Procedimiento de obtención de yeso de construcción con residuo de escorias blancas de horno cuchara OBJETO DE LA INVENCiÓN:
La presente invención se enmarca en el sector de la Construcción y de la Edificación, dentro del campo de los Nuevos Materiales, y en el Sector Técnico del Reciclado y Aprovechamiento de Desechos procedentes de otras actividades industriales.
El objeto de la invención es el desarrollo de un material de naturaleza yesífera preparado con sulfato cálcico hemihidratado, cargas minerales de escoria blanca de horno cuchara y aditivos idóneos, con la posible incorporación de fibras de refuerzo de diferente naturaleza en función del uso previsto.
Esta invención protege el uso de escorias blancas de horno cuchara obtenidas del proceso de fabricación del acero en la Metalurgia Secundaria, en la preparación de yesos de construcción utilizados tanto en el revestimiento continuo de paredes y techos, como en el sentado de fábricas de albañilería. De igual forma, también protege los posibles productos prefabricados, elaborados a partir del material diseñado, utilizados en construcción.
La invención tiene el objetivo obtener un nuevo conglomerante a partir yeso hemihidralado modificado por la inclusión de cargas minerales obtenidas a partir de escora blanca de horno cuchara, o mezclas binarias de escorias y aditivos, con propiedades de resistencia y durabilidad óptimas, acordes con la normativa de aplicación.
Las propiedades y prestaciones del producto obtenido son equivalentes a las del yeso tradicional, pero aporta ventajas competitivas tales como:
a) Precisa menor energía para su fabricación, al incluir en su composición subproductos industriales de desecho como alternativa a otras cargas minerales tradicionales.
b) Es un material que apuesta por el desarrollo sostenible y el respeto al medio ambiente ya que, por el uso de materiales reciclados, contribuye a reducir la emisión de gases contaminantes producidos en la transformación del aljez en yeso hemihidratado.
e) Dado que la escoria granulada de horno cuchara utilizada precisa una finura de molido relativamente baja, no se somete a la molienda fina habitual, por lo que se consigue también un sensible ahorro energético.
ANTECEDENTES DE LA INVENCiÓN:
La necesidad de preservar los recursos naturales y la preocupación por controlar la contaminación ambiental, son algunas de las motivaciones que han impulsado la investigación y desarrollo de técnicas de recuperación y reutilización de residuos industriales, para su posterior transformación en recursos productivos útiles para el hombre.
Muchos de los residuos industriales contienen una elevada cantidad de elementos reciclables y pueden constituir una fuente de materia prima de muy bajo costo. Este es el caso de las escorias blancas de horno cuchara, que de ser un residuo impactante para el medio natural, puede convertirse en un recurso útil para la obtención de materiales alternativos a los fabricados con materiales y técnicas tradicionales. Es por ello que, desde muchos organismos y centros de investigación, tanto públicos como privados, se está impulsando el reciclado de subproductos industriales y la búsqueda de alternativas para su utilización.
En el caso de la escoria blanca de horno cuchara, las investigaciones llevadas a cabo en diferentes campos han permitido aprovechar este subproducto en la fabricación de materiales de construcción. Entre otras aplicaciones cabe destacar:
a) La fabricación del Cemento Portland, por su buen comportamiento en matrices cementantes debido a sus propiedades de conglomerante hidráulico.
b) La fabricación de morteros de cemento, bien en sustitución del conglomerante,
o formando parte de la granulometría fina del árido, con prestaciones equivalentes a la de los morteros tradicionales utilizados en construcción.
c) Por su composición, la escoria blanca de hamo cuchara también puede ser
utilizada en la estabilización de suelos, especialmente en suelos con arcillas expansivas.
De todas estas investigaciones podemos encontrar una extensa bibliografía, pero no existe prácticamente ningún estudio de la inclusión de estos residuos en la preparación de conglomerantes de tipo yeso.
Con estos antecedentes, la invención que aquí se desarrolla considera que la utilización de la escoria blanca de horno cuchara en la fabricación de conglomerados a base de yeso para construcción constituye una aplicación más para el desarrollo de una nueva familia de productos de construcción, de acuerdo con las prescripciones de carácter técnico y las especificaciones y/o normas establecidas para este tipo de material.
Una de las principales aportaciones de la nueva invención es la posibilidad de conseguir conglomerados de yeso con valores de rotura a flexotracción y compresión mayores que los de un yeso tradicional, mediante el empleo de adiciones de diferentes proporciones para fabricar mezclas yeso-escoria-aditivo.
El material diseñado responde a la configuración de un material de construcción compuesto, formado por varios agregados minerales y aditivos, consiguiendo con ello la generación de un efecto sinérgico, que infiere una mayor efectividad de las características individuales a favor del trabajo conjunto e integrado de sus componentes. Para lograr este objetivo sinérgico es fundamental conseguir un buen comportamiento de las interfases, donde se produce una considerable adherencia y una adecuada interacción de las propiedades individuales de los agregados.
