecto adverso sobre las propiedades mecánicas de los materiales. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN La industria de la construcción utiliza diversos superplastificantes para producir concreto fuerte y otros materiales cementosos (v.gr., compuestos autoniveladores, concreto de autocompactación, maestras de suelo dé anhidrito, etc) . Los superplastificantes de poliacrilato son los productos principales para producir concreto de résistencia a la compresión elevada con capacidad de trabajo más prolongada. Los superplasti icantes de poliacrilato son productos más efectivos que los superplastificantes convencionales, tales como naftaleno, lignina, y sulfonatos de melamina, puesto que tienen menos pérdida de asentamiento (mejor capacidad de bombeado/capacidad de trabajo durante 90 minutos, bajo efecto de atrapamiento de aire, y capacidad reductora de agua superior. Tampoco contienen formaldehido, que es un material peligroso. La técnica anterior en superplastificantes de poliacrilato para aplicaciones de concreto se han desarrollado capaces de mantener la misma fluidez durante periodos más prolongados y permiten el transporte.de concreto fresco en distancias elevadas sin retemplar adicionalmente el concreto en el sitio de colocación. Estos nuevos aditivos están basados en polímeros acrílicos hidrofilicos reticulados, que se hidrolizan en medio alcalino fuerte de mezclas cementosas para producir cadenas de polímero lineales, que reducen el efecto de pérdida de asentamiento. La patente de E.U.A. 5,362,324 (Cerulli y Col) describe terpolímero de ácido (met ) acrílico y polietilenglicol-monometiléter- (met ) acrilato y polipropilenglicoldi (met ) acrilato ..para aplicaciones de superplastificante . La patente de E.U.A. 566120.6 (Tanaka y col) y EP 448 717 Bl (Nippon Shokubai Co. Ltd.), describen tecnología similar a aquella de Cerulli y col utilizando agente de reticulación basado en diepoxi. Takemoto Oil & Fat Co., también patentó en Japón (JP 22675, y 212152) terpolimeros de ácido acrílico con metalilsulfonato de sodio y monometacrilato de polietilenglicol de metoxi para aplicaciones de superplastificante . , La patente de E.ü.A. 6,139,623 (Darwin y col) describe una composición de mezcla que contiene polímero de peine emulsionado y agente despumante para' uso como un superplastificante de concreto. El polímero de peine descrito en esta patente tiene una estructura que contiene carbono a la que están ligadas moléculas de anclaje de cemento (ácido acrílico) y grupos oxialquileno. Los grupos oxialquileno se obtuvieron de Jaffamine M-2070, que es un copolímero de polietileno-óxido de propileno con amina primaria y grupo metilo como los grupos terminales. La patente de E.U.A. 5, 858k,083 -(Stav y col) describe la composición de compuesto de flujo autonivelador que contiene sulfonato de naftaleno y/o sulfonato de lignina como . dispersante y estuco de beta-yeso y cemento Portland como aglutinante. WO 99/08978 (Yu y col) describe la composición de una formulación de tabla de madera de yeso que contiene dispersantes tales como sulfonato de naftaleno y o sulfonato de lignina. Nada en el ramo anterior describe la presente invención; todavía permanece la necesidad en el ramo de un superplastificante que tenga fluidez mejorada y, sin embargo, sea económico y eficiente. COMPENDIO DE LA INVENCIÓN La presente invención está dirigida a una composición de material de construcción que comprende: a) un co- o ter-polímero de (I) un material seleccionado del grupo que consiste en ácido carboxílico, ácido sulfónico, ácido fosfórico, forma de amida de los mismos o mezclas de los mismos y (ii) cuando menos un sulfato de éter de monoalquilo de polietilenglicol y b) un material aglutinante seleccionado del grupo que consiste de yeso y cemento. Esta invención también está relacionada con un método para producir un material de construcción que controla la fluidez, que comprende polimerizar una mezcla de monómero o un co- o ter-polímero de un ácido carboxílico, ácido sulfónico, o ácido fosfónico o forma de amida de los mismos o mezclas de los mismos y sulfato de éster de monoalilo de polietilenglicol durante un tiempo y temperatura suficientes para producir un polímero de los. monómeros y añadir el polímero a una mezcla cementosa de ingredientes para producir el material de construcción que controla la fluidez. DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA INVENCIÓN Se ha encontrado sorprendentemente que es posible hacer un material de construcción que tiene un asentamiento elevado pero sin excesiva aireación utilizando un superplastificante de un co- o ter-polimero de un ácido carboxilico, ácido sulfónico, o ácido fosfónico que incluye un monómero de sulfato de éster de monoalilo de polietilenglicol . Superplastificante La presente invención pertenece al uso, de polímeros novedosos solubles en agua o dispersables en agua, que contienen grupos funcionales pendientes como aditivos para concreto y otros materiales cementosos. Los polímeros de la presente invención son copolímeros o terpolímeros que tienen la estructura de la Fórmula I. Fórmula I
en donde E es la unidad de repetición que permanece después de la polimerización de un compuesto etilénicamente insaturado; de preferencia, un ácido carboxilico, ácido sulfónico, ácido fosfónico, o forma de amida de los mismos o mezclas de los mismos. Ri es H o alquilo (C1-C4) inferior. G es -CH2- o -CHCH3-; R2 es - ( -CH2-CH2-0- ) -n o - ( -CH2-CHCH3-0- ) -n en donde n es un entero que varía de alrededor de ' 1 a 100, de preferencia aproximadamente 1 a 20. X es un radical aniónico seleccionado a partir del grupo que consiste en S03, P03, o COO; Z es hidrógeno o cualquier fracción catiónica soluble en agua que compensa la valencia del radical X aniónico, incluyendo pero no limitado a Na, K, Ca, o NH4. F, cuando está presente, es una ¦ unidad de repetición que tiene la estructura de la Fórmula II Fórmula II
En la Fórmula II, X y Z son igual que en la Fórmula I. R4 es H o alquilo (C1-C4) inferior. R5 es alquilo o alquileno substituido con hidroxi que ¦ tiene. de aproximadamente 1 a 6 átomos de carbono.
