BR112014025101B1 - Composição de geopolímero de aluminossilicato, uso da composição, método para preparar a referida composição e mistura cimentícia para dar forma - Google Patents

Composição de geopolímero de aluminossilicato, uso da composição, método para preparar a referida composição e mistura cimentícia para dar forma Download PDF

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Abstract

composição e o método do geopolímero dimensionalmente estável um método para fazer composições de ligante de cimento de geopolímero para produtos de cimento como concreto, elementos de construção pré-moldados e painéis, argamassa, materiais de remendo para reparação de estrada e outros materiais de reparação, e similares, é divulgado. as composições de cimento de geopolímero de algumas encarnações são feitas misturando uma mistura sinérgica de mineral de aluminossilicato termicamente ativado, cimento de sulfoaluminato de cálcio, um sulfato de cálcio e um ativador químico com água.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO
[1] Esta invenção refere-se geralmente para composições de cimento contendo silicato de alumínio com base em geopolímeros que podem ser usados para uma variedade de pedidos. Em particular, a invenção geralmente refere-se a tais composições de cimento que oferecem propriedades que são desejáveis em termos de tempos de presa, estabilidade dimensional exotérmica, encolhimento em geral do material reduzido após a cura e outras tais propriedades desejáveis.
FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO
[2] Patente U.S. No. 6.572.698 para divulgar Ko um ligante de aluminossilicato ativado contendo aluminossilicatos, sulfato de cálcio e um ativador contendo sais de metais alcalinos são divulgados. Os aluminossilicatos são selecionados de um grupo composto por escória de alto forno, argila, marga e subprodutos industriais, tais como a cinza de mosca e tem um Al2O3 conteúdo maior que 5% em peso. Escória de alto forno está presente em quantidade inferior a 35%, em peso e pó de cimento de forno (CKD), no valor de 1 para 20% em peso, é adicionada à mistura como um ativador.
[3] Patente U.S. No. 4.488.909 a Galer et al. discute composições de cimento incluindo cimento Portland, cimento de alta alumina, sulfato de cálcio e Cal. A composição do cimento inclui cimento Portland, cimento de alta alumina, sulfato de cálcio e Cal. Pozolanas como cinza de mosca, argila de montmorilonita, terra de diatomáceas e pumicita podem ser adicionadas até cerca de 25%. A composição de cimento inclui cerca de 14 a 21% em peso de cimento de alumina alto.
[4] Patente US No. 6.869.474 a Pena-Perez et al discute composições de cimento para a produção de produtos à base de cimento, tais como placas de cimento. Isto é conseguido através da adição de uma alcanolamina para cimento hidráulico, tal como cimento Portland, e formando uma pasta com água sob condições que proporcionam uma temperatura da suspensão inicial de pelo menos 90°F (32°C) Materiais reativos adicionais podem ser incluídos, tais como cimento de alta alumina, sulfato de cálcio e um material pozolânico, tais como cinzas volantes.
[5] A Patente US No. 7.670.427 de Perez-Pena et al. discute a pega extremamente rápida de composições de cimento, com início em idade de resistência à compressão para a produção de produtos à base de cimento, tais como placas de cimento obtidos pela adição de uma alcanolamina e de um fosfato a um cimento hidráulico tal como cimento Portland, e formando uma pasta com água sob condições que proporcionam uma temperatura da suspensão inicial de pelo menos 90 ° F (32 ° C). Materiais reativos adicionais podem ser incluídos, tais como cimento de alta alumina, sulfato de cálcio e um material pozolânico, tais como cinzas volantes.
[6] O pedido de patente publicado US No. US 2010-0071597 A1 de Perez-Pena divulga formulações utilizando cinzas volantes e os sais de metais alcalinos de ácido cítrico tais como citrato de sódio, para formar misturas de betão. Cimento hidráulico e de gesso pode ser utilizado até 25% em peso da formulação, embora o seu uso não seja preferido. Os ligantes de cinzas volantes ativados descritos neste pedido podem interagir com os sistemas de formação de espuma tradicionais utilizados para arrastar o ar e, assim, fazer placas de peso leve.
[7] A Patente US No. 5.536.310 para Brook et al. divulga uma composição de cimento que contém 10-30 partes em peso (pbw) de um cimento hidráulico tal como cimento Portland, 50-80 pbw em peso de cinzas volantes, e 0,5-8,0 pbw expresso como um ácido livre de um ácido carboxílico, tal como ácido cítrico ou seus derivados sais metálicos alcalinos, por exemplo, citrato tripotássico ou citrato trissódico, com outros aditivos convencionais, incluindo aditivos retardadores, tais como o ácido bórico ou bórax.
[8] A Patente US No. 6.641.658 para Dubey divulga uma composição de cimento Portland com base de cimento, que contém 35-90% de cimento Portland, 0-55% de uma pozolana, 5-15% de cimento de alta alumina e 1 a 8% de forma anidrita insolúvel de sulfato de cálcio em lugar do o solúvel landplaster convencional/gesso para aumentar a libertação de calor e diminui o tempo de pega, apesar da utilização de grandes quantidades de pozolana, por exemplo, cinzas volantes. A composição de cimento pode incluir agregados leves e enchimentos, superplastificantes e aditivos, como citrato de sódio como um retardador da reação.
[9] Patente US N° 7618490 B2 para Nakashima et al. divulga um material de pulverização que compreende um ou mais do sulfoaluminato de cálcio, alumino-silicato de cálcio, hidróxido de cálcio, uma fonte do flúor e concreto de cimento Portland. Sulfato de cálcio pode ser adicionado como anidro ou gesso semi-hidratado.
[10] Patente US N° 4655979 para Nakano et al. divulga um processo para fabricar um concreto celular utilizando usando cimento à base de silicato de cálcio, retardador de metais alcalinos, cimento sulfoaluminato de cálcio (CSA) e um sulfato de cálcio opcional que pode ser adicionado para a composição de concreto.
[11] Pedido Publicado US No. 2008/0134943 A1 para Godfrey et al divulga um material de resíduos encapsulamento composto por sulfoaluminato de pelo menos um sal de um metal alcalino com sulfato de cálcio e enchimento inorgânico opcional tais como a escória de alto forno, cinzas de combustível pulverizada, sílica finamente dividida, e agentes orgânicos e inorgânicos de fluidização. De preferência, sulfoaluminato pelo menos um sal de um metal alcalino compreende sulfoaluminato de cálcio (CSA). Uma composição adequada pode, por exemplo, incluir pelo menos um sal de sulfoaluminato de um metal alcalino em combinação com gesso e cinzas de combustível pulverizado (PFA), em que cerca de 86% das partículas de gesso tem um tamanho de partícula de menos de 76, e cerca de 88% das partículas de PFA tem um tamanho da partícula abaixo de 45 um. Um exemplo compreende 75% (70:30CSA:CaSO4.2H2O); 25% da Cinza de Combustível Pulverizado; relação água/sólidos 0.65.
[12] Patente US No. 6730162 de Li et al. revela composições de cimento duplos que incluem uma primeira composição hidráulica tendo 2,5% em peso a 95. % C4A3S, que é a notação química em que C = CaO, S = SiO2, A=Al2O3 (em outras palavras sulfoalumina de cálcio) e 2.5 a 95 % em peso um hemidratado e/ou uma anidrita de sulfato de cálcio. Cimentos de sulfoaluminato ou cimentos ferroalumínio são exemplos de cimentos que contêm C4A3S. Pode também incluir aditivos minerais de enchimento selecionados a partir do grupo que consiste de escória, cinzas volantes, pozolana, fuligem de sílica, pedra calcária fina, cal industrial dos subprodutos e resíduos.
[13] Pedido de publicação Chinesa CN 101921548 A a Deng et al. apresenta uma composição de cimento de sulfoaluminato feito de 90-95% em peso de clínquer de sulfoaluminato e gesso anidro, quartzo de areia, cinzas volantes de incineração de resíduos, éter hidroxipropilmetilcelulose, pó de cola redispersível e fibras. O clínquer de sulfoaluminato e gesso anidro encontra o padrão de cimento sulfoaluminato, ou seja, GB 20472-2006.
[14] Pedido publicado coreano No. KR 549.958 B1 para Jung et al. divulga uma composição de cimento de alumina, CSA, gesso, citrato de cálcio, e ácido carboxílico de hidroxilo.
[15] Pedido publicado Coreano No. KR 2009085451 A para Noh, descreve uma composição da escória alto forno de pó, de gesso, e CSA. O gesso pode ter um tamanho médio de partícula de 4 mícron ou menos.
[16] Pedido publicado coreano No. 2009025683 KR A divulga tipo pó material impermeável usado para concreto e argamassa, é obtido por pulverização de cimento, gesso anidro, sílica em pó, pó à prova d'água, cinzas, material de expansão tipo sulfoaluminato de cálcio e ligante inorgânico.
[17] Pedido publicado Coreano No. 2010129104 KR A para Gyu et al. divulga composição para a mistura de concreto projetado, compreendendo (em peso. %): metacaulino (5-20), sulfoaluminato de cálcio (5-20), gesso anidro (20-45) e cinzas volantes (30-50) ..
[18] Existe uma necessidade dos materiais cimentícios dimensionalmente estáveis, contendo composições geopoliméricas que fornecem reduzido encolhimento após a cura, melhorou o comportamento da temperatura inicial e final, controlou e/ou otimizou o tempo da pega, resistência melhorada e outras propriedades benéficas para a utilização de tais materiais na construção civil, formada de produtos de cimento e outros pedidos, tais como estruturas de cimento, elementos estruturais de cimento e produtos moldados de cimento, bem como métodos de preparação de tais materiais e formando tais estruturas, elementos e produtos.
RESUMO DA INVENÇÃO
[19] A presente invenção fornece geopolpímero melhorado das composições de cimentos e métodos para fazer tais composições terem pelo menos um e em muitos casos mais de uma, propriedade altamente desejável como significativamente melhor estabilidade dimensional durante e após a cura; tempos de pega iniciais e finais melhorados e modificáveis; estendido a horários de trabalho; geração de temperatura modificada durante a mistura, a pega e a cura; e outras propriedades melhoradas como discutido neste documento. Em muitos, se não todos, das tais modalidades, a melhoria das propriedades são fornecidas sem perda significativa (se houver) perda na resistência à compressão inicial, resistência à compressão final ou outras propriedades de resistência. Algumas modalidades, na verdade, fornecem um aumento surpreendente na resistência à compressão inicial e final.
[20] As propriedades melhoradas das pessoas e outras formas de realização da invenção proporcionam vantagens distintas sobre os ligantes geopoliméricos anteriores, tais como ligantes à base de cinzas volantes, assim como outros ligantes de cimento que podem conter um teor de geopolímero significativo. Em alguns modelos preferidos, as composições de cimento de geopolímero da invenção são formados a partir de soluções ou suspensões de, pelo menos, água e um ou mais componentes reativos de cimento numa forma seca ou em pó. Os componentes reativos de cimento compreendem quantidades eficazes de materiais de aluminosilicato de geopolímero ativados termicamente, tais como cinzas volantes; sulfoaluminato de cálcio cimentos; e sulfatos de cálcio. Um ou mais ativador químico do metal alcalino, tais como um sal de metal alcalino de ácido cítrico, ou uma base de metal alcalino, é também adicionado às soluções, ou numa forma seca para o pó reativo, ou como um suplemento de líquido para a pasta fluida. Opcionalmente, a pasta fluida ou solução pode incorporar outros aditivos, tais como agentes de redução de água, ajustado a aceleração ou agentes de retardamento, agentes retentores de ar, agentes de formação de espuma, agentes molhantes, agregados leves ou outros materiais, ou outros aditivos para fornecer reforço ou modificar as propriedades da pasta fluida e do produto final.
