ES2242539A1 - Fibrous additive for construction materials, comprises fibers of polyethylene terephthalate containing terminal carboxyl groups, and having specific dimensions - Google Patents
Fibrous additive for construction materials, comprises fibers of polyethylene terephthalate containing terminal carboxyl groups, and having specific dimensionsInfo
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Abstract
Description
Aditivo fibroso para materiales de construcción.Fibrous additive for materials building.
La siguiente invención, según se expresa en el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un aditivo para materiales de construcción, el cual es de aplicación para ser usado como aditivo en distintos materiales de construcción como son morteros, hormigones, escayolas y asfaltos, de forma que el mismo actúa como refuerzo de mezclas cementicias y como estabilizador y reforzante de mezclas asfálticas.The following invention, as expressed in the set forth herein, refers to a additive for building materials, which is applicable to be used as an additive in different construction materials such as mortars, concretes, plasters and asphalts, so that it acts as reinforcement of cementitious mixtures and as stabilizer and reinforcer of asphalt mixtures.
Así, el aditivo fibroso está basado en una fibra sintética de polietilén tereftalato con características de dispersión, adherencia y resistencia a la alcalinidad mejoradas, y, supone un método alternativo para el refuerzo de mezclas cementicias y asfálticas.Thus, the fibrous additive is based on a fiber synthetic polyethylene terephthalate with characteristics of improved dispersion, adhesion and resistance to alkalinity, and, It is an alternative method for the reinforcement of mixtures cementitious and asphalt.
En la presente invención se describe un aditivo fibroso para materiales de construcción, el cual es de aplicación para ser usado como aditivo en distintos materiales compuestos utilizados en la construcción como son morteros, hormigones, escayolas y asfaltos.An additive is described in the present invention fibrous for building materials, which is applicable to be used as an additive in different composite materials used in construction such as mortars, concrete, plasters and asphalts.
Se describe el estado de la técnica para las diferentes matrices susceptibles de ser aditivadas con la fibra objeto de la presente invención.The state of the art is described for different matrices that can be added with fiber object of the present invention.
Es conocido por la técnica que el mortero, el hormigón y la escayola son materiales de naturaleza frágil, con bajas resistencias a la tracción en comparación con su resistencia a compresión, y que, por tanto, necesitan de un refuerzo que tenga la función de evitar la formación de grietas que puedan debilitar el material compuesto, actuando también como elemento de unión en el caso de que se formen grietas.It is known by the technique that the mortar, the concrete and plaster are fragile materials, with low tensile strengths compared to its resistance compression, and therefore need a reinforcement that has the function of preventing the formation of cracks that can weaken the composite material, also acting as a connecting element in the case of cracks forming.
En este sentido, en la fabricación de hormigón se han utilizado diferentes tipos de fibras como refuerzo.In this sense, in the manufacture of concrete, They have used different types of fibers as reinforcement.
Así, tras la prohibición de las fibras de amianto por razones de salubridad en el trabajo, las fibras más comúnmente utilizadas son las fibras de vidrio, las fibras de carbono, las fibras de acero y las fibras sintéticas, principalmente, las de polipropileno.Thus, after the ban on asbestos fibers For reasons of health at work, the fibers most commonly used are glass fibers, carbon fibers, steel fibers and synthetic fibers, mainly those of Polypropylene.
De esta forma, a continuación se describe el estado de la técnica conocido para las fibras sintéticas, por ser la familia en la que se encuadra la fibra de polietilén tereftalato objeto de la presente invención.In this way, the following describes state of the art known for synthetic fibers, for being the family in which the polyethylene terephthalate fiber is framed object of the present invention.
Estas fibras se utilizan, fundamentalmente, con dos objetivos, uno como refuerzo convencional, para lo que se utilizan altas dosificaciones de fibra, generalmente, comprendidas entre el 0,1 y el 1% en peso, y otro como refuerzo secundario, para lo que se emplean dosificaciones inferiores.These fibers are used primarily with two objectives, one as conventional reinforcement, for which they use high fiber dosages, generally included between 0.1 and 1% by weight, and another as secondary reinforcement, to what lower dosages are used.
Por otra parte, se entiende por refuerzo convencional el refuerzo proporcionado por las fibras para aumentar considerablemente la resistencia a la tracción, a la flexotracción y la resistencia al impacto de los hormigones.On the other hand, reinforcement is understood as conventional reinforcement provided by the fibers to increase considerably tensile strength, flexural strength and the impact resistance of concrete.
Por refuerzo secundario se entiende el refuerzo frente a la generación y propagación de las fisuras y microfisuras que se producen durante el fraguado y los estados iniciales de curado del hormigón. Esta fisuración está generada, principalmente, por el cambio de volumen causado por el fenómeno químico de hidratación del cemento y por la pérdida de humedad debida a la evaporación de agua de la superficie del hormigón en estado plástico. Las fibras actúan evitando la generación y propagación de tensiones que puedan evolucionar hacia microgrietas y grietas de mayor tamaño.Secondary reinforcement means reinforcement. against the generation and spread of fissures and microcracks that occur during setting and initial states of concrete curing. This cracking is generated, mainly, by the change in volume caused by the chemical phenomenon of cement hydration and moisture loss due to evaporation of water from the concrete surface in state plastic. The fibers act avoiding the generation and propagation of tensions that can evolve into microcracks and cracks of larger size
En la capacidad de refuerzo de las fibras, ya sea refuerzo convencional o secundario, influyen de manera decisiva los siguientes parámetros:In the fiber reinforcement capacity, either conventional or secondary reinforcement, decisively influence the following parameters:
A) Dispersión: las fibras deben estar homogéneamente distribuidas a lo largo de la matriz. Para conseguir esto, las fibras deben ser compatibles y completamente dispersables en los medies acuosos propios del hormigón en estado fresco.A) Dispersion: the fibers must be homogeneously distributed along the matrix. To achieve this, the fibers must be compatible and fully dispersible in the aqueous media of the concrete in the fresh state.
B) Adherencia: se trata de la cohesión entre las distintas fases, la fibra y la matriz en este caso, y tiene dos componentes:B) Adhesion: it is the cohesion between the different phases, the fiber and the matrix in this case, and it has two components:
- B1.B1.
- Adherencia específica, producida por las fuerzas moleculares e intermoleculares establecidas en la interfase fibra-matriz. Specific adhesion , produced by the molecular and intermolecular forces established at the fiber-matrix interface.
- B2.B2.
- Adherencia mecánica, producida por rozamientos. Esta adhesión de tipo mecánico depende de la estructura superficial de las fibras. Mechanical adhesion , produced by friction. This mechanical adhesion depends on the surface structure of the fibers.
Es evidente que cuanto mejor sea la adherencia de
las fibras a la matriz más eficiente será la transmisión de
tensiones desde la matriz a la fibra, y, consecuentemente, más
eficaz será la función de refuerzo ejercida por las
fibras.It is evident that the better the adhesion of the fibers to the matrix, the more efficient will be the transmission of tensions from the matrix to the fiber, and, consequently, the more effective the reinforcement function exerted by the
fibers
Con el objetivo de mejorar la dispersión y adherencia de las fibras, se han desarrollado distintos tipos de fibras. Así, la patente americana US 6,503,625 describe una fibra sintética o mezcla de distintas fibras con secciones superiores a 0,0025 mm^{2} que presenta una serie de deformaciones superficiales macroscópicas y microscópicas provocadas por un aplastamiento mecánico. Mediante estas deformaciones superficiales es posible conseguir una mejor adherencia de tipo mecánico a la matriz.In order to improve dispersion and adhesion of the fibers, different types of fibers Thus, US Patent 6,503,625 describes a fiber. synthetic or blend of different fibers with sections greater than 0.0025 mm2 presenting a series of deformations macroscopic and microscopic surfaces caused by a mechanical crushing Through these superficial deformations it is possible to achieve a better mechanical adhesion to the matrix.
Sin embargo, la dispersión de estas fibras se ve desfavorecida por estas mismas deformaciones, que propician el enmarañamiento de las fibras.However, the dispersion of these fibers is seen disadvantaged by these same deformations, which favor the fiber entanglement
Además, estas modificaciones pueden afectar a las propiedades mecánicas de las fibras como la resistencia a la tracción y el módulo de Young, de manera que las fibras pierdan parte de su capacidad de refuerzo.In addition, these modifications may affect the mechanical properties of the fibers such as resistance to traction and Young's modulus, so that the fibers lose part of its reinforcement capacity.
