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WO2008063040A1 - Proceso de premezclado y fibratación en seco - Google Patents

Proceso de premezclado y fibratación en seco Download PDF

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WO2008063040A1
WO2008063040A1 PCT/MX2006/000130 MX2006000130W WO2008063040A1 WO 2008063040 A1 WO2008063040 A1 WO 2008063040A1 MX 2006000130 W MX2006000130 W MX 2006000130W WO 2008063040 A1 WO2008063040 A1 WO 2008063040A1
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WO
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fibers
accordance
dry
clause
materials
Prior art date
Application number
PCT/MX2006/000130
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English (en)
French (fr)
Inventor
Carlos Javier Fernández García
Original Assignee
Fernandez Garcia Carlos Javier
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Publication date
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Definitions

  • the present process innovates the production of premixed materials for application in the arts, construction, engineering and industry in general, for diverse products that contain cements and / or adhesives or binders as well as fine and / or coarse fillers or aggregates, in a dry and inactive state, typically in powder or usually granular prior to activation to begin its hardening process.
  • these materials will be fiberized, microfibrated and / or multifibrated by this process, as well as micro structured and / or pre-structured, where appropriate.
  • the present invention also makes it possible to increase the fiber content in the material, which is hereinafter referred to as overfibration, since with the state of the art, considerably lower amounts of fiber are used than those proposed.
  • the purpose of the overfibration regardless of inhibiting the formation of fissures and microcracks during initial and subsequent setting, is to impart greater mechanical resistance in an isotropic arrangement and modify the rheology of the material by interconnecting the filaments.
  • This novel process allows to guarantee an appropriate and correct dosage and homogeneity in the dry fiberization of the materials prior to the application process.
  • This process is used to fiberize concrete and cement-based mortars (Portland or Puzolana) and composite materials based on other cements that incorporate granular fillers or aggregates. It is also very important for the micro structuring of composite materials and the so-called super materials and microconcretes.
  • the materials thus obtained show an increase in their mechanical resistance, which is presented isotropically; decrease permeability by the reduction of pores, the formation of shrinkage cracks is reduced or eliminated during setting, the modulus of elasticity is favorably modified and the mode of rupture becomes more favorable because the rupture ceases to be fragile, while retaining a residual resistance that acts to reduce the collapse of structures that have been exposed to excessive stress or earthquakes.
  • the object of this patent is also to allow greater proportions of fiber to be used with respect to the cementitious material and aggregates, in substantially larger quantities (of the order up to 10 times greater or even in higher proportions), which were not possible before the present invention.
  • the anchoring of the fibers is favored by favorably modifying their surface properties.
  • the process object of the present invention solves all these problems by means of the application of controlled dispersion and abrasion forces that distribute the fibers uniformly, positively modify their shape, maximize the surface area of the solid (fiber) - solid (cementing) interfaces and ensure intimate contact of the cementing components of the mixture with the fibers to take full advantage of its resistance.
  • the dry mixture is homogeneous in terms of fiber concentration and this homogeneity is maintained when the mixture is hydrated or activated for setting and subsequent application.
  • the final properties are those that are intended with the formulation of the mixture and the possibilities of dosing, multi-fiberization and overfibration of mortars, concrete, micro concrete and other composite materials are increased.
  • the uniform dosing capacity of fibers or micro fibers and their mechanical mooring is increased, whereby a physical pre-structuring process is initiated and the properties of the product are advantageously modified.
  • This innovative dry fiberization process is applied both for concrete and mortar based on Portland or Puzolana cements, and for composite materials based on other cements of different types.
  • the purpose of this invention is to achieve the correct fibration and overfibration of composite materials that include fibers in its formulation with the aim of producing an isotropic material, in which all its elements are perfectly aligned so that they fully comply with the desired specifications. by the designer, such as stress resistance in compression, tension and flexion, permeability, breaking behavior, modulus of elasticity, workability in fresh, tempering, setting surface finish, etc.
  • the type of fibers should be suitable for the specific application, being these organic, inorganic, mineral, non-mineral, natural, synthetic and either plain or predetermined (with terminals or knots) or other forms provided to increase the mechanical mooring. It can be a single type of fibers, or two or more of them simultaneously, including thicknesses (from .02 ⁇ m to 5008 ⁇ m or their equivalents from 0.78 to 200 thousandths of an inch), lengths (typically 0.2 to 100 mm, and if the designer requires it, continuous fibers of similar length to that of the mold or of the finished piece) and materials such as those mentioned in paragraphs below, with the purpose of imparting different characteristics to the resulting materials.
  • cementing agents which can be based on Portland or Puzolana cement, or based on polymers (natural or synthetic), glass, clays, rubber (natural or synthetic) and additives and fillers should be dosed based on specific needs from the designer for the desired applications.
  • poly olefin, polypropylene and polyethylene fibers alone or in combination and whether of conventional or micro fiber type, as well as mono filaments and multi filaments. It also includes the use of fibers of other materials, such as different polymers (polyester, polyamides, acrylics, polyvinyl, aramid (Kevlar ®) and others), inorganic fibers (glass, carbon, metal, minerals, ceramics, etc.), organic (cellulosics, vegetables and animals), etc.
  • the dry fiber process allows the fibers to be subjected in a controlled manner to the abrasion forces undergo a modification in the cylindrical state that results from their extrusion and elongation process, moving to an amorphous-cylindrical state that greatly benefits the mooring mechanical fiber and determines a very significant increase in the surface area that the fiber will present to the cement.
  • the dosage be done at intervals with granular loads (basically sands) and, if necessary, later, coarse aggregates, for example gravels and finally conclude with the cementing, without discarding that coarse aggregates can be mixed on site, in fresh.