[21] Em muitas composições preferidas da invenção, os componentes reativos de cimento, na sua forma seca ou em pó compreendem cerca de 65 a cerca de 97 por cento em peso ativado termicamente do mineral de aluminosilicato tal como cinzas volantes, cerca de 2 a cerca de 30 por cento em peso de cálcio sulfoaluminato cimento, e cerca de 0,2 a sulfato de cálcio de cerca de 15 por cento em peso, com base no peso seco total de todos os componentes reativos de cimento. Em composições preferenciais de invenção, os componentes reativos de cimento compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio em cerca de 1 a cerca de 200 partes por peso relativo para 100 partes em peso do mineral de silicato de alumínio termicamente ativado. Peso seco tem a definição comumente aceita de ser uma base livre de água.
[22] Em outras modalidades, uma mistura de dois ou mais tipos de cimento de sulfoaluminato de cálcio e cimento de aluminato de cálcio pode ser utilizado, e as quantidades e tipos de cimentos de sulfoaluminato de cálcio e cimento de aluminato de cálcio pode variar dependendo da sua composição química e do tamanho das partículas (finura Blaine). A finura Blaine do cimento sulfoaluminato de cálcio em tais modalidades e noutras modalidades de preferência é superior a cerca de 3000, mais preferivelmente maior do que cerca de 4000, ainda mais preferivelmente superior a 5000, e mais preferivelmente maior do que cerca de 6000.
[23] Em algumas modalidade preferidas, a quantidade de ativador químico do metal alcalino é de cerca de 0,5% a cerca de 10%, em peso, com base no peso seco total dos materiais reativos de cimento. Mais preferencialmente, a gama do ativador dos produtos químicos de metal alcalino de cerca de 1% a cerca de 6% do peso total dos materiais reativos de cimento, de preferência cerca de 1,25% a cerca de 4%, mais preferencialmente cerca de 1,5% a cerca de 3,5%, e mais preferencialmente cerca de 1,5 % a 2,5%. Citrato de sódio e citrato de potássio são ativadores de ácido de metal alcalino preferidos, embora uma mistura de citrato de sódio e de potássio também possam ser utilizados. Bases de metais alcalinos, tais como hidróxidos de metais alcalinos e silicatos de metais alcalinos, também podem ser utilizados, dependendo do pedido e as necessidades dessa pedido.
[24] Estas e outras modalidades preferidas da invenção, ao contrário das composições anteriores de geopolímero das cinzas volantes, são formuladas para fornecer as composições de cimento de geopolímero que são dimensionalmente estáveis e resistentes a rachaduras no momento da pega e endurecimento sob ambas as condições sem restrições e imobilizados. Por exemplo, o encolhimento livre de prazo curto das certas modalidades preferidas da invenção, é tipicamente inferior a cerca de 0,3%, de preferência menos do que cerca de 0,2%, e mais preferencialmente menos do que cerca de 0,1%, e mais preferencialmente menos do que cerca de 0,05% (medido depois da pega inicial e dentro de 1 a 4 horas após a mistura) .. Em tais modalidades preferidas, o encolhimento a longo prazo das composições durante a cura também é tipicamente menos do que aproximadamente 0.3%, mais preferivelmente menos do que aproximadamente 0.2%, e o mais preferivelmente menos do que aproximadamente 0.1%.
[25] Para o controle adicional a respeito da estabilidade dimensional e o encolhimento naquelas modalidades, a quantidade de cimento do sulfoaluminato de cálcio é aproximadamente 2.5 a aproximadamente 100 partes por peso relativo a 100 partes por peso do mineral de aluminosilicato do ativado termicamente, mais preferivelmente aproximadamente 2.5 a aproximadamente 50 partes por peso relativo a 100 partes por peso do mineral de aluminosilicato térmico ativado, e o mais preferivelmente aproximadamente 5 a aproximadamente 30 partes por peso relativo a 100 partes por peso do mineral de aluminosilicato ativado termicamente. Para modalidades em que o controle sobre a estabilidade dimensional, tal como indicado pelo encolhimento do material é de importância, a quantidade do ativador de metal alcalino varia mais preferivelmente entre cerca de 1 a cerca de 3% do peso seco total dos materiais reativos de cimento (isto é, mineral de aluminosilicato ativado termicamente , tais como cinzas volantes, cimento sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio), ainda mais preferivelmente de cerca de 1,25% a cerca de 2,75% do peso seco total dos materiais reativos de cimento, e ainda mais preferivelmente de cerca de 1,5% a cerca de 2,5% do peso seco total de os materiais reativos de cimento.
[26] As composições de geopolímero dimensionalmente estáveis das modalidades preferidas da invenção, mais uma evidência de uma redução surpreendente na máxima elevação de temperatura durante a cura da composição em relação aos produtos de cimento de geopolímero anteriores. Por esta e relacionadas razões, estas modalidades resistem ao craqueamento térmico a um grau inesperado. Por exemplo, em algumas modalidades preferidas, a elevação da temperatura é tipicamente menos do que aproximadamente 50oF (28°C), mais preferivelmente menos do que aproximadamente 40oF (22°C), e o mais preferivelmente menos do que aproximadamente 30oF (17°C).
[27] Estas e outras modalidades preferidas da invenção exibem também uma taxa inesperada do desenvolvimento resistente inicial. Por exemplo, em algumas de tais formas de realização, as suas 4 horas a resistência à compressão pode ser superior a cerca de 1000 psi (6,9 MPa), de preferência superior a cerca de 1500 psi (10,3 MPa), mais preferivelmente superior a cerca de 2500 psi (17,2 MPa) .. Em tais modalidades, as suas 24 horas de desenvolvimento da resistência à compressão pode ser superior a cerca de 1500 psi (10,3 MPa), mais preferivelmente superior a cerca de 2500 psi (17,2 MPa), e mais preferencialmente superior a cerca de 3500 psi (24,1 MPa) .. Naqueles e outras formas de realização preferidas, os 28 dias a resistência à compressão mais podem exceder cerca de 3500 psi (24,1 MPa), mais preferivelmente superior a cerca de 4500 psi (31,0 MPa), e mais preferencialmente superior a cerca de 5500 psi (37,9 MPa) .. Em ainda outras modalidades, as composições são capazes de desenvolver resistência à compressão depois de 1 a 4 horas, de cerca de 500 psi (3,5 MPa) a cerca de 4000 psi (27,6 MPa), mais preferencialmente desde cerca de 1500 até cerca de 5000 psi (10,3-34,5 MPa) após 24 horas, e mais preferencialmente desde cerca de 3500 até cerca de 10000 psi (24,1-69 MPa) depois de 28 dias.
[28] Além disso, as composições de cimentos do geopolímero algumas das formas das modalidades preferidas da invenção tem também a durabilidade extremamente boa sob condições molhadas, com forças de compressão molhadas finais semelhantes para secar forças compressivas. Por exemplo, em certas modalidades, suas água saturada de resistência à compressão aos 28 dias tipicamente podem exceder cerca de 3500 psi (24,1 MPa), mais preferivelmente superior a cerca de 4500 psi (31,0 MPa), e mais preferencialmente superior a cerca de 5500 psi (37,9 MPa).
[29] Porque os tempos de pega de pasta fluida para o estado sólido para geopolímeros ativados dos metais alcalinos, bem como os cimentos de sulfoaluminato de cálcio e sulfatos de cálcio combinados, são tipicamente relativamente curtos, era esperado que as modalidades preferidas da combinação de todos estes componentes também teriam tempos de pega curtos e limita o tempo de trabalho. Surpreendentemente, no entanto, os tempos de pega fornecidos pelas modalidades preferidas da invenção não são limitados aos tempos de pega curtos (muitas vezes menos do que 15 minutos), mas fornece um controle significativo sobre as reações das configurações da pasta fluida permitindo a extensão significativa do conjunto da pasta fluida e o tempo de trabalho.
[30] Por exemplo, em algumas modalidades, a composição pode ser formulada por um tempo de ajuste curto, tal como menos do que aproximadamente 10 minutos. Em outras modalidades preferidas, a composição pode ser formulada para uma pega prolongada entre aproximadamente 10 a aproximadamente 30 minutos. Em ainda outras modalidades mais preferidas, a formulação da composição é preferencialmente selecionada para proporcionar um tempo de pega de cerca de 30 a cerca de 60 minutos. Em ainda outras modalidades mais preferidas, a composição pode ser formulada para o tempo de pega, enquanto cerca de 60 a cerca de 120 minutos, cerca de 120 a cerca de 240 minutos, ou mais vezes, se desejado.
[31] Os tempos de pega de tais modalidades, além disso, pode ser selecionado e, se desejar estendido, sem significativa (se houver) perda de propriedades de resistência de encolhimento, resistência à compressão e outras propriedades de resistência. Como resultado, essas modalidades inesperadamente pode ser utilizada nos pedidos em que os produtos anteriores de geopolímero base de cimento e produtos com componentes geopolimérico não podem ser utilizados devido à necessidade de um conjunto alargado e tempos de trabalho sem encolhimento ou inaceitável perda da resistência.
[32] Em determinadas modalidades preferidas, as composições da invenção desenvolvem também uma resistência de ligação à tração excepcional com uma carcaça subjacente. Por exemplo, a resistência de ligação à tração entre estas modalidades preferíveis e um substrato de concreto, de preferência superior a cerca de 200 psi (1,4 MPa) e mais preferencialmente superior a cerca de 300 psi (2,1 MPa) .. Em algumas modalidades, o pH da superfície das composições de cimento de geopolímero dimensionalmente estável totalmente curado e endurecido da invenção também são melhorados em relação aos materiais à base de cimento Portland e de produtos, que tem tipicamente um pH de superfície maior do que 12 e mais tipicamente maior do que 13. Em certas modalidades preferidas, estas composições são medidas 16 horas após a instalação e de preferência possuem um pH inferior a cerca de 11, mais preferencialmente inferior a cerca de 10,5, e mais preferivelmente menos do que cerca de 10. Neste contexto, o pH de superfície é medido usando os padrões de teste de ASTM F-710 (2011).
[33] Em muitas modalidades preferidas, as composições de cimento de geopolímero da invenção não exigem cimentos hidráulicos baseados em silicato de cálcio, tais como cimentos Portland, para o desenvolvimento da resistência e estabilidade dimensional. Em outras modalidades, os cimentos de Portland podem ser incorporados para fornecer propriedades desejadas específicas. No entanto, verificou-se surpreendentemente que, dependendo da composição específica da forma de realização, uma quantidade em excesso de cimento Portland, na verdade, a redução de estabilidade dimensional da composição durante e após a cura, em vez de aumentar a sua estabilidade dimensional.
[34] Para modalidades preferidas da invenção que incorporam cimentos hidráulicos baseados em silicato de cálcio, o limite de tais cimentos hidráulicos, podem variar dependendo da composição específica da modalidade, mas pode ser identificada por um aumento na retração em relação à contração da mesma forma de realização com uma reduzida quantidade de cimento hidráulico de silicato de cálcio. Em algumas de tais modalidades o teor de cimento Portland não deve exceder cerca de 15% em peso do peso dos componentes reativos em pó em uma outra modalidade preferida, que não deve exceder 10% em peso do peso dos componentes reativos em pó, e em ainda uma outra preferida deveria não exceder cerca de 5% em peso do peso dos componentes reativos e de pó ainda outra forma de realização preferida, não existe nenhuma quantidade substancial de cimento Portland em pó os componentes reativos.
