MXPA02005725A - Agentes de control de aire, solubles en agua para composiciones de cemento. - Google Patents

Abstract

Se pueden mezclar agentes de control de aire solubles en agua con dispersantes para composiciones de cemento para proporcionar una mezcla para composiciones de cemento que es estable durante el tiempo. Los agentes de control de aire solubles en agua son compatibles con dispersantes de polimero de policarboxilato basados en agua. Los agentes de control de aire, solubles en agua, adecuados, incluyen polimeros alcoxilados. Se proporciona una composicion de cemento que incluye cemento, agua, un dispersante para composiciones de cemento y un agente de control de aire soluble en agua. Se proporciona un metodo para elaborar una composicion de cemento que incluye mezclar el cemento, agua, un dispersante para composiciones de cemento y un agente de control de aire, soluble en agua.

Description

AGENTES DE CONTROL DE AIRE, SOLUBLES EN AGUA PARA- COMPOSICIONES DE CEMENTO Campo de la Invención La presente invención se refiere a agentes de control de aire que se usan en unión con un dispersante para composiciones de cemento para controlar el contenido de aire en las composiciones de cemento. De manera particular, la presente invención se dirige a agentes de control de aire, solubles en agua usados en unión con un dispersante para composiciones de cemento.

Antecedentes de la Invención Los cementos hidráulicos, tal como cemento Portland, se usan para formar formaciones estructurales. Se pueden mezclar cementos hidráulicos con agregados finos y agua para formar morteros, o con agregados gruesos para formar concretos. Cuando se trabaja con cementos hidráulicos, se desea incrementar el aplastamiento y las propiedades de flujo de la composición de cemento hidráulico, inicialmente formada, para ayudar en la colocación de la composición y extender el periodo de fluidez a fin de proporcionar tiempo de trabajo para terminar la colocación de la estructura. Las mezclas que incrementan el aplastamiento y la operabilidad REF 139832 9 se pueden adicionar al cemento hidráulico. Adicionalmente, también se pueden adicionar mezclas que también reduzcan la cantidad de agua requerida para producir composiciones fluidas de cemento. El contenido reducido de agua incrementa la resistencia de la formación resultante de cemento hidráulico . Una mezcla para incrementar la fluidez y reducir el contenido de agua es un dispersante de policarboxilato . Los dispersantes de policarboxilato, son polímeros con una estructura de carbono con cadenas laterales colgantes, en donde al menos una porción de las cadenas laterales se une a la estructura a través de un grupo carboxilo o un grupo éter. Los dispersantes de policarboxilato son muy efectivos en la dispersión y reducción del contenido de agua en los cementos hidráulicos. Una desventaja de los dispersantes de policarboxilato es que tienen tendencia a arrastrar aire en la composición de cemento durante la mezcla. En tanto que algo de aire arrastrado puede ser deseable para aplicaciones particulares, tal como el proporcionar durabilidad de congelación-descongelación a la composición de cemento, un exceso de aire arrastrado es perjudicial a la resistencia compresiva de la formación hidráulica resultante. Además, algunos despumadores insolubles, o contaminación, pueden provocar contenidos impredecibles de aire durante el tiempo.

En general, en la industria de la construcción, se desean las composiciones de cemento sin aire arrastrado, que tienen un contenido de aire de menos de 3%, con un contenido de aire de menos de 2% que es lo preferido. Algunas veces se usan deliberadamente mezclas de arrastre de aire para proporcionar contenidos de aire de 5-8% que mejora la durabilidad de congelación-descongelación de la mezcla de cemento. Cuando este es el caso, es deseable ser capaces de ajustar el contenido de aire al cambiar la dosis de arrastre de aire y mantener estable durante el tiempo el aire resultante . Para superar el arrastre en exceso de aire en las composiciones de cemento, se han adicionado despumadores a la mezcla de cemento para reducir el contenido de aire a un nivel deseado. Típicamente, se han incluido despumadores con la mezcla de policarboxilato . Sin embargo, los despumadores usados en la técnica anterior han sido composiciones no solubles en agua. El problema con los despumadores no solubles en agua es que dan una inadecuada estabilidad en almacenamiento a largo plazo a la mezcla. El dispersante de policarboxilato en general es un dispersante soluble en agua. Cuando se usa un despumador no soluble en agua en unión con un dispersante soluble en agua, la mezcla se separa durante el tiempo. Esto requiere que la mezcla se mezcle antes del uso.

Los despumadores comerciales contienen típicamente una mezcla de materiales. La parte principal es un aceite o líquido orgánico (hasta 95 partes en peso) , pequeñas partículas (hasta 15 partes en peso) , y un agente tensioactivo (hasta 5 partes en peso) . Otra técnica usada en la técnica anterior ha sido el injerto del despumador en la molécula de dispersante. Lo que se necesita en la industria es un agente de control de aire que pueda producir contenidos controlables de aire en composiciones de cemento sin aire arrastrado y con aire arrastrado en la presencia de un dispersante para las composiciones de cemento. Por lo tanto, es un objeto de la invención proporcionar un agente de control de aire, soluble en agua en la presencia de un dispersante para composiciones de cemento, que produzca contenidos controlables de aire en las composiciones de cemento sin aire arrastrado y con aire arrastrado . Es otro objeto de la invención proporcionar una mezcla que contiene un agente de control de aire, soluble en agua y un dispersante para composiciones de cemento que es estable durante el tiempo.

Breve descripción de la invención Se pueden mezclar agentes de control de aire, solubles en agua, con un dispersante para composiciones de cemento, para proporcionar una mezcla para composiciones de cemento que es estable durante el tiempo. Los agentes de control de aire, solubles en agua son compatibles con dispersantes basados en agua para composiciones de cemento. La mezcla compatible, resultante tiene estabilidad en almacenamiento a largo plazo de modo que la mezcla no necesita ser mezclada antes del uso en el sitio de trabajo. El agente de control de aire, soluble en agua en la presencia de un dispersante para composiciones de cemento proporciona contenidos controlables de aire en las composiciones de cemento sin aire arrastrado y con aire arrastrado . La presente invención proporciona una mezcla para composiciones de cemento que comprende un agente de control de aire, soluble en agua, y un dispersante para composiciones de cemento. La presente invención también proporciona una composición de cemento que comprende cemento, agua, un agente de control de aire, soluble en agua, y un dispersante para composiciones de cemento. La presente invención también proporciona un método para elaborar una composición de cemento que comprende mezclar el cemento, agua, un agente de control de aire, soluble en agua, y un dispersante para composiciones de cemento.