DESCRIPCiÓN DE LA INVENCiÓN
El material objeto de la invención se fabrica dosificando en volumen diferentes porcentajes de yeso (se incluye por tanto la posibilidad de emplear cualquier tipo de yeso según UNE-EN 13279-1:2009) , con diversas cantidades de escoria blanca de horno cuchara yagua para su amasado. Además, se considera la posibilidad de añadir aditivos que mejoren las prestaciones del producto original.
De igual forma, se incluye también la alternativa de incorporar a las mezclas fibras naturales o artificiales y fibras recicladas, en función de los usos finales del producto y, en especial, para la fabricación de materiales prefabricados.
En el diseño final del producto objeto de la invención se han considerado sustituciones de yeso hemihidratado por escoria blanca de horno cuchara que pueden variar del 0% al 60%. De igual forma, la inclusión de aditivos a las mezclas es también variable en función de las caraeteristicas finales de cada material. Con este objetivo, se ha procedido a caracterizar los materiales básicos que componen el producto final.
La escoria blanca de horno extraída del horno de cuchara puede alcanzar valores de expansión en torno al 10-30%, especialmente por la cal libre (lima) y la magnesia (periclasa) , por lo que se procede a su estabilización mediante hidratación total, propiciando la transformación de la cal libre en portlandtita y de la magnesia en brucita.
Por su textura, la escoria puede ser tamizada para su posterior clasificación, obteniendo una línea granulométrica apropiada las características de un árido fino.
Para su óptima utilización como parte del yeso reciclado obtenido, una vez estabilizada la escoria, se han caracterizado sus propiedades físicas, mecánicas, químicas y microestructurales.
Los aditivos utilizados han sido diferentes en cada caso, apropiados a las necesidades y prestaciones deseadas en el producto final.
Las mezclas se han caracterizado tanto en estado fresco como endurecido, de acuerdo con los métodos de ensayo recogidos en la normativa europea vigente.
La dosificación de cada componente en la mezcla final depende del empleo que se le vaya a dar al material (como ejemplo, se aumentará la cantidad de escoria en el caso de que no haya requerimiento elevado de solicitudes mecánicas o se añadan aditivos que mejoren la resistencia mecánica) .
Para su posterior amasado, se considera una relación agua/yeso que aporte una consistencia de la pasta de yeso por mesa de sacudidas según UNE-EN 13279-2:2006, que aporte una buena trabajabilidad y una consistencia apropiada a las necesidades del producto final.
Tanto en estado fresco como en estado endurecido, el material cumple con todas las especificaciones y normas aplicables.
APLICACiÓN INDUSTRIAL
El material protegido por la patente de invención puede ser aplicado al Sector de la Construcción y puede ser utilizado para su aplicación directa, de forma manual o mecánica, en el revestimiento de paredes y techos, o bien para fabricar materiales prefabricados tales como placas, bloques o paneles utilizados en divisiones interiores, tabiquería interior, trasdosados de fachada, cielorrasos, falsos techos y suelos flotantes.
MODO DE REALIZACiÓN DE LA INVENCiÓN
Los siguientes ejemplos ilustrativos no pretenden ser limitantes y describen diferentes tipos de yeso reciclado fabricado con componentes muy concretos. Las combinaciones de fabricación son muy amplias y dependen del tipo de yeso que se emplee, de la escoria blanca disponible, de los aditivos que se añadan y del requerimiento de agua necesario para cada dosificación que mantenga una consistencia y trabajabilidad idóneas para su posterior puesta en obra, así como unas propiedades adecuadas que determinen una buena durabilidad a lo largo del tiempo.
De igual forma, la inclusión de otros materiales como fibras naturales o artificiales o fibras recicladas amplían más aun las posibilidades del producto.
CARACTERíSTICAS DE LOS COMPONENTES
La invención resulta no sólo ventajosa para el tipo de yeso indicado anteriormente, sino también para aquellos tipos de yeso incluidos en la UNE-EN 19279-1 : 2009 que admitan el uso de escoria granulada de alto horno como "componente secundario" o ~sustancja añadida por molienda".
Yeso: YG/L, es decir se emplea un yeso tosco de fraguado lento con designación 81 según EN 19279-1: 2009, lo que indica un contenido en conglomerante de yeso mayor o igual a un 50 %, con una resistencia mecánica a compresión a los 28 días mayor o igual a 2 MPa.
Escoria Blanca de Horno Cuchara: escoria blanca de horno cuchara obtenida del proceso en el proceso de afino de las coladas de hierro. Al almacenarla, la escoria es de color blanco-grisáceo, en polvo, es decir, un agregado mineral en forma de polvo. Antes de su uso, los elementos más gruesos de la escoria se separan mediante tamizado mecánico, quedándonos con la fracción de material menor a 0, 5 mmm, obteniendo una fracción uniforme de textura fina, suave y uniforme al tacto. Después del curado de las muestras durante varios días, el óxido cálcico inicial (CaO) de las escorias se estabiliza en forma de Portlandita (Ca (OH) 2) . La composición física y química de las escorias se muestra a continuación.
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otros (Fe20J, MnO, Ti02, So3, Na20, K20..) 6
Aditivos: Superfluidificante a base de melaminas modificadas. Y dispersión acuosa de butadieno~estireno.