Otro tipo de modificaciones descritas en la bibliografía consisten en variaciones en la sección de las fibras. En este sentido, la patente WO 02088439 reivindica una fibra sintética, preferentemente de polipropileno con secciones rectangulares y superiores a 0,1 mm^{2}. Según esta patente, las secciones rectangulares permiten mejores dispersiones. Sin embargo, mediante secciones tan altas, no es posible conseguir un refuerzo secundario eficiente, para el que se requieren fibras más finas que permitan obtener mayores superficies específicas por unidad de peso.Other type of modifications described in the Bibliography consists of variations in the fiber section. In this sense, WO 02088439 claims a fiber synthetic, preferably polypropylene with sections rectangular and greater than 0.1 mm2. According to this patent, the Rectangular sections allow better dispersions. But nevertheless, through such high sections, it is not possible to get a reinforcement efficient secondary, for which finer fibers are required than allow to obtain larger specific areas per unit of weight.
Con idéntico objetivo, la patente EP 235577 describe unos aglomerados de fibra, de tipo acrílico, dispersables en matrices orgánicas e inorgánicas. Estas fibras, con diámetros menores a 50 \mum y longitudes superiores a 3 mm están unidas por un agente cohesionante que se disuelve en la matriz a reforzar. Sin embargo, la disolución de estos agentes no siempre es la adecuada y siguen quedando haces de fibra sin dispersar.With the same objective, patent EP 235577 describes fiber agglomerates, acrylic type, dispersible in organic and inorganic matrices. These fibers, with diameters less than 50 µm and lengths greater than 3 mm are joined by a cohesive agent that dissolves in the matrix to be reinforced. Without However, the dissolution of these agents is not always adequate and fiber bundles remain undispersed.
El gran aumento de tráfico de vehículos pesados y la demanda de pavimentos asfálticos con mejores propiedades en cuanto a durabilidad, textura y sonoridad ha provocado el desarrollo de nuevas técnicas para la construcción de carreteras y la mejora de las mismas.The large increase in heavy vehicle traffic and demand for asphalt pavements with better properties in As for durability, texture and loudness it has caused the development of new techniques for road construction and the improvement of them.
En la técnica de las mezclas asfálticas para la construcción y mantenimiento de carreteras, es conocido que el uso de aditivos fibrosos puede evitar los problemas de segregación y drenaje del betún de las diferentes mezclas durante los procesos de preparación, transporte y extendido de las mismas.In the technique of asphalt mixtures for road construction and maintenance, it is known that the use of fibrous additives can avoid segregation problems and bitumen drainage of the different mixtures during the processes of preparation, transport and extension thereof.
Las fibras más comúnmente utilizadas para este fin son las fibras celulósicas, como, por ejemplo, la fibra Arbocel, que se emplea generalmente en forma de pellets. La principal función de las fibras celulósicas es la de actuar como "soporte" de betún en mezclas que requieren altos contenidos del mismo. El mayor contenido en betún mejora el comportamiento de fatiga del asfalto, es decir, prolonga su vida de servicio.The most commonly used fibers for this The end is cellulosic fibers, such as Arbocel fiber, which is generally used in the form of pellets. The main The function of cellulosic fibers is to act as "support" of bitumen in mixtures that require high contents of the same. The higher bitumen content improves the behavior of asphalt fatigue, that is, prolongs its service life.
Se conoce también el uso de otros tipos de fibras, utilizadas con idéntico objetivo; y así, la patente americana US 5,897,950 describe una fibra procedente de residuos de poliéster triturados con longitudes comprendidas entre 0,25 y 0,7 mm.The use of other types of fibers, used with the same objective; and so, the patent US 5,897,950 describes a fiber from waste from crushed polyester with lengths between 0.25 and 0.7 mm
Se han utilizado también fibras sintéticas en la preparación de determinados tipos de mezclas asfálticas como las fibras acrílicas, tal y como describe la patente francesa FR 2676436, que reivindica una composición asfáltica para su uso en capas intermedias con un contenido del 6 al 15% en betún blando y un porcentaje de fibras acrílicas entre un 0,2 y un 2%.Synthetic fibers have also been used in the preparation of certain types of asphalt mixtures such as acrylic fibers, as described in French FR 2676436, which claims an asphaltic composition for use in intermediate layers with a content of 6 to 15% in soft bitumen and a percentage of acrylic fibers between 0.2 and 2%.
En la presente memoria se describe un aditivo fibroso para materiales de construcción, cuyo aditivo es de aplicación en distintos materiales compuestos utilizados en la construcción, de forma que el aditivo fibroso comprende fibras de polietilén tereftalato de sección circular con diámetros comprendidos entre 10 y 50 \mum y una longitud comprendida entre 3 y 60 mm., conteniendo entre 20 y 100 grupos carboxilos terminales, favoreciendo la dispersión y adherencia en las mezclas de materiales para construcción.An additive is described herein. fibrous for building materials, whose additive is of application in different composite materials used in the construction, so that the fibrous additive comprises fibers of polyethylene terephthalate of circular section with diameters between 10 and 50 µm and a length between 3 and 60 mm., Containing between 20 and 100 carboxy groups terminals, favoring dispersion and adhesion in mixtures of building materials.
Por otra parte, las fibras de polietilén tereftalato presentan una resistencia a la tracción comprendida entre 200 y 1000 MPa y por un módulo de Young comprendido entre 3 y 15 GPa.Moreover, polyethylene fibers Terephthalate have a tensile strength included between 200 and 1000 MPa and for a Young's module between 3 and 15 GPa.
Las fibras de polietilén tereftalato presentan una resistencia a la alcalinidad mejorada, al presentar el polímero constituyente de las fibras un aumento de la cristalinidad, al haber introducido un agente nucleante consistente en una sal, orgánica o inorgánica, preferiblemente, una sal de un ácido carboxílico de cadena lineal, en la etapa de polimerización o de extrusión que favorece la formación y desarrollo de las fases cristalinas, lo que no se había conseguido con otros métodos.Polyethylene terephthalate fibers have an improved alkalinity resistance, when presenting the polymer constituent of the fibers an increase in crystallinity, having introduced a nucleating agent consisting of a salt, organic or inorganic, preferably, a salt of a carboxylic acid of linear chain, in the stage of polymerization or extrusion that favors the formation and development of the crystalline phases, which It had not been achieved with other methods.
Además, las fibras de polietilén tereftalato son tratadas con un agente humectante, ensimaje o spin finish consistente en derivados de poliglicoles, ésteres o tensoactivo de cualquier tipo para favorecer esta resistencia a medios alcalinos así como la dispersión y adherencia a la matriz.In addition, polyethylene terephthalate fibers are treated with a wetting agent, swab or spin finish consisting of derivatives of polyglycols, esters or surfactant of any type to favor this resistance to alkaline media as well as dispersion and adhesion to the matrix.
Por otro lado, las fibras de polietilén tereftalato pueden presentar un contenido en antimonio inferior a 0,03 ppm. y/o un contenido en metales pesados nulo, al utilizar catalizadores especiales durante el proceso de polimerización.On the other hand, polyethylene fibers Terephthalate may have an antimony content of less than 0.03 ppm and / or a null heavy metal content, when using special catalysts during the polymerization process.
Asimismo, las fibras de polietilén tereftalato pueden ser mezcladas, en diferentes proporciones, con otras fibras sintéticas como poliamidas, polipropileno o acrílicas.Also, polyethylene terephthalate fibers they can be mixed, in different proportions, with other fibers Synthetics such as polyamides, polypropylene or acrylics.
El aditivo fibroso, basado en fibras de polietilén tereftalato, es de uso en mezclas cementicias, como hormigones y morteros, en una proporción de 0,01 al 1% basado en el peso total de la mezcla (cemento, áridos, agua y otros aditivos).The fibrous additive, based on fibers of polyethylene terephthalate, is used in cementitious mixtures, such as concrete and mortar, in a proportion of 0.01 to 1% based on the total weight of the mixture (cement, aggregates, water and others additives)
Igualmente, el aditivo fibroso, basado en fibras de polietilén tereftalato, es de uso en mezclas asfálticas para la construcción de pavimentos y carreteras, en una proporción de 0,1 y 1% basado en el peso total de la mezcla (betún, áridos y otros aditivos).Similarly, the fiber-based fibrous additive of polyethylene terephthalate, is used in asphalt mixtures for construction of pavements and roads, in a proportion of 0.1 and 1% based on the total weight of the mixture (bitumen, aggregates and others additives)
Por otra parte, las fibras de polietilén tereftalato pueden ser empaquetadas en bolsas, embalajes hidrosolubles o de cualquier otro tipo, en orden a facilitar su dosificación en las matrices (mezclas) cementicias.Moreover, polyethylene fibers Terephthalate can be packaged in bags, packaging water soluble or any other type, in order to facilitate your Dosage in cementitious matrices (mixtures).