Descripción Detallada de la Invención El término "agente de control de aire" (ACA) se refiere a cualquier material que funciona para regular el control del aire en las composiciones de cemento de manera predecible . El término "dispersante para composiciones de cemento" a todo lo largo de esta especificación incluye dispersantes de policarboxilato y dispersantes oligoméricos. El término "dispersante de policarboxilato" a todo lo largo de esta especificación se refiere a polímeros con una estructura de carbono con cadenas laterales colgantes, en donde al menos una porción de las cadenas laterales se une a la estructura a través de un grupo carboxilo o un grupo éter. El término dispersante también se propone para incluir aquellos productos químicos que también funcionan como un plastificante, reductor de agua, agente de fluidez, agente antifloculación, un superplastificante para composiciones de cemento. Varios dispersantes diferentes de policarboxilato son útiles en el tratamiento de esta invención. Los ejemplos de dispersantes adecuados se pueden encontrar en las Patentes de los Estados Unidos Nos. 5,158,996, 5,494,516, 5,612,396, 5,162,402, 5,660,626, 6,063,184, 5,668,195 y 5,798,425 y la solicitud de Patente Europea No. 0,753,488. Un ejemplo preferido de un dispersante de policarboxilato es un polímero que comprende unidades derivadas de al menos un monómero substituido de ácido carboxílico y que incluye opcionalmente al menos uno de un hidrocarburo insaturado, una N-polioxialquilen-maleimida , y un producto de condensación de un monómero insustituido de ácido carboxílico y un monómero de ácido carboxílico, sustituido con amina primaria-alcoxipolioxialquileno . El dispersante de policarboxilato tiene de manera preferente la estructura general mostrada a continuación: donde : D = un componente seleccionado del grupo que consiste de la estructura di, la estructura d2 , y mezclas de las mismas; X = H, CH3 , alquilo de 2 a 6 átomos de carbono, fenilo, fenilo sustituido tal como p-metil-fenilo , fenilo sulfonado ; Y = H, -COOM; R = H, CH3, Z = H, -S03M, - PO3M , -COOM, 0R3, - COOR3 , -CH2OR3, -CONHR3 , -CONHC(CH3)2 CH2SO3M , -COO (CHR4)nOH donde n=2-6; Rx , R2 , R3 , R5 son cada uno independientemente copolímero aleatorio - (CH2CHR0) mR4 de unidades de oxietileno y unidades de oxipropileno donde m=10 a 500 y en donde la cantidad de oxietileno en el copolímero aleatorio es de 60% a 100% y la cantidad de oxipropileno en el copolímero aleatorio es de 0% a 40%; R4 = H, metilo, alquilo de 2 a 6 átomos de carbono, arilo de 6 a 10 átomos de carbono; M = H, metal alcalino, metal alcalinotérreo , amoniaco, amina, amina sustituida tal como trietanolamina , metilo, alquilo de 2 a 6 átomos de carbono; a = de 0 a 0.8 , de manera preferente de 0 a 0.6, y de manera más preferente de 0 a 0.5; b = de 0.2 a 1.0, de manera preferente de 0.3 a 1.0, y de manera más preferente de 0.4 a 1.0; c - de O a 0.5, de manera preferente de O a 0.3, y de manera más preferente de O a 0.1; d = de O a 0.5, de manera preferente de O a 0.3 y de manera más preferente de O a 0.1; y en donde a, b, c y d representan la fracción molar de cada unidad y la suma de a, b, c y d es l.O. Los monómeros representativos para el componente "a" incluyen de manera enunciativa y sin limitación, estireno, etileno, propileno o estireno sulfonado. Los monómeros representativos para el componente "b" incluyen de manera enunciativa y sin limitación, ácido acrílico, ácido metacrílico, ésteres acrílicos de ácido acrílico, ésteres alquílicos de ácido metacrílico, ésteres de alcoxipolioxialquileno de ácido acrílico, ésteres de ariloxipolioxialquileno de ácido acrílico, ésteres de alcoxipolioxialquileno de ácido metacrílico, ésteres de ariloxipolioxialquileno de ácido metacrílico, ácido maleico, anhídrido maleico, ácido vinil-sulfónico, éter vínílico de metoxipolioxialquileno , éter alílico de metoxipolioxialquileno , éter vinílico de alcoxipolioxialquileno, éter vinílico de ariloxipolioxialquileno, éter alílico de alcoxipolioxialquileno, ó éter alílico de ariloxipolioxialquileno .

