ES2973450T3 - Productos de paisajismo y método de producción de los mismos - Google Patents
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Abstract
El presente objeto se refiere a un producto de paisajismo que comprende escoria siderúrgica y opcionalmente cemento, composiciones y procesos para su preparación. (Traducción automática con Google Translate, sin valor legal)
Description
DESCRIPCION
Productos de paisajismo y método de producción de los mismos
CAMPO DE LA DIVULGACIÓN
El presente objeto se refiere a productos para paisajismo que contienen escorias siderúrgicas, composiciones y procesos para su preparación.
ANTECEDENTES DE LA DIVULGACIÓN
Tradicionalmente, la producción de productos de paisajismo a base de cemento utiliza cemento Portland como aglutinante. La producción de cemento es un proceso que consume mucha energía y emite carbono. La producción de cada tonelada de cemento Portland emite 0,8 toneladas de dióxido de carbono a la atmósfera. Además, la producción de cemento consume cantidades considerables de recursos naturales. Si el cemento Portland pudiera sustituirse por aglutinantes alternativos, la emisión de dióxido de carbono a la atmósfera podría reducirse significativamente.
La escoria de acero ha demostrado el potencial de reemplazar al cemento como aglutinante alternativo si se realiza la activación de la carbonatación. La escoria siderúrgica es bien conocida por su reacción con el dióxido de carbono. Reemplazar el cemento con escoria de acero activada en la producción de productos de jardinería reducirá el consumo de energía, el consumo de recursos naturales y la emisión total de carbono. La reducción de la emisión de dióxido de carbono proviene de dos factores; a) la eliminación del uso de cemento Portland en el producto, b) el almacenamiento permanente de dióxido de carbono en el producto paisajístico debido al proceso de activación de la carbonatación.
Variedades de productos de paisajismo
Los productos de paisajismo incluyen varios tipos de productos, como piedra fundida, adoquines, losas, muros de bloques de contención, tapas, bordillos, bordes, escalones y fachadas.
Por ejemplo, un adoquín es un adoquín, teja, ladrillo o pieza de concreto similar a un ladrillo que se usa comúnmente como piso exterior. Los adoquines de hormigón se fabrican comercialmente vertiendo una mezcla de agregados, cemento Portland, aditivos y pigmentos (si es necesario) en un molde con varias formas y dejándolo fraguar. Aunque cada uno de esos ingredientes demuestra su propia propiedad de microestructura única, todos ellos están construidos de manera similar a partir de un esqueleto agregado, un medio aglutinante y huecos de aire. Los adoquines de hormigón entrelazados y los adoquines de piedra son diferentes tipos de adoquines. Al colocar los adoquines entrelazados, generalmente no se utiliza pasta cementosa, aditivos químicos ni métodos de retención; en cambio, se utiliza el peso del propio adoquín para ensamblarlos. Los adoquines se pueden utilizar para cubrir carreteras, entradas de vehículos, patios, pasarelas y cualquier plataforma exterior.
Los muros de contención son productos prefabricados de hormigón que dependen principalmente de su masa para su estabilidad. Los muros de contención se pueden apilar fácilmente uno encima del otro. Los muros de contención se pueden utilizar en aplicaciones residenciales y comerciales. Los muros de contención se producen en diferentes tamaños, características, texturas y estilos.
La piedra moldeada se considera uno de los productos de mampostería de hormigón que mejor imita la piedra cortada natural y se utiliza principalmente en aplicaciones arquitectónicas. La aplicación de productos de piedra fundida varía desde arquitectura hasta estructuras y adornos de jardín.
Los bordillos de hormigón prefabricado se instalan a lo largo de una calle o calzada, formando un borde para una acera. Los bordillos de hormigón prefabricado están disponibles en longitudes convenientes y generalmente son rápidos y fáciles de instalar.
Los paneles de fachada de hormigón prefabricado se utilizan para proporcionar un mejor acabado a las paredes exteriores e interiores. Estos paneles se utilizan para revestir total o parcialmente las fachadas de edificios o paredes independientes utilizadas para paisajismo, insonorización y muros de seguridad.
Wang Chang-Long et al. (Modelado, simulación y optimización, WMSO '08) informa los resultados de un estudio en el que se reemplazó arena con escoria de acero y escoria de hormigón que comprende cemento Portland y superplastificante.
El documento WO2015/139121 divulga un producto de construcción elaborado a partir de material granular y un aglutinante que incluye escoria de acero. El producto de construcción se produce mediante un proceso que incluye las etapas de combinar el material granular y el aglutinante y luego curar el material granular y el aglutinante combinado con dióxido de carbono. El documento WO2015/139121 no describe el uso de una mezcla química, como un reductor de agua o un repelente de agua.
El documento WO2016/082030 divulga métodos para preparar una mezcla que contiene cemento, poniendo en contacto una mezcla de un aglutinante de cemento, por ejemplo, cemento hidráulico y agua, y, opcionalmente, otros componentes como agregado (una "mezcla de cemento" u "hormigón", por ejemplo, una "mezcla de cemento hidráulico") con dióxido de carbono durante alguna parte del mezclado de la mezcla de cemento, por ejemplo, mezcla de cemento hidráulico. Se pueden agregar a la mezcla uno o más materiales cementosos suplementarios (SCM) y/o reemplazos de cemento en la etapa apropiada para el SCM o reemplazo de cemento en particular. Los SCM ejemplares incluyen escoria de combustión, cenizas volantes, humo de sílice, puzolanas naturales (tales como metacaolín, esquisto calcinado, arcilla calcinada, vidrio volcánico, tobas o trastos zeolíticos, cenizas de cáscara de arroz, tierra de diatomeas y esquisto calcinado) y vidrio de desecho. El documento WO2016/082030 no divulga el uso de escoria siderúrgica.
Mahoutian Mehrdad et al. (Materials and Structures, vol.48, no. 9, julio de 2014, 3075-3085) informa los resultados de un estudio relacionado con el comportamiento de carbonatación e hidratación de escoria de acero de horno eléctrico y escoria de acero de horno de oxígeno base. La activación por carbonatación de las escorias siderúrgicas puede acelerar la resistencia inicial, que puede ser de tres a cuatro veces mayor que la resistencia a la hidratación. Con la activación de la carbonatación, la escoria de acero puede servir como aglutinante para fabricar productos de construcción unidos a la escoria.