[35] Também foi surpreendentemente encontrado que em algumas modalidades uma quantidade em excesso de cimento de sulfoaluminato de cálcio pode causar uma perda de estabilidade dimensional, como indicado por um aumento no encolhimento após o ajuste inicial da composição. Para pedidos que requerem significativo grau de estabilidade dimensional e/ou de controle para impedir encolhimento de craqueamento, delaminação e outros modos de falha, a quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio é de preferência cerca de 10 a cerca de 40 partes em peso seco em relação a 100 partes em peso seco do mineral de aluminosilicato ativado termicamente.
[36] Em outras modalidades preferidas, também foi inesperadamente verificado que a quantidade de sulfato de cálcio presente na proporção de cimento de sulfoaluminato de cálcio na composição pode moderar os efeitos adversos potenciais, tais como encolhimento, causado pelo teor de cimento de sulfoaluminato de cálcio. Em tais modalidades, a quantidade do sulfate de cálcio é preferivelmente aproximadamente 2 a aproximadamente 200 partes por peso relativo a 100 partes por peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio.
[37] Para um controle mais eficaz do material de encolhimento destas modalidades, a quantidade de sulfato de cálcio é de cerca de 10 a cerca de 100 partes em peso seco em relação a 100 partes em peso seco de cimento de sulfoaluminato de cálcio, mais preferencialmente cerca de 15 a cerca de 75 partes por peso seco em relação a 100 partes em peso seco de cimento de sulfoaluminato de cálcio, e mais preferencialmente cerca de 20 a cerca de 50 partes em peso seco em relação a 100 partes em peso seco de cimento de sulfoaluminato de cálcio. Em modalidades em que um aumento na resistência à compressão inicial é importante, é preferível a quantidade da quantidade de sulfato de cálcio é de cerca de 10 a cerca de 50 partes até cerca de 100 partes em peso seco de cimento do sulfoaluminato de cálcio.
[38] Ainda em outras modalidades da invenção, do tipo de sulfato de cálcio (principalmente dihidrato, hemi-hidrato, ou anidrita) adicionada à composição pode ter uma influência significativa sobre o desenvolvimento da resistência à compressão inicial da composição parcialmente curada (ou seja, pelo menos, cerca de 24 horas) .. Surpreendentemente, verificou-se que várias modalidades que utilizam sulfato de cálcio principalmente anidrita tem uma resistência inicial à compressão maior do que as modalidades que utilizam principalmente a forma dihidrato e, em algumas modalidades, pode ter vantagens no início de compressão comparáveis a aqueles que utilizam principalmente sulfato de cálcio hemi-hidratado. Em outras modalidades, dois ou mais dos tipos de sulfato de cálcio (dihidrato, hemi-hidrato, anidrita) ou pode ser empregues em conjunto, e as quantidades de diferentes tipos adaptadas para proporcionar um melhor controle da resistência à compressão da composição. Da mesma forma, os diferentes tipos e quantidades de sulfato de cálcio pode ser empregues isoladamente ou em combinação, para ajustar o desejado encolhimento e outras propriedades da composição.
[39] No caso de desempenho de encolhimento é de preocupação central, outras modalidades da invenção incorporam os sulfatos de cálcio com tamanhos médios das partículas de preferência de cerca de 1 a cerca de 100 mícron, de cerca de 1 a cerca de 50 microns e cerca de 1 a cerca de 20 microns. Estas modalidades fornecem uma melhoria surpreendente na resistência de encolhimento, e em outras modalidades, as dimensões das partículas de sulfato de cálcio em pelo menos os intervalos preferidos pode fornecer uma contribuição importante para as taxas melhoradas de desenvolvimento da resistência, durante a cura das composições.
[40] Em ainda outras modalidades, verificou-se surpreendentemente que o sulfato substancialmente insolúveis em água de cálcio anidro (anidrita) pode fornecer benefícios importantes, não obstante a sua baixa solubilidade em água e anteriormente presumido limitada, se for o caso, a reatividade na composição. Por exemplo, verificou-se inesperadamente que a anidrita proporcionou um controle de estabilidade dimensional melhorada significativa, reduzindo o encolhimento durante a cura desta e de outras modalidades em relação às composições da técnica anterior. Anidrita também fornecida significativamente melhorada a curto e longo prazo, a resistência à compressão em relação às composições da técnica anterior, e, em alguns casos, resistência à compressão de curto e longo prazo comparáveis ou melhores do que as composições que utilizam sulfato de cálcio hemi-hidrato ou dihidrato, como a fonte de sulfato de cálcio. A seleção do tipo de sulfato de cálcio utilizados na modalidade particular, dependerá da taxa desejada do desenvolvimento de resistência inicial em combinação com um equilíbrio de outras propriedades, tais como o tempo de encolhimento e de resistência conjunto para uma pedido final particular.
[41] Em outras modalidades, o tamanho das partículas e morfologia de sulfato de cálcio fornece uma influência significativa e surpreendente no desenvolvimento de resistência inicial (menos de cerca de 24 horas) das composições. Em tais modalidades, o uso de um sulfato de um relativamente pequeno tamanho das partículas de cálcio fornece um desenvolvimento mais rápido na resistência à compressão inicial. Nestas modalidades, o tamanho da partícula média preferida de sulfato de cálcio varia desde cerca de 1 a 100 mícron, mais preferivelmente de cerca de 1 a 50 mícrons, e mais preferivelmente de cerca de 1 a 20 mícrons.
[42] Em certas modalidades, as composições também apresentam um comportamento de autonivelamento, após a mistura inicial, proporcionando uma ou mais das características de desempenho acima mencionadas surpreendentes. O aspecto de autonivelamento do material é útil em uma variedade das situações e dos pedidos tais como autonivelamento de contrapiso para assoalhos, coberturas de concretos, manufaturando produtos e dos painéis de concretos precisos, colocação da pasta em elementos pesadamente reforçados da construção, etc. As composições destas modalidades que são autonivelamento após a mistura inicial com água do pó reativo da invenção numa proporção em peso de cerca de 0,15 a cerca de 0,4, mais preferencialmente, 0,17-0,35, ainda mais preferencialmente 0,20 a 0,30. Alternativamente, em outras modalidades, as composições também podem ser fornecidas em uma pasta espessa moldáveis como consistência após a mistura inicial de modo semelhante, proporcionando uma ou mais características de desempenho melhoradas.
[43] Uma formulação preferível para a autonivelamento e composições de patching compreende cerca de 65 a cerca de 95 por cento em peso de cinzas volantes, cerca de 2 a cerca de 30 por cento em peso de cimento sulfoaluminato de cálcio, e de cerca de 0,2 a cerca de 15 por cento em peso de sulfato de cálcio. Em algumas modalidades, a composição de cimento de geopolímero da invenção pode ser espalhada sobre uma superfície de um substrato, em que o ligante do cimento de geopolímero é misturado como um produto de autonivelamento e é vertido para uma espessura efetiva de cerca de 0,02 cm a cerca de 7,5 cm.
[44] As características físicas de tais produtos oferecem bons exemplos dos benefícios dessas modalidades, isto é, estabilidade dimensional, resistência ao movimento dimensional e sofrimento físico, e alta resistência superficial à abrasão e ao desgaste, adequado para uso em áreas de alto tráfego comercial, industrial e outros. Demorado e medidas de preparação de superfície do substrato caros, como granalhagem, escarificação, jato de água, formação de crostas ou moagem podem ser minimizados ou evitados, dependendo do pedido.
[45] Em outros aspectos da invenção, modalidades preferidas proporcionam métodos para produzir as composições de cimento, dimensionalmente estáveis, com tempos de configurações adaptáveis para pedidos específicos, bom desenvolvimento de resistência à compressão a idade precoce e definitiva e outras características de resistência, a melhoria da superfície de pega do pH, melhoria da resistência de ligação à tração com os substratos e outros benefícios. Em certas modalidades preferidas, os métodos compreendem as etapas de preparação efetiva surpreendentemente, mistura dos sinergéticos do aluminossilicatos ativado termicamente, de preferência a partir das cinzas volantes da Classe C, de cimento de sulfoaluminato de cálcio, um sulfato de cálcio, e um ativador químico de um metal alcalino.
[46] Em certas modalidades preferidas de tais métodos, as misturas preferidas são preparadas utilizando os componentes, tais como as mencionadas acima, para formar um pó de cimento reativo compreendendo cinzas ativadas da Classe C ativadas termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio e um selecionado a partir do grupo que consiste de sulfato de cálcio dihidrato, sulfato de cálcio hemi-hidratado, sulfato de cálcio de anidro e suas misturas (de preferência na forma de grão fino com tamanho de partícula inferior a cerca de 300 mícron) .
[47] Nestas modalidades, um ativador químico adicional é adicionado à mistura, quer na forma seca ou líquida, compreendendo um sal de metal alcalino ou uma base de preferência selecionada a partir do grupo que consiste em sais de metais alcalinos dos ácidos orgânicos, hidróxidos de metais alcalinos e silicatos de metais alcalinos. Nas etapas subsequentes, água é adicionada e, opcionalmente, um superplastificante, particularmente um material plastificante carboxilado, para formar misturas estáveis da pasta fluida que possa ser utilizada nos pedidos adequadas para produtos de cimento geopoliméricos.
[48] Nos métodos preferidos, as misturas são preparadas em uma temperatura inicial de aproximadamente 0oC a aproximadamente 50oC, mais preferivelmente uma temperatura inicial de aproximadamente 5oC a aproximadamente 40oC, mais preferivelmente uma temperatura inicial de aproximadamente 10oC a aproximadamente 35oC, mais preferivelmente da temperatura ambiental de aproximadamente 25oC. Em tais modalidades, a temperatura inicial da mistura total é medida durante o primeiro minuto após o pó reativo de cimento; ativador e água estão em primeiro lugar todos os presentes na mistura. Naturalmente a temperatura da mistura total pode variar durante este primeiro minuto mas em tais modalidades preferidas; a temperatura da pasta fluida preferivelmente dentro da escala listada.
[49] Em algumas modalidades preferidas, a pasta fluida pode ser misturada com energias relativamente baixas, enquanto ainda alcançar uma composição bem misturada. Em alguns desses métodos preferidos, a pasta fluida é misturada com energias equivalentes às previstas pela baixa velocidade misturadores da broca de mão ou misturadores equivalentes com uma classificação de cerca de 250 RPM ou superior. Por conseguinte, as composições de geopolímero de tais modalidades preferenciais são fáceis de misturar, apesar da utilização de quantidades relativamente pequenas de água usada para fazer a suspensão usada para formar a composição final.
[50] Em várias modalidades, outros aditivos que não são considerados pós reativos de cimento podem ser incorporados na pasta fluida e composição de cimento geopolímerico global. Tais outros aditivos, por exemplo, agentes redutores de água, tais como o acima mencionado superplastificantes, agentes de aceleração de pega, agentes de retardamento da pega, agentes retentores de ar, agentes espumantes, agentes molhantes, agentes de controle do encolhimento, agentes modificadores da viscosidade (espessantes), formando película pós redispersáveis de polímeros, dispersões de polímeros formadores de película, agentes corantes, agentes de controle de corrosão, forma misturas da redução da reação álcali-sílica, fibras de reforço discretas e agentes de cura interna. Outros aditivos podem incluir enchimentos, tais como um ou mais de areia e/ou outros agregados, enchimento de peso leve, mineral pozolânico, enchimentos minerais, etc.
[51] Enquanto separadamente discutido acima, cada uma das composições e misturas de geopolímeros preferidos da invenção tem pelo menos um, e pode ter uma combinação de duas ou mais das vantagens distintas acima mencionadas (bem como aqueles evidentes a partir da discussão adicional, exemplos e dados aqui), em relação ao estado da técnica das composições de cimento de geopolímeros.