Con respecto a E de la Fórmula 1, puede compréiffc la unidad de repetición obtenida después de la polimerización de un ácido carboxilico, ácido sulfónico, ácido fosfónico, o forma de amida de los mismos o mezclas de los mismos. Los compuestos de ejemplo incluyen, pero no están limitados a, la unidad de repetición que permanece después de la polimerización de ácido acrílico, ácido metacrilico, acrilamida, metacrilamida, N-metil acrilamida, N,N-dimetil acrilamida, N-isopropilacrilamida, ácido o anhídrido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido estirensulfónico, ácido vinilsulfónico, ácido isopropenilfosfónico, ácido finilfosfónico, ácido di-fosfónico de vinilideno, ácido sulfónico de 2-acrilamido-2-metilpropano y lo semejante y mezclas de los mismos. Las formas de sal soluble de estos ácidos también están dentro del ¦ alcance de la presente invención. Más de un tipo de unidad E de monómero puede estar presente en el polímero de la presente invención. Los subscritos c, d, y e en la Fórmula 1 son la relación molar de la unidad de repetición de monómero. La relación no es crítica a la presente invención siempre y cuando el copolímero resultante sea soluble en agua o dispersable en agua. Los subscritos c y d son enteros positivos mientras que el subscrito e es un entero no negativo. Es decir, c y d son enteros de 1 o más mientras que e puede ser 0, 1, 2, etc.
,¡,Sv.„«-: .,., ¾ :-.¾. A, Un copolimero preferido de la presente invención, es decir, cuando e = 0, es ácido acrilico/sulfato de éter de monoalilo de polietilenglicol de la estructura de la Fórmula III . Fórmula III
En donde n varia de alrededor de ' 1 a 100, de preferencia aproximadamente 1 a 20. Z es hidrógeno o un catión soluble en agua tal como Na, K, Ca o NH4. La relación molar c:d varia de 30:1 a 1:20. De preferencia, la relación molar de c:d varia de aproximadamente 15:1 a 1:10. La relación de c a d no es critica para la presente invención siempre y cuando el polímero resultante sea soluble en agua o dispersable en agua. Un terpolímero preferido de la presente invención, es decir en donde e es un entero positivo, es ácido acrílico/sulfato de éter de monoalilo de polietilenglicol/ ácido l-aliloxi-2-hidroxipropil-3-sulfónico de la estructura de la Fórmula IV. Fórmula IV :
En donde n varia de aproximadamente , 1-100, de preferencia aproximadamente 1-20. Z es hidrógeno o un catión soluble en agua tal como Na, K. Ca o NH4. Z puede ser el mismo o diferente en c, d y e. La relación molar de c:d:e no es critica en tanto el terpolimero sea soluble en agua o dispersable en agua. De preferencia la relación molar de c:d:e varia de aproximadamente 20:10:1 a 1:1:20. La polimerización del copolimero y/o terpolimero de la presente invención puede proseguir de conformidad con técnicas de polimerización por solución, emulsión, micelio o dispersión. Los iniciadores de polimerización convencionales tales como persulfatos, peróxidos e iniciadores tipo azo se pueden utilizar. La polimerización también se puede iniciar mediante mecanismos de radiación o ultravioletá. Los agentes de transferencia de cadena tales como isopropanol, alcohol de alilo, hipofosfitos , aminas o compuestos mercapto se pueden utilizar para regular el peso molecular del polímero. Los agentes de ramificación tales como bisacrilamida de metileno, o diacrilato de polietilenglicol y otros agentes de reticulación multifuncionales se pueden añadir. El polímero resultante se puede aislar mediante precipitación u otras técnicas bien conocidas. Si la polimerización es en una solución acuosa, el polímero simplemente se puede utilizar en la forma de solución acuosa. El peso molecular promedio en peso (Mw) del copolímero soluble en agua de la Fórmula 1 no es crítico, pero de preferencia queda dentro de la escala de límite inferior de Mw de aproximadamente 1,000 Daltons y límite superior de alrededor de 50, 000 Daltons y el límite inferior es aproximadamente 1,500 Daltons. Aún más preferentemente, y el límite superior es alrededor de 25,000 Daltons. El criterio esencial es que el polímero sea soluble en agua o díspersable en agua. Materiales de Construcción Mediante "material de construcción" se hace referencia a miembros de la clase de materiales de construcción e emplificados por - concreto, cementos de ladrillo y