  • the mixing time must be increased and inspection tests must be carried out to ensure the correct incorporation and uniform dispersion of the fibers.
  • the process be abrasive, this can be achieved by several general methods of mixing, in the state of the art, to mention without limiting some, the pants type mixers, of vanes, helical worm, "intensive mixer” and other high efficiency.
  • This patent is not intended to design the optimal model of machinery for mixing. The intention is to vindicate the inventive concept of the process for dry fiber and overfibration.
  • This process also benefits the final resistance, and when it is dosed and executed optimally, it can even eliminate the pores of the final product.
  • This characteristic has the novel effect that with certain formulations a material of very high impermeability is obtained.
  • novel materials obtained by this process are generated that can be used as high-strength micro-structured stone materials for reinforcement applications or as a structural element in itself, and also as waterproofing due to its low permeability.
  • the stress-strain curves of the materials can be favorably modified by an average of 500%, thereby benefiting from this. Resistances as important as the seismic. With this we achieve a new generation of mortars and concrete as well as diverse materials and a better use of the cementitious.
  • the process object of this invention consists of the following:
  • the fiber load is integrated with the rest of the components according to the following process:
  • Stage A A part of the granular material (aggregates) preferably of particle size that is in the range of 0.149 mm to 9.5 mm corresponding to that of the sands and gravids is loaded into the mixing equipment.
  • Stage B A proportional part of the fibers is loaded.
  • the process object of this invention is applicable to fibers of cylindrical section, likewise applies to fibers of non-cylindrical sections, such as various natural and synthetic fibers available in the market. It is also applicable in smooth, textured, curly, predetermined fibers, and in mono and multifilament.
  • the process object of this invention has sufficient flexibility to be able to be applied in mixtures incorporating fibers of different origins, such as organic, inorganic, mineral, non-mineral, natural and synthetic.
  • This process is applicable for fibers of different lengths and diameters (calibres), which can range from a length of 3 mm to 80 mm and with a diameter from 0.02 ⁇ m to 600 ⁇ m, preferably in a range of 5 mm to 50 mm in length and with a diameter of 100 ⁇ m to 200 ⁇ m (if they are monofilament fibers or for individual elements in multifilament).
  • Stage C (Third step): Mixing is applied briefly (5 to 10 seconds).
  • Successive loads of granular material and fibers continue to be added in the same way, with brief intermediate mixing until the total load is finished.
  • the total fiber load is mixed with the sandy granular material for a time of 45 to 900 seconds, preferably in the range of 60 to 720 seconds. More specifically, the time will be determined by the characteristics of the fiber (including its hardness), the granular materials, other components of the mixture and the intensity of abrasive mixing that is a function of the type and characteristics of the mixing equipment. It can also be done in a single step if the intensity and mixing time is increased.
  • This step will be carried out maintaining the movement with low intensity, as long as the characteristics of the equipment allow it, to preserve the homogeneity of the fibrous mixture.
  • Stage D A part of the granular material is loaded into the mixing equipment, preferably of particle size that is in the range of sand and gravel.
  • Stage E (Second step): A proportional part of the fibers is loaded.
  • Stage F (Third step): Without applying mixing, another proportional part of the granular material is loaded. Subsequent steps: Continue adding in the same way successive loads of granular material and fibers, in stratified form, until the total load is finished.
  • the mixing of the total fiber load with the granular material is then carried out for a time of 45 seconds to 20 minutes, preferably in the range of 60 to 900 seconds, and more specifically, the time will be determined by the characteristics of the fiber (including its hardness), granular materials, other components of the mixture and the intensity of the abrasive mixing that is a function of the type and characteristics of the mixing equipment.
  • the other components that have the formulation of the mixture are added, such as the granular ones of greater size, the cementants and other components, and the final mixing is done, during a time that can go from 10 to 900 additional seconds, Y preferably from 90 to 600 seconds.
  • the final mixing time will depend on the properties of the components of the mixture, the particle size of the ingredients of smaller and larger size, their densities and the intensity of the abrasive mixing that is a function of the type and characteristics of the mixing equipment
  • This step will be carried out maintaining the movement with low intensity, as long as the characteristics of the equipment allow it, to preserve the homogeneity of the fibrous mixture.
  • Stage D A part of the granular material is loaded into the continuous type mixing equipment, preferably of particle size that is in the range of sands and gravids.
  • the granular material can be dosed by a band, vibratory, rotary or helical worm feeder.
  • Stage E A proportional part of the fibers is loaded by a worm feeder.
  • the mixing of the total fiber load with the granular material is then carried out for a time of 45 seconds to 20 minutes, preferably in the range of 60 to 900 seconds, and more specifically, the time will be determined by the characteristics of the fiber (including its hardness), granular materials, other components of the mixture and the intensity of the abrasive mixing that is a function of the type and characteristics of the mixing equipment.
  • a mixer is recommended, which can preferably be a rotating drum type with or without interior screens.
  • Discharge This step will be carried out maintaining the movement with low intensity, as long as the characteristics of the equipment allow it, to preserve the homogeneity of the fibrous mixture.
  • a fourth embodiment of the present invention consists in using fibers of greater length, up to several meters.
  • the fibers are conditioned by mixing only with the granular materials in any of the modes 1 to 3.
  • the conditioned fibers are separated while mixing the formulation following the descriptions of modalities 1 to 3.
  • the mixture of ingredients of the formulation and the long pre-conditioned long fibers, together with the granules used in the conditioning, are mixed with the rest of the dry formula, preferably following the shape of the final piece to be produced.
  • This operation can incorporate an arrangement of the fibers to orient the resistance in the desired direction.