Los componentes "c" y "d" se pueden formar a partir de una post-reacción del injerto de las cadenas laterales en la estructura de polímero tal como copolímero de anhídrido maleico de poliacrilato. Si la temperatura es suficientemente alta, los componentes "c" y "d" de imida se forman. El componente "c" se forma de una monómero individual que es un componente "b" con Y que es COOH y Z que es CONHR3. Una reacción de condensación se presenta en donde se condensa el agua y en el anillo se encierra para formar el componente "c". El componente "d" se forma por una condensación de dos monómeros tal como ácido acrílico (componente "b" con Y que es COOH y Z que es H) y un ácido acrílico derivatizado con una amina primaria de alcoxipolioxialquileno, es decir, un componente "b" con Y que es H y Z que es C0NHR3. Una reacción de condensación se presenta en donde el agua se condensa y el anillo se cierra para formar el componente "di" ó "d2". El componente "d2" se forma por una reacción cabeza a cabeza de los dos monómeros. El componente "di" se forma por una versión cabeza a cola de los dos monómeros El componente "b" también puede ser anhídrido maleico cuando Y e Z se seleccionan para ser -COOH en la forma de anhídrido. El término "dispersante oligomérico" a todo lo largo de esta especificación se refiere a un oligómero que es un producto de reacción de un componente A, opcionalmente componente B, y componente C; en donde cada componente A es independientemente una porción funcional no polimérica que se adsorbe en una partícula de cemento, y contiene al menos un residuo derivado de un primer componente seleccionado del grupo que consiste de fosfatos, fosfonatos, fosfinatos, hipofosfitos , sulfatos, sulfonatos, sulfinatos, alquil-trialcoxi-xilanos , alqul-triaciloxi-xilanos , alquil-triariloxi-xilanos , boratos, boronatos, boroxinas, fosforamidas , aminas, amidas, grupos de amonio cuaternario, ácidos carboxílieos , ésteres de ácidos carboxílieos , alcoholes, carbohidratos, ésteres de fosfato de azúcares, ésteres de borato de azúcares, ésteres de sulfato de azúcares, sales de cualquiera de las porciones anteriores y mezclas de los mismos; en donde el componente B es una porción opcional, donde si está presente, cada componente B es independientemente una porción no polimérica que está colocada entre la porción del componente A y la porción del componente C, y se deriva de un segundo componente seleccionado del grupo que consiste de hidrocarburos lineales, saturados, hidrocarburos insaturados, lineales, hidrocarburos ramificados, saturados, hidrocarburos ramificados, saturados, arilo, fosfoéster, compuestos que contienen nitrógeno y mezclas de los mismos; y en donde el componente C es al menos una porción que es un polímero no iónico, soluble en agua, lineal o ramificado que sustancialmente no adsorbe a las partículas de cemento, y se selecciona del grupo que consiste de poli (oxialquilenglicol ) , poli (oxialquilen-amina) , poli (oxialquilen-diamina, monoalcoxi-poli (oxialquilen-amina) , monoariloxi-poli (oxialquilen-amina) , monoalcoxi-poli (oxialquilen-glicol) , monoariloxi-poli (oxialquilen-glicol) , poli (vinil-pirrolidona) , poli (metil-vinil-éteres ) , poli (etilen-iminas) , poli (acrilamidas ) , polioxazoles y mezclas de los mismos. Otra clase preferida de polímeros de policarboxilato capaces de funcionar como un dispersante de polímero, comprenden un polímero de cadena principal de poliamida o poliimida, funcionalizado, en el cual se injertan al menos una proporción de cadenas laterales oligoméricas o poliméricas, hidrófilas. Las cadenas laterales injertadas pueden incluir amidas de enlace, ésteres, y tioésteres. Este dispersante de polímero que tiene una estructura sustituida en la cadena lateral, hidrófila, que tiene la fórmula general: en donde X es al menos uno de hidrógeno, un ion de metal alcalinotérreo , un ión metal de metal alcalinotérreo , ion de amonio, y amina; R es al menos uno de éter de alquil (eno) de 1 a 6 átomos de carbono y mezclas de los mismos e imina de alquil (eno) de 1 a 6 átomos de carbono y mezclas de los mismos; Q es al menos uno de oxígeno, nitrógeno y azufre; p es un número de 1 a 300 que da por resultado al menos una de una cadena lateral lineal y cadena lateral ramificada; ¾ es al menos uno de hidrógeno, hidrocarburo de 1 a 20 átomos de carbono e hidrocarburo funcionarizado que contiene al menos uno de -OH, -COOH, un derivado de -COOH, ácido sulfónico, un derivado de ácido sulfónico, amina y epoxi ; Y es un hidrocarburo hidrófobo o porción de óxido de polialquileno ; m, m' , m' ' , n, n' y n' ' son cada uno independientemente 0 ó un número entero entre 1 y 20; Z es una porción que contiene al menos uno de i) al menos una amina y un grupo ácido, ii) dos grupos funcionales capaces de ser incorporados en la estructura seleccionada del grupo que consiste de dianhídridos, dialdehídos y cloruros de di-ácido, y iii) un residuo de succinimida ; y en donde a, b, c y d reflejan la fracción molar de cada unidad en donde la suma de a, b, c y d es igual a uno, en donde a, b, c y d son cada uno mayores que o iguales a cero y menos de uno y al menos dos de a, b, c y d son mayores de cero. De manera más particular, Y es al menos uno de polímero de bloque de polialquilenglicol hidrófobo y un polímero aleatorio de polialquilenglicol hidrófobo; y Z es al menos uno de una imida, un residuo de succinimida, un aminoácido natural, un aminoácido derivado H2N (CH2 ) KCOOH, un derivado de H2N (CH2) kCOOH, ácido amínobenzoico , un derivado de ácido amínobenzoico, H2N (CH2 ) kS03H, un derivado de H2N (CH2) kS03H, ácido sulfanílico y un derivado de ácido sulfanílico donde k es un número entero entre 1 y 20. De manera más preferente, Ri es un alquilo de 1 a 4 átomos de carbono; y m, m', m' ', n, n', y n' ' son cada uno independientemente un número entero entre 0 y 2. En una modalidad preferida, el dispersante de polímero injertado tiene la fórmula general: en donde a, b, c, d y g reflejan la fracción molar de cada unidad en donde la suma de a, b, c, d y g es igual a uno, en donde a, b, c, d y g son cada uno un décimo del valor mayor que o igual a cero y menos de uno, y al menos dos de a, b, c, y d son mayores de cero; X3 es al menos uno de i) una porción que neutralizará la carga negativa en el ion carboxilo (C00" ) , y ii) un porción de óxido de polialquileno o hidrocarburo hidrófobo que si está presente, reemplaza no más de 20% en mol de X3. A manera de ejemplo, pero no de limitación, la porción neutralizante puede ser un ión de amonio, iones de sodio, potasio, litio, calcio y similares. X2 es una cadena lateral hidrófila que tiene la estructura: en donde R2 es H, un alquilo lineal o ramificado de 1 a 4 átomos de carbono, tal como metilo, etilo, propilo o butilo o fenilo; R5 es un alquilo lineal o ramificado de 1 a 4 átomos de carbono, tal como metileno, un alquileno o fenileno; R3 es un residuo derivado de óxido de etileno y R3 está presente aleatoriamente o en la forma de bloque; e es 1 a 300, de manera preferente de 11 a 300; R4 es un residuo derivado de óxido de propileno, y R4 está presente aleatoriamente o en forma bloque; f es 0 a 180, de manera preferente, relación molar de R3 : R4 de 100:0 a 40:60. Z es un grupo de imida tal como pero no limitado a, una porción de succinimida. Se señala que entre mayor sea la proporción de óxido de propileno presente en la cadena lateral, menos hidrófila será la cadena lateral. Las unidades a y c del dispersante de polímero injertado, preferido representan cada una un a-enlace y las unidades b y d representan cada una un ß-enlace de la unidad reaccionada del polímero de N-succinimida del reactivo. En tanto que es posible tener 100% de oc y ß, de manera preferente, la proporción del enlace a a ß es 1:100 a 100:1. El dispersante de polímero injertado puede contener una imida localizada en el punto de unión de la cadena lateral con el polímero o localizada en la estructura del polímero. El dispersante de polímero injertado tiene un peso molecular promedio en peso de 1,000 a 1,000,000. De manera preferente, el dispersante de polímero injertado tiene un peso molecular promedio de 2,000 a 100,000. De manera más preferente, el dispersante de polímero injertado tiene un peso molecular promedio de 3,000 a 50,000. Las unidades que comprenden el polímero pueden estar presentes de manera aleatoria o en la forma de bloque. La estructura de polímero es sustancialmente lineal, pero puede tener ligera ramificación, tal como cada ioesimo residuo. Como se usa en la presente, el término "cemento" se refiere a cualquier cemento hidráulico. Los cementos hidráulicos son materiales que se endurecen cuando se mezclan con agua. Los ejemplos adecuados de cementos hidráulicos incluyen de manera enunciativa y sin limitación, cemento Portland, cemento de albañilería, cemento de alúmina, cemento refractario, cemento de magnesio, cemento de sulfoaluminato de calcio y mezclas de los mismos. "Pastas" son definidas como mezclas compuestas de un cementador de cemento hidráulico, ya sea solo o en combinación con puzolanas tal como ceniza volante, humo de sílice o escoria de alto horno y agua. "Mortero" se define como pastas que incluyen adicionalmente agregados finos. Adicionalmente los concretos incluyen agregados gruesos. Un agente de control de aire, soluble en agua se puede combinar con un dispersante para composiciones de cemento para formar fina mezcla de composiciones de cemento. Esta mezcla es estable durante el tiempo ya que hay poca o ninguna separación de fase entre el agente dispersante y el agente de control de aire. La cantidad del agente de control de aire, soluble en agua que está presente en la mezcla varía de 0.25 % en peso a 40 % en peso en base al peso del dispersante para composiciones de cemento. De manera preferente, la cantidad de agente de control de aire soluble en agua que está presente en la mezcla varía de 1 % en peso a 20 % en peso en base al peso del dispersante para las composiciones de cemento . Los ejemplos de agente de control de aire, soluble en agua, incluyen de manera enunciativa y sin limitación, compuestos de R alcoxilado, donde R puede ser: un hidrocarburo, sorbitan, óxido de polipropileno, ácido graso, alcohol graso o una amina de alquilo de 8 a 22 átomos de carbono. El hidrocarburo contiene de manera preferente de 1 a 22 átomos de carbono y el ácido graso y el alcohol graso contienen de manera preferente de 8 a 22 átomos de carbono. Los alcoxilatos preferidos son moléculas que contienen óxido de etileno y/o óxido de propileno. Los alcoxilatos más preferidos son moléculas que contienen óxido de etileno. Los agentes de control de aire solubles en agua se pueden usar en combinación con otros agentes de control de aire, solubles en agua. Los ejemplos específicos de estos tipos de agentes de control de aire, solubles en agua, incluyen de manera enunciativa y sin limitación, a aquellos expuestos posteriormente . Los copolímeros de bloque de óxido de etileno (EO) y óxido de propileno (PO) , tal como los productos PLURONICR disponibles de BASF, son ejemplos de agentes de control de aire solubles en agua. Los productos normales PLURONICR son copolimeros basados en EO-PO-EO. Los productos PLURONICR con un R en el nombre del producto se basan en PO-EO-PO. Las estructuras básicas se dan a continuación: PLURONIC PLURONIC R La serie SURFYNOL 400 de productos son dioles acetilénicos . La estructura básica de los productos de la serie SURFY OLR se da por la siguiente estructura: TERGITOL NP; de Union Carbide Company, es un polímero de óxido de etileno y nonilfenol (nonilfenol etoxilado) y se representa por la siguiente estructura: Los productos químicos JEFFOX , de Huntsman Chemical Company, son mono-alquil-polioxialquilenos . Preferido es un polímero aleatorio de óxido de etileno/óxido de propileno 50/50 con un grupo terminal de mono-butilo [Bu-0- (PO)x(EO)x-H] .