adhesivos, yesos de proyección, estucos basados en cemento y aglutinantes sintéticos, morteros fácilmente mezclados, morteros manualmente aplicados, concreto submarino, cemento de junta, rellenos de grieta, asentamientos de suelo, y morteros adhesivos. Estos materiales son esencialmente cementos Portland, Yeso de París o copolímeros de vinilo que contienen aditivos funcionales para impartir las características requeridas ' para diversas aplicaciones de construcción. Controlando la relación de agua, es decir, el punto al que se obtienen las propiedades de aplicación óptimas, en estos materiales, por lo tanto, es de gran importancia. La cal era uno de los materiales preferidos para controlar la relación de agua en materiales de construcción. En la actualidad los éteres de celulosa no iónicos han recibido este papel, ya que mejoran las características de retención de agua y otras propiedades" físicas ¦' tales como capacidad de trabajo, consistencia, tiempo abierto, pegajosidad, sangrado, adhesión, tiempo de fraguado, y atrapamiento de aire. De conformidad con la presente invención, el superplastificante que es un co- o ter-polímero de monómeros etilénicamente insaturados y un sulfato de éster de monoalilo de polietilenglicol imparte excelente capacidad de trabajo, consistencia, apariencia, y contenido de aire, así como adhesión a materiales de construcción mientras que. reduce la
ixLt.k ,¿. f wmnf.frr demanda de agua. La composición de material de construcción de la presente invención incluye, basado en la fase de sólidos totales de la composición seca, de alrededor de 2 a aproximadamente 99% en peso de cuando menos un /aglutinante hidráulico o sintético, hasta aproximadamente 95% en peso de cuando menos un relleno, y de alrededor de 0.05 a aproximadamente 5% en peso de por lo menos uno de los superplastificantes de la presente invención. Se pueden utilizar solos o en combinación con éteres .de celulosa, sulfonato de naftaleno y/o sulfonato de lignina como aditivos de material de construcción. EJEMPLO 1 Preparación de Copolimero de Ácido Acrilico/Copolimero de sulfato de Amonio Alilpolietoxi (10). Un matraz de reacción apropiado se equipó con un agitador mecánico, un termómetro, un condensador de reflujo, una entrada de nitrógeno y dos entradas de adición para las soluciones de iniciador y monómero. El matraz se cargó con 73.5 de agua desionizada y 58.5 g (0.1 mol) de sulfato de amonio alilpolietoxi ( 10) . Mientras que se roció con nitrógeno, la solución se calentó a 85°C. Una solución de iniciador que contiene 2.2 g de clorhidrato de 2, 2' -azobhis ( 2-amidinopropano) (Wako V-50, de Wako Chemical Company) se roció con nitrógeno durante diez minutos. .La solución de iniciador y 21.6 g (0.3 mol) de ácidb acrilico se añadieron gradualmente al matraz de reacción durante un periodo de tres horas. Después de la adición, la solución se calentó a 95°C y se mantuvo durante 60 minutos. La reacción luego se enfrió a menos de 60°C y se añadió 50% de solución cáustica hasta que el pH midió 8-9. La reacción se calentó a 95°C durante una hora para eliminar el amoniaco. EJEMPLO 2 Preparación de Copolimero de Ácido Acrilico/Sulfato de Amonio Alilpolietoxi (10) Utilizando el aparato como se describe en el Ejemplo 1, un matraz de reacción se cargó con '73.5 g de agua desionizada y 58.5 g (0.1 mol) de sulfato de amonio de alilo polietoxi ( 10 ) . Mientras que se rocía con nitrógeno, la solución se calentó a 85°C. Una .solución de iniciador que contiene 1.9 g de persulfato de sodio en agua DI se roció con nitrógeno durante diez minutos. La solución de iniciador y
21.6 g (0.3 mol) de ácido acrilico se añadieron gradualmente al matraz de reacción durante un período de dos horas. Una solución que contiene 0.88 g de hipofosfito de sodio en 5 g de agua también se añadió al matraz durante un período de 90 minutos. Después de la adición, la solución se calentó a 95°C y se mantuvo durante 60 minutos. La reacción luego se enfrió a menos de 60°C y se añadió · 50% de solución cáustica hasta que el pH medió 8-9. La reacción se calentó a 9.5 °C durante una hora para eliminar el amoniaco. EJEMPLOS 3-10 Se prepararon copolímeros adicionales de conformidad con el procedimiento general como se describe en los E emplos 1 y 2 con relaciones molares de comonómero variables de los monomeros y pesos moleculares. El Cuadro 1 resume las composiciones y propiedades físicas de los co- y ter-polímeros de los Ejemplos 1 a 10. Los pesos moleculares se obtuvieron mediante análisis de Cromatografía de Exclusión de Tamaño utilizando ácido poliacrílico como norma. CUADRO 1 Ejem. Composición de % de Sólidos Viscosidad pH M Polímero (reía- (% Activos spl @ 60 ción molar de monomero 1 AA/APES (3/1) 25.5 19. 0 cps 6. 1 15, 300