  • the water, or the activating agent of the setting is added where appropriate, giving it a kneading or mixing to incorporate the water or activator homogeneously. This step is facilitated because the pre-conditioned fibers according to this invention are more easily incorporated with the dry formula and a more uniform wet mix is produced.
  • This modality is conveniently suited for manufacturing processes of extruded or formed parts with mechanical processes.

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Abstract

Se describe el proceso para mezclar en seco fibras de distintos tipos y dimensiones a materiales formulados con componentes cementantes o aglutinantes, agregados granulares y que pueden llevar o no otros ingredientes adicionales. El proceso tiene las características principales de que asegura una correcta incorporación de las fibras con el resto de los materiales, incrementa el amarre mecánico de las mismas con el resto de los componentes y facilita el uso de formulaciones con alto contenido de fibras (sobrefibratación). El proceso descrito es aplicable para producir materiales para las artes plásticas, Ia construcción, Ia ingeniería y Ia industria en general.

Description

PROCESO DE PREMEZCLADO Y FIBRAT ACIÓN EN SECO
Campo de Ia Invención.
El presente proceso innova Ia producción de materiales premezclados para Ia aplicación en las artes, Ia construcción, Ia ingeniería y Ia industria en general, para productos diversos que contengan cementantes y/o adhesivos o aglutinantes así como cargas o agregados finos y/o gruesos, en estado seco e inactivo, típicamente en polvo o usualmente granular previamente a su activación para iniciar su proceso de endurecimiento. En particular, estos materiales serán fibratados, microfibratados y/o multifibratados mediante este proceso, así como micro estructurados y/o preestructurados, en su caso.
La presente invención también permite aumentar el contenido de fibras en el material, que se denomina en adelante como sobrefibratación, ya que con el estado de Ia técnica se utilizan cantidades de fibra considerablemente más bajas que las que se proponen. La finalidad de Ia sobrefibratación, independientemente de inhibir Ia formación de fisuras y micro fisuras durante el fraguado inicial y posterior, es impartir mayor resistencia mecánica en un arreglo isotrópico y modificar Ia reología del material al interconectar los filamentos.
Objeto de Ia invención.
Este novedoso proceso permite garantizar una apropiada y correcta dosificación y homogeneidad en Ia fibratación en seco de los materiales previos al proceso de aplicación. Este proceso sirve para fibratar concretos y morteros a base de cemento (Pórtland o Puzolana) y materiales compuestos a base de otros cementantes que incorporen cargas o agregados granulares. Resulta así mismo muy importante para Ia micro estructuración de materiales compuestos y los llamados súper materiales y microconcretos.
Los materiales así obtenidos presentan un incremento en su resistencia mecánica, misma que se presenta isotrópicamente; disminuye Ia permeabilidad por la reducción de poros, se reduce o elimina Ia formación de grietas por encogimiento durante el fraguado, se modifica favorablemente el módulo de elasticidad y el modo de ruptura se hace más favorable porque Ia ruptura deja de ser frágil, conservando una resistencia residual que actúa para reducir el colapso de estructuras que hayan sido expuestas a esfuerzos excesivos o sismos.
Aunque existe ya una práctica de incorporar fibras en los concretos en fresco, el objeto de esta patente también es permitir que se utilicen mayores proporciones de fibra respecto al material cementante y agregados, en cantidades sustancialmente mayores (del orden hasta 10 veces mayores o inclusive en proporciones más altas), que no eran posibles antes de Ia presente invención. Así mismo, con Ia presente invención se favorece el anclaje de las fibras al modificar favorablemente sus propiedades superficiales.
Antecedentes.
En el estado de Ia técnica se conoce el uso ocasional de las fibras para refuerzo en Ia inhibición de formación de grietas, en mi patente US 6099638 se describe el uso de fibras en aplicaciones reológicas, concretos, micro concretos y morteros. Aunque en el estado de Ia técnica se menciona el uso de fibras (por ejemplo, García Rivero, J. L., "Manual Técnico de Construcción", editado por Cementos Apasco), Ia mezcla de las fibras con los componentes del concreto se hace en fresco, es decir, ya en estado de humectación. La necesidad de formular en seco Ia aplicación que se describe en mi patente citada número US 6099638, fue Ia que generó el desarrollo de Ia presente invención.
En el caso particular de Ia preparación de concretos y morteros, se emplean cementantes, arenas, gravas, aditivos y se adiciona agua para iniciar el fraguado y en algunos casos se añaden fibras de refuerzo antes de su colocación o lanzamiento. Debido a Ia fluidez de estas mezclas mientras transcurre su fraguado, siempre es necesario utilizar algún medio que las contenga y les de forma, por ejemplo el suelo, marcos, moldes o cimbras. Cuando el diseñador decide utilizar fibras para reforzar Ia inhibición de fisuras, éstas se incorporan a Ia mezcla ya habiendo añadido el agua o agente precursor y no se utilizan procesos de fibratación en seco. La incorporación de las fibras a Ia mezcla en húmedo da lugar a problemas de falta de uniformidad, apelmazamiento o estratificación de las fibras y atascamiento del equipo de mezcla. Por otro lado, Ia forma de las fibras impide que se logre un amarre mecánico de las mismas con el resto de Ia mezcla. Estos problemas hasta ahora han limitado Ia concentración de fibras en Ia mezcla y su aprovechamiento completo, independientemente de que al incrementar el porcentaje de fibras recomendado afecte o hasta impida Ia colocación adecuada del concreto en sus cimbras o moldes.