Para cumplimentar la descripción que seguidamente se va a realizar, y con objeto de ayudar a la comprensión de las características de la invención, se acompaña a la presente memoria de un juego de planos en cuyas figuras, de forma ilustrativa y no limitativa, se representan las detalles más característicos de la invención.To fill in the description below it will be done, and in order to help the understanding of characteristics of the invention, is attached herein of a set of planes in whose figures, illustratively and not limiting, the most characteristic details of the invention.
Figura 1. Muestra una gráfica relativa a la resistencia a la deformación plástica de una mezcla bituminosa conteniendo la fibra de la invención frente a otras dos mezclas bituminosas que no contienen la fibra.Figure 1. Shows a graph relative to the resistance to plastic deformation of a bituminous mixture containing the fiber of the invention against two other mixtures bituminous that do not contain fiber.
La presente invención se refiere a una fibra de polietilén tereftalato con características de dispersión, adherencia y resistencia a la alcalinidad mejoradas, la cual ha sido desarrollada para su uso como refuerzo de materiales de construcción, y, más en concreto, de mezclas cementicias y asfálticas.The present invention relates to a fiber of polyethylene terephthalate with dispersion characteristics, improved adhesion and alkalinity resistance, which has been developed for use as reinforcement of materials construction, and, more specifically, of cementitious mixtures and asphalt
Las fibras objeto de la presente invención poseen unas longitudes comprendidas entre 3 y 60 mm y unas secciones circulares con diámetros comprendidos entre 10 y 50 \mum. La resistencia a la tracción de las fibras está comprendida entre 200 y 1000 MPa y el módulo de Young está comprendido entre 3 y 15 GPaThe fibers object of the present invention have lengths between 3 and 60 mm and sections circular with diameters between 10 and 50 µm. The tensile strength of the fibers is between 200 and 1000 MPa and Young's module is between 3 and 15 GPa
Las fibras de polietilén tereftalato objeto de la invención presentan una serie de características que las hacen idóneas para su combinación con materiales cementicios. Estas características consisten en:The polyethylene terephthalate fibers object of the invention have a number of characteristics that make them suitable for combination with cementitious materials. These Features consist of:
- \bullet?
- Su alta capacidad para establecer interacciones en la interface fibra-matriz cementicia. Esta capacidad está relacionada con la presencia de grupos carboxilos libres (-COO-) en el polímero constituyente de las fibras que permiten el establecimiento de interacciones intermoleculares entre la superficie de las fibras y la matriz cementicia, favoreciendo así la dispersión y adherencia en los medios acuosos propios de estas matrices.Its high capacity for establish interface interactions cement matrix fiber. This capacity is related to the presence of free carboxy groups (-COO-) in the constituent polymer of the fibers that allow the establishment of intermolecular interactions between the fiber surface and cement matrix, thus favoring dispersion and adhesion in the aqueous media of these matrices
- \bullet?
- Su mejorada resistencia a los álcalis presentes en los materiales cementicios. Esta mejora se obtiene a través de varias vías en el proceso de fabricación de la fibra. Estas vías son el aumento de la cristalinidad del polímero y la aplicación de coatings en la etapa de estirado.Its improved resistance to alkalis present in cementitious materials. This improvement is obtained through several ways in the manufacturing process of the fiber. These pathways are the increased crystallinity of the polymer and the application of coatings in the stretching stage.
Las fibras de polietilén tereftalato están constituidas por regiones cristalinas, semicristalinas y amorfas. Las regiones amorfas son las más susceptibles a los ataques alcalinos. Aumentando las regiones cristalinas en el polímero, se mejora la resistencia a la alcalinidad del poliéster.Polyethylene terephthalate fibers are constituted by crystalline, semicrystalline and amorphous regions. Amorphous regions are the most susceptible to attacks alkaline By increasing the crystalline regions in the polymer, it improves the alkalinity resistance of polyester.
El aumento de las regiones cristalinas en el polímero se consigue a través de ratios de estirado altos (superiores a 3,5) y mediante la introducción de aditivos nucleantes, consistentes en sales orgánicas o inorgánicas, precursores de las regiones cristalinas, que favorecen la formación de las esferulitas (cristales). Los aditivos nucleantes orgánicos pueden ser introducidos tanto en la etapa de polimerización como en la de extrusión, previa a la hilatura. En general, los nucleantes inorgánicos es preferible introducirlos en la etapa de polimerización ya que se logra una mejor dispersión de los mismos.The rise of crystalline regions in the polymer is achieved through high stretch ratios (higher than 3.5) and by the introduction of additives nucleants, consisting of organic or inorganic salts, precursors of the crystalline regions, which favor the formation of the spherulites (crystals). Organic nucleating additives they can be introduced both in the polymerization stage and in that of extrusion, prior to spinning. In general, the nucleating inorganic it is preferable to introduce them in the stage of polymerization since a better dispersion of the same.
También se consiguen parte de las propiedades de resistencia a la alcalinidad mediante el recubrimiento de las fibras en la etapa de estirado. Estos recubrimientos pueden consistir en poliglicoles, ésteres, así como cualquier tipo de tensoactivo para mejorar la estabilidad de las fibras frente a los álcalis. La aplicación de los mismos se realiza durante el proceso de estirado de las fibras bien mediante un baño o mediante pulverización.Part of the properties of alkalinity resistance by coating the fibers in the stretching stage. These coatings can consist of polyglycols, esters, as well as any type of surfactant to improve fiber stability against alkalis The application of the same is done during the process of stretching the fibers either by a bath or by spray.
- \bullet?
- Sus ventajas medioambientales. Un aspecto de la invención comprende las fibras de polietilén tereftalato descritas anteriormente cuando han sido obtenidas por un proceso de polimerización que excluye la utilización de catalizadores con metales pesados y/o antimonio. Así las fibras presentan contenidos inferiores a 0,03 ppm y/o un contenido nulo en metales pesados. Las fibras así preparadas presentan ventajas adicionales relacionadas con el medioambiente.Its environmental advantages. An aspect of the invention comprises polyethylene fibers Terephthalate described above when they have been obtained by a polymerization process that excludes the use of catalysts with heavy metals and / or antimony. So the fibers they have contents lower than 0.03 ppm and / or a null content in heavy metals The fibers thus prepared have advantages Additional related to the environment.
Por otra parte, la producción de la fibra descrita consta de dos fases, la producción del polímero y la producción de la fibra.Moreover, fiber production described consists of two phases, the production of the polymer and the fiber production
El proceso consta de dos etapas, esterificación y polimerización del monómero.The process consists of two stages, esterification and polymerization of the monomer.
Etapa 1Stage one
Se añade la materia prima, ácido tereftálico puro y monoetilenglicol, así como un inhibidor de las reacciones secundarias de formación del dímero de monoetilenglicol (compuesto de sodio de carácter básico) al reactor. Una vez se ha introducido en el reactor de esterificación la materia prima se inicia el proceso de esterificación, aplicando presión y temperatura hasta alcanzar los parámetros que definen el final de la reacción.The raw material, terephthalic acid is added pure and monoethylene glycol, as well as an inhibitor of reactions Secondary formation of monoethylene glycol dimer (compound of basic sodium) to the reactor. Once it has been introduced in the esterification reactor the raw material starts on esterification process, applying pressure and temperature up to reach the parameters that define the end of the reaction.
La reacción que ocurre en esta fase es la siguiente:The reaction that occurs in this phase is the next:
2 OH-CH2-CH2-OH + HOOC-C6H4-COOH \rightarrow OH-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OH + 2 H2O2 OH-CH2-CH2-OH + HOOC-C6H4-COOH → OH-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OH + 2 H2O
Una vez finalizada la esterificación, se añade un protector frente a la degradación térmica que el polímero puede sufrir en los procesos de obtención de la fibra. Este protector consiste en un compuesto de fósforo.Once the esterification is finished, a protective against thermal degradation that the polymer can suffer in the processes of obtaining fiber. This protector It consists of a phosphorus compound.