RESUMEN DE LA DIVULGACIÓN
Un aspecto de la divulgación se relaciona con un proceso para preparar productos para paisajismo que comprende:
i) mezclar una parte seca; y una parte líquida; en el que dicha parte seca comprende un agregado y un aglutinante, en el que dicho aglutinante consiste en escoria de acero y opcionalmente cemento; y en el que dicha parte líquida comprende agua y una mezcla química seleccionada entre repelentes de agua, reductores de agua, aditivos inclusores de aire y aditivos reductores/controladores de eflorescencia, en el que dichos reductores de agua cumplen con los requisitos de ASTM C494;
ii) moldear y compactar la mezcla de la etapa i) hasta obtener un producto conformado que tiene una relación inicial de agua a escoria W/S;
iii) opcionalmente reducir la relación inicial de agua a escoria de dicho producto conformado de la etapa ii) para proporcionar un producto conformado que tenga una relación de agua a escoria previa a la carbonatación W/S; y iv) curar el producto moldeado de la etapa ii) o iii) con dióxido de carbono para proporcionar dichos productos de paisajismo.
Un aspecto adicional de la divulgación se refiere a un producto de paisajismo curado con dióxido de carbono que comprende:
a) un agregado;
b) una mezcla química seleccionada entre repelentes de agua, reductores de agua, aditivos inclusores de aire y aditivos reductores/controladores de eflorescencia, en donde dichos reductores de agua cumplen con los requisitos de ASTM C494, y
c) un aglutinante que consiste en escoria de acero y opcionalmente cemento.
Un aspecto adicional de la divulgación se refiere a un producto de paisajismo preparado mediante el proceso descrito en el presente documento.
BREVE DESCRIPCIÓN DE LOS DIBUJOS
Para ilustrar cómo se pueden llevar a efecto las formas de realización de esta divulgación, ahora se hará referencia a los dibujos adjuntos, en los que:
FIG. 1 es una representación esquemática de una configuración de carbonatación ejemplar;
FIG. 2 es un XRD de escoria híbrida EAF y BOF (EBH) tal como se recibió y después de la carbonatación; y FIG. 3 es TG y DTG para compactos de escoria híbrida EAF y EAF-BOF carbonatados y tal como se recibieron
DESCRIPCIÓN DETALLADA DE LA DIVULGACIÓN
Los productos de paisajismo incluyen: piedra colada, adoquines, losas, muros de bloques de contención, bordes, bordillos, remates, escalones y fachada. Pueden aplicarse varias normas con respecto al rendimiento esperado de los productos. Las siguientes normas son referencias útiles para comprender mejor las prestaciones técnicas típicas requeridas para productos representativos.
Como se analiza en el presente documento, se entiende que la referencia a un producto de paisajismo que comprende un aglutinante que consiste en escoria de acero (y opcionalmente cemento) significa que el aglutinante en el producto de paisajismo final es un aglutinante curado con dióxido de carbono, o en otras palabras un aglutinante curado con dióxido de carbono. productos de paisajismo. Por lo tanto, las expresiones productos para paisajismo/productos para paisajismo curados con dióxido, así como aglutinante/aglutinante curado con dióxido de carbono, pueden usarse indistintamente o sustituirse en cualquier parte de la especificación si es necesario para mejorar la claridad.
Muro de contención: ASTM C 1372: Especificación estándar para unidades de muro de contención segmentadas de fundición seca
Resistencia mínima a la compresión: 20,7 MPa
Absorción máxima de agua: 208 kg/m3 (aproximadamente 8,5 %)
Piedra moldeada arquitectónica: ASTM C1364: Especificación estándar para piedra moldeada arquitectónica
Resistencia mínima: 45 MPa
Absorción máxima de agua en agua fría: 6%
Absorción máxima de agua en agua caliente: 10%
Adoquines: ASTM C936: Especificación estándar para unidades de pavimentación entrelazadas de hormigón
sólido Resistencia mínima a la compresión: 55 MPa
Absorción máxima de agua: 5%
Método de prueba estándar estadounidense: Especificación estándar para unidades de pavimentación entrelazadas de hormigón sólido (esta especificación está destinada a adoquines de hormigón entrelazados utilizados en la construcción de superficies pavimentadas y fabricados a partir de materiales cementosos, agregados, aditivos químicos y otros componentes, como repelentes de agua integrales. La especificación también ofrece pautas para requisitos físicos, muestreo y prueba, inspección visual y rechazo de muestras).
Asociación Canadiense de Normas - CSA A231.2: Losas de pavimento de hormigón prefabricado/Adoquines de hormigón prefabricado. Esta Norma especifica los requisitos para losas de pavimento de hormigón fabricadas a partir de hormigón de cemento hidráulico para ser utilizadas en la construcción de pavimentos y revestimientos de tejados. Esta Norma incluye unidades con acabados arquitectónicos o superficies táctiles.
Bordillo: BNQ 2624-21O: Bordillos de Concreto Prefabricados - Características Dimensionales, Geométricas y Físicas Resistencia a la compresión mínima a 28 días: 32 MPa
Como se analiza a continuación, la escoria de acero se usa en el presente documento como el único componente de un aglutinante o el componente principal de un aglutinante junto con una proporción de cemento, si es necesario, para permitir la producción de productos de paisajismo en los que se usa dióxido de carbono como agente de curado. Es decir, todo o la mayor parte del cemento se sustituye por escoria siderúrgica. También se aplica dióxido de carbono para promover la resistencia y activar la escoria.
En una forma de realización, el aglutinante consiste en escoria de acero.
En una forma de realización, el aglutinante consiste esencialmente en escoria de acero.
En una forma de realización, el aglutinante consiste en escoria de acero y cemento, en donde la relación escoria a cemento es de hasta 20, alternativamente la relación es de hasta 15 o hasta 10. Preferiblemente, la relación de escoria a cemento es de aproximadamente 7 a aproximadamente 9.