2 AA/APES (4/1) 26.0 12. 0 cps 5. 6 5, 960
3 . AA/APES (6/1) 25.1 12. 0 CPS 5. 6 6,450
4 AA/APES (3/1) 26.9 23. 0 cps 6. 0 33,500
5 AA/APES (3/1) 24.6 43. 0 cps 5. 7 69, 800
6 AA/APES (3/1) 24.8 13. 0 cps ' 5. 9 10, 100
7 AA/APES (3/1) 21.7 13. 8 cps 1 8. 5 17, 900
8 AA/APES/AHPS (6/1/1) 21.58 13. 0 cps 8. 6 15, 400
9 AA/APES (3/1) 37.4 80. 5 cps 6. 0 - 19, 600 10 AA/APES (3/1) 25.2 15.9 cps 6.0 16,700
AA = ácido acrilico APES = sulfato de amonio alilpolietoxi ( 10) , con 10 moles de óxido de etileno, DVP-010, de Bimax Inc. AHPS = ácido l-aliloxi-2-hidroxipropil-3-sulfónico, de BetzDearborn . EJEMPLO 11 · Evaluación de Propiedad de Autonivelacion Se efectuó una prueba de flujo de autonivelacion para las mezclas de cemento Portland/arena con agua con diversos superplastificantes . Superplastificantes comerciales: Mapefluid(R) X404 poliacrilato de apei Co., Japón, poliacrilato Malialim"" de Nopco, Japón; sulfonato de naftaleno Lomar<R| D de GEO Chemical Co. y dispersante de poliacrilato AA/AHPS y AA/AE-10 de Betzdearborn División de Hercules Incorporated, Wilmington, delaware, se' utilizaron como muestras de control. De esta medición de flujo, se compararon la energía de dispersión, capacidad de reducción de agua, y estabilidad de flujo de las muestras después de añe amiento de 90 minutos. Se encontró que los copolímeros de la invención mostraron excelente efecto superplastificante en formulaciones de cemento de mortero y otras mezclas cementosas. Los copolímeros redujeron la demanda de agua de la mezcla de cemento y generaron buen flujo inicial, y mantuvieron1 retención de capacidad de trabajo. Los datos de evaluación preliminares de cemento Portland/arena y mezclas de aditivo se muestran en los Cuadros 2 - 4 y el método de evaluación de flujo se describe después del Cuadro 4. : CUADRO 2 PROPIEDAD DE FLUJO DE CEMENTO/ARENA CON DIVERSOS SUPERPLASTI FICANTES Flujo de cemento/arena con diversos superplastificantes 0.15% en peso de superplastificante basado en el cemento
Ejemplo Relación /C Flujo inicial (cm) Flujo después de 90 minutos (cm)
Sin aditivos 0.54 6.99 0 AA/AHPS 0.48 8.26 P AA/AE-10 0.48 6.35 0 AA/AHPS/AE- 10 0.48 6.99 0 1 0.48 >12.70 0 1 0.52 >12.70 '11.18 2 0.48 >12.70 0 2 0.52 >12.70 9.53 3 0.48 >12.70 0 3 0.52 >12.70 8.26 * AA/AHPS es copolimero de ácido acrilico/éter de sulfonato de alil hidroxipropilo, Mw aproximadamente 15,000.-** AA/AE-10 es ácido acrilico/éter de alilo de polietilenglicol (10 moles de óxido de etileno), Mw aproximadamente 30,000 *** AA/AHPS/AE-10 es ácido acrilico/éter de sulfonato de alil hidroxipropilo/polietilenglicol (10 moles de óxido de etileno), Mw aproximadamente 25,000. CUADRO 3 EFECTO DE CONCENTRACIÓN DE PROPIEDAD DE FLUJO DE
SUPERPLASTIFICANTE Datos de flujo de la mezcla de cemento Portland y arena (1/2) con diversas cantidades de superplastificante · 50 gramos P.C., 100 gramos de arena, 20 gramos de agua D. (W/C = 0.4) Ejemplo 1 (%) Flujo Inicial Basado en Cemento (cm) 0.5 0 0.10 6.35 0.15 9.65 0.20 12.19
CUADRO 4 PROPIEDAD DE FLUJO DE CEMENTO/ARENA CON DIVERSOS SUPERPLASTIFICANTES Datos de flujo de la mezcla de cemento Portland y arena (1/2) con diversos superplastificantes % en peso de Super- Relación de Flujo Ini- Flujo después plastificante agua/cernen- cial (cm) de 90 minutos to ' (cm)
Ejem. 1 0.15% 0.44 >12.70 Ejem. 1 0.15% 0.40 8.26 0 Ejem. 1 0.15% 0.52 >12.70 11.18
Mapei Fluido 0.15% 0.44 8.89 0 Mapei Fluido 0.15% 0.52 >12.70 >12.70
Control 0% 0.52 NM ¦ 0 Método de evaluación de capacidad de dispersión (autonivelación) de suspensión de cemento 1. 20 gramos de agua desionizada (W/C-0.4) se añadieron a una taza de vidrio de 250 mi. 2. Se cargaron 50 gramos de cemento a la taza de vidrio durante 10 segundos y el cemento en agua se agitó durante un minuto. 3. La mezcla se dejó reposar durante un minuto para formar una pasta de cemento.
