ESTRUCTURALES PARA HORMIGONES Y MORTEROS, Y FIBRA SINTÉTICA

OBTENIDA D E S C R I P C I Ó N OBJETO DE LA INVENCIÓN

La invención, tal como expresa el enunciado de la presente memoria descriptiva, se refiere a un procedimiento de fabricación de fibras sintéticas estructurales para hormigones y morteros, y a la fibra sintética obtenida, el cual aporta, a la función a que se destina, varias ventajas y características de novedad que se describirán en detalle más adelante y que suponen una mejorada alternativa a los sistemas actualmente conocidos para el mismo fin.

Más en particular, el objeto de la invención se centra en un nuevo procedimiento para la fabricación, mediante extrusión, de fibras sintéticas destinadas a ser adicionadas en hormigones y morteros, cuya finalidad es incrementar el módulo de elasticidad de las mismas, el cual se ha mejorado respecto de los procesos industriales de extrusión hasta ahora utilizados, en particular el proceso de aplicación de múltiples estirajes preconizado en la patente ES2396639A1 , propiedad del mismo solicitante, incorporando nuevas etapas de estiraje, que actúan sinérgicamente en el proceso, con el objetivo de incrementar el módulo de elasticidad del producto final.

CAMPO DE APLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

El campo de aplicación de la presente invención se enmarca dentro del sector de la construcción, abarcando concretamente el ámbito de la industria dedicada a la fabricación hormigones y morteros, especialmente aquellos que llevan en su formulación un aglomerante hidráulico (cemento, cal, yeso o sus combinaciones) y que, principalmente, son el hormigón preparado y prefabricado y la obra civil. ANTECEDENTES DE LA INVENCIÓN

Actualmente se emplean diversos tipos de fibras para armar hormigones y morteros. Las fibras pueden aportar diferentes propiedades al hormigón, tales como reducir la fisuración, mejorar la resistencia pasiva contra el fuego, etc., si bien la diferenciación fundamental es su capacidad estructural, es decir, si las fibra tienen carácter estructural a la hora de aportar prestaciones mecánicas al hormigón/mortero. Si bien hasta hace unos años, la única posibilidad de armar estructuralmente con fibras los hormigones y los morteros era el empleo de fibras metálicas, los avances en polímeros han permitido que algunos tipos de fibras sintéticas puedan ser consideradas como fibras estructurales, y tenidas en cuenta en los cálculos a tal efecto. En España, la normativa en vigor (EHE-08) hace referencia a esta diferenciación, distinguiendo con los términos macro - fibras y micro - fibras su carácter estructural.

Dentro de las macro - fibras sintéticas, aquellas de base poliolefina (polipropileno, polietileno, etc.) son las más empleadas, tanto por su precio competitivo como por sus prestaciones. Es conocido en el estado de la técnica, la mejora de la fibrilación mediante el empleo de cargas minerales, etc., para mejorar diversas propiedades de las fibras, tales como la adherencia entre la fibra y el hormigón/mortero,

Sin embargo, si bien este tipo de fibras tienen una resistencia a tracción en muchos casos superior al del propio acero empleado para armar los hormigones/morteros, su módulo de elasticidad es bajo, puesto que su elongación a rotura es elevada.

En el proceso de extrusión (sistema habitual de fabricación de las fibras), se puede aplicar posteriormente un estirado con relaciones de estiraje entre 1 : 10 y 1 :20, de esta forma se puede mejorar mucho el módulo de elasticidad de este tipo de fibras, siendo sin embargo todavía insuficiente en muchos casos para aportar las prestaciones buscadas. Para obtener un mayor módulo de elasticidad, se puede intentar incrementar la relación de estiraje, sin embargo la fabricación industrial se vuelve inestable, produciéndose muchas roturas del hilo que conforman las fibras, deformaciones de la sección del mismo indeseables, etc... . El deterioro que pueden sufrir las prestaciones de las fibras si no se hace este estiraje de una manera muy rigurosa y aplicando tratamientos complementarios, puede ser muy alto.