En una forma de realización, los productos de paisajismo de la presente divulgación tienen preferiblemente una absorción de agua de menos de aproximadamente el 5 % y una resistencia a la compresión de aproximadamente 55 MPa, o preferiblemente 60 MPa, o superior.
En una forma de realización, el producto de paisajismo es un adoquín y preferiblemente tiene una absorción de agua de menos de aproximadamente el 5 % y una resistencia a la compresión de aproximadamente 55 MPa, o preferiblemente 60 MPa, o superior.
En una forma de realización, los productos de paisajismo tienen preferiblemente una resistencia a la compresión de aproximadamente 55 MPa, o preferiblemente 60 MPa, o superior.
En una forma de realización, los productos de paisajismo tienen una absorción de agua de menos de aproximadamente el 6 % y una resistencia a la compresión de aproximadamente 45 MPa.
En una forma de realización, el producto de paisajismo es una piedra fundida arquitectónica o un adoquín y tiene una absorción de agua de menos de aproximadamente el 6 % y una resistencia a la compresión de aproximadamente 45 MPa.
En una forma de realización, los productos de paisajismo tienen una absorción de agua inferior a aproximadamente el 8,5%y una resistencia a la compresión de aproximadamente 20 MPa.
En una forma de realización, el producto de paisajismo 1 es un muro de contención y tiene una absorción de agua de menos de aproximadamente 8,5 % y una resistencia a la compresión de aproximadamente 20 MPa.
Escoria de acero
Las escorias de acero EAF, BOF y algunas escorias de cuchara se pueden utilizar para producir adoquines tal como se definen en el presente documento.
"Escoria de acero" en el presente documento se refiere al subproducto de escoria producido por los fabricantes de acero. La escoria de acero puede incluir escoria producida a partir de humos de oxígeno básicos (BOF). La escoria de acero también puede incluir escoria producida a partir de humos eléctricos (EAF). La escoria EBH también se contempla como útil en el presente documento y se refiere al híbrido EAF-BOF, que es un tipo de escoria de acero formada a partir de una mezcla de escorias producidas por EAF y BOF.
La escoria de acero como se usa en el presente documento puede incluir además escoria de cuchara. "Escoria de cuchara" en el presente documento se refiere a un tipo de escoria de acero. La escoria de cuchara se produce como subproducto de una operación de refinación de cuchara. En diversos procesos de fabricación de acero, el acero fundido producido en un proceso EAF o BOF se somete a un proceso de refinación adicional basado en la calidad del acero deseado. Se añaden fundentes y aleaciones adicionales a una cuchara para eliminar las impurezas del acero y producir acero con las propiedades deseadas. Esta operación se conoce como refinado en cuchara, porque se ejecuta en la cuchara de transferencia. Durante este proceso se generan escorias de acero adicionales, que son escorias de cuchara.
Se entenderá que "escoria de acero", tal como se utiliza en el presente documento, excluye la escoria de hierro y la escoria de horno de explosión que normalmente se generan durante la producción de hierro. La morfología de la escoria de acero como se usa aquí juega un papel en la reactividad con dióxido de carbono. La escoria de acero puede reaccionar con el dióxido de carbono ya que es cristalina. La escoria de acero que contiene alto contenido de silicatos de calcio y compuestos bajos en hierro sería candidata ideal para recibir activación de carbonatación para fabricar productos de paisajismo a base de escoria. A diferencia de la escoria de acero, la escoria de hierro no se puede utilizar como aglutinante (en la producción de productos de paisajismo con el proceso de curado con CO2) ya que se enfría mediante pulverización de agua para formar un material amorfo. Este material amorfo (escoria de hierro) no reacciona con el CO<2>.
La ganancia de resistencia en la escoria de acero depende del contenido de silicatos de calcio en la escoria. La activación por carbonatación de silicatos de calcio de cualquier polimorfo podría producir hidratos de silicato de calcio entremezclados con cristales de carbonato de calcio, contribuyendo así a la resistencia de los enlaces de escoria.
Composición química de la escoria de acero
La escoria de acero utilizada para fabricar productos de paisajismo tiene un contenido de cal libre inferior a aproximadamente el 10 %, preferiblemente menos de aproximadamente el 7,2 %, o más preferiblemente menos de aproximadamente el 4 % en composición química.
La escoria de acero utilizada para fabricar productos de paisajismo tiene un contenido de silicato de calcio acumulativo (por ejemplo: concentración de fase C<2>S C<3>S) de al menos aproximadamente 15 %, o más preferiblemente más de aproximadamente 40 %.
La escoria de acero utilizada para fabricar el producto de construcción tiene un contenido de SiO<2>de al menos aproximadamente el 6%, o más preferiblemente al menos aproximadamente el 15%.
Tamaño de la escoria de acero
La escoria de acero más gruesa no puede activarse completamente con dióxido de carbono. El valor de finura para la escoria de acero debería ser superior a aproximadamente 150 m<2>/kg en un ensayo de finura de Blaine o más preferiblemente superior a aproximadamente 300 m<2>/kg. La escoria más fina da como resultado un producto de paisajismo que tiene propiedades mecánicas apropiadas, mientras que la escoria de acero gruesa puede dar como resultado un producto de paisajismo que no satisface los requisitos necesarios.
La distribución de tamaño de la escoria se puede caracterizar como D50 de 200 micrómetros y menos, preferiblemente 100 micrómetros o menos, o más preferiblemente 20 micrómetros o menos.
La siguiente tabla muestra que la escoria de acero más fina produce una mayor absorción de carbono y resistencia a la compresión para algunas muestras de escorias:
Prueba estandarizada de absorción de CO2/resistencia a la compresión: losa de escoria de 80x80x60 mm
Una escoria adecuada para su uso en la presente divulgación muestra preferiblemente una absorción de CO<2>de al menos aproximadamente 4%, preferiblemente aproximadamente 10% de CO<2>, y/o resistencia a la compresión de al menos aproximadamente 55 MPa, preferiblemente aproximadamente 60 MPa para pasta de escoria cuando se mide en una losa. espécimen como se describe en este documento.