[52] Muitos, se não a maioria, das modalidades da invenção são ambientalmente sustentáveis, utilizando geopolímeros de cinzas volantes, que compreendem os resíduos pós-industrial como fonte de matérias-primas primárias. Isto reduz significativamente a emissão de carbono do ciclo de vida e da energia incorporada do ciclo de vida do produto fabricado.
[53] As composições de cimento de geopolímero das modalidades preferidas da presente invenção podem ser utilizadas em outros materiais de cimento, onde são utilizados, especialmente pedidos em que a pega e flexibilidade do tempo, a estabilidade dimensional, resistência à compressão e/ou outras propriedades de resistência são importantes ou necessárias. Por exemplo, em vários pedidos dos produtos de concreto, incluindo painéis de concreto estruturais para pisos, lajes e paredes, parede e contrapiso do piso para instalação de materiais do piso de acabamento, como revestimentos cerâmicos, pedras naturais, pisos vinílicos, VCTs e tapetes, revestimentos de estrada e reparação de ponte, calçadas e outras placas no solo, estuque exterior e emplastros de acabamento, cobertura autonivelante e tampando contrapiso, guniting e concreto projetado para a estabilização de terra e rochas em fundações, encostas de montanhas e minas, remendar argamassas de reparo para o preenchimento e suavização rachaduras, buracos e outras superfícies irregulares, estátuas e murais para pedidos interiores e exteriores, bem como materiais de patching para a reparação de buracos nas estradas e tabuleiros das pontes.
[54] Outros exemplos incluem usos para artigos de concreto pré- moldados, bem como produtos de construção, tais como placas de cimento, blocos de alvenaria, tijolos e pavers com excelente durabilidade de umidade. Em alguns pedidos, tais produtos de concreto pré-moldado, tais como placas de cimento são preferencialmente feitas em condições que fornecem tempo de pega apropriado para despejar em uma forma fixa ou em movimento ou sobre uma correia em movimento contínuo.
[55] As composições de geopolímero de algumas modalidades da invenção pode ser utilizadas com enchimentos diferentes e agentes de formação de espumas incluindo aditivos, agentes de arrastamento de ar nas proporções específicas para fabricar produtos de cimentos de peso leve, incluindo elementos de construção pré-moldado, os produtos de reparação de construção, e composições de patching que tem boas propriedades de expansão e não encolhe, por exemplo, adequado para reparação de estradas e calçadas.
[56] Outras vantagens, benefícios e aspectos das várias modalidades da invenção são discutidos abaixo, são ilustrados nas figuras de acompanhamento, e serão compreendidos por aqueles versados na técnica da divulgação mais detalhada abaixo. Todas as porcentagens, relações e proporções aqui são por peso, a menos que especificadas de outra maneira.
BREVE DESCRIÇÃO DAS FIGURAS
[57] FIG. 1A - é um gráfico do tempo de resultados do encolhimento do Exemplo Comparativo 1.
[58] FIG. 1B é uma fotografia do abatimento do Exemplo 1.
[59] FIG. 2 é uma fotografia do abatimento do Exemplo Comparativo 2.
[60] FIG. 3A é uma fotografia do abatimento do Exemplo Comparativo 3.
[61] FIG. 3B é um gráfico da época de resultados do encolhimento do Exemplo Comparativo 3
[62] FIG. 4A é uma fotografia do comportamento do fluxo e do abatimento iniciais das composições no Exemplo 4 para as Misturas 1 e 2.
[63] FIG. 4B é uma fotografia do comportamento do fluxo e do abatimento iniciais das composições no Exemplo 4 para a Mistura 3.
[64] FIG. 4C é uma fotografia do comportamento do fluxo e do abatimento iniciais das composições no Exemplo 4 para a Mistura 4.
[65] FIG. 4D é uma fotografia das composições investigadas no Exemplo 4 - Todas as barras para as misturas 1, 2-1 e 2-2, 3-1 e 3-2 e 4-1 e 4-2 (da esquerda para direita) rachados no molde.
[66] FIG. 5A é uma fotografia de pastilhas de abatimento das Misturas 1-2 (da esquerda para direita) e 3-4 (da esquerda para direita) do Exemplo 5.
[67] FIG. 5B é um gráfico de barras de fluxo inicial e dos resultados de queda do Exemplo 5.
[68] FIG. 5C é um gráfico dos resultados da elevação da temperatura da pasta fluida do Exemplo 5.
[69] FIG. 6A é um gráfico do tempo do encolhimento do Exemplo 6.
[70] FIG. 6B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida da composição da invenção no Exemplo 6.
[71] FIG. 7A é uma fotografia de pastilhas de abatimento da Mistura 1 das composições do Exemplo 7.
[72] FIG. 7B é uma fotografia de pastilhas de abatimento das Misturas 2, 3 e 4 das composições do Exemplo 7.
[73] FIG. 7C é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 7.
[74] FIG. 7D é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 7.
[75] FIG. 8A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 8.
[76] FIG. 8B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 8.
[77] FIG. 9A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 9.
[78] FIG. 9B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições dos resultados da invenção do Exemplo 9.
[79] FIG. 10A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 10.
[80] FIG. 10B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições dos resultados da invenção do Exemplo 10.
[81] FIG. 11A é uma fotografia de pastilhas de abatimento das composições do Exemplo 1 1.
[82] FIG. 11B é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 11.
[83] FIG. 11C é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 11.
[84] FIG. 12A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 12.
[85] FIG. 12B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições dos resultados da invenção do Exemplo 12.
[86] FIG. 13A é uma fotografia de pastilhas de abatimento das composições da invenção do Exemplo 13.
[87] FIG. 13B é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 13.
[88] FIG. 13C é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 13.
[89] FIG. 14 é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 14.
[90] FIG. 15A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 15.
[91] FIG. 15B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 15.
[92] FIG. 16A contem fotografias de pastilhas de abatimento das composições da invenção do Exemplo 16.
[93] FIG. 16B é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 16.
[94] FIG. 17A contem fotografias de pastilhas de abatimento das composições da invenção do Exemplo 17.
[95] FIG. 17B é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 17.
[96] FIG. 17C é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 17.
[97] FIG. 18A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 18.
[98] FIG. 18B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 18.
[99] FIG. 19A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 13.
[100] FIG. 19B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 19.
[101] FIG. 20A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 20.
[102] FIG. 20B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 20.
[103] FIG. 21A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 21.
[104] FIG. 21B é uma fotografia de barras de encolhimento de 4 horas para a Mistura 1 do Exemplo 21.
[105] FIG. 21C é um gráfico da idade precoce do encolhimento do material, das composições da invenção do Exemplo 21 (testes de Encolhimento iniciado com a início de 1 hora).
[106] FIG. 21D é um gráfico da elevação da temperatura da pasta das composições da invenção do Exemplo 21.
[107] FIG. 22A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 22.
[108] FIG. 22B é um gráfico da elevação da temperatura da pasta fluida das composições da invenção do Exemplo 22.
[109] FIG. 23 é um gráfico da idade precoce do encolhimento do material, das composições da invenção do Exemplo 23 (testes de Encolhimento iniciado com a início de 1 hora).
[110] FIG. 24 é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 27.
[111] FIG. 25 compreende fotografias dos cubos moldados (nos moldes dos cubos de bronze) das composições investigadas no Exemplo 28.
[112] FIG. 26 é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 29.
[113] FIG. 27A é um gráfico do encolhimento das composições da invenção no Exemplo 30.
[114] A FIG 27B é um gráfico do comportamento da elevação da temperatura da pasta fluida e exotérmica da composição do Exemplo 30 no.
[115] FIG. 28 é um gráfico do comportamento exotérmico e do aumento da temperatura da pasta fluida das composições de peso leve de algumas modalidades da invenção no Exemplo 31.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO
[116] TABELE A mostra a composição da composição de cimento do geopolímero dimensional estável de algumas modalidades preferidas da invenção expressa nas partes por peso (pbw) do indivíduo ou componentes agregados.
[117] TABELA A mostra as composições de cimento de geopolímero dimensionalmente estável de tais modalidades preferidas da invenção são compostos de dois componentes - Componente de Pó Reativo A (também conhecido como "Material de Cimento Reativo", e que para efeitos desta invenção é definido como um aluminossilicato ativado termicamente, de cimento de sulfoaluminato de cálcio, um sulfato de cálcio, e qualquer cimento reativos adicional na medida em que é adicionado aos outros ingredientes listados) e Componente Ativator B. Componente de Pó Reativo A é uma mistura de materiais que compreende mineral aluminossilicato ativado termicamente compreendendo cinzas volantes da classe C, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio. O Componente Ativador B compreende um ativador químico de metal alcalino ou as misturas destes, que possam ser um pó ou uma solução aquosa. O Componente de Pó Reativo A e o Componente do Ativador B combinado junto dão forma à mistura reativa das composições de cimento do geopolímero de tais modalidades preferidas da invenção.
[118]
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[119] TABELA B representa densidade total (preferíveis densidades na faixa de 100 a 160 libras por pé cúbico) das formulações das modalidades preferenciais, incorporando o ligante da TABELA A e outros ingredientes.
[120] TABELA B
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[121] TABELA C representa densidade de peso leve (preferíveis densidades na faixa de 10 a 125 libras por pé cúbico) das formulações preferenciais, incorporando o ligante da TABELA A e os outros ingredientes.
[122] TABELA C
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[123] TABELA D representa densidade de peso leve ou completa (preferíveis densidades na faixa de 40 a 160 libras por pé cúbico) de certas formulações preferenciais, incorporando o ligante da TABELA A, agregado grosso e outros ingredientes.
[124] TABELA D
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[125] O encolhimento livre a longo prazo das misturas ligantes de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção, com as medições de encolhimento iniciada entre cerca de 1 a cerca de 4 horas após a mistura, para formar uma mistura aquosa é de cerca de 0,3% ou menos, de preferência menos do que cerca de 0,2%, e mais preferencialmente menos do que cerca de 0,1%, e mais preferencialmente menos do que cerca de 0,05%. Como mencionado anteriormente, a interação sinérgica entre o mineral de aluminosilicato ativado termicamente, cimento sulfoaluminato de cálcio, apropriadamente fonte selecionada e a quantidade de sulfato de cálcio, e adequadamente selecionada ativador de metal alcalino utilizado na quantidade adequada de acordo com algumas modalidades da presente invenção contribui para minimizar o encolhimento do material .
[126] A reação de geopolímero mineral de aluminosilicato tal como cinzas volantes com um ativador de metal alcalino tal como citrato de metal alcalino é conhecida por envolver a uma taxa extremamente rápida da reação em que quantidade significativa de calor é libertada devido à reação exotérmica envolvida. Esta taxa rápida da reação exotérmica conduz à formação de compostos de aluminosilicato e o material de géis acima e endurece-se de maneira extremamente rápida (numa questão de minutos) .. Do mesmo modo, a interação de cimento de sulfoaluminato de cálcio com sulfato de cálcio também é conhecido por envolver uma taxa extremamente rápida da reação em que quantidade significativa de calor é libertada devido à reação exotérmica. Como resultado desta reação exotérmica rápida, produtos de hidratação do composto de sulfoaluminato de cálcio são formados e o material de géis acima e endurece-se de maneira extremamente rápida, também em questão de minutos. Um tempo de pega extremamente curto é problemático em alguns pedidos, uma vez que proporciona uma vida de trabalho curta (vida útil) que causa grandes dificuldades com o processamento e colocação do material de pega rápido em pedidos reais do campo. Além disso, a grande quantidade de calor gerado pelas reações exotérmicas rápidas pode conduzir a expansão térmica indesejável e consequente de craqueamento e ruptura de material.