4. La pasta de cemento se agitó con espátula vigorosamente durante 10 segundos. 5. La pasta de cemento se vertió en una placa de vidrio de 12.70 cm x 12.70 cm a través de un embudo que se colocó a una altura de 7.62 cm arriba de la placa de vidrio de 12.70 cm x 12.70 cm; el tamaño de diámetro de torta en la placa de vidrio luego se midió. 6. Si el tamaño del diámetro de torta fue menos de 7.62 cm, el experimento se repitió con agua adicional hasta que el diámetro de la torta fue aproximadamente 7.62 cm. 7. Los tiempos de fraguado inicial y final se midieron con agujas Gillmore y se registraron en un libro de notas de laboratorio. Este fue el dato de control. 8. El experimento anterior se repitió con 20 g' de agua y la solución de polímero de esta invención. EJEMPLO 12 Evaluación de Morteros de Cemento con diversos superplastificantes Una prueba de flujo de mortero de cemento con un cuadro de flujo de conformidad con ASTM C230 se efectuó y se midieron la densidad (ASTM C185/C91) y el tiempo de fraguado (ASTM C266) de los morteros de cemento basado ,en muestras de productos comerciales y polímeros experimentales de la presente invención. Estos datos- están relacionados con pérdida de asentamiento, capacidad de trabajo, y capacidad de reducción de agua del superplastificante para aplicaciones de concreto. Se utilizaron materiales comerciales incluyendo Lomar (R) D, Advacast (R) , y PS1232 como comparación. Los resultados se muestran en los Cuadros 5 y 6. CUADRO 5 ' PROPIEDADES DE MORTERO DE CEMENTO CON' DIVERSOS SUPERPLASTI FICANTES Propiedades de mortero de la mezcla de cemento Portland y arena Ottawa (1/2.75) con diversos superplastificantes a relación de agua cemento = 0.4 (ASTM C-230) Ejemplo % en peso de Flujo Ini- Flujo des- Flujo después Superplasti- cial (cm) pués de 60 de 90 minutos ficante BOC minutos Ejem. 1 0.15% 297.18 89. 3 83 Lomar D 0.5% 248.92 59 - AA/AHPS 0.15% 158.75 - - AA/AE-10 0.15% 203.20 69 - Malialim EKM6QF 0.15% 248.92 92. 3 91.8
Mapefluid X404 0.15% 242.57 87. 5 76.2
Advacast* 0.25% 248.92 - 71.5
PS1232** 0.15% 246.38 87 CUADRO 5 ( continuación )
¡hátiAík LA Ejemplo Tiempo de Tiempo de Contenido de Resistencia a Fraguado Fraguado Aire Compresión* Inicial Final (7 días) (minutos) (minutos Ejem. 1 120 210 14.4 5871 Lomar D 70 9.3 5760 AA/AHPS 75 8.9 5118 AA/AE-10 85 150 11.3 5593 Malialim EKM60F 110 171 11.9 6409 Mapefluid X404 85 185 10.1 7383 Advacast* 200 5.9 6573 PS1232** 210 12.3 5843 * Advacast es un poliacrilato de WR Grace. ** PS1232 es un poliacrilato de Master Builder. La medición de tiempo de fraguado se midió en un penetrómetro de aguja Gillmore (ASTM C-403) . El contenido de aire de morteros húmedos se midió mediante medición de volumen y peso (ASTM C185/C91) y la resistencia a la compresión se midió siguiendo ASTM C-87. EJEMPLO 13 Evaluación de nuevos polímeros como superplastificantes para concreto. La propiedad de asentamiento, densidad y resistencia a la compresión de muestras de concreto de midieron utilizando varios superplastificantes . La siguiente formulación de concreto (Cuadro 6) se mezcló en una mezcladora de laboratorio de 18.93 litros durante 10 minutos y se hizo una prueba de asentamiento oe conformidad con ASTM C143. Los datos de asentamiento después de 90 minutos se obtuvieron del concreto, que se mezcló durante 10 minutos, descansó durante 75 minutos y nuevamente se mezcló durante 5 minutos antes de medir su valor de asentamiento. La resistencia a la compresión del cilindro de 25.4 cm se midió de conformidad con ASTM C-39 después de secar durante 7 días. CUADRO 6 Formulación de concreto con 0.15% en' peso de Superplastificante Peso (g) Concentración (%) Comentarios
Cemento Portland 16.3 Agua/cemento = 0.4 Arena saturada 30.7 Agregado/cemento = 4.74
Graba (19.05 mm) 46.4 Agua 6.5 Ejemplo 10 0.1 (0.15% basado en cemento
Total 18073.6 100 ' dato de evaluación se resume en el Cuadro- 7.