Una medida de las característica de emulsionamiento del producto es el equilibrio hidrófilo-lipófilo (HLB) . Conforme se incrementa el HLB, hay más grupos hidrófilos en el agente tensioactivo y más soluble en agua será el agente tensioactivo. En general, un HLB de 3-6 indica un emulsionador agua en aceite, un HLB de 7-9 indica un agente humectante, un HLB de 8-18 indica un emulsionador de aceite en agua, un HLB de 13-15 indica un detergente y un HLB de 15-22 indica un solubilizador . Las siguientes referencias proporcionan más información acerca del HLB: The Atlas HLB System, 4th printing, Wilmington, Delaware, Atlas Chemical Industries, 1963; "Emulsions", Ullmans ' s Encyclopedia of Industrial Chemistry, 5th ed 1987; Fox, C, "Rationale for the Selection of Emulsifying Agents", Cosmetics & Toiletries 101.11 (1986) , 25-44; Graciaa, A., J. Lachaise, and G. Marión. "A Study of the Required Hydrophile-Lipophile Balance for Emulsification" , Langmuir 5 (1989) : 1215-1318; y Griffin, W.C. "Emulsions", Kirk Othmer Encyclopedia of Chemical Technology, 3a ed 1979. En general, materiales con un HLB de hasta 4 tienen fuertes propiedades de despumación. Conforme se incrementa el valor de HLB, las capacidades de despumación disminuyen y se incrementan las capacidades de espumación. En la presente invención, los agentes de control de aire tienen en general un valor de HLB que varía de 5 a 22.

