Campo de la invención

El presente invento se relaciona con las mezclas de concreto, mezclas de mortero y el proceso para su obtención, especificando el orden y ios tiempos en que se debe adicionar cada componente de mezcla, y el producto resultante.

Descripción del estado da ta técnica

Las mezclas convencionales de concreto (en adelante MCV) se compone de tres elementos esenciales: cemento, agua, y agregados que pueden ser finos y/o gruesos.

Las MCV se llevan a cabo en un proceso de preparación de MVC (en adelante proceso MCV), adicionando los componentes en el siguiente orden: 1) mezclar y agitar el cemento y los agregados hasta obtener una mezcla sustancialmente homogénea; y,

2) adicionar agua a la composición obtenida en la etapa (1), y mezclar y agitar hasta obtener una mezcla sustancialmente homogénea. Entiéndase como mezcla sustancialmente homogénea una mezcla que en esencia o en una porción mayor al 50% de su composición comprende una sola fase.

Luego que se realiza la MCV, se procede a disponerla en moldes que describen un volumen que depende de los requerimientos del usuario. Posterior a depositar la MCV en moldes, esta entra en un proceso que se llama endurecido, en el que durante 28 días debe alcanzar gradualmente propiedades y valores de resistencia a la compresión que están entre los rangos de 21 a 25MPa según las normas NTC 550 del Icontec, equivalente a la norma ASTM C31. En el estado de la técnica se identifica el documento de patente GB 1053958 A que divulga un método de realización de mezclas de morteros y concretos, para mejorar la resistencia mecánica a ia compresión. En este método se utilizan los materiales convencionales: agua, cemento y agregados finos y gruesos.

Los pasos que comprende el método de la patente GB1053958A son:

a- triturar las partículas de cemento en presencia de agua mientras se somete a un vacío parcial; y,

b- adicionar los agregados finos y/o gruesos. Estos pueden ser adicionados durante la trituración o después que se han triturado las partículas de cemento en húmedo.

Dadas las divulgaciones anteriores, se requiere de un proceso para ia reaiízación de mezcla de concreto y morteros que en una misma propuesta:

a- potencie la capacidad de activación del cementante: y,

b- aumente la resistencia a la compresión y la durabilidad.

Breve descripción deI invento

La presente invención corresponde a un proceso para ia elaboración de mezclas de concreto y mortero, en un proceso de mezcla con suspensión mecánica (en adelante el proceso MSM).

El proceso MSM comprende las etapas de:

a- mezclar y agitar un cementante con agua hasta lograr una pasta activada;

b- adicionar un agregado fino a la pasta activada de la etapa (a) y agitar hasta lograr una composición sustancialmente homogénea, en estado plástico; y,

c- adicionar un agregado grueso a la mezcla de mortero obtenida en la etapa (b), y agitar hasta lograr una mezcla de concreto con una composición sustancialmente homogénea.

La invención también comprende los productos obtenidos con el proceso MSM. Los productos son una pasta activada, una mezcla de mortero y una mezcía de concreto.

La pasta activada comprende agua y un cementante. El cementante y eI agua se agitan y se mezclan hasta lograr una composición sustancialmente homogénea. La mezcla de mortero comprende una pasta activada y un agregado fino. La pasía activada y el agregado fino se agitan y se mezclan hasta lograr una composición sustancialmente homogénea en estado plástico.

La mezcla de concreto comprende una mezcla de mortero y un agregado grueso. La mezcla de mortero y el agregado grueso se agitan y se mezclan hasta lograr una composición sustancialmente homogénea. Breve descripción de los figuras.

La FIG. 1 muestra una microscopía de barrido electrónico 1000X realizada a la muestra MCV elaborada mediante un proceso ¡V1CV. En la figura se aprecian las zonas de porosidades.

La FiG. 2 muestra una microscopía de barrido electrónico 1000X realizada a la muestra MSM elaborada mediante un proceso MSM. En la figura se aprecian las zonas de porosidades. Descripción detallada de la invención

La presente invención corresponde a un proceso para ia elaboración de mezclas de concreto y mortero, en un proceso de mezcla con suspensión mecánica (en adelante el proceso MSM). La invención también comprende Sos productos obtenidos con el proceso MSM.