En los procesos de mezcla de fibras con materiales húmedos se presentan inconvenientes que han impedido una correcta incorporación de las fibras porque se generan apelmazamientos, se dificulta el mezclado, se estratifican o se asientan o no se obtiene una mezcla suficientemente uniforme. Esto ha limitado Ia gama de formulaciones con fibras, reduciéndola a proporciones pequeñas de las mismas en relación con el resto de los ingredientes, del orden del 0.02% en peso de fibras respecto a Ia mezcla en húmedo, o típicamente de
600 gramos de fibras por cada metro cúbico de mezcla húmeda para formulaciones a base de cemento tipo Pórtland con grava y arena, según se cita en las recomendaciones de las fichas técnicas de los proveedores de este tipo de fibras. Esta proporción equivale a 0.024 % en peso de Ia mezcla en seco (sin agregar el agua).
Estas fibras antes de Ia patente mencionada, eran utilizadas principalmente para reducir las fisuras debidas a Ia contracción por secado en morteros y concretos y con Ia intención de impartir un cierto grado de refuerzo a este efecto, pero con éxito limitado. Como hasta antes de Ia presente invención no se ha dispuesto de un proceso que permita una formulación exitosa en seco, hasta Ia fecha los fabricantes y las mismas normas de fibratación recomiendan o dictan aplicarlas en estado fresco (en el momento de Ia mezcla) y en baja proporción en relación con el resto de los ingredientes. Dicho proceso de dosificación, mezclado y manejo de materiales en húmedo empleado por el estado de Ia técnica, es adecuado precisamente para las aplicaciones que se usan en el arte previo en el campo de Ia construcción.
Además de los problemas mencionados, se presentan otros adicionales en las aplicaciones de fibras con materiales pétreos, tales como: (i) el amarre mecánico de las fibras con el resto de los componentes del material (cementantes y cargas) es tan bajo que no se utiliza a plenitud Ia resistencia mecánica de las fibras, con Io que se impide lograr su aprovechamiento en Ia formulación del material, y (ii) Ia falta de uniformidad en Ia concentración de fibras en Ia mezcla resultante.
El proceso objeto de Ia presente invención resuelve todos estos problemas mediante Ia aplicación de fuerzas controladas de dispersión y de abrasión que distribuyen uniformemente las fibras, modifican positivamente su forma, maximizan el área superficial de las interfases sólido (fibra) - sólido (cementante) y aseguran el contacto íntimo de los componentes cementantes de Ia mezcla con las fibras para aprovechar integralmente su resistencia. La mezcla en seco resulta homogénea en cuanto a Ia concentración de fibras y esta homogeneidad se mantiene cuando Ia mezcla es hidratada o activada para su fraguado y aplicación posterior. Así se logra que las propiedades finales sean las que se pretenden con Ia formulación de Ia mezcla y se incrementan las posibilidades de dosificación, multi fibratación y sobrefibratación de morteros, concretos, micro concretos y otros materiales compuestos. Con esto se incrementa Ia capacidad de dosificación uniforme de fibras o micro fibras y su amarre mecánico, con Io cual se inicia un proceso físico de pre estructuración y se logra modificar ventajosamente las propiedades del producto.
El fenómeno en el que se basa Ia presente invención se presenta primordialmente en Ia mezcla en seco, sin menoscabo de utilizar complementariamente el método de Ia mezcla en húmedo. Este conocimiento (básico para Ia innovación) ha comprobado que Ia dolencia en materiales para construcción se debe a que en general los constructores no tienen acceso a materiales muy elaborados o supermateriales (así denominados por sus resistencias y alto desempeño).
Este novedoso proceso de fibratación en seco, se aplica tanto para concretos y morteros a base de cementos Pórtland o Puzolana, como para materiales compuestos a base de otros cementantes de distintos tipos.
Descripción de Ia invención.
La finalidad de esta invención es lograr Ia correcta fibratación y sobrefibratación de los materiales compuestos que incluyen fibras en su formulación con el objetivo de producir un material isotrópico, en el que estén perfectamente alineados todos sus elementos de tal forma que cumplan cabalmente con las especificaciones deseadas por el diseñador, tales como resistencia al esfuerzo en compresión, tensión y flexión, permeabilidad, comportamiento a Ia ruptura, módulo de elasticidad, trabajabilidad en fresco, revenimiento, acabado superficial fraguado, etc.
El tipo de fibras (material, grosor, forma, longitud, resistencia, etc.) deberá ser Ia adecuada para Ia aplicación específica, pudiendo ser estas orgánicas, inorgánicas, minerales, no minerales, naturales, sintéticas y ya sean lisas o predeterminadas (con terminales o nudos) u otras formas previstas para incrementar el amarre mecánico. Puede ser un solo tipo de fibras, o bien dos o más de ellas simultáneamente, incluyendo grosores (de .02 μm a 5008 μm o sus equivalentes de 0.78 a 200 milésimas de pulgada), longitudes (típicamente de 0.2 a 100 mm, y si el diseñador Io requiere, fibras continuas de longitud similar a Ia del molde o de Ia pieza terminada) y materiales como los que se mencionan en párrafos adelante, con Ia finalidad de impartir diferentes características a los materiales resultantes. Así mismo los cementantes, que pueden ser a base de cemento Pórtland o Puzolana, o a base de polímeros (naturales o sintéticos), vidrio, arcillas, gomas (naturales o sintéticas) y los aditivos y cargas deberán ser dosificados con base en las necesidades específicas del diseñador para las aplicaciones deseadas.