Etapa 2Stage 2
Se añade el catalizador del proceso de
polimerización. Utilizando catalizadores específicos se obtienen
fibras libres de metales pesados y/o antimonio. Una vez adicionado
el catalizador se aplica vacío y temperatura hasta alcanzar los
parámetros que definen el final de la reacción. En este proceso se
controla el grado de polimerización para obtener el número de
grupos carboxilo terminales óptimo, que quedarán libres y con
capacidad para establecer interacciones en la interfase
fibra-matriz. Asimismo, durante esta fase se
introducen los agentes nucleantes que favorecerán el aumento del
grado de cristalinidad en la etapa de estirado. Las reacciones que
ocurren en esta fase son similares a la
siguiente:The polymerization process catalyst is added. Using specific catalysts, heavy metal and / or antimony free fibers are obtained. Once the catalyst is added, vacuum and temperature are applied until the parameters that define the end of the reaction are reached. In this process the degree of polymerization is controlled to obtain the optimal number of terminal carboxyl groups, which will be free and capable of establishing interactions in the fiber-matrix interface. Also, during this phase the nucleating agents are introduced that will favor the increase in the degree of crystallinity in the stretching stage. The reactions that occur in this phase are similar to the
next:
2 OH-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OH \Leftrightarrow OH-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OH + OH-CH2-CH2-OH2 OH-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OH \ Leftrightarrow OH-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OOC-C6H4-COO-CH2-CH2-OH + OH-CH2-CH2-OH
El proceso consta de tres etapas, hilatura, estirado y cortado.The process consists of three stages, spinning, stretched and cut
Etapa 1Stage one
El polímero producido en la fase anterior, se precristaliza y se seca a temperaturas entre 150 y 200ºC. Una vez seco, se introduce en un extrusor en el cual se funde con temperaturas entre 250 y 300ºC. Posteriormente, el polímero se extruye en forma de capilares a través de una serie de hileras. El polímero extruído por estas hileras, se somete a un proceso de enfriamiento y estirado para comenzar a conferirle la cristalinidad necesaria.The polymer produced in the previous phase, is pre-crystallize and dry at temperatures between 150 and 200 ° C. One time dry, it is introduced into an extruder in which it melts with temperatures between 250 and 300 ° C. Subsequently, the polymer is Extrudes in the form of capillaries through a series of rows. He polymer extruded by these rows, undergoes a process of cooling and stretching to begin to confer crystallinity necessary.
Etapa 2Stage 2
En este proceso, la fibra adquiere la cristalinidad y propiedades físicas y tensiles que la caracterizan. Las relaciones de estirado están comprendidas entre 3,5 y 4,5. Tras el proceso de estirado, la fibra es tratada con una serie de coatings que le confieren parte de las propiedades de resistencia a la alcalinidad. Los coatings consisten en derivados de poliglicoles, ésteres o cualquier tipo de tensoactivo para favorecer la dispersión y la adherencia a la matriz y la estabilidad en medios alcalinos.In this process, the fiber acquires the crystallinity and physical and tensile properties that characterize it. Stretching ratios are between 3.5 and 4.5. After the stretching process, the fiber is treated with a series of coatings that confer part of the resistance properties to alkalinity Coatings consist of derivatives of polyglycols, esters or any type of surfactant for favor dispersion and adhesion to the matrix and stability in alkaline media.
Etapa 3Stage 3
La fibra, una vez seca, pasa a ser cortada. Para ello se emplean unas ruedas de corte que permiten obtener las longitudes de fibra apropiadas para cada tipo de matriz. La fibra, una vez que está cortada, es empaquetada en los distintos formatos comerciales.The fiber, once dried, becomes cut. For this uses cutting wheels that allow obtaining the fiber lengths appropriate for each type of matrix. The fiber, once it is cut, it is packaged in different formats commercial.
Las fibras así producidas están destinadas a la preparación de materiales cementicios y asfálticos.The fibers thus produced are intended for preparation of cementitious and asphaltic materials.
Así, un aspecto de la presente invención se refiere a un hormigón, mortero o preparado de base cementicia que tiene distribuidas de manera homogénea cantidades de fibra de polietilén tereftalato en dosificaciones comprendidas entre 0,01 y 1% en peso, basado en el peso de la mezcla total.Thus, one aspect of the present invention is refers to a concrete, mortar or cementitious base preparation that it has homogeneously distributed amounts of fiber of polyethylene terephthalate in dosages between 0.01 and 1% by weight, based on the weight of the total mixture.
Para la obtención de mezclas destinadas a la fabricación de hormigones y morteros se añaden las fibras en una proporción comprendida entre el 0,01 y el 1% al resto de constituyentes del material (cemento, áridos y otros aditivos). Esta adición se puede realizar sobre los tipos de mezcladores habitualmente utilizados para la preparación de estas mezclas como son, por ejemplo, las hormigoneras de tambor rotativo para la preparación de mezclas in situ o los camiones-hormigonera con capacidades superiores (6-12 m^{3}). Los tiempos de agitación y/o mezclado no se ven sustancialmente afectados mediante la introducción de las fibras objeto de la invención.To obtain mixtures for the manufacture of concrete and mortar, the fibers are added in a proportion between 0.01 and 1% to the rest of the constituents of the material (cement, aggregates and other additives). This addition can be done on the types of mixers commonly used for the preparation of these mixtures such as, for example, rotary drum concrete mixers for the preparation of on-site mixtures or concrete mixer trucks with higher capacities (6-12 m ^ {3}). Stirring and / or mixing times are not substantially affected by the introduction of the fibers object of the invention.
Gracias a la presencia de grupos carboxilo libres (-COO-) en la superficie de las fibras y a la aplicación de coatings específicos, éstas presentan un comportamiento hidrófilo que permite la adición sobre las mezclas en húmedo, facilitando así la dosificación y el uso de las mismas, tal y como se ha explicado anteriormente. Esto no limita el hecho de que las fibras puedan ser también introducidas "en seco" o mezcladas con los áridos constituyentes del hormigón que se vaya a preparar, con anterioridad a la adición de agua.Thanks to the presence of free carboxyl groups (-COO-) on the surface of the fibers and the application of specific coatings, these have a hydrophilic behavior which allows the addition on wet mixes, thus facilitating the dosage and use thereof, as explained previously. This does not limit the fact that the fibers can be also introduced "dry" or mixed with aggregates constituents of the concrete to be prepared, with prior to the addition of water.
Las aplicaciones típicas de los materiales cementicios objeto de la presente invención son pavimentaciones, elementos prefabricados (por ejemplo tuberías, paneles, dovelas para túneles), revestimiento de fachadas, etc.Typical applications of materials Cementitious materials object of the present invention are pavements, prefabricated elements (for example pipes, panels, bends for tunnels), facade cladding, etc.
Debido a la variedad de aplicaciones de los materiales cementicios (hormigones y morteros) objeto de la presente invención, resulta evidente la gran cantidad de combinaciones posibles entre los constituyentes de estas mezclas. En este sentido la presente invención se refiere a un material cementicio, hormigón o mortero, conteniendo las fibras de polietilén tereftalato en una proporción de 0,01 al 1% en peso, constituido por cualquier clase de cemento (Pórtland, puzolánicos, cementos de magnesia-fosfato, yesos, etc.), cualquier granulometría de árido y cualquier relación cemento/agua.Due to the variety of applications of cementitious materials (concrete and mortar) object of the present invention, the large number of combinations is evident possible among the constituents of these mixtures. In this sense The present invention relates to a cementitious material, concrete or mortar, containing the polyethylene terephthalate fibers in a proportion of 0.01 to 1% by weight, consisting of any kind of cement (Portland, pozzolanic, cement magnesia phosphate, plasters, etc.), any aggregate granulometry and any cement / water ratio.
Asimismo, el material puede contener aditivos, incorporados para mejorar el procesado y/o las propiedades finales del hormigón o mortero (por ejemplo aireantes, fluidificantes, retardantes o aceleradores del fraguado, estabilizantes, etc.).Also, the material may contain additives, incorporated to improve processing and / or final properties of concrete or mortar (eg aerators, fluidizers, setting retarders or accelerators, stabilizers, etc.).
Las mejoras que se consiguen en los materiales basados en cemento, gracias a la correcta dispersión y adhesión de las fibras de polietilén tereftalato objeto de la presente invención en estas matrices son principalmente:The improvements that are achieved in the materials based on cement, thanks to the correct dispersion and adhesion of the polyethylene terephthalate fibers object of the present invention in these matrices are mainly:
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- Reducción de la fisuración por retracción plástica y térmica que tiene lugar durante el fraguado y curado de compuestos de naturaleza cementicia. La mejora que proporcionan las fibras radica en su actuación como "relajadores de tensiones" ya que cuando se forma una microgrieta durante los estados iniciales de fraguado y curado del hormigón fresco, ésta va a deformar la fibra en lugar de evolucionar hacia grietas de mayor tamaño. Esta trasmisión de tensiones desde la matriz cementicia a la fibra se ve potenciada por la buena adherencia de las fibras. La reducción en el área fisurada conseguida mediante la adición de las fibras objeto de la presente invención es superior al 70%.Fissure reduction by plastic and thermal shrinkage that takes place during setting and Curing of cementitious compounds. The improvement that provide the fibers lies in their performance as "relaxers of tensions "since when a microcrack is formed during initial stages of setting and curing of fresh concrete, it goes to deform the fiber instead of evolving into larger cracks size. This transmission of tensions from the cement matrix to The fiber is enhanced by the good adhesion of the fibers. The reduction in the cracked area achieved by adding the Fibers object of the present invention is greater than 70%.