Como se esperaba de los datos de mortero, los copolimeros dé la invención como la sal de sodio o calcio trabajaron bien en la prueba de asentamiento. Sus densidades iniciales son comparables con las densidades de las muestras comerciales. Este dato de densidad indica que el copolimero ' no genera aire excesivo en un proceso de mezclado de concreto de baja velocidad . CUADRO 7 Asentamiento y Resistencia a la Compresión de concreto con diversos Plastificantes (Agua/Cemento=0.4, Cemento/Arena/Agregado=294/555/839) Ej emplo Polímero AsentaAsentaDensidad Resistencia conc. (%) miento miento seca 7 , a la Com¬
Inicial 90 minudías presión (cm) tos (cm) (g/cm3) (kg/cm2)
Ejem. 1 0.13 20.96 - 2.38 221.73
Sal Ca de -1 0.15 22.23 13.97 2.39 224.96
AA/AHPS 0.20 12.07 - 2.47 228.48
ADVA Mold 0.15 24.13 - 2.40 252.17
ADVA Mold 0.15 13.97 5.08 - - PS 1232 0.15 20.96 19.05 2.36 240.22
* Datos :normalizados de dato de 0.18% EJEMPLO 14 Evaluación de nuevos polímeros como- superplastificantes para aplicación de concreto La formulación de concreto del Cuadro 8 se mezcló en una mezcladora de concreto comercial de 169.90 litros durante 5 minutos. Las propiedades de asentamiento, contenidos de aire, tiempo de fraguado y resistencia a la compresión de las muestras de concreto con diversos superplastificantes se resume en el Cuadro 9. El dato de retención de asentamiento se obtuvo después de 30 minutos de mezclado. La resistencia a la compresión del' cilindro de 76.20 cm se midió de conformidad con ASTM C39 después de secar durante 7 días (Cuadro 10) . Las muestras de concreto con diversos superplastificantes se filtraron con un tamiz de metal para obtener suspensión de cemento-arena para medir el tiempo de fraguado. El tiempo de fraguado de suspensión de cemento se midió de conformidad con ASTM C403. El producto Daracem,RI es un sulfonato de naftaleno vendido por W.R. Grace.
CUADRO 8 Formulación de Concreto (relación de agua/cemento=0.4 } Ingredientes Peso (kg) Peso % Cemento Portland 1 65.50 ' 16.3 Arena 123.56 30.8 Graba (<19.05 mm) 186.70 46.4 Agua 23.90 . 6.5 Total 401.71 100 Superplastificante 5-6oz/cwt 0.04-0.06% En peso de cemento CUADRO 9 Funcionamiento de concretos con diversos superplastxficantes Muestra Control Ej.7 ?j .8 PS1232 Darachem Adición, (oz/c t) 0 4 6 4 12
Asentamiento, (cm) 4.45 16.51 15.88 16.51 22.23
Tiempo de fraguado inicial 4:20 5:01 4:29 4:27 4:51 Tiempo de fraguado final 6:08 7:26 6:23 6:32 6:43 Resistencia a la compresión 7 días de curado (kg/cm2) 182.78 193.33 NM* 105.22 M*
Resistencia a la compresión 28 días de curado (kg/cm2) CUADRO 10 Dato de retención de asentamiento de concreto con diversos superplastificantes Ejemplo Control Ejem. 7 Advaflo PS1232
Adición, (ox/cwt) 0 6 4 6
Asentamiento inicial (cm) 6.99 20.32 19.05' 22.23
Asentamiento después de 30 minutos (cm) - 14.61 13.34' 16.51
Contenido de Aire Inicial (%) 5.5 8.9 11.5 9.2
Aire después de mezclado de 30 minutos (%) - 13 13 17 EJEMPLO 15 Se llevó a cabo la evaluación del polímero para compuesto de autonivelacion con la siguiente mezcla básica. La composición se muestra en el Cuadro 11. El copolimero de la invención y el superplastificante . comercial Melflux 1641F, de SKW se evaluaron para capacidad de fluidez, autocurado, densidad, valor de resistencia, tiempo de endurecimiento y comportamiento de fraguado; estas propiedades' se resumen en el Cuadro 12. CUADRO 11 Composición de mezcla básica de compuesto de autonivelacion Ingrediente Peso (%) Cemento Portland 18.5 Cemento de Alúmina de Calcio 11.5 Sulfato de calcio 6.5 Arena de cuarzo 41 Polvo de piedra caliza 19.40 Polvo de PVA redispersable 2.0 Retardador (tatrato de K-Na) 0.4 Acelerador 0.1 Despumante 0.15 Estabilizador (éter de celulosa) Natrosol 250GXR 0.05 Total 100 CUADRO 12 Propiedades físicas de compuestos autoniveladores con diversos superplastificantes Propiedades A B C D Superplastificante* 0.3% en 0.3% en 0.1% en :0.2% en peso peso peso , peso Ejem.9 Melflux Ejem.9 Melflux 1641 1641F Relación de agua 0.22 0.22 0.18 0.18 Valor de dispersión 190 195 199 1 200 Corte de cuchilla** 1,1,2,6 1,1,1,2 1,1,2,3,3 1,2,3,7 Densidad 2.05 2.05 Resistencia a la flexión 1 dia (N/mm2) 2.2 2.4 Resistencia a la flexión 7 días (N/mm2) 4.4 3.7 Resistencia a la Compresión, 1 dia (N/mm2) - 7.4 7.7 Resistencia a la Compresión 7 dias(N/mm2) 13.4 13.1 Tiempo de endurecimiento (min) 60 53 * % en peso de superplastificante basado en mezcla básica ** Los cortes de cuchilla se condujeron cada 10 minutos 1: curados de corte, completamente, invisible