DESCRIPCiÓN DE UN EJEMPLO DE REALIZACiÓN
Ejemplo 1
Proceso de fabricación: Se realiza la dosificación y mezcla en volumen de yeso y escoria en proporción 80/20 (80 % en volumen de yeso y 20 % de escoria) . Todas las propiedades estudiadas en cada 10 una de las dosificaciones se llevan a cabo según UNE-EN 13279-2:2006.
Relación a/ (y+s) Escurrimiento (mm) Principio de fraguado (minutos) Permeabilidad Kg I (m's pa) Adherencia (N/mm:!) Dureza a 28 d~as (Shore Cl
0, 40 168 7-8 1, 075x 10.11 0, 22 92, 9
Flexión a7 dlas (MPa) 5, 22 Flexión a 28 dias (MPa) 5, 09 Compresión a 7 días (MPa) 15, 82 Compresión a 28 dias (MPa) 13, 64 Densidad aparente húmeda (kg/m') 1670 - Densidad aparente seca (kg/m' ) 1440
Ejemplo 2 Proceso de fabricación: Se realiza la dosificación y mezcla en volumen de yeso y escoria en proporción 60/40 (60 % en volumen de yeso y 40 % de escoria) .
Relación a/ (y+s) Escurrimiento (mm) Principio de fraguado (minutos) Permeabilidad Kg/ (m's Pa) Adherencia (N/mm2) Dureza a 28 dias eShare el
0, 39 Flexión a 7 dias (MPa) 4, 38 167 Flexión a 28 dias (MPa) 4, 38 7-8 Compresión a 7 dias (MPa) 8, 33 1, 405 x 10.11 Compresión a 28 dras (MPa) 13, 38 0, 11 Densidad aparente húmeda Ikg/m') 1670 90, 4 Densidad aparente seca ikg/m3} 1430
Ejemplo J Proceso de fabricación: Se realiza la dosificación y mezcla en volumen de yeso y escoria en proporción 40/60 (40
% en volumen de yeso y 60 % de escoria) .
Relación a/ (y+s) Escurrimiento (mm) Principio de fraguado (minutos) Permeabilidad Kg I (m's Pa) Adherencia (N/mm2 ) Dureza a 28 dias (Shore C)
0, 38 163 8-7 1, 525 x10.11 0, 08 -86, 5
Flexión a 7 días (MPa) Flexión a 28 dlas (MPa) Compresión a 7 días (MPa) Compresión a 28 días (MPa) Densklad aparente húmeda {ka/m31 Densidad aparente seca (kg/m3¡
3, 56 3, 32 5, 51 9, 03 1650 1390
Ejemplo 4
Proceso de fabricación:
Se realiza la dosificación y mezcla en volumen de yeso y escoria en proporción 80120 (80
% en volumen de yeso y 20 % de escoria) y un 0, 8% en peso de sikamix como aditivo.
Relación a/ (y+s) 0, 35 Escurrimiento (mm) 168 Principio de fraguado (minutos) 6-7 Penneabilidad Kg I (m 's Pa) -8, 664 x 10-12 Adherencia (N/mm2) 0, 20 Dureza a 28 dias (ShoreC) 93, 2
Flexión a 7 dlas (MPa) Flexión a 28 dias (MPa) Compresión a 7 dias (Mpa) Compresión a 28 días (MPa) Densidad aparente ~~m., ~:kg/m3 Densidad aparente sec~~ (kg/m
6, 80 7, 16 22, 18 22, 93 1730 1540
Ejemplo 5 Proceso de fabricación: Se realiza la dosificación y mezcla en volumen de yeso y escoria en proporción 60/40 (60
% en volumen de yeso y 40 % de escoria) y un 0, 8% en peso de sikamix como aditivo.
Relación a/ (y+s) Escurrimiento (mm) Principio de fraguado (minutos) Permeabilidad Kg I (m's Pa) Adherencia (N/mm2 ) Dureza a 28 días (Shore C)
0, 35 166 6-7 1, 412x 10-" 0, 13 94, 5
Flexión a7 días (MPa) Flexión a 28 dlas (MPa) Compresión a 7 dlas (MPa) Compresión a 28 dlas (MPa) Densidad aparente húmeda (k9/m3~ Densidad aparente seca (kg/m-')
5, 70 5, 15 17, 69 26, 57 1730 1500
Ejemplo 6 Proceso de fabricación: Se realiza la dosificación y mezcla en volumen de yeso y escoria en proporción 40160 (40
% en volumen de yeso y 60 % de escoria) y un 3 % en peso de latex como aditivo.
Relación a/ (y+s) Escurrimiento (mm) Principio de fraguado (minutos) Permeabilidad Kg I Im 's Pa) Adherencia (Nlmm2) Dureza a 28 dras (Shore Cl -
0, 39 170 9-10 3, 095 x 10'" 0, 30 73, 9
Flexión a 7 dias (MPa) Flexión a 28 dias (MPa) Compresión a 7 dias (MPa) -- Compresión a 28 dias (MPa) Densidad aparente húmeda (kg/m3 ) Denaidad aparente .eca (kg/m31__
1, 85 1, 81 3, 94 4, 03 1430 1210