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- Aumento de la resistencia a flexotracción del hormigón curado de hasta un 30%.Increase of resistance to Flexotraction of cured concrete up to 30%.
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- Mejora de la tixotropía de las mezclas. Se obtienen materiales más homogéneos en la fase de mezclado, sin que exista segregación de los distintos componentes. Consecuentemente los hormigones presentan mejores acabados.Thixotropy improvement of mixtures More homogeneous materials are obtained in the phase of mixed, without segregation of the different components. Consequently the concretes present better finishes
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- Reducción de la permeabilidad, como consecuencia directa de la disminución de la fisuración conseguida mediante la adición de las fibras objeto de la presente invención. Esta disminución de la permeabilidad se traduce en una mejor resistencia a los daños producidos por el hielo y en un aumento de la durabilidad de las estructuras.Permeability reduction, as a direct consequence of the decrease in cracking achieved by adding the fibers object of the present invention. This decrease in permeability translates into a better resistance to ice damage and in a increased durability of structures.
Así, la presente invención proporciona ventajas respecto a las fibras existentes al permitir una mejor dispersión y adherencia de las fibras en los medios acuosos propios de las matrices cementicias, sin necesidad de efectuar la modificación mecánica de la superficie. Esto es posible debido a la presencia de grupos carboxilos libres en la estructura del polímero constituyente de las fibras que favorecen el establecimiento de interacciones intermoleculares en la interfase fibra-matriz.Thus, the present invention provides advantages. compared to existing fibers by allowing better dispersion and adhesion of the fibers in the aqueous media of the cementitious matrices, without the need to modify surface mechanics This is possible due to the presence of free carboxy groups in the polymer structure constituent of the fibers that favor the establishment of intermolecular interactions at the interface fiber matrix.
Además, las fibras objeto de la presente invención poseen características mejoradas en cuanto a durabilidad en matrices cementicias respecto a las fibras de polietilén tereftalato convencionales que las hacen idóneas para la fabricación de estos materiales, tal y como se describe en la presente memoria descriptiva.In addition, the fibers object of the present invention have improved durability characteristics in cementitious matrices with respect to polyethylene fibers conventional terephthalate that makes them suitable for manufacture of these materials, as described in the Present descriptive report.
Otro aspecto de la presente invención se refiere a una mezcla asfáltica que tiene distribuidas de manera homogénea las fibras desarrolladas en cantidades comprendidas entre 0,1 y 1% en peso.Another aspect of the present invention relates to to an asphalt mixture that has a homogeneous distribution the fibers developed in amounts between 0.1 and 1% in weigh.
Para la obtención de las mezclas objeto de la presente invención, destinadas a la preparación de asfaltos, se añaden las fibras en una proporción del 0,1 al 1% en peso al resto de constituyentes del material (betún, áridos y otros aditivos). Esta adición se puede realizar de forma manual o automática directamente al mezclador tanto en plantas en continuo como en plantas de tipo discontinúo, preferiblemente antes de la inyección del betún y manteniendo el mezclado "en seco" durante 2 ó 3 segundos más del tiempo habitual para conseguir la correcta distribución de las fibras.To obtain the mixtures object of the The present invention, intended for the preparation of asphalts, is add the fibers in a proportion of 0.1 to 1% by weight to the rest of constituents of the material (bitumen, aggregates and other additives). This addition can be done manually or automatically directly to the mixer both in continuous plants and in discontinuous type plants, preferably before injection of the bitumen and keeping the mixture "dry" for 2 or 3 seconds longer than usual to get the correct fiber distribution
La adición de las fibras también puede realizarse manual o automáticamente sobre la cinta transportadora de los áridos que alimenta al mezclador.Fiber addition can also be done. manually or automatically on the conveyor belt of the aggregates that feed the mixer.
El resto del proceso de preparación de la mezcla asfáltica es el seguido en cada tipo de planta. Los rangos de temperatura que de forma general se utilizan para la preparación de mezclas asfálticas (150-200ºC) no afectan a las propiedades de la fibra objeto de la invención cuyo punto de fusión es de 250ºC y cuya temperatura de ignición está por encima de los 450ºC.The rest of the mixture preparation process Asphalt is the one followed in each type of plant. The ranges of temperature that are generally used for the preparation of asphalt mixtures (150-200ºC) do not affect the properties of the fiber object of the invention whose melting point It is 250ºC and whose ignition temperature is above 450 ° C.
Debido a la variedad de aplicaciones de los materiales asfálticos objeto de la presente invención, resulta evidente la gran cantidad de combinaciones posibles entre los constituyentes de estas mezclas.Due to the variety of applications of asphaltic materials object of the present invention, it turns out evident the large number of possible combinations between constituents of these mixtures.
En este sentido la presente invención se refiere a un material asfáltico, conteniendo las fibras de polietilén tereftalato en una proporción de 0,1 al 1% en peso, constituido por cualquier clase de betún (betún normal de los distintos grados de penetración, por ejemplo 60/70, betunes modificados poliméricamente, emulsiones asfálticas, etc.) y cualquier granulometría y tipo de árido (silíceo, calizo, etc.). Asimismo, la mezcla puede contener aditivos, incorporados para mejorar el procesado y/o las propiedades finales del asfalto.In this sense the present invention relates to an asphaltic material, containing the polyethylene fibers terephthalate in a proportion of 0.1 to 1% by weight, consisting of any kind of bitumen (normal bitumen of different grades of penetration, for example 60/70, modified bitumen polymerically, asphalt emulsions, etc.) and any granulometry and type of aggregate (siliceous, limestone, etc.). Also, the mixture may contain additives, incorporated to improve the processed and / or the final properties of the asphalt.
En este contexto, por mezcla asfáltica se entiende la mezcla de betún, árido y fillers y otros aditivos. Por betún se entiende el material aglomerante constituido por una mezcla de hidrocarburos de origen natural o pirogénico, o de ambos tipos que pueden ser líquidos, semisólidos y sólidos, que se licúan gradualmente al calentarse y que son solubles en sulfuro de carbono.In this context, asphalt mixing is Understands the mixture of bitumen, aggregate and fillers and other additives. By bitumen means the binder material constituted by a mixture of hydrocarbons of natural or pyrogenic origin, or both types that can be liquid, semi-solid and solid, which are liquefied gradually when heated and they are soluble in sulfide of carbon.
Las mejoras que se consiguen en los materiales basados en asfalto, gracias a la incorporación de las fibras objeto de la invención son las siguientes:The improvements that are achieved in the materials based on asphalt, thanks to the incorporation of the object fibers of the invention are the following:
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- Disminución de la disgregación y aumento de la cohesividad de las mezclas.Decrease in disintegration and increased cohesiveness of mixtures.
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- Mejora de las propiedades mecánicas de los firmes (resistencia a la tracción, resistencia a la tracción indirecta, 15 módulo). Las fibras actúan formando un entramado o red que arma la mezcla permitiendo una mejor redistribución de esfuerzos.Property Improvement mechanical strengths (tensile strength, resistance to indirect traction, 15 module). The fibers act forming a fabric or network that assembles the mixture allowing a better redistribution of efforts.
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- Disminución de los problemas derivados de la segregación del betún durante el transporte de las mezclas.Problem reduction derived from the segregation of bitumen during the transport of mixtures
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- Disminución de las deformaciones plásticas provocadas por los efectos abrasivos del tráfico.Deformation decrease plastics caused by the abrasive effects of traffic.
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- Aumento de la durabilidad, ya que las fibras proporcionan un refuerzo frente a las deformaciones y las fisuraciones, traduciéndose esto en la conservación de sus características en un amplio intervalo de temperaturas.Increase in durability, already that the fibers provide reinforcement against deformations and the cracks, translating this into the conservation of their characteristics over a wide range of temperatures.
Estas mejoras permiten la obtención de carreteras más seguras y con menores costes de mantenimiento.These improvements allow obtaining roads safer and with lower maintenance costs.