Para evaluar el % de absorción de CO<2>y la resistencia a la compresión de una escoria como se usa en el presente documento, se compacta/forma una muestra de 80x80x60 mm a una presión de 12,5 MPa con una relación de agua a escoria de aproximadamente O,08 a aproximadamente 0,15. Luego, las muestras formadas se secan con o sin ventilador en condiciones ambientales durante 2 a 7 horas. El contenido de agua de la muestra se reduce aproximadamente un 40%. A continuación, la muestra semiseca se somete a activación de carbonatación. El proceso de carbonatación se realiza utilizando gas CO<2>con una pureza del 99,5%. Primero, el gas se calienta mediante un calentador conectado al cilindro de CO<2>para evitar que el gas se bloquee y no entre en la cámara. Si no se utiliza un calentador, el gas se congela y se interrumpe el suministro de dióxido de carbono. Luego, el gas CO<2>se inyecta en la cámara a una presión de 0,01 a 0,50 MPa durante un período de 0,2 a 24 horas. El regulador mantiene constante la presión para que se pueda reponer el dióxido de carbono consumido por los productos de escoria.
El método de incremento de masa, expresado en la siguiente ecuación, estima la diferencia de masa antes y después de la carbonatación. La diferencia de masa, junto con el agua evaporada de la reacción de carbonatación exotérmica, representa la ganancia de masa debida a la absorción de dióxido de carbono. La reacción de carbonatación es de naturaleza exotérmica y, como resultado, parte del agua de mezcla de las muestras se evapora y se condensa en las paredes internas de la cámara. Esta agua se puede recolectar usando papel absorbente y se debe agregar a la masa de la muestra carbonatada ya que el agua presente en la cámara es parte del agua en la masa de escoria original.
Absorción de CO<2>(%) = Masa final Masa de perdida de agua - Masa inicial
Masa de muestra seca
Los valores de resistencia a la compresión deben satisfacer los valores reportados en ASTM C140, ASTM C936, ASTM C1372, ASTM C1364 y BNQ 2624-210.
Cemento
En esta divulgación, se puede utilizar la siguiente lista no limitativa de cementos para producir adoquines a base de escoria: cemento Portland (Tipo I -Tipo V); Cemento Portland-Caliza; Cemento de endurecimiento rápido; Cemento de fraguado rápido; Cemento de baja temperatura; Cemento de escoria de alto horno; Cemento Portland-Escoria; Cemento con alto contenido de alúmina; Cemento blanco; Cemento coloreado; Cemento puzolánico (Cemento Portland Pozzolan); Cemento inclusor de aire; Cemento hidrográfico; y cemento mezclado ternario como se usa en el presente documento, los cementos que son útiles son aquellos que contienen fases de silicato de calcio, específicamente C<3>S, que les permiten ganar resistencia cuando reaccionan con agua. La presencia de fases de silicato de calcio asegura el desarrollo de resistencia a corto y largo plazo.
Mezcla química
Se agrega reductor de agua a la mezcla de concreto para aumentar la resistencia a la compresión, reducir el contenido de agua, disminuir la porosidad y reducir la permeabilidad al agua. El aditivo reductor de agua se clasifica como plastificante o superplastificante (es decir, un reductor de agua a base de policarboxilato). Cualquier aditivo que sea capaz de reducir el contenido de agua requerido hasta aproximadamente un 50% o aumentar la resistencia a la compresión hasta aproximadamente un 60% puede usarse como reductor de agua en la innovación actual. Los aditivos utilizados en esta innovación deben cumplir con los requisitos de ASTM C494 (Especificación estándar para aditivos químicos para concreto).
Los aditivos repelentes de agua están diseñados para proporcionar repelencia integral al agua al concreto al afectar la acción capilar del agua dentro o fuera del concreto. Los aditivos repelentes de agua pueden funcionar como taponadores de poros estáticos, creando una vía más difícil para la migración del agua, o pueden funcionar como productos químicos reactivos, formando materiales hidrófobos "in situ" que no sólo tapan los poros, sino que también repelen químicamente el agua de las superficies del cemento.
El rango típico de aditivo reductor de agua utilizado en el concreto varía del 0,2% al 3,5% del peso de los materiales cementosos. En esta práctica se utilizó reductor de agua (Viscocrete) al 2,2% del peso de escoria de acero. El aditivo repelente al agua se utiliza normalmente como 0,1-3,0 % del peso de los materiales cementosos. Como ejemplo, se añadió repelente de agua en la presente invención (W-10, AE-3) a los materiales en una cantidad de 2,2 % del peso de escoria de acero en la presente invención.
Agregados
En esta divulgación, los productos de paisajismo están compuestos de agregados incrustados en una matriz dura de material. Los agregados pueden ser naturales o artificiales. Ejemplos de agregados incluyen agregado de peso normal, agregado liviano natural, agregado de arcilla expandida, agregado de esquisto expandido, agregado de escoria expandida, agregado de escoria de acero expandida, agregado de escoria de hierro expandido, agregados de grava, agregado de piedra caliza y agregado secundario. Preferiblemente, el agregado es agregado de granito o piedra caliza.
En una forma de realización, la relación de la masa de agregado (A) a la masa total de agregado cemento escoria (A C S) varía de 0,2 a 0,8, preferiblemente de 0,45 a 0,6 o de 0,47 a 0,58.
Preparación de mezclas antes del curado
En una forma de realización, se prefiere que la parte seca que comprende el agregado y el aglutinante (que consiste en escoria de acero y cemento) se mezcle por separado de la parte líquida que comprende agua y una mezcla química.
Los materiales secos se pueden mezclar hasta lograr uniformidad. La mezcla química, incluido el reductor de agua o el repelente de agua, se agrega al agua. Los materiales líquidos y secos también se mezclan hasta lograr una dispersión adecuada.