A manera de ejemplo en el caso particular de materiales para productos pétreos aplicables a Ia construcción en general, se recomienda el uso de fibras de poli olefinas, polipropileno y polietileno, solas o combinadas y ya sean de tipo convencional o micro fibras, así como mono filamentos y multi filamentos. También se incluye el uso de fibras de otros materiales, como distintos polímeros (poliéster, poliamidas, acrílicas, polivinilo, aramida (Kevlar ®) y otros), fibras inorgánicas (vidrio, carbón, metálicas, minerales, cerámicas, etc.), orgánicas (celulósicas, vegetales y animales), etc.
El proceso de fibratación en seco permite que las fibras al ser sometidas de forma controlada a las fuerzas de abrasión sufran una modificación en el estado cilindrico que resulta de su proceso de extrusión y elongación, pasando a un estado amorfo-cilíndrico que beneficia considerablemente el amarre mecánico de Ia fibra y determina un muy significativo aumento del área superficial que Ia fibra presentará al cementante.
Para continuar con el "proceso óptimo" (exclusivamente como ejemplo) es recomendable que Ia dosificación se haga a intervalos con las cargas granulares (básicamente arenas) y en su caso posteriormente agregados gruesos, por ejemplo gravas y finalmente concluir con el cementante, sin descartar que los agregados gruesos pueden mezclarse en obra, en fresco.
Para hacerlo como aditivo (sin cargas) o con cargas micronizadas, se debe incrementar el tiempo de mezclado y realizar las pruebas de inspección que aseguren Ia correcta incorporación y dispersión uniforme de las fibras.
Para este tipo de materiales se recomienda que el proceso sea abrasivo, esto se puede lograr por varios métodos generales de mezclado, en el estado de Ia técnica, por mencionar sin limitar algunos, las mezcladoras de tipo pantalón, de paletas, de gusano helicoidal, de "mezcladora intensiva" y otras de gran eficiencia. Esta patente no pretende diseñar el modelo óptimo de maquinaria para el mezclado. La intención consiste en reivindicar el concepto inventivo del proceso para Ia fibratación y sobrefibratación en seco.
Las ventajas que tiene el novedoso concepto de fibratación en seco, beneficiarán Ia isotropía y uniformidad pudiendo incluso micro estructurar elevando Ia resistencia de los materiales. Así mismo facilita Ia aplicación y el trabajo en obra permitiendo por tanto el disponer de materiales fibratados premezclados accesibles.
Este proceso así mismo beneficia las resistencias finales, y cuando es dosificado y ejecutado óptimamente, puede incluso eliminar los poros del producto final. Esta característica tiene el novedoso efecto de que con ciertas formulaciones se obtenga un material de muy alta impermeabilidad. Por otro lado, se generan novedosos materiales obtenidos por este proceso que pueden ser utilizados como materiales pétreos micro estructurados de alta resistencia para aplicaciones de refuerzo o como elemento estructural en sí mismo, y también como impermeabilizante por su baja permeabilidad.
También cuando los materiales son dosificados, fibratados y mezclados con las formulaciones adecuadas y siguiendo las recomendaciones cubiertas en el cuerpo y reivindicaciones de esta patente, se pueden modificar favorablemente las curvas de esfuerzo-deformación de los materiales en un promedio de 500% beneficiando con esto resistencias tan importantes como Ia antisísmica. Con ello logramos una nueva generación de morteros y concretos así como materiales diversos y un mejor uso de los cementantes.
Un concepto adicional, es que no implica el uso de materiales nocivos a Ia salud o al medio ambiente. Para este fin, Ia recomendación es que no se utilicen fibras como el asbesto (amianto), o aquellas que por sus dimensiones y propiedades se mantengan en suspensión en el aire y no decanten. El proceso objeto de esta invención consiste en Io siguiente:
1.- Diseño del producto (para Ia aplicación específica) preferentemente para lograr un producto micro estructurado. En este diseño, se establecerán las proporciones de agente cementante, material granular (agregados), aditivos, endurecedor, agua (en su caso), fibras y otros componentes de Ia mezcla que el diseñador conoce para obtener las características físicas, mecánicas y de moldeo que se requieren para Ia aplicación considerada.
2 - Mezclado inicial preferentemente con los productos más abrasivos o granulares (se recomienda Ia mezcladora helicoidal, pudiendo utilizarse otros tipos de mezcladora mediante los ajustes correspondientes en las condiciones del proceso).
3.- Supervisión estricta de que el producto sea homogéneo. En las primeras aplicaciones se recomienda que Ia inspección se realice por medio de microscopía óptica.
Una vez que se ha seleccionado el tipo óptimo de fibra o fibras en función de los objetivos que se persiguen al formular el material, se procede a integrar Ia carga de fibra con el resto de los componentes de acuerdo con el proceso siguiente:
Etapa A (Primer paso): Se carga en el equipo de mezclado una parte del material granular (agregados) preferiblemente de tamaño de partícula que esté en el rango de 0.149 mm a 9.5 mm que corresponde al de las arenas y grávidas.
Etapa B (Segundo paso): Se carga una parte proporcional de las fibras. El proceso objeto de esta invención es aplicable a fibras de sección cilindrica, así mismo aplica para fibras de secciones no cilindricas, como diversas fibras naturales y sintéticas disponibles en el mercado. También es aplicable en fibras lisas, texturizadas, rizadas, predeterminadas, y ya sea en mono y multifilamento. El proceso objeto de esta invención tiene Ia flexibilidad suficiente para poderse aplicar en mezclas que incorporan fibras de distintos orígenes, como pueden ser éstas orgánicas, inorgánicas, minerales, no minerales, naturales y sintéticas.
Este proceso es aplicable para fibras de distintas longitudes y diámetros (calibres), que pueden ir desde una longitud de 3 mm hasta 80 mm y con un diámetro desde 0.02 μm hasta 600 μm, preferiblemente en una gama de 5 mm a 50 mm de longitud y con un diámetro de 100 μm a 200 μm (si son fibras monofilamento o bien para los elementos individuales en las multifilamento).