Todas estas mejoras obtenidas mediante la adición de fibras hace, que en muchos casos, sea posible la sustitución del betún modificado poliméricamente por betún normal, permitiendo un abaratamiento del coste total de la mezcla. Esto no limita el hecho de que las fibras puedan ser empleadas en mezclas que contengan betunes modificados.All these improvements obtained by adding of fibers makes, in many cases, the replacement of the Polymerically modified bitumen by normal bitumen, allowing a cheaper total cost of the mixture. This does not limit the fact that the fibers can be used in mixtures containing modified bitumen.
Las mezclas asfálticas objeto de la presente invención comprenden un amplio rango de aplicaciones en carreteras. Así, mediante la adición de las fibras de polietilén tereftalato se consigue mejorar las propiedades de mezclas de granulometría densa, de mezclas drenantes y de mezclas de microaglomerados en caliente. Esto no limita que las fibras puedan utilizarse para mejorar las características de otros tipos de mezclas.The asphaltic mixtures object of the present The invention encompasses a wide range of road applications. Thus, by adding the polyethylene terephthalate fibers, manages to improve the properties of dense granulometry mixtures, of draining mixtures and mixtures of hot microagglomerates. This does not limit that the fibers can be used to improve the characteristics of other types of mixtures.
Así, del estudio de la técnica se observa que se han propuesto fibras, de composición diferente a las de la presente invención y que aluden, principalmente, a su utilidad como soporte de betún, sin tener en cuenta la capacidad de la fibra para mejorar las prestaciones de los pavimentos asfálticos. La fibra de polietilén tereftalato objeto de la presente invención proporciona mejoras en las propiedades mecánicas, de drenaje y de durabilidad de los pavimentos asfálticos.Thus, the study of the technique shows that have proposed fibers, of different composition to those of the present invention and which refer mainly to its usefulness as support of bitumen, regardless of the fiber's ability to improve Asphalt pavement performance. Fiber Polyethylene terephthalate object of the present invention provides improvements in mechanical, drainage and durability properties of asphalt pavements.
La presente invención se ilustra adicionalmente mediante los siguientes ejemplos que no pretenden en absoluto ser restrictivos de su alcance:The present invention is further illustrated. by the following examples that are not intended to be at all restrictive of its scope:
Para la fabricación de las fibras se llevó a cabo en primer lugar la fabricación del polímero, para lo que se utilizó ácido tereftálico puro (BP) y monoetilénglicol (Sabia). Como inhibidor de las reacciones secundarias se utilizó NaOH. La esterificación se llevó a cabo bajo las condiciones de 2,8 bares de presión y 262ºC de temperatura. Durante la esterificación se añadió TiO_{2} en una concentración de 0,38%. Posteriormente se llevó a cabo la polimerización bajo las condiciones de vacío (<13 mbar) y temperatura (292ºC) y añadiendo el aditivo nucleante Licomont NaV 101. El polímero así preparado sé extruyó, y tras el secado se cortó en forma de chips.For the manufacture of the fibers, polymer manufacturing was carried out first, for which pure terephthalic acid (BP) and monoethylene glycol (Sabia) were used . NaOH was used as an inhibitor of side reactions. The esterification was carried out under the conditions of 2.8 bar pressure and 262 ° C temperature. During the esterification TiO2 was added in a concentration of 0.38%. Subsequently the polymerization was carried out under the conditions of vacuum (<13 mbar) and temperature (292 ° C) and adding the Licomont NaV 101 nucleating additive. The polymer thus prepared was extruded, and after drying it was cut into chips.
Los chips del polímero se fundieron a temperaturas comprendidas entre 200 y 300ºC y se efectuó el hilado a temperaturas de 270-290ºC, a través de una hilera de 504 orificios, a una velocidad de estirado de 700 m/min. Posteriormente se sometió a los filamentos a un baño consistente en una mezcla del productos Silastol Cut 1 y Silastol Cut 2 (Schill Seilacher). Los filamentos así obtenidos fueron sometidos a un segundo estiramiento a la temperatura de 180ºC para lograr el grado de cristalización y las propiedades mecánicas deseadas y fueron cortados en una rueda de corte a dos longitudes: 6 mm y 18 mm.The polymer chips were melted at temperatures between 200 and 300 ° C and spun at temperatures of 270-290 ° C, through a row of 504 holes, at a drawing speed of 700 m / min. Subsequently, the filaments were subjected to a bath consisting of a mixture of Silastol Cut 1 and Silastol Cut 2 (Schill Seilacher) products . The filaments thus obtained were subjected to a second stretching at a temperature of 180 ° C to achieve the degree of crystallization and the desired mechanical properties and were cut in a cutting wheel at two lengths: 6 mm and 18 mm.
Las fibras así fabricadas, presentaban un diámetro de unos 25 5 \mum, una resistencia a la tracción de 578 Mpa y un módulo de Young de 7,48 GPa (test realizado en dinamómetro INSTRON según la norma ASTM D 2256-02).The fibers thus manufactured, presented a diameter of about 25 5 µm, a tensile strength of 578 Mpa and a Young module of 7.48 GPa (dynamometer test INSTRON according to ASTM D 2256-02).
Se llevaron a cabo ensayos de flexión sobre probetas de hormigón reforzadas con las fibras de polietilén tereftalato objeto de la presente invención y sobre probetas testigo para constatar la mejora aportada por las fibras.Bending tests were carried out on concrete specimens reinforced with polyethylene fibers Terephthalate object of the present invention and on test tubes witness to verify the improvement provided by the fibers.
Para la preparación del hormigón se utilizó cemento Pórtland Mixto Gris sin Cr (VI) "Cem II/B-M(V-LL)32,5N", grava de la marca TRACE y agua con relaciones cemento: árido de 1:3 y 1:4 y un ratio agua:cemento de 0,6. Las fibras se añadieron en una proporción de 0,6 Kg/m^{3}.For the preparation of concrete was used Gray Mixed Portland cement without Cr (VI) "Cem II / B-M (V-LL) 32.5N ", TRACE brand gravel and water with cement: aggregate 1: 3 ratios and 1: 4 and a water: cement ratio of 0.6. The fibers were added in a proportion of 0.6 Kg / m 3.
Para la preparación de la mezcla se utilizó una hormigonera de tipo rotativo "Betomix" B134 con un volumen de mezcla de 100 litros, a una velocidad entre 20 y 30 rpm.For the preparation of the mixture, a "Betomix" B134 rotary concrete mixer with a volume of 100 liter mixture, at a speed between 20 and 30 rpm.
Primero se mezclaron el cemento, la grava y el agua durante 2 minutos, a continuación se añadieron las fibras fabricadas según el Ejemplo 1 (con una longitud de 18 mm) y se mantuvo el mezclado durante 2 minutos más.First the cement, gravel and water were mixed for 2 minutes, then the fibers manufactured according to Example 1 (with a length of 18 mm) were added and the mixing was maintained for a further 2 minutes.
Tras el mezclado se comprobó que las fibras estaban homogéneamente distribuidas en el hormigón y que no se daba enmarañamientos de las mismas.After mixing it was found that the fibers they were homogeneously distributed in the concrete and that did not occur entanglement of them.
A continuación se vertió la mezcla sobre moldes rectangulares de dimensiones 100 x 100 x 350 mm.The mixture was then poured onto molds rectangular dimensions 100 x 100 x 350 mm.
Tras el fraguado y curado de las probetas se llevaron a cabo ensayos de flexión a cuatro puntos. Las distancias entre los puntos fueron:After setting and curing the specimens carried out four-point bending tests. The distances Between the points were:
- Diámetro de los rodillos y carga de apoyo: 20 mm.- Roller diameter and support load: 20 mm
- Distancia entre rodillos de carga: 100 mm.- Distance between loading rollers: 100 mm.
- Distancia entre rodillos de apoyo: 300 mm.- Distance between support rollers: 300 mm.
- Longitud de los cilindros de apoyo y de carga: 120 mm.- Length of support and load cylinders: 120 mm
En la tabla 1 se muestran los resultados obtenidos en los ensayos, donde F es la carga de rotura en Newton y f_{cf} es la tensión de rotura por flexotracción en MPa, calculada a partir de la siguiente fórmula:Table 1 shows the results. obtained in the tests, where F is the breaking load in Newton and f_ {cf} is the flexural tensile stress in MPa, calculated from the following formula:
f_{cf} = \frac{F \cdot l}{d_{1} \cdot d_{2}^{2}}f_ {cf} = \ frac {F \ cdot l} {d_ {1} \ cdot d_2 <2>
donde:where:
- d_{1} es el lado de la sección de la probeta paralela a la dirección de llenado (mm);- d_ {1} is the section side of the specimen parallel to the filling direction (mm);
- d_{2} es el lado de la sección de la probeta normal a la dirección de llenado (mm), y;- d_ {2} is the side of the test section normal to the filling direction (mm), and;
- l es la longitud de la probeta (mm).- l is the length of the specimen (mm).