[127] Os versados na técnica esperariam que se as duas supracitadas reações exotérmicas de pega rápida (isto é, a reação de mineral de aluminosilicato, tais como cinzas volantes com um sal de metal alcalino e a reação do cimento de sulfoaluminato de cálcio com sulfato de cálcio) foram permitidas a ocorrer concorrentemente como um resultado da mistura de mineral de aluminosilicato, ativador de metal alcalino, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio em conjunto, o material resultante seria indesejavelmente soltar ainda mais calor e seria indesejavelmente gel acima e endurece muito mais rapidamente em comparação com os cenários em que as duas anteriores reações foram autorizadas a ocorrer de forma independente e em que a geração de calor elevado e rápida definição já estão em níveis indesejáveis. Em modalidade da presente invenção emprega todos os quatro componentes reativos indicados acima, verificou-se surpreendentemente que tal não é o caso. Quando o mineral de aluminosilicato, ativador de metal alcalino, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio são misturados em conjunto, o material resultante é menos exotérmico e estendeu a gelificação e tempos de endurecimento em comparação com ambos os sistemas reativos de dois componentes conhecidos descritos acima. Não parece existir uma interação sinérgica que ocorre entre estas quatro matérias-primas que fornecem os resultados surpreendentes em algumas modalidades da invenção.
[128] Ainda um outro resultado surpreendente encontrado em algumas modalidades desta invenção é a redução significativa observada no encolhimento do material quando o mineral de aluminosilicato e ativador de metal alcalino são reagidos em conjunto com o cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio. Ver, por exemplo, as comparações nos Exemplos abaixo dos quatro sistemas reativos de componentes inventivos da invenção com os sistemas não inventivos dos Exemplos Comparativos 1-4 que contêm apenas dois ou três dos componentes reativos. Reduções significativas no encolhimento do material ocorre mesmo quando quantidades relativamente pequenas de cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio são incluídos na mistura reativa com o mineral de aluminosilicato e ativador.
[129] Foi encontrado muito surpreendentemente, que a quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio nas composições ligantes de cimento de geopolímero de algumas modalidades da presente invenção afeta o grau de encolhimento do material medido após o ajuste inicial do material. Tem sido também surpreendentemente verificado que para além de uma certa quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio em uma determinada modalidade a quantidade do encolhimento do material que ocorre após o ajuste inicial do material começa a aumentar.
[130] TABELA D1 mostra a quantidade de ingredientes para algumas modalidades preferidas, refletindo a capacidade para controlar o encolhimento das composições após o ajuste inicial.
[131] TABELA D1
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[132] Também inesperadamente encontrou-se a quantidade de sulfato de cálcio presente na mistura tendo uma influência significativa no grau de encolhimento do material das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[133] TABELA D2 mostra quantidades dos ingrediente em algumas modalidades da invenção, da quantidade de sulfato de cálcio por 100 partes de cimento de sulfoaluminato de cálcio que podem ser usados para controlar o encolhimento do material.
[134] TABELA D2
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[135] Para uma determinada quantidade do ativador de metais alcalinos e outros componentes na composição de algumas modalidades da invenção, uso do sulfato de cálcio dihidratado foi encontrado para fornecer o controle mais eficaz em minimizar o encolhimento do material. Uso de sulfato de cálcio anidro (anidrita) e cloridrato de sulfato de cálcio também fornecem excelentes controles em abaixar o encolhimento do material das composições ligantes do cimento geopolímero de algumas modalidades da invenção. Sulfato de cálcio dihidratado e sulfato de cálcio anidro (anidrita) são a forma preferida de sulfato de cálcio desta invenção. Mais, de preferência, o sulfato de cálcio é fornecido no tamanho de partícula fina.
[136] Surpreendentemente encontrou-se a quantidade do ativador dos metais alcalinos tem uma influência significativa no grau de encolhimento material das composições de ligantes do cimento geopolímero de algumas modalidades da invenção. TABELA D3 mostra a quantidade de ingredientes para a quantidade % do ativador de metal alcalino em relação ao peso dos materiais de cimento (isto é, mineral de aluminosilicato ativado termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio) preferido para conseguir esta vantagem. TABELA D3
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[137] Foi surpreendentemente descoberto que a incorporação de cimentos hidráulicos baseados em silicato de cálcio, tal como o cimento Portland, em composições de geopolímero de algumas modalidades da invenção tem uma influência negativa sobre a estabilidade dimensional do material resultante. Aumento da quantidade de cimento Portland adicionados às composições de geopolímero de tais modalidades aumenta o encolhimento das composições resultantes. Aumento do material de encolhimento na presença dos resultados do cimento Portland, mesmo quando o cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio e do ativador químico do metal alcalino estão presentes em tais modalidades. Por exemplo, foi descoberto que a incorporação de 15%, 33%, 52%, e 74% de cimento Portland, numa base seca, com base no peso total do material de cimento sólido (tal como é aqui utilizado, "materiais de cimento" incluem componentes a seco da mistura incluindo o mineral de aluminosilicato ativado termicamente, todos os materiais de cimento e sulfato de cálcio nas composições em pó reativos de algumas modalidades aumentou o encolhimento livre do material em 8 semanas, depois de medido o ajuste inicial de material, de cerca de 0,15%, 0,23%, 0,31% e 0,48%, respectivamente.
[138] Assim, em modalidades onde o encolhimento, nas quantidades acima referidas, sem estar ligado a uma teoria, que a adição de cimento Portland influencia negativamente a interação sinérgica entre os quatro pós reativos básicos (mineral de aluminosilicato ativado termicamente cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio e ativador químico do metal alcalino) .. Assim, as composições de cimentos de geopolímero das modalidades que a quantidade cima do encolhimento é um fator preocupante preferencialmente não incorpora cimento Portland suficiente para produzir tal grau indesejado de encolhimento.
[139] Para formar a composição de ligantes, o Componente do Pó Reativo A (mineral de aluminosilicato ativado termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio), Componente Ativator B (ativador químico de metal alcalino), e água são misturadas para formar uma pasta fluida de cimento, a uma temperatura inicial (temperatura durante o primeiro minuto, os ingredientes estão todos presentes na primeira mistura) de cerca de 0°C até cerca de 50 °C, e de preferência cerca de 10 a cerca de 35°C. Como resultado, a reação de geopolimerização segue, levando à formação das espécies da reação geopolimérica de aluminosilicato e do ajuste e endurecimento do material resultante. Ao mesmo tempo, reações de hidratação das fases de sulfoaluminato de cálcio e silicato de cálcio também podem ocorrer levando ao ajuste e endurecimento do material resultante.
[140] As composições de geopolímero dimensionalmente estável de algumas modalidades referidas da invenção tem muito baixa demanda de água para se obter uma mistura praticável no estado fresco e produz um material forte e resistente no estado endurecido.
[141] A água/sólidos totais preferível da razão em peso dos ligantes de cimento de geopolímero dimensionalmente estável de algumas modalidades da invenção, na ausência do agregado grosso é de cerca de 0,04 a cerca de 0,25, de preferência cerca de 0,04 a cerca de 0,20, mais preferencialmente cerca de 0,05 a cerca de 0.175 e mais de preferência cerca de 0,05 a cerca de 0,15. A taxa de água/sólidos totais preferível dos ligantes de geopolímero dimensionalmente estável de algumas modalidades da invenção, na presença do agregado grosso é de preferência inferior a cerca de 0.125, mais preferivelmente menor do que cerca de 0,10 e mais preferivelmente inferior a cerca de 0,075. Total de sólidos incluem materiais de cimento, agregado (tal como a areia ou o outro agregado), enchimentos e outros aditivos contínuos numa base livre de água.
[142] Uma quantidade mínima de água é fornecida para realizar a hidratação química e reações de geopolimerização de aluminosilicato, em tais modalidades. De preferência, na pasta fluida, a razão de peso da água para materiais de cimento em pó é de cerca de 0,17 a cerca de 0,40, mais preferencialmente cerca de 0,2 a cerca de 0,35, ainda mais preferencialmente cerca de 0,22 e 0,3. Tal como aqui utilizado, "materiais de cimento"é definido como o mineral de aluminosilicato ativado termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio e cimento adicional e que pode ser adicionado à mistura reativa. A quantidade de água depende das necessidades dos materiais individuais atuais na composição cimentos.
[143] O ajuste da composição de tais modalidades é caracterizado por tempos de ajustes iniciais e finais, como medido usando as agulhas de Gilmore especificados no procedimento de teste de ASTM C266. O tempo de ajuste final também corresponde ao tempo em que um produto de concreto, por exemplo, um painel de concreto, tem endurecido suficientemente de modo a que ele possa ser tratado.
[144] Em geral, as reações geopoliméricas do mineral de aluminosilicato ativado termicamente tal como cinzas volantes são exotérmicas. Foi novamente encontrado inesperadamente em algumas modalidades que as cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio e do ativador químico do metal alcalino sinergicamente interage uns com os outros, como parte da reação de geopolimerização para reduzir significativamente a taxa e a quantidade de calor libertada pelo material da submetida reação exotérmica. Seleção adequada do tipo de sulfato de cálcio e sua quantidade, a quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio e seleção adequada do ativador químico do metal alcalino e suas quantidades são eficazes para reduzir e minimizar a taxa e a quantidade de calor liberado pela reação exotérmica que se seguiu.
[145] Em geral, a reação geopolimérica do mineral de aluminosilicato ativado termicamente como cinzas volantes também procede a uma taxa rápida e leva a gelificação rápida e ajuste do material. Tipicamente, quando a cinza volante sozinha é reagida com um ativador químico de metal alcalino de acordo com o estado da técnica, a gelação das matérias-primas dentro de 2 a 3 minutos e o ajuste final é alcançado em menos de 10 minutos após a formação de uma mistura aquosa.
[146] Nas modalidades preferidas da invenção, foi inesperadamente encontrado que o mineral de aluminosilicato termicamente ativado do tal como cinza volante, o cimento de sulfoaluminato de cálcio, o sulfate de cálcio, e o ativador químico de metal alcalino interage sinergisticamente um com o outro como parte da reação do geopolimerização para aumentar significativamente o tempo de gelação e o tempo de ajuste final do material resultante. A seleção apropriada do tipo de sulfate de cálcio e sua quantidade, a quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio, e a seleção apropriada do ativador químico de metal alcalino e a sua quantidade prolongam a taxa de gelação e o período e o tempo de ajuste final do material resultante.
[147] Para uma quantidade dada do ativador alcalino em tais modalidades, aumento na quantidade do sulfate de cálcio foi encontrado para aumentar a gelação e os tempos de ajuste finais das composições ligantes de cimento resultantes do geopolímero. Adicionalmente, para uma quantidade dada do ativador alcalino em tais modalidades, o aumento no tamanho de partícula de sulfato de cálcio foi encontrado para aumentar a gelação e os tempos de ajuste finais das composições ligantes de cimento resultantes de geopolímero. Além disso, entre tipos diferentes de sulfato de cálcio nas composições da invenção, verificou-se que o sulfato de cálcio hemi-hidratado fornece o maior aumento na gelação e nos tempos de ajuste finais das composições de cimento resultantes de geopolímero. Para os ligantes de cimento de geopolímero de algumas modalidades preferidas, o período da gelação é aproximadamente 20 a aproximadamente 60 minutos, com tempos de ajuste finais de aproximadamente 30 a aproximadamente 120 minutos. Os tempos gelação e de ajuste final são úteis para pedidos práticos de campo que proporcionam tempos de abertura e de trabalho mais longo para os ligantes de cimento de geopolímero de tais modalidades.