La mezcla de la presente invención se puede usar en combinación con cualquier otra mezcla o aditivo para cemento. Otras mezclas de cemento y aditivos de cemento incluyen de manera enunciativa y sin limitación, retardadores de endurecimiento, aceleradores de endurecimientos, agentes de arrastre de aire o desarrastre de aire, inhibidores de corrosión cualquier otro dispersante de cemento, pigmentos, agentes humectantes, polímeros solubles en agua, agentes de mejora de resistencia, agentes de modificación de reología, repelentes de agua, y cualquier otra mezcla o aditivo que no afecte de manera adversa las propiedades de la mezcla de la presente invención. Un método para controlar el aire en una composición de cemento también se proporciona el cual comprende mezclar cemento, agua, un agente de control de aire, soluble en agua y un dispersante para composiciones de cemento . La cantidad de agua adicionada a la composición de cemento se calcula en base a la relación deseada de agua a cemento (W/C) . La relación de agua a cemento varía típicamente de 0.2 a 0.7 con el agua y cemento que se miden en peso . El agente de control de aire se puede adicionar a una composición de cemento de manera separada o se puede incluir con una mezcla que se adicione a la composición de cemento, tal como con el dispersante para las composiciones de cemento.

Modalidades Especificas de la Invención Se prepararon muestras de composiciones de cemento usando un dispersante de policarboxilato , que comprende una estructura de carboxilato, polimérica con cadenas laterales de poliéter, y se probaron como se describe posteriormente. Las siguientes pruebas se usaron: Aplastamiento (ASTM C143) , contenido de aire (ASTM C231), tiempo de endurecimiento (ASTM C403), % de flujo (ASTM C-230) . Los agregados cumplen con las especificaciones de ASTM C33. El término W/C se refiere a la relación de agua a cemento en una mezcla de cemento. El término S/A se refiere a la relación arena agregado en volumen. Los agentes de arrastre de aire usados en los siguientes ejemplos fueron: MB AER 90 ó MB VRR de Master Builders, Inc., Cleveland, Ohio. Las propiedades típicas de los agentes de control de aire (ACA) usados en los ejemplos posteriores son: Agente de control de aire HLB Solubilidad agua Polioxialquileno-PLURO IC L-61 3 Insoluole Polioxialquileno-PLURONIc L-31 5 Soluble > 10% Polioxialquileno-PLURO ICf 17R2 6 Soluble > 10% Polioxialquileno-PLURO Ic L-43 12 Soluble > 10% Diol acetilénico etoxilado-SURFYNOLR 420 4 Insoluble Diol acetilénico etoxilado-SURFYNDLR 440 8 Ligeramente Soluble < 1% Diol acetilénico etoxilado-SURFY OLR 465 13 Soluble > 1% Alquil-aril-alcoxilato-TERGITOLR P-í 10 .9 Soluble Mono-alquil-polioxietileno (MW 1400) N/A Soluble > 10% Mono-alquil-polioxietileno (MV 2400) N/A Soluble > 10% Ej emplo 1 Di ferentes ACA que varían en HLB de 1 a 19 li stados posteriormente en la Tabla 1 , se probaron en combinación con un dispersante de policarboxilato . El di spersante de ref erencia fue una estructura de carboxi lato polimérica con cadenas laterales de poliéter . El di spersante se adicionó a 0 . 2 gramos por cien gramos de cemento . La cantidad de ACA se basó en la cantidad activa de dispersante adicionado y fue 1% para todas las mezclas . La mezcla de mortero contuvo 540 g de cemento medusa tipo I , 1455 gramos de arena , y 190 gramos de agua .

La relación W/C fue 0.35. Los resultados se listan posteriormente en la Tabla 1. TABLA 1 Los resultados mostrados en la Tabla 1 demuestran que los materiales con valores de HLB tan altos como 19 reducen los contenidos de aire en las mezclas de cemento que contienen dispersantes de policarboxilato y que los materiales con valores de HLB >5 , y que van más allá del intervalo en general esperado para los despumadores, reducen inesperadamente el contenido de aire en las mezclas sin aire arrastrado a niveles aceptables. Además, los contenidos de aire no cambian de manera significativa con el tiempo de mezclado y esto produce desempeño predecible en la práctica.

Ejemplo 2 Diferentes polioxialquilenos que varían en HLB de 1 a 14, listados posteriormente en la Tabla 2, se probaron en combinación con un dispersante de policarboxilato y un agente de arrastre de aire, MB VRR. El dispersante de referencia fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. El dispersante se adicionó a 0.2 gramos por cien gramos de cemento. La cantidad de polioxialquileno se basó en la cantidad activa del dispersante adicionado y fue de 1% para todas las mezclas. La cantidad de arrastre de aire estuvo presente a aproximadamente 62.5 por 100 kg de cemento. El diseño de mezcla de mortero contuvo 540g de cemento Tipo I Medusa, 1455 gramos de arena y 190 gramos de agua. La relación de W/C fue 0.35. Los resultados se listan posteriormente en la Tabla 2.