En una forma de realización, la mezcla puede tener una relación inicial de agua a escoria tan alta como aproximadamente 0,20. Luego, la mezcla fresca se vierte en moldes de diversas formas y tamaños. La máquina de fabricación de prefabricados prensa los materiales frescos compactándolos a alta presión. La etapa de compactación se puede efectuar por cualquier medio convencional como compactación/vibración o compresión estática, permitiendo alcanzar la densidad requerida. La compactación/vibración puede alcanzar hasta 12 MPa. El producto moldeado después del moldeado y compactación tiene preferiblemente una densidad de aproximadamente 2000 a aproximadamente 2800 kg/m3.
Secado previo a la carbonatación
En algunos casos se desea una proporción de mezcla con un contenido de agua inicialmente alto para obtener una superficie lisa. Al mismo tiempo, el exceso de agua en el producto fresco impide la penetración del dióxido de carbono. En tales casos, se puede obtener una relación de agua a escoria previa a la carbonatación más baja (tal como aproximadamente 0,08-0,13) a partir de la mezcla moldeada que tiene una relación de agua a escoria más alta. Además, curar directamente la mezcla preparada con una proporción inicial baja de agua a escoria permite obtener un producto con una superficie rugosa. Para obtener la proporción adecuada de agua a escoria previa a la carbonatación, inicialmente se forma la mezcla con una proporción de agua a escoria más alta (por ejemplo, hasta aproximadamente 0,20). En los casos en los que la relación agua a escoria inicial y previa a la carbonatación sea la misma (por ejemplo, se puede hacer referencia a algunos de los ejemplos en el presente documento donde no se informa ningún paso de "presecado"), las dos expresiones se pueden usar indistintamente.
El producto moldeado y compactado puede exponerse, por ejemplo, al aire durante hasta 7 horas. Un ventilador industrial también puede acelerar el proceso de secado al aire. La creación de varios caminos para la penetración del CO2 es la razón del curado previo a la carbonatación. Durante el proceso de secado al aire se debe eliminar una cantidad adecuada del agua inicialmente mezclada con otros ingredientes. Por ejemplo, cuando se utiliza la relación inicial de agua a escoria de 0,16 para la formación de los productos, el proceso de secado al aire puede continuar hasta que la relación de agua a escoria descienda a 0,08. Los huecos vacíos permiten que el dióxido de carbono pase a través del producto mientras que el agua restante asegura la reacción de carbonatación.
En determinadas formas de realización, la proporción de agua a escoria previa a la carbonatación es inferior a aproximadamente 0,20; o alternativamente una relación adecuada de agua a escoria es de aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,13, 0,14 o 0,15.
Curado por carbonatación
Los productos que tienen una proporción adecuada de agua a escoria (tal como de aproximadamente 0,08 a aproximadamente 0,1 - tal como 0,13, 0,14 o 0,15) deben curarse en presencia de un entorno de CO2. La pureza del dióxido de carbono puede llegar al 99%. Alternativamente, la pureza del dióxido de carbono puede ser inferior, como 80 %, 70 %, o inferior. Además, los gases de combustión con una concentración de CO2 del 12 % se pueden utilizar en la producción de productos a base de escoria.
El período de curado puede variar de 0,2 horas a 24 horas. La presión del dióxido de carbono se puede ajustar de 0,01 a 0,50 MPa. En entornos industriales apropiados se puede utilizar una presión más alta (por ejemplo, hasta 1 MPa). Una presión más alta es beneficiosa para acelerar la reacción de carbonatación y, en última instancia, da como resultado propiedades técnicas mejoradas.
Configuración de carbonatación
Con referencia a la Figura 1, en ella se ilustra una representación esquemática de una configuración de carbonatación ejemplar. Los productos que van a someterse a curado por carbonatación se colocan dentro de una cámara de curado. Un calentador calienta una fuente de gas CO2 a temperatura ambiente y la inyecta en la cámara. La presión del CO2 liberado en la cámara está regulada por un regulador. Además, se puede proporcionar una balanza y un registrador de datos.
La densidad de los productos finales (productos curados con CO2) se mide entre aproximadamente 2000 y aproximadamente 2800 kg/m3.
En una forma de realización, se proporciona un proceso para preparar un producto de paisajismo que comprende:
i) mezclar una parte seca y una parte líquida; en el que dicha parte seca comprende un agregado y un aglutinante, en el que dicho aglutinante consiste en escoria de acero y opcionalmente cemento; y en el que dicha parte líquida comprende agua y una mezcla química seleccionada entre repelentes de agua, reductores de agua, aditivos inclusores de aire y aditivos reductores/controladores de eflorescencia, en el que dichos reductores de agua cumplen con los requisitos de ASTM C494;
ii) moldear y compactar la mezcla de la etapa i) hasta obtener un producto conformado que tiene una relación inicial de agua a escoria W/S;
iii) opcionalmente reducir la relación inicial de agua a escoria W/S de dicho producto conformado de la etapa ii) para proporcionar un producto conformado que tenga una relación de agua a escoria previa a la carbonatación W/S; y iv) curar el producto moldeado de la etapa ii) o iii) con dióxido de carbono para proporcionar dicho producto paisajístico.
En una forma de realización, se proporciona un proceso para preparar un producto de paisajismo que comprende:
i) mezclar una parte seca y una parte líquida; en el que dicha parte seca comprende un agregado y un aglutinante, en el que dicho aglutinante consiste en escoria de acero y cemento y en el que dicha parte líquida comprende agua y una mezcla química seleccionada entre repelentes de agua, reductores de agua, aditivos inclusores de aire y mezcla de reductores/controladores de eflorescencia, en la que dichos reductores de agua cumplen con los requisitos de ASTM C494;
ii) moldear y compactar la mezcla de la etapa i) hasta obtener un producto conformado que tiene una relación inicial de agua a escoria;
iii) opcionalmente reducir la relación inicial de agua a escoria de dicho producto conformado de la etapa ii) para proporcionar un producto conformado que tenga una relación de agua a escoria previa a la carbonatación; y iv) curar el producto moldeado de la etapa ii) o iii) con dióxido de carbono para proporcionar dicho producto paisajístico.