Etapa C (Tercer paso): Se aplica el mezclado brevemente (5 a 10 segundos).
Pasos subsecuentes: Se continúa añadiendo en Ia misma forma cargas sucesivas de material granular y fibras, con breves mezclados intermedios hasta terminar el total de Ia carga. A continuación se realiza el mezclado de Ia carga total de fibra con el material granular arenoso durante un tiempo de 45 a 900 segundos, preferiblemente en el rango de 60 a 720 segundos. Más específicamente, el tiempo estará determinado por las características propias de Ia fibra (incluyendo su dureza), los materiales granulares, otros componentes de Ia mezcla y de Ia intensidad de mezclado abrasivo que es función del tipo y características del equipo de mezclado. Puede realizarse también en un solo paso si se incrementa Ia intensidad y tiempo del mezclado.
Terminación: Finalmente se añaden los demás componentes que tenga Ia formulación de Ia mezcla tales como los granulares de mayor tamaño, los cementantes y otros componentes y se hace el mezclado final, durante un tiempo que puede ir desde 10 hasta 900 segundos, y preferiblemente de 90 a 600 segundos. Más específicamente, el tiempo de mezclado final dependerá de las propiedades de los componentes de Ia mezcla, del tamaño de partícula de los ingredientes de mayor y de menor tamaño, sus densidades y de Ia intensidad del mezclado abrasivo que es función del tipo y características del equipo de mezclado.
Descarga: Este paso se realizará manteniendo el movimiento con baja intensidad, siempre y cuando las características del equipo Io permitan, para conservar Ia homogeneidad de Ia mezcla fibratada.
Una segunda modalidad de Ia presente invención consiste en Io siguiente:
Una vez que se han cubierto las etapas A, B y C (los pasos 1 a 3) de Ia modalidad descrita arriba, Ia incorporación de las fibras se realiza de Ia manera siguiente:
Etapa D (Primer paso): Se carga una parte del material granular en el equipo de mezclado, preferiblemente de tamaño de partícula que esté en el rango de las arenas y gravillas.
Etapa E (Segundo paso): Se carga una parte proporcional de las fibras. Etapa F (Tercer paso): Sin aplicar el mezclado, se carga otra parte proporcional del material granular. Pasos subsecuentes: Se continúa añadiendo en Ia misma forma cargas sucesivas de material granular y fibras, en forma estratificada, hasta terminar el total de Ia carga.
A continuación se realiza el mezclado de Ia carga total de fibra con el material granular durante un tiempo de 45 segundos a 20 minutos, preferiblemente en el rango de 60 a 900 segundos, y más específicamente, el tiempo estará determinado por las características propias de Ia fibra (incluyendo su dureza), los materiales granulares, otros componentes de Ia mezcla y de Ia intensidad del mezclado abrasivo que es función del tipo y características del equipo de mezclado.
Terminación: Finalmente se añaden los demás componentes que tenga Ia formulación de Ia mezcla, tales como los granulares de mayor tamaño, los cementantes y otros componentes, y se hace el mezclado final, durante un tiempo que puede ir desde 10 hasta 900 segundos adicionales, y preferiblemente de 90 a 600 segundos. Y más específicamente, el tiempo de mezclado final dependerá de las propiedades de los componentes de Ia mezcla, del tamaño de partícula de los ingredientes de menor y mayor tamaño, sus densidades y de Ia intensidad del mezclado abrasivo que es función del tipo y características del equipo de mezclado.
Descarga: Este paso se realizará manteniendo el movimiento con baja intensidad, siempre y cuando las características del equipo Io permitan, para conservar Ia homogeneidad de Ia mezcla fibratada.
Una tercera modalidad de Ia presente invención consiste en Io siguiente:
Una vez que se han cubierto etapas A, B y C (los pasos 1 a 3) de Ia primera modalidad, Ia incorporación de las fibras se realiza de Ia manera siguiente:
Etapa D (Primer paso): Se carga una parte del material granular en el equipo de mezclado de tipo continuo, preferiblemente de tamaño de partícula que esté en el rango de las arenas y grávidas. El material granular se puede dosificar mediante un alimentador de tipo banda, vibratorio, rotatorio o de gusano helicoidal.
Etapa E (Segundo paso): Se carga una parte proporcional de las fibras mediante un alimentador tipo gusano.
Pasos subsecuentes: Se continúa añadiendo en Ia misma forma cargas sucesivas de material granular y fibras, en forma continua, hasta terminar el total de Ia carga.
A continuación se realiza el mezclado de Ia carga total de fibra con el material granular durante un tiempo de 45 segundos a 20 minutos, preferiblemente en el rango de 60 a 900 segundos, y más específicamente, el tiempo estará determinado por las características propias de Ia fibra (incluyendo su dureza), los materiales granulares, otros componentes de Ia mezcla y de Ia intensidad del mezclado abrasivo que es función del tipo y características del equipo de mezclado. Se recomienda una mezcladora que puede ser preferiblemente tipo tambor rotatorio con o sin mamparas interiores. Descarga: Este paso se realizará manteniendo el movimiento con baja intensidad, siempre y cuando las características del equipo Io permitan, para conservar Ia homogeneidad de Ia mezcla fibratada.
Una cuarta modalidad de Ia presente invención consiste en utilizar fibras de mayor longitud, hasta de varios metros.
En esta cuarta modalidad, las fibras se acondicionan haciendo un mezclado sólo con los materiales granulares en cualquiera de las modalidades 1 a 3.