¿fia» 2: curados de corte, pero visibles 3: curados de corte, pero bordes visibles 4 : curados de corte, pero bordes bien visibles 5: curados de corte, pero cicatriz visible ß: curados de corte, pero cicatriz bien visible 7: curados de corte sin curado EJEMPLO 16 El copolimero de la invención y un producto comercial, Lomar(R) D, se evaluaron como superplastificantes para aplicación de tablero de pared de yeso. La formulación de tablero de pared de yeso en el Cuadro 13 se mezcló en una mezcladora Hobart de 3.785 litros y se moldeó hacia un envolvente de papel de 929 centímetros cuadrados .(12.7 mm de espesor) en un molde vertical. La muestra de tablero de pared solidificada se secó en un horno a 191°C y 121°C. Las propiedades de tablero de pared de yeso se resumieron en el Cuadro 13. CUADRO 13 Muestra de control Ej emplo Estuco de yeso ( semihidrato) 1000 gramos 1000 gramos
Dispersante 2.3 gramos de 1.2 gramos de Sulfonato de Ejemplo 7 Naftaleno Retardador (Ácido poliacrílico) 0.8 gramos (0.008% en peso basado en yeso) Acelerador 1.40 gramos 1.40 gramos Almidón Oxidado 5 gramos 5 gramos Agua 492 gramos 492 gramos
Agente espumante (5% en agua) 10 gramos 10 gramos Volumen de espuma 1260 mi 1260 mi Agua total 830 mi 830 mi 14 tiempo de fraguado Gill 4.75 minutos 5.5 minutos Densidad de tablero (seco) 0.60 g/cm3 0.608 g/cm3 Resistencia de tracción de clavo (BF) 56.5 59.6 Resistencia a la Compresión (kg/cm2) 13. 9+/-0.56 14.34+/-Adhesión de papel buena buena Aún cuando esta invención se ha descrito con respecto a modalidades específicas, se debe entender que estas modalidades no se pretende que sean limitativas y que se pueden hacer muchas variaciones y modificaciones sin abandonar el espíritu y alcance de la invención, y por lo tanto, solamente dichas limitaciones se deben imponer como se indican en las reivindicaciones anexas.
íriitÉtl-iniíi ii 'iliiiiJUi'í
Claims (47)
- REIVINDICACIONES 1. - Una composición de material de construcción que comprende: a) un co- o ter-polímero de (i) un material seleccionado a partir del grupo que consiste en ácido carboxilico, ácido sulfónico, ácido fosfónico, 'forma de amida de los mismos o mezclas de los mismos y (ii) cuando menos un sulfato de éter de monoalilo de polietilenglicol, y b) un material aglutinante comprendido de cemento o yeso.
- 2. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material aglutinante es cemento Portland.
- 3. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 2, en donde el: cemento se selecciona a partir del grupo que consiste en ¦ concreto, cementos de ladrillo y adhesivos, yesos de ' proyección, estucos basados en cemento y aglutinantes sintéticos, morteros mixtos listos, morteros aplicados manualmente, concreto submarino, cemento de junta, rellenos de grietas, asentamientos de suelo, y morteros adhesivos.
- 4. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el yeso es yeso de París.
- 5. - El material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el material de a) i) se selecciona a partir del grupo que consiste en ácido acrilico, ácido metacrílico, acrilamida, metacrilamida, N-metilacrilamida, N, N-dimetil'acrilamida, N-isopropilacrilamida, ácido o anhídrido maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, estireno, ácido sulfónico, ácido vinilsulfónico, ácido isopropenilfosfónico, ácido vinilfosfónico, ácido viniliden di-fosfónico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropansulfónico y mezclas de 'los mismos.
- 6. - El material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) del co- o ter-polímero tiene un límite inferior de 1000 Daltons.
- 7. - El material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) del co- o ter-polímero tiene un límite inferior de 1500 Daltons. ,
- 8. - El material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) del co- o ter-polímero tiene un límite superior de 1,000,000 Daltons.
- 9. - El material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) del co- o ter-polímero tiene un límite superior de 50,000 Daltons.
- 10. - El material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) del co- o ter-polimero tiene un límite superior de 25,000 Daltons.
- 11. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde a) (i) es ácido acrílico.
- 12. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 11, en donde a(ii) es sulfato de amonio alilpolietoxi (10).
- 13. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 12, en donde a)(ii) también incluye ácido l-aliloxi-2-hidroxipropil-3-sulfónico .
- 14. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde a) (i) es una mezcla de ácido acrílico y ácido metacrílico y a)(ii) es sulfato de amonio alilpolietoxi (10) .
- 15. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde a) (i) es una mezcla de ácido acrílico y ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico .
- 16. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 11, en donde a) (ii) es fosfato de alilpolietoxi (10).
- 17. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 1, en donde a) (i) es ácido metacrilico y a) (ii) es sulfato de amonio alilpolietoxi (10) .