Para solventar este inconveniente, el propio solicitante es titular de la patente ES2396639A1 , en la que se divulga un "Procedimiento de fabricación de fibras sintéticas estructurales para hormigones y morteros para incrementar el módulo de elasticidad de las mismas", el cual, contempla que, tras el primer proceso de estiraje, los hilos se sometan a una segunda fase de estiraje, previamente a la cual se calientan para que estén dentro del rango de reblandecimiento y que además, o alternativamente, al polímero se adicionen nano arcillas especiales de tamaño nano-métrico, siendo las preferidas en la utilización la sepiolita de tamaño nano- métrico modificada con xilanos.

Pues bien, dicho procedimiento, aunque cumple satisfactoriamente con el objetivo pretendido, presenta ciertos aspectos susceptibles de ser mejorados, siendo el objetivo de la presente invención el desarrollo de un nuevo procedimiento mejorado para tal fin.

EXPLICACIÓN DE LA INVENCIÓN

Así, el procedimiento de fabricación de fibras sintéticas estructurales para hormigones y morteros, y la fibra sintética obtenida que la presente invención propone se configuran como una destacable novedad dentro de su campo de aplicación, ya que a tenor de su implementación y de forma taxativa se alcanzan satisfactoriamente los objetivos anteriormente señalados, estando los detalles caracterizadores que lo hacen posible, convenientemente recogidos en las reivindicaciones finales que acompañan a la presente memoria descriptiva del mismo. De forma concreta, lo que la presente invención preconiza es un nuevo proceso industrial, o modificación del actual, desarrollado con el objetivo de aumentar el módulo de elasticidad de la fibra final resultante, de tal manera que se obtenga un Módulo de Elasticidad siempre por encima de 20 GPa. (gigapascales). Al obtenerse un Módulo de Elasticidad del mismo orden de magnitud que el compuesto al cual debe reforzar, el comportamiento en cuanto a ensayos de evaluación de tenacidad/ductilidad del material fibro-reforzado es mejor, obteniéndose valores superiores en torno al 30% en los resultados tanto de absorción de energía como de resistencia residual, en comparación con la misma cantidad del mismo tipo de fibra pero con un Módulo de Elasticidad inferior, donde no se ha aplicado el nuevo proceso de re-estiraje objeto de la presente invención. La extrusión de la poliolefina se realiza, como es habitual de la siguiente manera:

- La mezcla de poliolefina, las adiciones y los aditivos correspondientes se funden y homogenizan en un depósito mezclador diseñado a tal efecto. - Dicha mezcla, pasa por unas boquillas especiales que dan forma a los hilos, pasando posteriormente por una inmersión en un baño de una solución en base acuosa para disminuir su temperatura y dotar a los hilos de fibra de una capacidad de estiraje mayor. - Los hilos así conformados, entran en un sistema, o trenes de rodillos, donde se realiza un proceso de estirajes cuyas relaciones pueden oscilar entre 1 : 10 y hasta 1 :20. Para poder llegar a un estiraje alto sin roturas, a parte del baño a la salida de las boquillas de extrusión, entre los varios conjuntos de rodillos, se somete a los hilos a una serie alternativa de calentamiento - enfriamiento durante un tiempo determinado, a unas temperaturas muy controladas y con unos periodos de estabilización previamente testados.

- Posteriormente, los hilos ya estirados pasan por otra serie de rodillos donde se les realiza un grabado superficial para mejorar la adherencia mecánica con los aglomerantes.

- Finalmente se pasan los hilos por un proceso de corte a la longitud deseada. Pues bien, el proceso que la presente invención preconiza contempla la siguiente modificación:

- Una vez realizado el proceso de estiraje inicial a una temperatura determinada, y sin haber pasado por el proceso de gofrado superficial, se recogen los hilos continuos en bobinas para su estabilización. Las bobinas así recogidas se mantienen durante un período que puede durar entre dos días y una semana, dependiendo de las condiciones de humedad y temperatura a las que se sometan en esta fase, de tal manera que se complete al máximo posible el proceso de polimerización y reticulación de la fibra.