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El efecto de la introducción de fibras en el hormigón se muestra en la tabla 1 mediante las tensiones de rotura medias para cada uno de los tipos de probetas (fm_{cf}), calculadas como la media de las tensiones obtenidas para cada uno de los especímenes de un tipo determinado. También aparece la variación relativa (%) de la tensión de rotura de las probetas reforzadas frente a las probetas testigo.The effect of the introduction of fibers in the Concrete is shown in Table 1 by breaking stresses. means for each of the types of specimens (fm_ {cf}), calculated as the average of the tensions obtained for each of Specimens of a certain type. The relative variation (%) of the tensile stress of the specimens reinforced against the test specimens.
Los resultados obtenidos para esta serie de probetas muestran que al añadir la fibra de polietilén tereftalato objeto de la invención al hormigón se mejora su tensión última de rotura. Así, para probetas de hormigón con una relación cemento:árido de 1:4 y una dosificación de fibra de 0,6 Kg/m^{3} se consigue un aumento medio de un 30% aproximadamente, mientras que para esa misma dosificación y una relación 1:3 el aumento es de un 14%.The results obtained for this series of specimens show that by adding polyethylene terephthalate fiber object of the invention to concrete its ultimate tension of break. Thus, for concrete specimens with a relationship cement: aggregate of 1: 4 and a fiber dosage of 0.6 Kg / m3 an average increase of approximately 30% is achieved, while that for that same dosage and a 1: 3 ratio the increase is of 14%
La mezcla de hormigón preparada según el Ejemplo 2 se vertió en moldes de dimensiones 600x400x30 mm., con 2 cuñas de 15 mm. de alto colocadas a 115 mm. de los laterales del molde.The concrete mixture prepared according to Example 2 was poured into molds of dimensions 600x400x30 mm, with 2 wedges of 15 mm. high placed at 115 mm. of the sides of the mold.
El curado del hormigón se llevó a cabo bajo una corriente de aire caliente que favoreciera la formación de fisuras, tomando como referencia la norma americana ICBO AC-32.Concrete curing was carried out under a hot air stream that favored the formation of fissures, taking as reference the American standard ICBO AC-32
Tras el curado se midieron, empleando reglas y galgas, las superficies fisuradas de los paneles de hormigón testigo (sin fibra) y de los paneles de hormigón reforzados con 0,6 Kg/m^{3} de la fibra objeto de la invención. Los resultados mostraron una clara reducción en la fisuración en los paneles de hormigón reforzados con la fibra de polietilén tereftalato fabricada según el Ejemplo 1. After curing, the cracked surfaces of the control concrete panels (without fiber) and of the reinforced concrete panels with 0.6 kg / m3 of the fiber object of the invention were measured using rulers and gauges. The results showed a clear reduction in cracking in concrete panels reinforced with the polyethylene terephthalate fiber manufactured according to Example 1.
Así, la superficie fisurada para la probeta sin fibra fue de 390 mm^{2} mientras que la superficie fisurada para la probeta que contenía fibra fue de 95 mm^{2}. Se consiguió, por tanto, una reducción del área fisurada del 75%.Thus, the cracked surface for the specimen without fiber was 390 mm2 while the cracked surface for the specimen containing fiber was 95 mm2. It was achieved, by therefore, a reduction of the cracked area of 75%.
Se llevó a cabo este test para evaluar la durabilidad de las fibras en las matrices cementicias.This test was carried out to evaluate the fiber durability in cementitious matrices.
Se prepararon probetas de hormigón, según el Ejemplo 2 pero con una dosificación de fibras superior (4,7 Kg/m^{3}), tomando como referencia la norma americana ICBO AC-32.Concrete specimens were prepared, according to Example 2 but with a higher fiber dosage (4.7 Kg / m3), taking as reference the American standard ICBO AC-32.
Posteriormente, las probetas reforzadas con fibra y las probetas testigo (sin fibra) se sumergieron en un tanque con agua saturada en Ca(OH)_{2} a la temperatura de 50ºC con condiciones controladas de pH y temperatura.Subsequently, the fiber reinforced specimens and the control specimens (without fiber) were immersed in a tank with saturated water in Ca (OH) 2 at the temperature of 50ºC with controlled conditions of pH and temperature.
Se extrajeron probetas del tanque a los 28 días de envejecimiento acelerado (equivalente a 10 años naturales) y de 56 días (equivalente a años naturales) y se midieron las tensiones medias de rotura en ensayo a flexión a cuatro puntos.Test specimens were removed from the tank at 28 days of accelerated aging (equivalent to 10 calendar years) and of 56 days (equivalent to calendar years) and tensions were measured Breaking stockings in four-point bending test.
Los resultados, recogidos en la tabla 2 muestran una permanencia de las propiedades a flexión del hormigón en las probetas reforzadas con fibra.The results, shown in table 2 show a permanence of the flexural properties of concrete in the fiber reinforced specimens.
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Para confirmar la evidencia de la durabilidad de las fibras en el hormigón, así como la adherencia de las mismas a la matriz se estudiaron por microscopía electrónica de barrido (SEM) fibras extraídas de la superficie de fractura de las probetas ensayadas a las diferentes edades. Las fibras permanecieron en buen estado tras el envejecimiento.To confirm the evidence of the durability of the fibers in the concrete, as well as their adhesion to the matrix were studied by scanning electron microscopy (SEM) fibers extracted from the fracture surface of the test tubes tested at different ages. The fibers remained In good condition after aging.
El examen de la interfase fibra-matriz a través de SEM confirmó la correcta adherencia de las fibras, no observándose huecos atribuibles al deslizamiento de las fibras, como ocurre con otras fibras de refuerzo.The interface test fiber-matrix through SEM confirmed the correct adhesion of the fibers, not observing gaps attributable to the fiber slippage, as with other fibers of reinforcement.
Para la realización de la solera con hormigón reforzado con la fibra de la invención se eligió una zona de paso de camiones y palas que producen un gran desgaste, de esta manera se pudo comprobar la evolución del pavimento de manera más rápida y compararla con los tramos de solera sin fibra adyacente.For the realization of the floor with concrete reinforced with the fiber of the invention a passage zone was chosen of trucks and shovels that produce great wear, in this way the evolution of the pavement could be checked more quickly and compare it with the sections of the floor without adjacent fiber.
Se realizaron dos amasadas, de 8 m^{3} cada una, en un camión-hormigonera. Se preparó un hormigón con un contenido en cemento de 300 kg/m^{3} de la marca "Esfera" con una relación de agua:cemento de 0,6. La dosificación de la fibra fue de 0,6 kg/m^{3}. Las fibras se añadieron mediante un embalaje consistente en bolsas hidrosolubles de 0,6 kg cada una, que permiten una fácil dosificación de las mismas sobre el camión-hormigonera. La espiral mezcladora del camión se hizo girar a 15 rpm. durante 3 minutos después de la adición de la fibra. Posteriormente se vertió la mezcla sobre el solado previamente allanado y compactado.Two kneaded, 8 m 3 each were made one, in a concrete mixer truck. He prepared a concrete with a cement content of 300 kg / m3 of the brand "Sphere" with a water: cement ratio of 0.6. The Fiber dosage was 0.6 kg / m3. The fibers are added by means of a packaging consisting of water-soluble bags 0.6 kg each, which allow easy dosing of same on the concrete mixer truck. The spiral Truck mixer was spun at 15 rpm. for 3 minutes after the addition of the fiber. Subsequently the mix on the previously paved and compacted screed.
Por último se procedió a alisar la superficie mediante paletas y vibradoras por parte de los operarios.Finally we proceeded to smooth the surface by pallets and vibrators by the operators.
Se pudo comprobar, en esta prueba piloto a escala real que la dispersión de la fibra fue homogénea, no observándose grumos ni enmarañamiento de las fibras. La trabajabilidad, medida mediante el ensayo del cono invertido (ASTM C995-94) permaneció dentro de los parámetros habituales, no requiriéndose cantidades superiores de agua.It was possible to verify, in this pilot scale test real that the fiber dispersion was homogeneous, not being observed lumps or fiber entanglement. Workability, measure by inverted cone test (ASTM C995-94) remained within the parameters usual, not requiring higher amounts of water.