Acto seguido, las fibras acondicionadas se apartan mientras se realiza Ia mezcla de Ia formulación siguiendo las descripciones de las modalidades 1 a 3.
La mezcla de ingredientes de Ia formulación y las fibras largas previamente acondicionadas, junto con los granulares usados en el acondicionamiento, se mezclan con el resto de Ia fórmula en seco, preferiblemente siguiendo Ia forma de Ia pieza final que se desea producir. Esta operación puede incorporar un acomodo de las fibras para orientar Ia resistencia en Ia dirección deseada.
Finalmente se añade el agua, o el agente activador del fraguado en su caso, dándole un amasado o mezclado para incorporar homogéneamente al agua o activador. Este paso se facilita porque las fibras pre acondicionadas de acuerdo con esta invención son más fácilmente incorporables con Ia fórmula seca y se produce una mezcla húmeda más uniforme.
Esta modalidad se presta convenientemente para procesos de fabricación de piezas extruidas o formadas con procesos mecánicos.

Claims

REIVINDICACIONES Habiendo descrito de manera suficiente y clara Ia invención, se considera como una novedad y por Io tanto reclamo de mi propiedad el contenido de las siguientes cláusulas:
1. Los conceptos inventivos de Ia fibratación en seco, sobrefibratación, multifibratación y preestructurado por medio de los procesos de "fibratación en seco" descritos en las reivindicaciones 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13 o 14 mismos que se oponen al actual estado de Ia técnica por las razones mencionadas en el cuerpo de esta patente.
2. La sobrefibratación de productos y aditivos por medio de los procesos de mezclado descritos en las reivindicaciones 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13 o
14.
3. La multifibratación y/o preestructurado por medio de los procesos descritos en las reivindicaciones 4, 5, 6, 7, 8, 9, 10, 11 , 12, 13 o 14.
4. Un proceso de premezclado y fibratación en seco para fibras y materiales granulares para lograr Ia sobrefibratación, multifibratación y pre estructuración de Ia mezcla de fibras y materiales granulares, caracterizado por Ia adición secuencial o en etapas de partes proporcionales de material granular y fibras de uno o varios tipos, con mezclado entre cada paso de adición de material granular más fibras, en el cual el tiempo de mezclado puede ir desde 5 hasta 60 segundos por etapa, y preferiblemente en el rango de 5 a 10 segundos. La intensidad del mezclado dependerá de las propiedades de las fibras y de los materiales granulares, así como de las características del equipo de mezclado, que puede ser de tipo pantalón, listones, mezcladora intensiva, paletas, etc., y preferiblemente del tipo de listones. Los cementantes y otros componentes de Ia formulación se agregan en una subsiguiente etapa del proceso, y se termina con un mezclado final durante un tiempo de 10 a 900 segundos, y preferiblemente en el rango de 90 a 600 segundos. Más específicamente, el tiempo de mezclado final estará determinado por las características propias de las fibras (o mezcla de ellas), los materiales granulares, otros componentes de Ia mezcla y de Ia intensidad del mezclado abrasivo que es función de las características y tipo del equipo de mezclado.
5. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula anterior, caracterizado además porque las fibras pueden ser orgánicas, inorgánicas, minerales, no minerales, naturales, sintéticas, combinadas y predeterminadas. Se incluyen fibras de un solo tipo, mezclas o combinaciones de ellas, ya sean del mismo o diferente grosor, y de Ia misma o diferente longitud y de mono filamento o multi filamento. Dichas fibras pueden ser de sección circular o de otras formas que ocurren en Ia naturaleza o de fabricación sintética. Su diámetro puede ir desde 0.02 μm a
5008 μm (o su equivalente de 0.78 a 200 milésimas de pulgada), preferiblemente dentro de una gama de 10 a 80 μm y su longitud puede ser de 0.2 mm hasta varios metros y más específicamente entre 0.2 y 100 mm.
6. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula
4, caracterizado además porque los materiales cementantes pueden seleccionarse de entre los distintos tipos de cemento, Pórtland o Puzolana, gris o blanco.
7. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula
4, caracterizado además porque los materiales cementantes pueden ser polímeros (naturales o sintéticos), vidrio, arcillas, gomas (naturales o sintéticas), elastómeros, cenizas volcánicas y otros.
8. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula
4, caracterizado además porque los cementantes o aglutinantes pueden estar en forma de polvos finos o granulares o en forma líquida o semi sólida.
9. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula 4, caracterizado además porque los materiales granulares, cargas o agregados, pueden ser finos y gruesos, en tamaños de partículas desde malla 400 hasta 25 mm
10. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula 4, caracterizado además porque las fibras pueden ser metálicas.
11. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula 4, caracterizado además porque las fibras de los tipos descritos pueden ser lisas, rizadas, espirales, texturizadas, y presentar extremos lisos o conformados para incrementar el amarre mecánico, y tener además quiebres, nudos u otras formas que incrementen dicho amarre mecánico.
12. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula
4, que se utiliza para producir materiales fibratados en seco, micro fibratados o multi fibratados (con fibras de uno o más tipos o dimensiones) y en proporciones hasta 10 veces más o aún mayores que las recomendadas en el arte previo Io que los califica como sobrefibratados, que se aplican en las artes, Ia construcción, ingeniería y Ia industria en general.
13. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula
12. caracterizado además porque los materiales producidos son micro estructurados gracias al fuerte aumento del área superficial de las fibras a través del proceso.
14. Un proceso de premezclado y fibratación en seco conforme a Ia cláusula 12, caracterizado además porque los materiales producidos son concretos, micro concretos o morteros para Ia industria de Ia construcción o las artes plásticas.