En una forma de realización, se proporciona un proceso para preparar un producto de paisajismo (tal como un adoquín) que comprende:
i) mezclar una parte seca; y una parte líquida;
en el que dicha parte seca comprende un agregado (preferiblemente agregado de granito o piedra caliza) y un aglutinante, en el que dicho aglutinante consiste en escoria de acero y opcionalmente cemento, en el que la escoria (tal como BOF, EAF, escoria Ladle o escoria híbrida EAF-BOF) tiene un contenido de cal libre inferior a aproximadamente el 10% y un contenido de silicato de calcio acumulativo (por ejemplo: concentración de fase C<2>S C<3>S) de al menos aproximadamente el 15%, una finura de aproximadamente 150 m<2>/kg o superior en una finura Blaine, y en el que el el cemento es un cemento Portland que tiene una fase de silicato de calcio, específicamente C<3>S; y en el que dicha parte líquida comprende agua y un reductor de agua que cumple los requisitos de ASTM C494;
en donde la relación escoria a cemento (S/C) es de hasta 20, alternativamente la relación es de hasta 15 o hasta 10 o preferiblemente de aproximadamente 7 a aproximadamente 9, y
la relación de la masa de agregado (A) a la masa total del árido cemento escoria (A+ C S) oscila entre 0,2 y 0,8, preferentemente entre 0,45 y 0,6;
ii) moldear y compactar la mezcla de la etapa i) hasta obtener un producto conformado que tiene una relación inicial de agua a escoria (W/S), tal como una W/S de hasta aproximadamente 0,20;
iii) cuando la relación de agua a escoria es superior a aproximadamente 0,08-0,15 o 0,08-0,14 o 0,08-0,13, reducir opcionalmente la relación inicial de agua a escoria de dicho producto conformado de la etapa ii) para proporcionar un producto conformado que tiene una carbonatación previa. relación de agua a escoria de aproximadamente 0,08-0,15 o 0,08-0,14 o 0,08-0,13; y
iv) curar el producto moldeado de la etapa ii) o iii) con dióxido de carbono para proporcionar dicho producto paisajístico.
En una forma de realización, se proporciona un proceso para preparar un producto de paisajismo (tal como un adoquín) que comprende:
i) mezclar una parte seca; y una parte líquida;
en donde dicha parte seca comprende un agregado (preferiblemente agregado de granito o piedra caliza) y un aglutinante, en donde dicho aglutinante consiste en escoria de acero y cemento, en donde la escoria (tal como BOF, EAF, escoria Ladle o escoria híbrida EAF-BOF) tiene una contenido de cal libre inferior a aproximadamente el 10% y un contenido de silicato de calcio acumulativo (por ejemplo: concentración de fase C<2>S C<3>S) de al menos aproximadamente el 15%, una finura de aproximadamente 150 m<2>/kg o superior en una finura Blaine, y en el que el cemento es un cemento Portland que tiene una fase de silicato de calcio, específicamente C<3>S; y
en el que dicha parte líquida comprende agua y un reductor de agua que cumple los requisitos de ASTM C494; en donde la relación escoria a cemento (S/C) es de hasta 20, alternativamente la relación es de hasta 15 o hasta 10 o preferiblemente de aproximadamente 7 a aproximadamente 9, y
la relación de la masa de agregado (A) a la masa total del árido cemento escoria (A+ C S) oscila entre 0,2 y 0,8, preferentemente entre 0,45 y 0,6;
ii) moldear y compactar la mezcla de la etapa i) hasta obtener un producto conformado que tiene una relación inicial de agua a escoria (W/S), tal como una W/S de hasta aproximadamente 0,20;
iii) cuando la relación agua a escoria es superior a aproximadamente 0,08-0,13, opcionalmente reducir la relación inicial de agua a escoria de dicho producto conformado de la etapa ii) para proporcionar un producto conformado que tenga una relación agua a escoria previa a la carbonatación de aproximadamente 0,08-0,15 o 0,08-0,14 o 0,08-0,13; y
iv) curar el producto moldeado de la etapa ii) o iii) con dióxido de carbono para proporcionar dicho producto paisajístico.
En una forma de realización, se proporciona un producto de paisajismo que comprende:
a) un agregado;
b) una mezcla química seleccionada entre repelentes de agua, reductores de agua, aditivos inclusores de aire y aditivos reductores/controladores de eflorescencia, en donde dichos reductores de agua cumplen con los requisitos de ASTM C494, y
c) un aglutinante que consiste en escoria de acero y cemento.
En una forma de realización, se proporciona un producto de paisajismo (tal como un adoquín) que comprende:
a) un agregado, preferiblemente agregado de granito o piedra caliza;
b) un reductor de agua que cumple con los requisitos de ASTM C494, y
c) un aglutinante que consiste en escoria de acero y opcionalmente cemento, en donde la escoria (tal como BOF, EAF, escoria de cuchara o escoria híbrida EAF-BOF) tiene un contenido de cal libre menor de aproximadamente 10% y un contenido de silicato de calcio acumulativo (por ejemplo: concentración de fase C<2>S C<3>S) de al menos aproximadamente 15%, una finura de aproximadamente 150 m<2>/kg o superior en una finura Blaine y en donde el cemento es un cemento Portland;
los productos de paisajismo tienen una absorción de agua de menos de aproximadamente 8,5% (o menos de aproximadamente 6% o preferiblemente menos de aproximadamente 5%) y una resistencia a la compresión de aproximadamente 20 MPa (o aproximadamente 55 MPa o preferiblemente 60 MPa o superior)
en los que la relacion escoria a cemento (S/C) de hasta 20, alternativamente la relación es hasta 15 o hasta 10 o preferiblemente de aproximadamente 7 a aproximadamente 9.
la relación de la masa de agregado (A) a la masa total del agregado cemento escoria (A+ C S) oscila entre 0,2 y 0,8, preferiblemente entre 0,45 y 0,6.