El proceso MSM comprende las siguientes etapas:

a- mezclar y agitar un cementante con agua hasta lograr una pasta activada;

b- adicionar un agregado fino a la pasta activada de la etapa (a) y agitar hasta lograr una composición sustancialmente homogénea, en estado plástico; y,

c- adicionar un agregado grueso a la mezcla de mortero obtenida en la etapa (b), y agitar hasta lograr una mezcla de concreto con una composición sustancialmente homogénea. En la etapa (a), la agitación se realiza manualmente. Para ello el agua y el cementante se disponen en un depósito, donde son agitados. La etapa (a) se realiza hasta íograr una composición sustanciaimenfe homogénea, la cual se denomina pasta activada. Para lograr ¡a pasta activada la agitación se realiza en un tiempo T1 , donde 0 < T1≤ 2 min.

En la etapa (b), se mezcla y agita ia pasta activada de la etapa (a) y el agregado fino hasta lograr una composición sustancialmente homogénea en estado plástico, la cual se denomina mezda de mortero. Para lograr la mezcla de mortero ¡a agitación se realiza en un tiempo T2, donde 0 < T2≤ 4 min.

En la etapa (c) se mezcla y agita la mezcla de mortero de la etapa (b) y el agregado grueso hasta lograr una composición sustancialmente homogénea, la cual se denomina mezcla de concreto. Para lograr la mezcla de concreto la agitación se realiza en un tiempo T3, donde 0 < T3≤ 4 min.

Dentro del alcance de la presente invención, se entenderá por cementante compuestos que unen fragmentos de una o varias sustancias y da cohesión permanente a tal conjunto. La unión se da por medio de trasformaciones químicas, que surgen a partir del contacto del cementante con el agua. Por consiguiente, el cementante se selecciona del grupo que consiste de cementos Portland tipo I (conocido en Colombia como cemento de uso general), Portland tipo II, Portland tipo III, Portland tipo IV, cal, yeso, cenizas, conglomerantes y combinaciones de los anteriores.

Dentro del alcance de la presente invención, se entenderá por estado plástico la fase donde la mezcla de concreto o mortero adquiere propiedades que le permiten, a pesar de su baja fluidez, llenar adecuadamente formaletas o depósitos según ios requerimientos del usuario.

La relación de ios materiales para la mezcla de agua, cementante y agregados (agregado fino y agregado grueso) la establece el usuario según los requerimientos de mezcia solicitados. En una modalidad de la invención, la relación de los materiales para la mezcla de agua, cementante y agregados es entre 1 :2:2,5 y 1 :2:3 respectivamente.

Ejemplo 1 Se ha elaborado un metro cúbico de concreto mediante el proceso MSM, Los elementos utilizados son:

- agua: 181 ,89 kg (L)

- cementante: cemento Portland tipo I: 394,40 kg

- agregado fino: 788,8 kg

- agregado grueso: 986,0 kg

Para la elaboración del concreto se ejecutaron las siguientes etapas:

a) mezclar y agitar el cemento portland tipo I con el agua durante un tiempo

T1 = 2 min hasta lograr la pasta activada:

b) adicionar un agregado fino a la pasta activada de la etapa (a) y agitar durante un tiempo T2 = 4 min hasta lograr la composición sustancialmente homogénea, en estado plástico; y,

c) adicionar un agregado grueso a la mezcla de mortero obtenida en la etapa (b), y agitar durante un tiempo T3 = 4 min hasta lograr una mezcla de concreto con una composición sustancialmente homogénea.

Al concreto elaborado con el proceso MSM se te realizó una prueba de "determinación de la gravedad". La prueba de "determinación de la gravedad" está definida en la norma ASTM C642: Standard Test Method for Density, Absorption, and Voids IN Hardened Concrete, cuya norma equivalente en Colombia es la NTC 5853. Para la realización de la prueba de "determinación de la gravedad" se extrajeron dos muestras, las cuates se titularon como MSM 1 y MSM 2.

Adicionalmente, a fin de comparar los resultados de esta prueba con los de un concreto elaborado mediante un proceso MCV, se elaboró un concreto mediante dicho proceso. Para concreto elaborado por MCV se utilizaron las mismas cantidades de agua, cemento Portland tipo I y agregados. Del concreto elaborado mediante MCV se extrajeron dos muestras las cuales se titularon MCV 1 y MCV 2.