15. Productos fibratados compuestos por fibras de uno o más tipos, materiales cementantes o aglutinantes y materiales granulares de diversos tipos y tamaños de partícula, que pueden contener o no otros componentes adicionales.
16. Productos de acuerdo con Ia cláusula 15, que se caracterizan porque las fibras pueden ser orgánicas, inorgánicas, minerales, no minerales, naturales, sintéticas o metálicas, combinadas y predeterminadas. Se incluyen fibras de un solo tipo, mezclas o combinaciones de ellas, ya sean del mismo o diferente grosor, y de Ia misma o diferente longitud y de mono filamento o multi filamento. Dichas fibras pueden ser de sección circular o de otras formas que ocurren en Ia naturaleza o de fabricación sintética. Su diámetro puede ser de 0.02 μm a 5008 μm.
17. Productos de acuerdo con Ia cláusula 15, que se caracterizan además porque los materiales cementantes pueden seleccionarse de entre los distintos tipos de cemento gris o blanco, Pórtland o Puzolana.
18. Productos de acuerdo con Ia cláusula 15, que se caracterizan además porque los materiales cementantes pueden ser polímeros (naturales o sintéticos), vidrio, arcillas, gomas (naturales o sintéticas), elastómeros, y otros y pueden estar en forma de polvos finos o granulares o en forma líquida o semi sólida.
19. Productos de acuerdo con Ia cláusula 15, que se caracterizan además porque los materiales granulares, cargas o agregados, pueden ser finos y gruesos, en tamaños de partículas desde malla 400 hasta 25 mm
20. Productos de acuerdo con Ia cláusula 15, que se caracterizan además porque las fibras de los tipos descritos pueden ser lisas, rizadas, espirales, texturizadas, y presentar extremos lisos o conformados para incrementar el amarre mecánico, y tener además quiebres, nudos u otras formas que incrementen dicho amarre mecánico.
21. Productos de acuerdo con Ia cláusula 15 fibratados en seco, micro fibratados o multi fibratados (con fibras de uno o más tipos o dimensiones) que se aplican en las artes, Ia construcción, ingeniería y Ia industria en general.
22. Productos de acuerdo con Ia cláusula 15 caracterizados además porque son micro estructurados.
23. Productos de acuerdo con Ia cláusula 16 caracterizados además porque son concretos, micro concretos o morteros para Ia industria de Ia construcción o las artes plásticas.
24. Productos de acuerdo con las cláusulas 12 y 15, que se utilizan para obtener piezas con formas a voluntad, sin Ia necesidad de utilizar cimbras o moldes durante su fraguado.
25. Productos de acuerdo con las cláusulas 12 y 15, que poseen alta impermeabilidad y se utilizan como impermeabilizantes en Ia industria de Ia construcción.
26. Productos de acuerdo con las cláusulas 12 y 15 que se utilizan como selladores o resanadores de aberturas y grietas en elementos de construcción.
27. Productos de acuerdo con las cláusulas 12 y 15 que se utilizan como materiales para fabricar o construir elementos estructurales, acabados y decorados de obras de construcción, ya sea por sí mismos o con refuerzo metálico de distintas dimensiones.
28. Materiales de acuerdo con cualquiera de las reivindicaciones anteriores, para fabricación de piezas para Ia construcción por medio de extrusión y otros procesos mecánicos.
29. Un proceso de premezclado y fibratación en seco para fibras y materiales granulares caracterizado porque Ia adición de materiales granulares y fibras de cualquiera de los tipos mencionados en las reivindicaciones anteriores se realiza en forma continua mediante uno o varios alimentadores mecánicos continuos de tipo gusano, vibratorio, rotatorio, banda u otros equipos de dosificación de sólidos, y así se alimenta al equipo de mezclado continuo que puede ser de una o varias secciones, de tipo rotatorio, tambor, cono doble, helicoidal, de mezclado intensivo, vibratorio, oscilante, ultrasónico u otros tipos, ya se un solo tipo o combinación de dos o más de ellos entre sí. Preferiblemente, el mezclado se hará en un equipo de tipo cilindrico rotatorio con alabes y listones interiores para controlar Ia intensidad del mezclado y provisto de varios puertos de alimentación.
30. Un proceso de premezclado y fibratación en seco para fibras y materiales granulares de acuerdo con las reivindicaciones 4 a 14, caracterizado además porque las fibras son largas, con longitudes de 50 mm hasta varios metros.
31. Un proceso de premezclado y fibratación en seco para fibras y materiales granulares de acuerdo con Ia reivindicación 30, caracterizado porque las fibras pueden tener una longitud de varios metros.
32. Un proceso de premezclado y fibratación en seco para fibras y materiales granulados caracterizado por Ia adición directa, secuencial o en capas proporcionales de material granular y fibras de uno o varios tipos, en el cual el mezclado se hace en una sola etapa mediante un equipo de mezclado intensivo y abrasivo. Los cementantes y otros componentes de Ia formulación se agregan encima de las capas de fibras y material granular. El tiempo de mezclado varía entre 30 y 1000 segundos, y más específicamente entre 100 y 600 segundos.
33. Productos de acuerdo con las cláusulas 12, 15, 16, 17, 18, 19, 20, 29 o
32, que se caracterizan además porque Ia cantidad de fibras que contienen son de 1.1 a 10 veces mayores que las recomendadas por los mismos fabricantes de las mismas, Io que los califica como sobre fibratados.
34. Productos de acuerdo con Ia cláusula 33, caracterizados porque el contenido de fibras es entre 0.025 y 0.45% en peso de Ia mezcla en seco, y más específicamente entre 0.1 y 0.25% en peso de Ia mezcla en seco.
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