TABLA 2 La mezcla 2-1 muestra contenidos de aire, altos y estables durante el tiempo debido al dispersante de policarboxilato . La mezcla 2-2 muestra que la combinación de dispersante de policarboxilato y arrastre de aire produce contenidos de aire aún mayores que son estables durante el tiempo. La mezcla 2-3 demuestra contenidos inestables de aire durante el tiempo en la presencia de un arrastrador de aire y un agente despumador con bajo HLB, insoluble. Los otros resultados de mezcla demuestran que con agentes de control de aire con alto HLB, se pueden lograr contenidos de aire estables y predecibles con la combinación de dispersantes de policarboxilato y agente de control de aire. Los ejemplos 3, 4 y 5 contienen los resultados para los agentes de control de aire en concreto sin arrastre de aire. Las proporciones de mezcla de concreto para los ejemplos mostrados en la Tabla 3 contuvieron 658 libras /yarda3 de contenido de cemento usando un cemento portland Tipo I, una relación arena : agregado (S/A) de 0.429 usando agregado grueso de cal, arena y suficiente agua para obtener un aplastamiento de 15.24-20.32 cm ( 6 a 8 pulgadas). Las proporciones de mezcla de concreto para los ejemplos mostrados en las Tablas 4 y 5 contuvieron un contenido de cemento de 600 libras/yarda3 (356 kg/m3) usando un contenido portland tipo I, una S/A de 0.433 usando agregado grueso de cal, arena, y suficiente agua para obtener un aplastamiento de 15.24-20.32 cm ( 6 a 8 pulgadas). Los ejemplos 6 y 7 contuvieron resultados para agentes de control de aire en el concreto decididamente con aire arrastrado. Las proporciones de mezcla de concreto contuvieron un contenido de cemento de 356 kg/m3 (600 lb/yd3) usando un cemento portland Tipo I, una relación es S/A de 0.440 usando agregado grueso de cal, arena y suficiente agua para obtener un aplastamiento de 15.24-20.32 cm (6 a 8 pulgadas ) .

Ejemplo 3 Se probaron agentes de control de aire a diferentes niveles en combinación con un dispersante de policarboxilato . El dispersante de referencia fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. El dispersante se adicionó a 0.29 libras por cien de peso de cemento. Los tipos de agente de control de aire probados fueron polioxialquilenos que varían en HLB de 1 a 12, PLURONICR L-101, PLURONICR L-61, PLUR0NICR 17R2, y PLURONICR L-43, de BASF, y un alquil-aril-alcoxilato soluble, TERGITOLR NP-6 de Union Carbide Company. La cantidad de agente de control de aire se basa en la cantidad activa de dispersante adicionado. El dispersante y los otros agentes de control de aire se adicionaron con la arena, excepto 3-6 y 3-7, que se adicionaron con el agua. Los resultados se listan posteriormente en la Tabla 3.

TABLA 3 Los resultados en la Tabla 3 muestran que los agentes de control de aire tipo polioxialquileno y alqui-aril-alcoxilato pueden disminuir efectivamente el contenido de aire de una mezcla de concreto que contiene dispersante de policarboxilato. Similar a los resultados encontrados en el ejemplo 1, los agentes de control de aire que tienen un HLB >5 son igual e inesperadamente efectivos en la disminución de aire como los despumadores tradicionales que tienen un HLB <4.

Ejemplo 4 Se probaron agentes de control de aire a diferentes niveles en combinación con un dispersante de policarboxilato . El dispersante de referencia fue una estructura de carboxilato, polimérica con cadenas laterales de' poliéter. El dispersante se adicionó a 0.2kg por 100 kg de cemento. Los tipos de agente de control de aire probados fueron polioxialquilenos que varían en HLB de 5 a 12, (PLURONICR L-31, PLURONICR 17-R2, y PLURONICR L-43 de BASF) y mono-alcoxialcoxilatos (JEFFOXR WL-5000 y JEFFOXR WI-660 de Huntsman Chemical Co) . Dos despumadores insolubles, un polioxialquileno, PLURONICR L-61 (HLB = 3) y SURFYNOLR DF-75, (una mezcla patentada no de silicón) , de Air Products and Chemicals, Inc., se incluyeron para al comparación. La cantidad de agente de control de aire declarada se basó en la cantidad activa de dispersante adicionado y el dispersante y el agente de control de aire se adicionaron conjuntamente con el agua. Los resultados de la prueba de composición se listan posteriormente en la Tabla 4.

TABLA 4 El ejemplo 4 muestra una comparación de agentes de control de aire y despuntadores insolubles en mezclas de cemento sin aire arrastrado. Inesperadamente, las mezclas de agente de control de aire/policarboxilato , solubles (4-3, 4-4, 4-7, 4-8, 4-9, 4-10, 4-11) se desempeñaron tan efectivamente como la combinación conocida de despumador insoluble/dispersante . Sin embargo, las mezclas solubles de agente de control de aire/dispersante de policarboxilato, son más estables durante el tiempo en comparación a las mezclas de despumador insoluble.

Ejemplo 5 Se probaron agentes de control de aire a diferentes niveles en combinación con un dispersante de policarboxilato . El dispersante de referencia fue una estructura de carboxilato polimérica con cadenas laterales de poliéter. El dispersante se adicionó a 0.2 libras por cien en peso de cemento. El tipo de agente de control de aire probado fue un diol acetilénico etoxilado, SURFYN0LR 465, en comparación a despumadores insolubles SURFYN0LR 420 y SURFYNOLR 440, de Air Products and Chemicals, Inc. El dispersante y agente de control de aire o despumador se adicionaron conjuntamente con el agua. La cantidad de agente de control de aire o despumador se basó en la cantidad activa de dispersante adicionado. El SURFYNOLR 440 y 465 se agitaron en el dispersante. El SURFYNOLR 420 se dispersó en el dispersante usando un mezclador de impulsor de alto corte que opera a 1300 rpm durante 2 minutos. Los resultados de la prueba se listan posteriormente en la Tabla 5.

TABLA 5 El ejemplo 5 muestra una comparación de agentes de control de aire de diol acetilénico con varios grados de solubilidad. El despumador insoluble y los agentes de control de aire soluble se desempeñaron de manera similar. Inesperadamente, las mezclas solubles de agente de control de aire/policarboxilato (5-7 y 5-8) se desempeñaron tan efectivamente como la combinación conocida del despumador insoluble/dispersante . Sin embargo, las mezclas solubles de agente de control de aire/dispersante de policarboxilato son más estables durante el tiempo en comparación a las mezclas de despumador insoluble.

Los resultados en las tablas 3, 4 y 5 demuestran que cualquier número de polioxialquilenos solubles, mono-alquil-polioxialquilenos , o alquil-aril-alcoxilatos se pueden usar para controlar los contenidos de aire de mezclas de concreto sin aire arrastrado que contienen un dispersante de policarboxilato .