- Pasada la fase de estabilización, se recogen las bobinas y se someten de nuevo los hilos a unos ciclos de calentamiento - enfriamiento durante un tiempo determinado, a unas temperaturas muy controladas y con unos periodos de estabilización previamente testados de tal manera que estén dentro del rango de reblandecimiento adecuado para realizar otro estiramiento sin rotura ni deterioro matricial (en el entorno de 80 a 120°C). El proceso de calentamiento preferido es mediante inmersión en baño a la temperatura adecuada, aunque cualquier otro sistema puede ser factible, tal como el paso del hilo entre planchas de calentamiento en atmósfera especial.

- Una vez que las fibras han pasado por el proceso anterior y a la temperatura idónea, vuelven a pasar por los rodillos de estiraje, produciéndose de nuevo un estiramiento que es complementario al anteriormente realizado. De esta manera se fuerza un nuevo estiraje y se optimiza la polimerización de la poliolefina de tal manera que un mayor porcentaje de sus moléculas estén alineadas en la dirección de estiraje. Además, si se van a realizar re-estirajes sucesivos, se incluyen los procesos de calentamiento - enfriamiento y estabilización posterior.

- Posteriormente se retoman los procesos anteriormente mencionados (grabado de la fibra y corte final).

La modificación del sistema de fabricación así descrito para realizar re-estirajes en distintas fases, permite aumentar el módulo de elasticidad final de las fibras, evitando los impedimentos físico/químicos que limitan alcanzar Módulos de Elasticidad más elevados que los conseguidos con un solo estiraje. Con un extrusionado simple, no se pueden alcanzar los módulos de elasticidad deseados ya que, a partir de determinada relación de estiraje, que depende del tipo de maquinaria empleada, los hilos comienzan a romperse y cortan el proceso de fabricación continuo. La adición de cargas minerales en forma de relleno o filler, que mejoran el aspecto final de la fibra (evitan la fibrilación y aumentan la dureza superficial), suele agravar el problema de roturas de hilos en el proceso de extrusionado/estiraje, por lo que normalmente se suele disminuir la relación de estiraje cuando se adicionan, obteniéndose menores módulos de elasticidad final.

En definitiva, el proceso de la presente invención persigue incrementar el módulo de elasticidad de las fibras sintéticas de base poliolefina, fabricadas mediante extrusión, para ser adicionadas a hormigones y morteros, modificando los procesos industriales con nuevas etapas de estiraje, que actúan sinérgicamente en el proceso haciendo aumentar el módulo de elasticidad del producto final.

Dicho producto final es una fibra sintética base poliolefina, para su empleo en hormigones y morteros con un aglomerante hidráulico como base cementante, la cual se ha obtenido mediante un proceso de extrusión y estiraje múltiple, con el objeto de aumentar el módulo de elasticidad al que no se podría llegar por un proceso de extrusión/estiraje simple (en un solo paso). Con dicho procedimiento de estiraje múltiples se consigue, sin embargo, una mejora de prestaciones en cuanto al incremento de su módulo de elasticidad y/o aumento de su resistencia a tracción y/o disminución de la elongación a rotura, pudiendo alcanzar un Módulo de Elasticidad por encima de 15 GPa. Más concretamente, el procedimiento preconizado permite obtener una fibra con un

Módulo de Elasticidad superior a 20 GPa. gracias a los cual permite obtener una pendiente en la curva tensión/deformación, similar al compuesto cementante al que va ligado, por lo que el comportamiento conjunto en deformación es similar hasta la rotura del compuesto (mortero, hormigón o gunita), obteniéndose mejores valores tanto en los ensayos de absorción de energía como en los ensayos de resistencia residual. Descrita suficientemente la naturaleza de la presente invención, así como la manera de ponerla en práctica, no se considera necesario hacer más extensa su explicación para que cualquier experto en la materia comprenda su alcance y las ventajas que de ella se derivan, haciéndose constar que, dentro de su esencialidad, podrá ser llevada a la práctica en otras formas de realización que difieran en detalle de la indicada a título de ejemplo, y a las cuales alcanzará igualmente la protección que se recaba siempre que no se altere, cambie o modifique su principio fundamental.