[148] Como usado aqui, a resistência inicial da composição é caracterizada medindo a resistência compressiva após 3 a 5 horas da cura. Em muitos pedidos, a resistência compressiva inicial relativamente mais adiantada pode ser uma vantagem para um material de cimento porque pode suportar uns estresses mais elevados sem deformação excessiva. Conseguir a resistência altamente adiantada aumenta também o fator da segurança que se relaciona à manipulação e ao uso de produtos manufaturados. Além disso, devido à obtenção de alta resistência inicial, muitos materiais e estruturas podem ser abertos ao tráfego e permitiu a suportar cargas não estruturais e estruturais em um início. Tipicamente, as reações químicas que fornecem o desenvolvimento da resistência em tais composições continuarão por períodos prolongados após o tempo de ajuste final terem sido alcançadas.
[149] Os ligantes de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção são capazes de desenvolver extremamente elevada e de resistência à compressão inicial e final. Por exemplo, os ligantes de cimento de geopolímero de algumas das tais modalidades são capazes de desenvolver resistência à compressão depois de 1 a 4 horas, de cerca de 500 psi a cerca de 4000 psi, cerca de 1500 a cerca de 5000 psi, após 24 horas, e cerca de 3.500 a cerca de 10.000 psi após 28 dias.
[150] Em tais modalidades, um aumento dramático nos resultados de resistência à compressão inicial, quando a quantidade de sulfato de cálcio é de cerca de 10% a cerca de 50% em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio. O tipo de sulfato de cálcio também foi surpreendentemente verificado ter uma influência significativa sobre o desenvolvimento de resistência à compressão inicial (< 24 horas) das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção. Verificou-se que o maior aumento nos resultados da resistência à compressão inicial é quando o sulfato de cálcio anidro (anidrita) é empregado.
[151] Em algumas modalidades, foi encontrado que um tamanho de partícula menor do sulfato de cálcio conduz a um desenvolvimento mais rápido (< 24 horas) na resistência inicial. Quando é desejável ter uma taxa extremamente rápido do desenvolvimento de resistência, o tamanho médio da partícula preferido de sulfato de cálcio varia desde cerca de 1 a cerca de 30 mícron, mais preferivelmente de cerca de 1 a cerca de 20 mícron, e mais preferivelmente de cerca de 1 a cerca de 10 mícron.
Mistura Reative de Cimentos
[152] A mistura reativa de cimento de algumas modalidades preferidas da presente invenção compreende Componente de Pó Reativo A e Componente Ativador B com gamas preferidas, como mostrado na TABELA A. O Componente de Pó Reativo A compreende um mineral de aluminossilicato ativado termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio. O componente Ativador B compreende o ativador químico de metal alcalino.
[153] De preferência, a mistura reativa de cimento contém cerca de 10 a cerca de 40 em peso. % cal. Entretanto, este cal não tem que ser cal adicionado separadamente. Pelo contrário, é por vezes incluído como um componente químico do mineral de aluminosilicato ativado termicamente.
[154] Além do mineral de aluminossilicato ativado termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio, o cimento de pó reativo pode incluir cerca de 0 a cerca de 5 em peso. % de aditivos de cimentos opcionais tais como o cimento de Portland. No entanto, de preferência, existe uma ausência do cimento Portland como sua incorporação aumenta o encolhimento do material fazendo o material menos dimensionalmente estável.
Cinza Volante da Classe C e o outro Mineral de Aluminosilicato Termicamente Ativado
[155] Os minerais de aluminossilicatos são ativados termicamente, em algumas modalidades selecionadas de um grupo que consiste da cinza volante, escória de alto forno, argilas ativadas termicamente, os xistos, metacaulino, zeolitos, marga de lama vermelha, rocha do solo, e tijolos de argila do solo. Preferivelmente, tem o Al2O3 conteúdo maior do que cerca de 5% em peso. Tipicamente, argila ou marga é utilizada após ativação térmica por tratamento com calor a temperaturas de cerca de 600° a cerca de 850°C. Os preferidos minerais de aluminosilicato ativados termicamente de tais modalidades da invenção tem elevado teor de cal (CaO) na composição, de preferência, maior do que cerca de 10% em peso, mais preferivelmente maior do que cerca de 15%, e mais preferivelmente maior do que cerca de 20%. O mais preferido mineral de aluminosilicato ativado termicamente é cinza volante da classe C, por exemplo, cinza volante adquiridas das usinas de energia movidas a carvão As cinzas volantes também possuem propriedades pozolânicas.
[156] ASTM C618 (2008) define os materiais pozolânicos como "materiais siliciosos ou siliciosas e aluminosos que em si possuem pouco ou nenhum valor de cimento, mas, numa forma finamente dividida e na presença de umidade, reagem quimicamente com o hidróxido de cálcio a temperaturas normais para formar compostos com propriedades cimento."
[157] Cinza volante é o preferido mineral de aluminosilicato ativado termicamente na mistura do pó de cimento reativo de algumas modalidades da invenção. Cinzas volantes que contêm óxido de cálcio elevado e cálcio de aluminato de contendo (tais como Cinzas Volantes da Classe C da norma ASTM C618 (2008) padrão são preferidos, tal como explicado abaixo.
[158] Cinza Volante é um subproduto de pó fino formado da combustão do carvão. Caldeiras de utilidade usina de energia elétrica queimando carvão pulverizado produz comercialmente mais cinzas volantes disponíveis. Estas cinzas volantes consistem principalmente de partículas vítreas esféricas, bem como resíduos de hematita e magnetita, carvão, e algumas fases cristalinas formadas durante o resfriamento. A estrutura, composição e propriedades das partículas das cinzas volantes dependerá da estrutura e da composição do carvão e os processos de combustão, através da qual é formada cinzas volantes. Norma ASTM C618 (2008) reconhece duas classes principais das cinzas volantes para concreto da Classe C e Classe F. Estas duas classes de cinzas volantes são geralmente derivadas de diferentes tipos de carvão, que são um resultado de diferenças nos processos de formação de carvão que ocorre ao longo de períodos de tempo geológico. Cinza Volante da Classe F é normalmente produzido a partir da queima de antracite ou carvão betuminoso, enquanto que a cinza volante da classe C é normalmente produzida a partir do carvão de lignite ou sub- betuminoso.
[159] A norma ASTM C618 (2008) diferencia as cinzas volantes da Classe F e Classe C, principalmente de acordo com suas propriedades pozolânicas. Por conseguinte, na norma ASTM C618 (2008), a principal diferença entre a especificação da cinza volante da Classe F e cinza volante da Classe C é o limite mínimo de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 na composição. O limite mínimo de SiO2 + Al2O3 + Fe2O3 para a cinza volante da Classe F é 70% e para a cinza volante da Classe C é 50%. Assim, cinzas volantes da Classe F são mais pozolânicos do que as cinzas volantes da Classe C. Embora não explicitamente reconhecido na norma ASTM C618 (2008), cinza volante da Classe C de preferência tem alto teor de óxido de cálcio (cal).
[160] Cinza Volante da Classe C normalmente tem propriedades de cimento, além das propriedades pozolânicas devido ao cal livre (óxido de cálcio). A classe F é raramente de cimento quando misturada com água sozinha. A presença de óxido de conteúdo elevado de cálcio fornece cinzas volantes da Classe C com propriedades de cimento, levando à formação de silicatos de cálcio e aluminato de cálcio hidratos, quando misturado com água. Como se verá nos exemplos a seguir, Cinza Volante da Classe C foi encontrada para prover resultados superiores, nas modalidades preferidas da invenção.
[161] Em tais modalidades, o mineral de aluminossilicato ativado termicamente compreende cinza volante da Classe C, de preferência cerca de 50 a cerca de 100 partes de cinza volante da Classe C por 100 partes, em peso de mineral de aluminossilicato ativado termicamente, mais preferencialmente, o mineral de aluminossilicato ativado termicamente compreende cerca de 75 partes até cerca de 100 partes de cinza volante da Classe C por 100 partes do mineral de aluminossilicato termicamente ativado.
[162] Outros tipos de cinzas volantes, tais como cinza volante da Classe C, podem também ser empregues nesta ou noutras modalidades preferidas. Preferivelmente, pelo menos aproximadamente 50 em peso. % do mineral de aluminossilicato ativado termicamente no pó de cimento reativo da cinza volante da Classe C com o restante da cinza volante da Classe F, ou qualquer outro mineral de aluminossilicato ativado termicamente. Mais preferivelmente, aproximadamente 55 a aproximadamente 75 pesos. % do mineral de aluminossilicato ativado termicamente no pó de cimento reativo da cinza volante da Classe C com o restante da Classe F, ou qualquer outro mineral de aluminossilicato ativado termicamente. Preferivelmente, o mineral de aluminossilicato ativado termicamente é cerca de 90 a cerca de 100% de cinzas volantes da classe C, por exemplo 100% de cinza da volante da Classe C.
[163] O tamanho médio das partículas de minerais de aluminossilicato ativados termicamente de algumas modalidades da presente invenção é de preferência inferior a cerca de 100 mícron, mais preferivelmente menos do que cerca de 50 mícrons, ainda mais preferivelmente menos do que cerca de 25 mícrons, e mais preferivelmente menos do que cerca 15 mícron.
[164] Preferivelmente a mistura do ligante da presente invenção tem, no máximo, cerca de 5 partes de metacaulino por 100 partes de mineral de aluminossilicato ativados termicamente. Mais preferencialmente, o ligante da presente invenção não inclui uma quantidade significativa de metacaulino. A presença de metacaulino foi encontrada para aumentar a demanda de água de algumas misturas daí o seu uso não é desejável nas composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades preferidas da invenção.
[165] Os minerais frequentemente encontrados nas cinzas volantes são quartzo (SiO2), mulita (Al2Si2O13), guelenita (Ca2Al2SiO7), haematita (Fe2O3), magnetita (Fe3O4), entre outros. Além disso, minerais polimorfos de silicato de alumínio comumente encontrados em rochas, tais como silimanita, cianita, andaluzita, todos os três representados pela fórmula molecular de Al2SiO5, , também muitas vezes são encontrados nas cinzas volantes .
[166] As cinzas volantes podem também incluir o sulfato de cálcio ou outra fonte de sulfato de íons, a qual será a composição da mistura de algumas modalidades da invenção.
[167] Em algumas modalidades preferidas, a finura das cinzas volantes é de preferência tal que menos do que cerca de 34% é retida numa peneira de malha de 325 (Série U.S.), conforme foi testado no Teste de Procedimento ASTM C-311 (2011) ("Sampling and Testing Procedures forFly Ash as Mineral Admixture for Portland Cement Concrete”). O tamanho médio das partículas dos materiais das cinzas volantes úteis em tais modalidades é de preferência inferior a cerca de 50 mícron, mais preferencialmente menos do que cerca de 35 mícron, ainda mais preferivelmente menos do que cerca de 25 mícron, e mais preferivelmente menos do que cerca de 15 mícron. Esta cinza volante é preferencialmente recuperada e utilizada seca por causa de sua natureza autoajustamento.
[168] Cinzas Volantes da Classe C feita a partir de carvão sub- betuminoso tendo a seguinte composição representativa listadas na TABELA E. A cinza volante é, de preferência recuperada e utilizada seca devido à sua natureza autoajustamento. TABELA E
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[169] Uma cinza volante da classe F apropriada preferível tem a seguinte composição listada na TABELA F. TABELA F
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Cimentos Hidráulicos
[170] Cimentos hidráulicos para efeitos da presente invenção é um cimento que sofre uma reação de pega química quando ele entra em contato com a água (hidratação), que não só definirá (cura) debaixo de água, mas também constitui um produto resistente à água.