Los resultados de la prueba de "determinación de la gravedad" en las muestras MCV 1 , MCV 2, MSM 1 y MSM 2 se indican en la tabla 1.

Acorde con Sa norma, para ia confección de mezclas es deseable obtener como resultado de la prueba porcentajes de absorción y porcentajes de vacíos con bajos valores. Entre más bajo sea eí valor porcentual de absorción, es un indicio de que durante el proceso de endurecido, la mezcla asumió cantidades bajas extras de líquidos. Esto quiere decir que ías cantidades de los componentes utilizados para realizar la mezcla fueron los adecuados, y en su proceso de endurecido no requirió de adiciones o agentes externos para completar propiamente su endurecido.

Con respecto a los valores porcentuales de vacíos, es una condición que recae sobre las propiedades estructurales. Una mezcla que obtenga en su proceso de endurecido bajos porcentajes de vacíos, indica que tiene en su estructura menor porosidad. Esto quiere decir que hay mayor número de canales de cohesión entre los agregados finos y gruesos lo que permite capacidades de transferencia de carga más altas (tiene mayor resistencia a la compresión).

Acorde a lo anterior, las muestras MSM 1 y MSM 2 presentan menor absorción y menor volumen de poros en comparación con las muestras MCV 1 y MCV 2. Es decir, ías muestras MSM 1 y MSM 2 tienen mayores valores de desempeño en cuanto a durabilidad del concreto ante agentes atmosféricos como el CO ₂ disuelto en el aire. El CO ₂ es el causante de la carbonatación, patología que degrada aceleradamente la vida útií de ías estructuras de concreto reforzado.

Al hacer una comparación entre valores promedios de porcentaje de absorción entre ías muestras MCV 1 y MCV 2, y MSM1 y MSM 2 de la Tabla 1 , se puede apreciar una diferencia de 0,45% de absorción; ya que el promedio de las muestras MCV 1 y MCV 2 en el valor de absorción es 10%, mientras que en las muestras MSM 1 y MSM 2 es de 9,55%. Acorde con la norma, el último valor es más deseable que el primero.

Asimismo, aI comparar los valores promedios de porcentaje de vacíos entre las muestras MCV 1 y MCV 2, y MSM1 y MSM 2 de la tabla 1 , se puede apreciar una diferencia de 0,70% de vacios; ya que el promedio de fas muestras MCV 1 y MCV 2 en el valor de absorción es 21 ,85%, y el de las muestras MSM 1 y MSM 2 es de 20,95%. Acorde con la norma, el último valor es más deseable que el primero, para la preparación de mezclas.

Adicionalmente, a los concretos se les realizó la prueba de la propiedad "Blaíne". La propiedad "Blaine" es una propiedad del cementante, que indica la capacidad de recubrimiento en centímetros cuadrados por gramo (cm ² /g), que se mide buscando optimizar el consumo del cementante y garantizar una mezcla de mayor cohesión para ios agregados finos y gruesos. La prueba de Sa propiedad "Blaíne" se puede realizar mediante ensayos de microscopía de barrido electrónico (SEM). Mediante la microscopía de barrido electrónico se identifican zonas de porosidad y falta de recubrimiento "Blaíne", Para la realización de la prueba de ¡a propiedad "Blaine", se extrajeron muestras de los concretos. La muestra dei concreto elaborado por el proceso MSM se tituló MSM y la muestra del concreto elaborado por ei proceso MCV se tituló MCV.

Haciendo referencia a la FIG.1 , en la microscopía de barrido de ia muestra MCV realizada a 10.00X se evidencian regiones con porosidad y falta de "Blaine" las cuales están delimitadas con óvalos negros que encierran los números (1),(2) y (3).

Haciendo referencia a la FIG.2, en ¡a microscopía de barrido de la muestra MSM realizada a 1000X se evidencian regiones con porosidad y falta de "Blaine", las cuales están delimitadas con óvalos negros que encierran el número (4).

Al comparar las microscopías de la FIG 1 y la FIG 2, es notable que las regiones con porosidad y falta de "Blaine" en la muestra MSM son menos y de menor tamaño que en la muestra MCV. Lo anterior indica que el cementante tuvo mayor capacidad de recubrimiento en MSM comparado con MCV. Igualmente, se indica que hay una mayor cohesión para los agregados finos y agregados gruesos.