Ejemplos 6-1 a 6-6 Se prepararon mezclas de cemento que variaron la cantidad de un despumador de polioxialquileno insoluble (HLB=3), PLURONICR L-61 y la cantidad del tipo de un agente de arrastre de aire. Los agentes de arrastre de aire son mezclas patentadas MB VRR o MB AER 90 de Master Builders, Inc. Los niveles de ACA fueron porcentajes en base al peso activo de dispersante. Las cantidades de arrastrador de aire se listan como mi por 100 kg de cemento. Todas las muestras contuvieron un dispersante, que comprendió una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. El dispersante se adicionó a 0.2 kg por 100 kg de cemento. La cantidad de despumador se basó en la cantidad activa de dispersante adicionado. El dispersante y despumador se adicionaron conjuntamente con el agua y el agente de arrastre de aire se adicionó con arena. Los resultados de prueba se listan posteriormente en la Tabla 6.

Los ejemplos 6-1 a 6-6 muestran el desempeño de un despumador que demuestra las características deseadas de desempeño en el concreto con aire arrastrado; sin embargo, es insoluble. Las mezclas tuvieron dosis típicas de agentes de arrastre de aire, que fueron estables durante el tiempo.

Ejemplos 6-7 a 6-12 Se prepararon mezclas de concreto que variaron la cantidad del agente de control de aire de polioxialquileno soluble (HLB=5), PLURONICR L-31, la cantidad de agente de arrastre de aire, MB AER 90 y la cantidad dispersante. La cantidad de arrastrador de aire se lista como mi por 100 kg de cemento. El dispersante fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. La cantidad de agente de control de aire se basó en la cantidad activa del dispersante adicionado. El dispersante y el agente de control de aire se adicionaron conjuntamente con agua y el agente de control de aire se adicionó con arena, excepto para la mezcla 6-12, que obtuvo el arrastrador de aire adicionado primero, entonces el dispersante y el agente de control de aire se adicionaron en los dos últimos minutos. Los resultados de prueba se listan posteriormente en la Tabla 6.

Ejemplos 6-13 a 6-17 Se prepararon mezclas de concreto con el mismo agente de control de aire como en los ejemplos 6-7 a 6-12 y una menor dosis de agente de arrastre de aire, MB AER 90, y una cantidad variada de dispersante. Un segundo arrastrador de aire, MB VRR, se incluyó para comparación. Las cantidades de arrastrador de aire se enlistan como mi por 100 kg de cemento. Los dispersantes fueron una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. La cantidad de agente de control de aire se basó en la cantidad activa de dispersante adicionado. El dispersante y el agente de control de aire se adicionaron conjuntamente con el agua y el agente de arrastre de aire se adicionó con arena. Los resultados de la prueba se listan posteriormente en la Tabla 6.

Ejemplos 6-18 a 6-23 Se prepararon mezclas de concreto que variaron la cantidad del agente de control de aire de polioxialquileno soluble (HLB=12) , PLURONICR L-43 y la cantidad de un agente de control de aire, MB AER 90. La cantidad de arrastrador de aire se lista como onzas fluidas por ciento en peso de cemento. Todas las muestras contuvieron un dispersante, que fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales del poliéter. El dispersante se adicionó a 0.2 kg por 100 kg de cemento. La cantidad de agente de control de aire se basó en la cantidad activa del dispersante adicionado. El dispersante y el agente de control de aire se adicionaron conjuntamente con el agua. El agente de arrastre de aire se adicionó con la arena. Los resultados de la prueba se listan posteriormente en la Tabla 6.

Ejemplos 6-24 a 6-28 Se prepararon mezclas de concreto que variaron la cantidad de agente de control de aire de polioxialquileno soluble (HLB=7 ) , PLURONICR 17R2 , y la cantidad de un agente de arrastre de aire, MB AER 90. La cantidad de arrastrador de aire se lista como mi por 100 kg de cemento. Todas las muestras contuvieron un dispersante, que fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. El dispersante se adicionó a 0.2 kg por 100 kg de cemento. La cantidad de agente de control de aire se basó en la cantidad activa del dispersante adicionado. El dispersante y el agente de control de aire se adicionaron conjuntamente con el agua y el agente de arrastre de aire se adicionó con arena. Los resultados de la prueba se listan posteriormente en la Tabla 6.

Ejemplos 6-29 a 6-32 Se prepararon muestras de concreto que variaron la cantidad de agente de control de aire de polioxialquileno soluble (HLB=15), PLURONICR L-64, y la cantidad de agente de control de aire, MB AER 90, y la cantidad dispersante. La cantidad de arrastrador de aire se lista como mi por 100 kg de cemento. El dispersante fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. La cantidad de agente de control de aire se basó en la cantidad activa del dispersante adicionado. El dispersante y el agente de control de aire se adicionaron conjuntamente con el agua y el agente y arrastre de aire se adicionó con la arena. Los resultados de la prueba se listan posteriormente en la Tabla 6.

TABLA 6 TABLA 6 (Continuación) TABLA 6 (Continuación) TABLA 6 (Continuación) TABLA 6 (Continuación) La tabla 6 muestra los resultados de los agentes de control de aire de polioxialquileno solubles en agua (6-7 a 6-32) en comparación a un despumador de polioxialquileno insoluble. Los ejemplos 6-1 a 6-6 se relacionan a la referencia de polioxialquileno insoluble y muestran contenidos de aire, controlados y predecibles durante el tiempo. Los ejemplos 6-7 a 6-12 muestran que un agente de control de aire soluble puede proporcionar contenidos de aire similarmente predecibles durante el tiempo. Los ejemplos 6-13 a 6-17 demuestran que los contenidos de aire se pueden ajustar al cambiar la dosis del agente de arrastre de aire. Los ejemplos 6-18 a 6-23, 6-24 a 6-28 y 6-29 a 6-32 demuestran que, conforme se incrementa la solubilidad (HLB) se pueden obtener contenidos de aire similares y predecibles al incrementar el porcentaje del agente de control de aire en el dispersante de policarboxilato, ajustando la dosis de agente de arrastre de aire, o ambos.