En una forma de realización, se proporciona un producto de paisajismo (tal como un adoquín) que comprende:
a) un agregado, preferiblemente agregado de granito o piedra caliza;
b) un reductor de agua que cumple con los requisitos de ASTM C494, y
c) un aglutinante que consiste en escoria de acero y cemento, en donde la escoria (tal como BOF, EAF, escoria de cuchara o escoria híbrida EAF-BOF) tiene un contenido de cal libre menor que aproximadamente 10% y un contenido de silicato de calcio acumulativo (por ejemplo: concentración de fase C<2>S C<3>S) de al menos aproximadamente 15%, una finura de aproximadamente 150 m<2>/kg o superior en una finura Blaine y en el que el cemento es un cemento Portland;
los productos de paisajismo tienen una absorción de agua de menos de aproximadamente 8,5% (o menos de aproximadamente 6% o preferiblemente menos de aproximadamente 5%) y una resistencia a la compresión de aproximadamente 20 MPa (o aproximadamente 55 MPa o preferiblemente 60 MPa o superior) en los que la relación escoria a cemento (S/C) de hasta 20, alternativamente la relación es hasta 15 o hasta 10 o preferiblemente de aproximadamente 7 a aproximadamente 9. la relación entre la masa de agregado (A) y la masa total del agregado cemento escoria (A+ C S) oscila entre 0,2 y 0,8, preferiblemente entre 0,45 y 0,6.
Ejemplos
Los materiales secos que comprenden la escoria (la combinación híbrida de escoria BOF y EAF), cemento Portland y agregados de granito se mezclaron hasta que se distribuyeron uniformemente (normalmente hasta 2 minutos para los tamaños de lote utilizados en este documento).
El cemento Portland utilizado para producir adoquines de los siguientes ejemplos tiene la siguiente composición química (%)
La composición química de lotes representativos de escoria siderúrgica se muestra en la siguiente tabla. La tabla también incluye un ejemplo de una composición de escoria "no reactiva" como referencia:
Composición química de la escoria de acero (%)
En los ejemplos del presente documento, la distribución del tamaño de la escoria se puede caracterizar como D50 = 18,8 micrómetros y D90 = 86,7 micrómetros. D50 = 18,8 micrones significa que el 50 por ciento de los gramos de escoria son menores de 18,8 micrones y D90 = 86,7 micrones significa que el 90 por ciento de las partículas de escoria son menores de 86,7 micrones. La distribución del tamaño de partículas (PSD) y la finura de las escorias de acero se pueden evaluar considerando estas normas: ASTM C<2>04 (Métodos de prueba estándar para la finura del cemento hidráulico mediante aparatos de permeabilidad al aire), ASTM Cl 10 (Métodos de prueba estándar para pruebas físicas de cal viva), cal hidratada y piedra caliza), ASTM C115 (Método de prueba estándar para la finura del cemento Portland mediante el turbidímetro), ASTM C311 (Métodos de prueba estándar para muestreo y prueba de cenizas volantes o puzolanas naturales para uso en concreto de cemento Portland), ASTM D197 (Método de prueba estándar para muestreo y prueba de finura de carbón pulverizado) y ASTM E2651 (Guía estándar para análisis del tamaño de partículas de polvo).
Los patrones XRD de paneles de escoria carbonatada de EBH se muestran en la Fig. 2. Los componentes minerales básicos que aparecen en los difractogramas son silicatos de calcio, silicato de calcio y magnesio (merwanita), gehlenita y compuestos de hierro. La presencia de carbonato de calcio y la reducción de las fases de silicato de calcio (C<2>S y C<3>S) fueron indicativos de la reacción de carbonatación. La carbonatación prolongada de 24 horas produjo más carbonato de calcio.
Las curvas de termogravimetría (TG) y termogravimetría diferencial (DTG) para la escoria híbrida EAF-BOF carbonatada y recibida se presentan en la Fig. 3. La pérdida de agua en el producto de hidratación y el contenido de CaCO3 de los paneles de escoria aumentaron con un aumento en el tiempo de carbonatación de 2h a 24h. Un aumento en el contenido de pérdida de agua indica la formación de más productos de hidratación.
La mezcla química se añadió al agua. Los materiales líquidos y secos se mezclaron hasta que se dispersaron uniformemente (típicamente aproximadamente 5 minutos para los tamaños de lote utilizados en el presente documento). Luego se vertió la mezcla en el molde. Para producir un adoquín se utilizó un molde de 80x80x80 mm y un molde de 50x50x50 mm; sin embargo, se pueden utilizar moldes de cualquier tamaño y forma. Se utilizó una máquina MTS como máquina de fabricación de prefabricados para formar los adoquines compactando la mezcla a una presión de aproximadamente 12 MPa. La presión compactó la mezcla para producir un producto con una densidad de 2600 kg/m3
Opcionalmente, se realiza un paso de curado previo a la carbonatación utilizando un ventilador industrial durante el tiempo especificado en las tablas siguientes. La etapa de curado por carbonatación se lleva a cabo en presencia de un ambiente de gas CO2 con una pureza del 99% durante un período de 24 horas bajo una presión de 60 psi (0,41 MPa).
Ejemplo de referencia
Las propiedades del producto de referencia (producto sin cemento ni aditivos químicos), PV11, indican que la resistencia a la compresión es de 49,3 MPa y la absorción de agua es del 8,6%. (Tabla 1).
Ejemplos de formas de realización que utilizan muros de contención
La adición de una mezcla química del 1% en peso del producto al producto de referencia PV11 (sin cemento ni aditivo) reduce la absorción de agua de los productos, sin afectar sustancialmente la resistencia a la compresión que permanece al nivel de la del PVll en la Tabla 1.
Tabla 1
Ejemplos de formas de realización que utilizan adoquines
La proporción de mezcla propuesta para los muros de contención necesitaba modificarse para cumplir con los requisitos de los adoquines. Para mejorar las propiedades del adoquín, a la mezcla que contenía cemento Portland (PV25) se le añadieron dos tipos diferentes de hidrofugantes (W-10 y AE-3). La resistencia a la compresión y la absorción de agua de PV59 y PV77 tienen un perfil mejorado en comparación con PVl 1 y PV25. (Tabla 2)
La adición de Viscocrete (reductor de agua) a la mezcla (PV63) mejoró las propiedades técnicas del producto resultante. Como se muestra en la siguiente tabla, la resistencia a la compresión y la absorción de agua mejoran en comparación con PVl 1 (sin cemento ni aditivos) y también con PV25 (sin aditivos). (Tabla 2)
Tabla 2
Los ejemplos adicionales recopilados en las Tablas 3 y 4 ilustran el efecto beneficioso de las mezclas de esta divulgación en la producción de productos que cumplen con altos estándares.