- 18.- Una composición de material de construcción que comprende (a) un polímero soluble en agua o dispersable en agua de la fórmula: en donde E es la unidad de repetición que permanece después de la polimerización de un compuesto etilénicamente insaturado; Ri es H o alquilo (C1-G4) inferior; G es -CH2- o -(-CH2-CH2-O-)- o -(-CH2-CHCH3-0-)-n; en donde n varía de aproximadamente 1 a 100; X es S03, P03 o COO; Z es H, o una fracción catiónica soluble en agua; f es una unidad de repetición de la fórmula: En donde R4 es H o alquilo C1-C4) inferior, R5 es alquilo o alquileno substituido con hidroxi que tiene de l a 6 átomos de carbono; c y d son enteros positivos; y e es un entero no negativo, y (b) un material aglutinante comprendido de cemento o yeso.
- 19. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde el compuesto etilénicamente insaturado es uno o más de los miembros seleccionados del grupo que consiste en ácido carboxilico, ácido sulfónico, ácido fosfónico, forma de amida de los mismos, y mezclas de los mismos.
- 20. - El material de construcción de conformidad con la reivindicación 19, en donde el compuesto etilénicamente insaturado es uno. o más de lps miembros seleccionados a partir del grupo que consiste en ácido acrilico, ácido metacrilico, acrilamida, metacrilamida, N-metilacrilamida, N, N-dimetila.crilamida, N-isopropil acrilamida, ácido o anhídrico maleico, ácido fumárico, ácido itacónico, ácido estirensulfónico, ácido vinilsulfónico, ácido isopropenilfosfónico, ácido vinilfosfónico, ácido viniliden difosfónico, ácido 2-acrilamido-2-metilpropano sulfónico y mezclas de los mismos.
- 21. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde la fracción catiónica soluble en agua se selecciona a partir del grupo que consiste en Na, Ka, Ca y NH4.
- 22. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) varia de 1,000 - 1,000,000.
- 23. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) varia de alrededor, de 1,000 a aproximadamente 50,000.
- 24. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde el peso molecular promedio en peso (Mw) varia de alrededor de 1,500 a 25,000.
- 25. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación .18, en donde la relación c:d:e varia de aproximadamente 20:10:1 a 1:1:20.
- 26. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde e1 es cero y la relación c:d varia de alrededor de 30:1 a aproximadamente 1:20.
- 27. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde n varia de aproximadamente 1 a 20.
- 28. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde el cemento se selecciona a partir del grupo que consiste en concreto, cementos de ladrillo y adhesivos, yesos de proyección, estucos basados en cemento y aglutinantes sintéticos, morteros mixtos listos, morteros manualmente aplicados,, concreto submarino, cemento de junta, rellenos de grieta, asentamientos de suelo, y morteros adhesivos.
- 29. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 18, en donde el yeso es yeso de París.
- 30. - Una composición de material de construcción que comprende (a) un polímero soluble en agua o - dispersable en agua de la fórmula: en donde n varía de aproximadamente 1-100, Z es hidrógeno o un catión soluble en agua, y (b) un material aglutinante de cemento o yeso.
- 31.- La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde el catión soluble en agua se selecciona a partir del grupo que consiste en Na, K, Ca, NH,, y mezclas de los mismos.
- 32. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde la relación c:d varía de alrededor de 30:1 a aproximadamente 1:20.
- 33. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde el peso molecular Mw varía de aproximadamente 1,000 a 1,000,000.
- 34. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde el peso molecular Mw varía de alrededor de 1,000 a 50,000.
- 35. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde el peso molecular Mw varía de aproximadamente 1,000 a 25,000.
- 36. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde ; n varía de alrededor de 1 a 20.
- 37. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde el cemento se selecciona a partir del grupo que consiste en concreto, cementos de ladrillo y adhesivos, yesos de proyección, estucos basados en cemento y aglutinantes sintéticos, morteros mixtos listos, morteros manualmente aplicados, concreto submarino, cemento de junta, rellenos , de grieta, asentamientos de suelo y morteros adhesivos.
- 38. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 30, en donde el yeso es yeso de París.
- 39. - Una composición de material de construcción que comprende (a) un polímero soluble en agua o i dispersable en agua de la fórmula en donde n varía de aproximadamente 1-100, y z es hidrógeno o un catión soluble en agua, y (b) es un material aglutinante de cemento o yeso.
- 40.- La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 39, en donde el catión soluble en agua se selecciona a partir del grupo que consiste en Na, K, Ca, NH , y mezclas de los mismos.
- 41. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 39, en donde la relación c:d:e varía de alrededor de 20:10:1 a aproximadamente 1:1:20.
- 42. - La composición de material de construcción de I con ormidad con la reivindicación 39, en donde el peso molecular Mw varia de aproximadamente 1, 000 a ,1, 000, 000.
- 43. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 39, en do'nde el peso molecular Mw varia de alrededor de 1,000 a 50,000.
- 44. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 39, en donde el peso molecular Mw varia de aproximadamente 1,000 a 25,000.
- 45. - La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 39, en donde n varia de alrededor de 1 a 20.
- 46.- La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 39, en donde el cemento se selecciona a partir del grupo que consiste en concreto, cementos para ladrillo y adhesivos, yesos de proyección, estucos basados en cemento y aglutinante^ sintéticos, morteros mixtos listos, morteros manualmente aplicados, concreto submarino, cemento para junta, rellenos para grieta, asentamientos de suelo y morteros adhesivos.
- 47.- La composición de material de construcción de conformidad con la reivindicación 39, en donde el yeso es yeso de París. ¦.¦¦iiks
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