Ejemplo 7 Se prepararon mezclas de concreto que variaron la cantidad de un diol acetilénico, etoxilado, insoluble y uno soluble, SURFYNOLR 440 y SURFYNOLR 465, la cantidad de agente de arrastre de aire, MB AER 90, y la cantidad de dispersante. La cantidad de arrastrador de aire se lista como mi por 100 kg de cemento. El dispersante fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter y la cantidad de porcentaje se basa en el cemento. La cantidad de agente de control de aire se basó en la cantidad activa de dispersante adicionado. El dispersante y el agente de control de aire se adicionaron conjuntamente con el agua y el agente de arrastre de aire se adicionó con la arena. Los resultados de la prueba se listan en la Tabla 7 a continuación: TABLA 7 La tabla 7 muestra que los contenidos predecibles de aire se obtuvieron con los varios niveles de dispersante y agente de control de aire de diol acetilénico etoxilado, soluble, que fue similar a la referencia soluble de la misma química .

Ejemplo 8 Se prepararon mezclas de concreto en una planta de mezcla disponible para confirmar la efectividad del agente de control de aire soluble en agua en la práctica bajo condiciones de campo, tal como mezclado en camión. Las mezclas 8-1 y 8-3 representan un agente de control de aire soluble (HLB=5 ) PLURONICR L-31. Las mezclas 8-2 representan un despumador insoluble (HLB=3), PLURONICR L-61. Las mezclas 8-4 representan la mezcla patentada no de silicón como en el ejemplo 4-12, SURFYNOLR DF-75. El agente de control de aire y los despumadores de referencia se probaron en combinación con un dispersante de policarboxilato y un agente de arrastre de aire, MB AER 90. El dispersante de referencia fue una estructura de carboxilato polimérico con cadenas laterales de poliéter. La cantidad dispersante se lista como por ciento en base al cemento. La cantidad de agente de control de aire se basó en la cantidad activa del dispersante adicionado. La cantidad de arrastrador de aire se lista como mi por 100 kg de cemento. Las proporciones de mezcla de concreto se listan en la tabla 8 posterior. Para los ejemplos 8-1 y 8-2, la combinación de dispersante y el agente de control de aire o despumador de referencia se adicionó a una mezcla de concreto que tiene un aplastamiento de 5.1-8.9 cm (2-3.5 pulgadas) . Los ejemplos 8-3 y 8-4 tuvieron la combinación adicionada inmediatamente después de la combinación en lote de todos los ingredientes.

TABLA 8 Los resultados mostrados en la Tabla 8 de muestran que el agente de control de aire, soluble en agua es efectivo bajo condiciones de campo y que se proporcionan contenidos predecibles de aire que se mantuvieron durante un cuadro de tiempo de 60 minutos. Una respuesta al contenido de aire, similar se observó para el agente de control de aire soluble y el despumador insoluble cuando se usaron con un nivel de dispersante de 0.08%. La referencia de la mezcla patentada no de silicón se encontró que tiene contenidos de aire altos e impredecibles durante el tiempo. Por lo tanto, la presente invención proporciona una mezcla que contiene un dispersante de carboxilato y un agente de control de aire, soluble en agua para controlar la cantidad de aire de una manera predecible en composiciones de cemento y que es estable durante el tiempo. La invención también proporciona una composición de cemento que comprende cemento, agua, un agente de control de aire, soluble en agua y un dispersante de policarboxilato para controlar la cantidad de aire de una manera predecible en la composición de cemento. La presente invención también proporciona un método para elaborar una composición de cemento que comprende mezclar el cemento, agua, un agente de control de aire soluble en agua, y un dispersante de policarboxilato para controlar la cantidad de aire de una manera predecible en las composiciones de cemento. La presente invención también proporciona un agente de control de aire, soluble en agua que se va a usar en unión con un dispersante de policarboxilato que es efectivo en el control del contenido de aire en las composiciones de cemento. Se debe apreciar que la presente invención no se limita a las modalidades específicas descritas anteriormente, sino que incluye variaciones, modificaciones y modalidades equivalentes definidas por las siguientes reivindicaciones . Se hace constar que con relación a esta fecha, el mejor método conocido por la solicitante para llevar a la práctica la presente invención, es el que resulta claro a partir de la presente descripción de la invención.

Claims (9)

1. REIVINDICACIONES Habiéndose descrito la invención como antecede se reclama como propiedad lo contenido en las siguientes reivindicaciones : 1. Una mezcla para composiciones de cemento, caracterizada porque comprende un agente de control de aire, soluble en agua y un dispersante para composiciones de cemento .
2. 2. La mezcla de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el agente de control de aire soluble en agua es al menos uno de un R alcoxilado, en donde R es al menos uno de un hidrocarburo, sorbitan, óxido de polipropileno, ácido graso, alcohol graso o amina de alquilo de 8 a 22 átomos de carbono.
3. 3. La mezcla de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque comprende además un arrastrador de aire .
4. 4. La mezcla de conformidad con la reivindicación 1, caracterizada porque el agente de control de aire, soluble en agua está presente en una cantidad de 0.25% a 40% en base al peso del dispersante para las composiciones de cemento .
5. 5. Una composición de cemento caracterizada porque comprende cemento, agua, un agente de control de aire soluble en agua y un dispersante para las composiciones de cemento .
6. 6. La composición de cemento de conformidad con la reivindicación 5, caracterizada porque el agente de control de aire soluble en agua es al menos uno de un R alcoxilado, en donde R es al menos uno de un hidrocarburo, sorbítan, óxido de polipropileno, ácido graso, alcohol graso, una amina de alquilo de 8 a 22 átomos de carbono.
7. 7. Un método para elaborar una composición de cemento caracterizado porque comprende mezclar el cemento, agua, un agente de control de aire soluble en agua y un dispersante para las composiciones de cemento.
8. 8. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el agente de control de aire, soluble en agua y el dispersante para las composiciones de cemento se adicionan como una solución.
9. 9. El método de conformidad con la reivindicación 7, caracterizado porque el agente de control de aire, soluble en agua se adiciona a la composición de cemento por uno de i ) de manera separada, ii) en combinación con el dispersante para las composiciones de cemento, y iii) en combinación con una mezcla.