[171] Os cimentos hidráulicos incluem, mas não se limitam ao silicato de alumínio e cimentos, como cimento Portland, cimento de sulfoaluminato de cálcio, aluminato de cálcio com base de cimentos e cimento de fluoroaluminato de cálcio.
Cimentos de Sulfoaluminato de cálcio (CSA)
[172] Cimento de sulfoaluminato de cálcio forma um ingrediente das composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da presente invenção. Cimento de sulfoaluminato de cálcio (CSA) são uma classe diferente de cimentos do cimento de aluminato de cálcio (CAC) ou silicato de cálcio com base em cimentos hidráulicos, por exemplo, cimento Portland. Cimentos CSA são cimentos hidráulicos com base em sulfoaluminato cálcio, em vez de aluminato de cálcio, que são a base do cimento de CAC ou silicatos de cálcio, que são a base de cimento Portland. Cimentos do sulfoaluminato de cálcio são feitos de escória que incluem Ye'elimite (Ca4(AlO2)6SO4 ou C4A3S) como uma fase preliminar.
[173] Outras fases principais presentes no cimento de sulfoaluminato de cálcio preferido pode incluir um ou mais dos seguintes procedimentos: silicato dicálcico (C2S), tetracálcico de aluminoferrita (C4AF), e sulfato de cálcio (CS). A exigência de Cal relativamente baixa de cimento de sulfoaluminato de cálcio comparado com cimento Portland reduz o consumo de energia e das emissões de gases de estufa de produção de cimento. Na verdade, cimentos de sulfoaluminato de cálcio podem ser fabricados em temperaturas de aproximadamente 200oC mais baixo do que o cimento de Portland, assim reduzindo ainda mais emissões de gases de casa verde e energia. A quantidade de fase Ye'elimite (Ca4(AlO2)6SO4 ou C4A3S) presentes nos cimentos de sulfoaluminato de cálcio útil em algumas modalidades da presente invenção é, de preferência, cerca de 20 para cerca de 90% em peso, mais de preferência cerca de 30 para cerca de75% em peso e mais de preferência cerca de 40 a 60% em peso.
[174] As composições preferidas da presente invenção compreendem cerca de 1 a cerca de 200 partes, mais preferivelmente de cerca de 2,5 a cerca de 100 partes, ainda mais preferencialmente cerca de 2,5 a cerca de 50 partes, e ainda mais preferencialmente cerca de 5 a cerca de 30 partes por peso de cimento sulfoaluminato de cálcio, pbw por 100 partes em peso de mineral de aluminossilicato ativado termicamente.
[175] A quantidade de cimento sulfoaluminato de cálcio utilizado nas composições de algumas formas de realização da invenção é ajustável com base na quantidade de fase ativa Ye'elimite (Ca4(AlO2)6SO4 ou C4A3S) presente no cimento CSA.
Cimento Portland
[176] As composições de geopolímero dimensionalmente estável de algumas modalidades da presente invenção que compreendem mineral de aluminossilicato, um ativador químico de metal alcalino, cimento de sulfoaluminato de cálcio, e sulfato de cálcio que demonstram extremamente baixas magnitudes do encolhimento do material. Neste caso, seria lógico e natural esperar que, se um outro material ligante, com boa estabilidade dimensional, adicionalmente, foram incorporados na mistura da invenção, o encolhimento do material global e a estabilidade dimensional da composição resultante seria ainda permanecer baixo e aceitável. Por exemplo, o encolhimento de cimento Portland puro à base das composições de cimento tem sido determinada como sendo quase uma ordem de magnitude mais baixa do que o encolhimento de ligantes de geopolímero compostos de cinzas volantes ativadas com um citrato de metal alcalino. Contudo, muito surpreendentemente, descobriu-se que a adição de cimento Portland para o composições dimensionalmente estáveis da presente invenção que compreende mineral de aluminossilicato, um ativador químico de metal alcalino, de cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio tem uma influência negativa sobre o comportamento de encolhimento das composições resultantes. Verificou-se que a adição de cimento Portland para o composições de geopolímero da presente invenção aumenta o contração das composições resultantes. A magnitude do encolhimento observada aumenta com o aumento da quantidade de cimento Portland nas composições resultantes. Este resultado é altamente inesperado e surpreendente e que evidencia a natureza extremamente complexa das interações químicas que ocorrem quando outros tipos de cimentos e/ou aditivos químicos são introduzidos para as composições ligantes de geopolímero dimensionalmente estável da presente invenção. Baseado neste entendimento, sem cimento Portland é incorporado em algumas modalidades preferenciais da invenção. No entanto, isso é contemplado que alguma quantidade de cimento Portland ser usado em algumas modalidades quando desejado em situações onde um aumento no comportamento de encolhimento pode ser aceitável. O limite prático da quantidade de cimento Portland dependerá da quantidade de efeitos adversos sobre o comportamento de encolhimento que pode ser aceitável, mas em algumas modalidades preferenciais da invenção, não mais que 15 partes em peso de cimento Portland por 100 partes em peso do mineral aluminossilicato termicamente ativado está incluído.
[177] A baixo custo e ampla disponibilidade do calcário, folhelhos e outros materiais naturais para fazer cimento de Portland, um dos materiais de menor custo, amplamente utilizados ao longo do século passado em todo o mundo.
[178] Como usado aqui, "Cimento Portland"é um silicato de cálcio à base de cimento hidráulico. ASTM C 150 define o cimento Portland como "cimento hidráulico (cimento que não só endurece por reagir com água, mas também forma um produto resistente à água) produzido pela pulverização clínqueres que consiste essencialmente de silicatos de cálcio hidráulicos, geralmente contendo um ou mais das formas de sulfato de cálcio como uma adição interna do solo." Tal como aqui utilizado, "clinqueres"são nódulos (diâmetros, cerca de 0,2 a cerca de 1,0 polegada [5-25 mm]) de um material poroso, que são produzidos quando uma mistura em bruto da composição pré-determinada é aquecida a alta temperatura.
Cimento de Aluminato de Cálcio
[179] Cimento de aluminato de cálcio (CAC) é um outro tipo de cimento hidráulico, que pode formar um componente de mistura de pó reativo de algumas modalidades da invenção particularmente quando a resistência à compressão mais elevada não é necessária com suspensões com baixo teor em água que contêm quantidades substanciais das cinzas volantes.
[180] Cimento de aluminato de cálcio (CAC) também é comumente referido como cimento aluminoso ou cimento de alta alumina. Os cimentos de aluminato de cálcio tem um elevado teor de alumina, cerca de 30-45% em peso, é preferível. Cimentos de aluminato de cálcio de pureza mais elevada também estão disponíveis comercialmente em que o teor de alumina pode variar tanto como cerca de 80% em peso. Estes cimentos de aluminato de cálcio de pureza mais elevada tendem a ser muito caros em relação aos outros cimentos. O cimento de aluminato de cálcio utilizado nas composições de algumas modalidades da invenção são finamente moídos para facilitar a entrada dos aluminatos para a fase aquosa de modo que a rápida formação de etringite e de outros hidratos de aluminato de cálcio possam ter lugar. A área de superfície do cimento de aluminato de cálcio, que é útil em tais modalidades será maior do que cerca de 3.000 cm2/grama e de preferência cerca de 4.000 a cerca de 6.000 cm2/grama, tal como medido pela superfície de Blaine do método área (ASTM C 204) ..
[181] Vários métodos de fabricação surgiram para produzir cimento de aluminato de cálcio em todo o mundo. De preferência, as principais matérias- primas utilizadas na fabricação de cimento de aluminato de cálcio são de bauxita e calcário. Um método de fabricação para a produção de cimento de aluminato de cálcio é descrito a seguir. O minério de bauxita é triturado e seco em primeiro lugar, em seguida, moído juntamente com o calcário. O pó seco compreendendo bauxita e calcário é depois alimentado a um forno rotativo. Um carvão de baixa cinza pulverizado é usado como combustível no forno. A reação entre bauxita e calcário realiza-se no forno e recolhe o produto fundido na extremidade inferior do forno e despeja em uma calha definida na parte inferior. O clinquer fundido é temperado com água para formar grânulos de clinquer, o qual é então transportado para uma unidade de acumulação. Este granulado é então moído para o grau de finura desejado, para produzir o cimento final.
[182] Tipicamente, vários compostos de aluminato de cálcio podem ser formados durante o processo de fabricação de cimento de aluminato de cálcio. O composto predominante formado é frequentemente o aluminato de monocálcico (CaO^AhO3, também conhecido como CA) .. Os outros compostos de aluminato de cálcio e silicato cálcio que se formam pode incluir 12CaO^7AhO3, também conhecido como C12A7, CaO^2AhO3, também conhecido como CA2, silicato dicálcico (2CaO^SiO2, chamado C2S), silicato de alumina bicálcico (2CaO^ Al2O3• SiO2, chamado C2AS). Vários outros compostos que contêm uma proporção relativamente elevada de óxidos de ferro também podem ser formados. Estes incluem ferritas de cálcio, tais como CaO^Fe2O3 ou CF e 2CaO*Fe2O3 ou C2F, e 2CaO [06] Fé [07] 2 [08] O [09] 3 [10] ou C [11] 2 [12] F, e aluminoferrita de cálcio, tais como tetracálcico aluminoferrita (4CaO.Al2O^Fe2O3 ou C4AF), 6CaO.Al2O^2Fe2O3 ou C6AF2) e 6CaO^2Ahθ3^e2θ3 ou C6A2F). Outros constituintes menores, muitas vezes presentes no cimento de aluminato de cálcio incluem magnésia (MgO), óxido de titânio (TiO2), sulfatos e álcalis.
[183] Os cimentos de aluminato de cálcio podem ter uma ou mais das fases acima mencionadas. Cimentos de aluminato de cálcio com aluminato de monocálcico (CaO^AhO3 ou CA) e/ou aluminato de cálcio hepta dodeca (12CaO^7AhO3 ou C12A7) como fases predominantes são particularmente preferidas em algumas modalidades da presente invenção. Além disso, as fases de aluminato de cálcio podem estar disponíveis em forma cristalina e/ou forma amorfa. CIMENTFONDU (ou FONDU HAC), SECAR 51 e SECAR 71 são alguns exemplos de cimentos de aluminato de cálcio disponíveis comercialmente que tem o aluminato de monocálcico (CA) como a fase primária de cimento. TERNAL EV é um exemplo de cimento de aluminato de cálcio comercialmente disponível que possui o aluminato de cálcio hepta dodeca (12CaO^7AhO3 ou C12A7) como a fase de cimento predominante.
[184] Quando cimentos de aluminato de cálcio (CAC) são usados na presente invenção, eles parcialmente poderão substituir o cimento do sulfoaluminato de cálcio. A quantidade de substituição de cimento de aluminato de cálcio na composição de algumas modalidades da invenção é até cerca de 49% em peso do agregado peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio e cimento de aluminato de cálcio.
Fluoroaluminato de Cálcio
[185] Fluoraluminato de cálcio tem a fórmula química 3CaO.3Al2O3. CaF2. Geralmente, fluoraluminato de cálcio é produzido através da mistura de cal, de bauxita e fluorita numa quantidade tal que o mineral do produto resultante se torna 3CaO.3Al2 O3.CaF2 e queima a mistura resultante a uma temperatura de 1,200° -1,400°C. Cimentos de fluoraluminato de cálcio pode ser opcionalmente utilizado na presente invenção, mas geralmente não são preferidos em muitas modalidades.