Tabla 3
Tabla 4:Rendimiento técnico de adoquines seleccionados:
Claims (15)
1. Un proceso para preparar productos de paisajismo, tales como un adoquín, que comprende:
i) mezclar una parte seca; y una parte líquida; en el que dicha parte seca comprende un agregado y un aglutinante, en el que dicho aglutinante consiste en escoria de acero y opcionalmente cemento; y
en el que dicha parte líquida comprende agua y una mezcla química seleccionada entre repelentes de agua, reductores de agua, aditivos inclusores de aire y aditivos reductores/controladores de eflorescencia, en el que dichos reductores de agua cumplen con los requisitos de ASTM C494;
ii) moldear y compactar la mezcla de la etapa i) hasta obtener un producto conformado que tiene una relación inicial de agua a escoria W/S;
iii) opcionalmente reducir la relación inicial de agua a escoria W/S de dicho producto conformado de la etapa ii) para proporcionar un producto conformado que tenga una relación de agua a escoria previa a la carbonatación W/S; y iv) curar el producto moldeado de la etapa ii) o iii) con dióxido de carbono para proporcionar dichos productos de paisajismo.
2. El proceso de la reivindicación 1, en el que dicha escoria de acero es una BOF, una EAF o escoria de cuchara.
3. El proceso de la reivindicación 1 o 2, en el que dicha escoria de acero tiene un contenido de silicato de calcio acumulativo de al menos aproximadamente 15 %, o más preferiblemente más de aproximadamente 40 %.
4. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 3, en el que dicha escoria de acero tiene una finura de más de aproximadamente 150 m2/k:g en un ensayo de finura de Blaine.
5. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 4, en el que dicho cemento contiene una fase de silicato de calcio.
6. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 5, en el que dicho agregado es agregado de peso normal, agregado liviano natural, agregado de arcilla expandida, agregado de esquisto expandido, agregado de escoria expandida, agregado de escoria de acero expandido, agregado de escoria de hierro expandido, agregados de grava, agregado calizo o agregado secundario.
7. El proceso de cualquiera de las reivindicaciones 1 a 6, en el que la relación inicial de agua a escoria W/S es de hasta aproximadamente 0,20 y en el que la relación de agua a escoria previa a la carbonatación W/S es de aproximadamente 0,08-0,15.
8. El proceso según la reivindicación 1, que comprende:
i) mezclar una parte seca; y una parte líquida;
en donde dicha parte seca comprende un agregado, preferiblemente agregado de granito o piedra caliza, y un aglutinante, en donde dicho aglutinante consiste en escoria de acero y cemento, en donde la escoria, tal como BOF, EAF, escoria Ladle o escoria híbrida EAF-BOF, tiene un contenido de cal libre inferior a aproximadamente el 10 % y un contenido de silicato de calcio acumulativo de al menos aproximadamente el 15 %, una finura de aproximadamente 150 m<2>/kg o superior en una finura Blaine, y en el que el cemento es un cemento Portland que tiene una fase de silicato de calcio, específicamente C<3>S; y
en el que dicha parte líquida comprende agua y un reductor de agua que cumple los requisitos de ASTM C494; en donde la relación S/C de escoria a cemento es de hasta 20, alternativamente la relación es de hasta 15 o hasta 10 o preferiblemente de aproximadamente 7 a aproximadamente 9, y la relación de la masa del agregado A a la masa total del agregado cemento escoria A C S oscila entre 0,2 y 0,8, preferiblemente entre 0,45 y 0,6;
ii) moldear y compactar la mezcla de la etapa i) hasta obtener un producto conformado que tiene una relación inicial de agua a escoria W/S, tal como una W/S de hasta aproximadamente 0,20;
iii) cuando la relación agua a escoria W/S es superior a aproximadamente 0,08-0,15, reducir opcionalmente la relación agua a escoria inicial W/S de dicho producto conformado de la etapa ii) para proporcionar un producto conformado que tiene un agua de precarbonatación para relación de escoria W/S de aproximadamente 0,08-0,15; y
iv) curar el producto moldeado de la etapa ii) o iii) con dióxido de carbono para proporcionar dicho producto paisajístico.
9. Un producto paisajístico curado con dióxido de carbono, tal como un adoquín, que comprende:
a) un agregado;
b) una mezcla química seleccionada entre repelentes de agua, reductores de agua, aditivos inclusores de aire y aditivos reductores/controladores de eflorescencia, en donde dichos reductores de agua cumplen con los requisitos de ASTM C494, y
c) un aglutinante que consiste en escoria de acero y opcionalmente cemento.
10. El producto paisajístico curado con dióxido de carbono de la reivindicación 9, en el que dicho aglutinante 1 consiste en escoria de acero y cemento.
11. El producto paisajístico curado con dióxido de carbono de la reivindicación 9 o 10, en el que la relación entre la masa del agregado A y la masa total del agregado cemento escoria A C S varía de 0,2 a 0,8.
12. El producto de paisajismo curado con dióxido de carbono de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 11, en el que dicha escoria de acero es BOF, EAF o escoria de cuchara.
13. El producto de paisajismo curado con dióxido de carbono de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 12, en el que dicha escoria de acero tiene un contenido acumulativo de silicato de calcio de al menos aproximadamente 15%, o más preferiblemente más de aproximadamente 40%.
14. El producto de paisajismo curado con dióxido de carbono de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 13, en el que dicha escoria de acero tiene una finura de más de aproximadamente 150 m2/kg en un ensayo de finura de Blaine.
15. El producto paisajístico curado con dióxido de carbono de cualquiera de las reivindicaciones 9 a 14, en el que dicho agregado es agregado de peso normal, agregado ligero natural, agregado de arcilla expandida, agregado de esquisto expandido, agregado de escoria expandida, agregado de escoria de acero expandido, agregado de escoria de hierro expandido, agregado de grava, agregado de piedra caliza y agregado secundario, preferiblemente, el agregado es granito o agregado de piedra caliza.
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