Después de tres meses de servicio no se observaron grietas en la solera que contenía la fibra de la invención, mientras que en los tramos adyacentes, sin fibra, se observaron fisuras de diferente magnitud.After three months of service I don't know they observed cracks in the hearth that contained the fiber of the invention, while in adjacent sections, without fiber, They observed cracks of different magnitude.
Preparación de una mezcla densa de tipo S-20.Preparation of a dense type mixture S-20
Se preparó una mezcla asfáltica densa conteniendo la fibra preparada según el Ejemplo 1 (cortada a 6mm.).A dense asphalt mixture containing the fiber prepared according to Example 1 (cut to 6mm.) Was prepared.
En primer lugar se añadieron los áridos, de composición silícea y caliza (procedentes de los acopios del Jarama en Velilla de San Antonio) y la fibra preparada según el Ejemplo 1 y se realizó un primer mezclado en seco, a la temperatura de 170ºC de un minuto de duración a efectos de homogenización y dispersión. Posteriormente se añadió el betún (Repsol) agitando la mezcla durante 40 segundos hasta conseguir un mezclado completo y homogéneo. Posteriormente se añadió el filler y se completó el mezclado durante otros 40 segundos.In the first place the aggregates, of siliceous and limestone composition (from the preparations of the Jarama in Velilla de San Antonio) and the fiber prepared according to Example 1 were added and a first dry mixing was carried out, at the temperature of 170 ° C of a minute duration for homogenization and dispersion purposes. Subsequently, the bitumen ( Repsol ) was added by stirring the mixture for 40 seconds until a complete and homogeneous mixing was achieved. Subsequently the filler was added and mixing was completed for another 40 seconds.
La fibra se dispersó de manera homogénea en la mezcla, no observándose grumos ni enmarañamiento de las fibras.The fiber dispersed homogeneously in the mixing, not observing lumps or entanglement of the fibers.
Para evaluar las mejoras aportadas por la fibra, se comparó esta mezcla con sus homólogas fabricadas con el mismo betún y betún modificado. Las mezclas preparadas fueron las que se detallan en la tabla 3 siguiente:To evaluate the improvements made by fiber, this mixture was compared with its counterparts made with it Bitumen and modified bitumen. The prepared mixtures were the ones that were detailed in the following table 3:
El porcentaje óptimo de ligante bituminoso se determinó mediante el ensayo Marshall y resultó de un 5% de betún sobre árido para las mezclas bituminosas que no contenían fibra y de un 5,8% para la mezcla bituminosa conteniendo la fibra.The optimal percentage of bituminous binder is determined by the Marshall test and resulted in 5% bitumen over aggregate for bituminous mixtures that did not contain fiber and 5.8% for the bituminous mixture containing the fiber.
Además, de la capacidad de la fibra según la invención para actuar como soporte de betún, se evaluó la mejora en las propiedades mecánicas de los firmes preparados a partir de las mezclas descritas en la tabla 3 para lo que se llevaron a cabo distintos ensayos de acuerdo con la normativa NLT. Los resultados se muestran a continuación:In addition, the fiber capacity according to the invention to act as a bitumen support, the improvement in the mechanical properties of the firm prepared from the mixtures described in table 3 for which they were carried out different tests according to the NLT regulations. The results below:
Para evaluar la disminución en las deformaciones plásticas de los pavimentos se llevó a cabo el ensayo en pista para probetas fabricadas con los tres tipos de mezclas descritos, que constató la mejora en cuanto a la reducción de las bandas de rodadura provocadas por el tráfico. Este hecho indica una mayor durabilidad de los firmes reforzados con la fibra objeto de la presente invención.To evaluate the decrease in deformations pavement plastics the track test was carried out to specimens manufactured with the three types of mixtures described, which noted the improvement in the reduction of the bands of rolling caused by traffic. This fact indicates a greater durability of the firm reinforced with the fiber object of the present invention
En la figura 1 se muestra el resultado de este ensayo, que muestra cómo con la mezcla 2, conteniendo un betún convencional 60/70 y un porcentaje del 0,3% en peso de la fibra se obtienen resultados similares a los obtenidos para las mezclas conteniendo betún modificado.Figure 1 shows the result of this test, which shows how with mixture 2, containing a bitumen 60/70 conventional and a percentage of 0.3% by weight of the fiber is they obtain similar results to those obtained for mixtures containing modified bitumen.
La resistencia a compresión de las tres mezclas bituminosas, según norma NLT-162, se expresan en la siguiente tabla 4:The compressive strength of the three mixtures bituminous, according to NLT-162, are expressed in the following table 4:
donde:where:
R1: resistencia a compresión de las probetas sumergidas.R1: compressive strength of the specimens submerged
R2: resistencia a compresión de las probetas no sumergidas.R2: compressive strength of specimens no submerged
Índice resistencia contenida: IRC = 100*R1/R2Resistance index contained: IRC = 100 * R1 / R2
Estos resultados muestran un buen comportamiento de la mezcla asfáltica reforzada con fibra a los efectos del agua.These results show good behavior. of the fiber reinforced asphalt mixture for the purposes of Water.
En la siguiente tabla 5 se puede observar la resistencia a compresión diametral de las tres muestras bituminosas, según NLT-346.In the following table 5 you can see the diametral compressive strength of the three bituminous samples, according to NLT-346.
Así, las fibras aportan una mejora en la capacidad de no-distribución de cargas a capas inferiores.Thus, the fibers provide an improvement in the capacity of non-distribution of loads to layers lower.
Se preparó una mezcla bituminosa conteniendo las fibras de la invención fabricadas según el Ejemplo 1 (con una longitud de 6 mm) en una planta de tipo continuo, las características de la mezcla fueron:A bituminous mixture was prepared containing the fibers of the invention manufactured according to Example 1 (with a length of 6 mm) in a continuous type plant, the characteristics of the mixture were:
- --
- Granulometría del árido: D12Aggregate granulometry: D12
- --
- Tipo de betún: 60/70Kind Bitumen: 60/70
- --
- Dosificación de betún: 5,4% en peso total de la mezcla.Bitumen dosage: 5.4% by weight Total mix.
- --
- Temperatura de mezclado: 160ºC Mixing temperature: 160ºC
- --
- Dosificación fibra: 0,3% en peso total de la mezcla.Fiber dosage: 0.3% by total weight mix.
Se prepararon unas 50 Tn de mezcla. La dosificación de la fibra se realizó manualmente sobre la cinta transportadora de los áridos que alimenta al trómel. En el trómel se inyectó el betún en un porcentaje del 5,4% en peso sobre la mezcla total. La mezcla se realizó a una temperatura de 160ºC.About 50 tons of mixture were prepared. The Fiber dosing was done manually on the tape aggregate conveyor that feeds the trommel. In the trombone bitumen was injected at a percentage of 5.4% by weight over the total mix The mixing was performed at a temperature of 160 ° C.
Se descargó la mezcla sobre 2 camiones con capacidad de 25 Tn de mezcla cada uno que transportaron la mezcla hasta el lugar de extendido, situado en la localidad de Oliete (Teruel) a unos 120 Km de la planta donde se preparó la mezcla. No se observó segregación de los componentes durante el transporte. La fibra quedó homogéneamente distribuida en la matriz.The mixture was unloaded on 2 trucks with capacity of 25 tons of mixture each that transported the mixture to the place of extension, located in the town of Oliete (Teruel) about 120 km from the plant where the mixture was prepared. Do not segregation of the components was observed during transport. The fiber was homogeneously distributed in the matrix.
La mezcla se extendió sobre una superficie de unos 700 m^{2} con un espesor de 4 cm, la trabajabilidad de la mezcla con fibra fue la habitual. No se observaron grumos ni enmarañamiento de las fibras. Después de 6 meses con condiciones climatológicas adversas y tráfico pesado no se observan fisuras ni disgregación en la calzada.The mixture was spread on a surface of about 700 m 2 with a thickness of 4 cm, the workability of the Fiber blending was the usual. No lumps were observed or fiber entanglement After 6 months with conditions adverse weather conditions and heavy traffic no cracks are observed disintegration on the road.
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| EP3656820A4 (en) * | 2017-07-21 | 2021-01-06 | Kao Corporation | Asphalt composition, method for producing same and additive for asphalt |
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| WO2003022774A1 (en) * | 2001-09-10 | 2003-03-20 | 3M Innovative Properties Company | Toughened fibre-reinforced cementitious composites |
-
2004
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