Sulfato de Cálcio
[186] Sulfato de cálcio forma um ingrediente das composições ligantes de geopolímero das modalidades da presente invenção. Embora o sulfato de cálcio, por exemplo, sulfato de cálcio bi-hidratado vai reagir com água, não forma um produto resistente à água e não é considerado ser o cimento hidráulico, para fins da presente invenção. Tipos de sulfato de cálcio preferenciais que são úteis na presente invenção incluem o sulfato de cálcio dihidratado, cloridrato de sulfato de cálcio e sulfato de cálcio anidro (às vezes chamado de anidrita de sulfato de cálcio). Os sulfatos de cálcio podem ser provenientes de fontes disponíveis naturalmente ou produzidos industrialmente. Quando empregado como discutido neste documento, sulfato de cálcio em sinergia pode interagir com os outros componentes fundamentais das composições de cimento das modalidades preferenciais da invenção e, assim, ajuda a minimizar o encolhimento do material ao mesmo tempo transmitir outras propriedades úteis para o material final.
[187] Diferentes formas morfológicas de sulfato de cálcio podem ser utilmente empregadas em várias modalidades da presente invenção. As propriedades de ligantes de geopolímero e compósitos de tais modalidades da invenção foram encontrados dependendo significativamente do tipo de sulfato de cálcio usado com base na sua composição química, tamanho de partícula, morfologia do cristal e tratamento químico e térmico. Entre outras propriedades, o comportamento de ajuste, a taxa de desenvolvimento de resistência, resistência à compressão final, o comportamento do encolhimento, fissuração e resistência dos ligantes de geopolímero de tais modalidades podem ser adaptados selecionando uma fonte apropriada de sulfato de cálcio na formulação. Assim, a seleção do tipo de sulfato de cálcio utilizado nas composições destas modalidades que é com base no balanço das propriedades pretendidas na aplicação final.
[188] Enquanto todas as três formas de sulfato de cálcio (principalmente o hemi-hidrato, di-hidrato e anidrita) são úteis nas misturas dos quatro componentes reativos de algumas modalidades da invenção, para obter benefícios de ajuste mais vezes e as resistências de compressão mais elevadas do que os Exemplos Comparativos 1-4 a seguir contendo apenas dois ou três dos componentes reativos, as três formas diferentes de sulfato de cálcio foram encontradas a ter diferentes e surpreendentes efeitos relativos uns aos outros sobre os tempos de resistência à compressão e ajuste em várias modalidades da invenção.
[189] É bem conhecido que a forma mais solúvel da substância química de sulfato de cálcio é a hemi-hidrata, seguida pela forma da solubilidade relativamente baixa do di-hidrato, e em seguida, seguida pela forma relativamente insolúvel da anidrita. Todas as três formas são conhecidas por definir (matrizes de forma da forma química di-hidratada) em meio aquoso, sob condições adequadas e os tempos de endurecimento e resistências compressivas das formas ajustadas são conhecidas para seguir ser pedido de solubilidade. Por exemplo, todas as outras coisas sendo iguais, utilizadas isoladamente como material de endurecimento único, o hemi- hidratado geralmente tem os menores tempos de ajuste e a anidrita a tempos de ajuste mais longo (tipicamente tempos de ajuste muito longos).
[190] De forma bastante surpreendente, verificou-se que as modalidades que empregam predominantemente ou todo o hemi-hidratado de sulfato de cálcio tem maiores tempos de ajuste, enquanto que as que utilizam predominantemente ou todo sulfato de cálcio de anidrita tem os menores tempos de ajuste. Da mesma forma, surpreendentemente, várias modalidades que empregam todo ou predominantemente sulfato de cálcio de anidra (anidrita) tem maior resistência à compressão precoce, das modalidades que utilizam primariamente forma di-hidratada.
[191] Nas composições de geopolímero de outras modalidades, uma mistura de dois ou mais tipos de sulfato de cálcio também podem ser utilizados para modificar os tempos de endurecimento e as propriedades de resistência à compressão iniciais da composição em relação a essas modalidades que usam predominantemente ou todos de um único tipo de sulfato de cálcio. Quando tal mistura é usada, os tipos de sulfato de cálcio utilizados podem variar dependendo da sua composição química, dimensão de partícula, forma de cristal e morfologia, e/ou o tratamento de superfície.
[192] O tamanho das partículas e morfologia de sulfato de cálcio utilizado foi verificado que influenciam significativamente o desenvolvimento de tenra idade e resistências finais das composições ligantes de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção. Em geral, um tamanho de partícula menor do sulfato de cálcio tem sido encontrado para proporcionar um rápido desenvolvimento na resistência inicial. Quando é desejável ter uma taxa extremamente rápido do desenvolvimento de resistência, o tamanho médio da partícula preferido de sulfato de cálcio varia desde cerca de 1 a cerca de 100 mícron, mais preferivelmente de cerca de 1 a cerca de 50 mícrons, e mais preferivelmente de cerca de 1 a cerca de 20 mícrons. Para além disso, os sulfatos de cálcio com tamanho de partícula mais fina, também foram encontrados para reduzir o material de encolhimento.
[193] Foi ainda verificado que, para uma determinada quantidade de cimento sulfoaluminato de cálcio e outros componentes de matéria-prima presente, um aumento (mas não excessivo aumento) da quantidade de sulfato de cálcio leva a um aumento na resistência à compressão inicial dos ligantes de geopolímero de alguns modalidades da presente invenção. O aumento mais dramático na resistência à compressão inicial ocorre quando a quantidade de sulfato de cálcio é de cerca de 10 a cerca de 50% em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio.
[194] Também inesperadamente encontrou-se a quantidade de sulfato de cálcio presente na proporção para cimento de sulfoaluminato de cálcio na mistura tendo uma influência significativa no grau de encolhimento do material das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção. De preferência, essas modalidades tem uma quantidade de sulfato de cálcio de cerca de 5 a cerca de 200 partes pelo peso relativo para 100 partes em peso de cimento do sulfoaluminato de cálcio. Para um controle mais eficaz sobre o encolhimento do material das composições de geopolímero em tais modalidades, a quantidade de sulfato de cálcio é de cerca de 10 a cerca de 100 partes em peso relativamente a 100 partes em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio, mais preferencialmente cerca de 15 a cerca de 75 partes por peso em relação a 100 partes em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio, e mais preferencialmente cerca de 20 a cerca de 50 partes em peso relativamente a 100 partes em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio.
[195] Para uma determinada quantidade do ativador de metais alcalinos e outros componentes de matéria-prima na composição de algumas modalidades da invenção, uso do sulfato de cálcio dihidratado foi encontrado para fornecer o controle mais eficaz em minimizar o encolhimento do material. Uso de sulfato de cálcio anidro (anidrita) e cloridrato de sulfato de cálcio também fornecem excelentes controles em abaixar o encolhimento do material das composições ligantes do cimento geopolímero de tais modalidades.
[196] A seleção do tipo ou tipos de sulfato de cálcio empregues nas composições de tais modalidades baseia-se na taxa desejada inicial do desenvolvimento da resistência, controle de contração, e o equilíbrio de outras propriedades pretendidas no pedido final.
[197] Uma parte ou toda a quantidade de sulfato de cálcio pode ser adicionado como um componente aditivo de cimento do sulfoaluminato de cálcio nas composições de muitas dessas modalidades. Quando este for o caso, a quantidade de sulfato de cálcio adicionado, separadamente, a composição é reduzida por uma quantidade equivalente incluída no cimento de sulfoaluminato de cálcio.
[198] O sulfato de cálcio pode também ser incluído nas cinzas volantes em algumas modalidades da composição. Quando tal é o caso, a quantidade de sulfato de cálcio adicionado separadamente na composição pode ser reduzida.
[199] A quantidade de sulfato de cálcio adicionada separadamente às composições de algumas modalidades da invenção pode ser ajustada com base na disponibilidade dos íons de sulfato contribuídos por outros componentes presentes na mistura.
Pozolanas
[200] Outros silicatos opcionais e minerais de aluminossilicatos e que são pozolanas, que possuem pouca ou nenhuma propriedades substanciais de cimentação no seu próprio meio aquoso pode ser incluído como aditivos minerais opcionais das composições de algumas modalidades da invenção. Vários materiais naturais e artificiais tem sido referidos como materiais pozolânicos possuindo propriedades pozolânicas. Alguns exemplos de materiais pozolânicos incluem sílica ativa, pedra-pomes, perlita, terra de diatomáceas, argila finamente moída, xisto finamente moído, ardósia finamente moída, vidro finamente moído, tufos vulcânicos, trass e casca de arroz. Todos estes materiais pozolânicos podem ser usados isoladamente ou de forma combinada como parte do cimento em pó reativo de algumas modalidades da invenção.
Agregados dos Enchimentos, Enchimentos Minerais Inorgânicas e Enchimentos de Peso leves
[201] Enquanto a mistura do cimento pó reativo divulgadas define o componente de pega rápida da composição de cimento de muitas modalidades da invenção, isso será entendido por aqueles versados na técnica que outros materiais podem ser incluídos na composição dependendo da sua utilização e pedido.
[202] Um ou mais agentes de enchimento tais como areia, agregado fino, agregado grosso, enchimentos minerais inorgânicos, materiais de enchimento de peso leve podem ser usados como um componente nas formulações geopoliméricas de algumas modalidades da invenção. Em tais modalidades, estes materiais de enchimento, de preferência não são pozolanas ou minerais de aluminossilicatos ativados termicamente.
[203] Enchimentos minerais inorgânicos preferidos em tais modalidades são dolomita, calcário, carbonato de cálcio, argila moída, xisto, ardósia, mica e talco. Geralmente, tais materiais de enchimento tem um tamanho de partículas finas com um diâmetro médio de partícula preferido inferior a cerca de 100 mícron, de preferência menos do que cerca de 50 mícron, e mais preferencialmente menos do que cerca de 25 mícron nas composições de acordo com algumas modalidades da invenção. Argilas de esméticas e paligorsquita e suas misturas, não são considerados materiais de enchimento minerais inorgânicos adequados quando utilizados em quantidades significativas para os fins desta invenção.
[204] Tal como aqui utilizado, agregado fino ou areia é definido como um material de rocha inorgânica tipicamente com um tamanho médio de partícula de menos de cerca de 4,75 milímetros (0,195 polegadas) (apesar de outros tamanhos poderem ser usados, dependendo do pedido). Areia preferível na presente invenção tem um tamanho médio de partícula de cerca de 0,1 mm a cerca de 2 mm. Areia fina com um tamanho médio de partícula de cerca de 1 mm ou menor é de enchimento preferido em algumas modalidades da invenção.
[205] Areias, com um diâmetro máximo de partícula de cerca de 0,6 mm, de preferência no máximo cerca de 0,425 milímetros, um diâmetro médio da partícula dentro de uma gama de cerca de 0,1 a cerca de 0,5 mm, de preferência cerca de 0,1 mm a cerca de 0,3 mm são usados em outras modalidades da invenção. Exemplos de areia fina preferível incluem QUIKRETE FINE No. 1961 e UNIMIN 5030 com uma gama de tamanho predominante do número de peneira US # 70 - # 30 (0,2-0,6 mm)
[206] A distribuição de tamanho da partícula e a quantidade de areia na formulação auxilia no controle do comportamento reológico das modalidades incorporando areias. Areia fina podem ser adicionados em composições de cimento geopoliméricos de algumas modalidades a areia/cimento de materiais em pó (reativo) proporção de cerca de 0,05 a cerca de 4. Quando é desejado para atingir a autonivelamento do material de reologia, a areia mais desejável para a relação de materiais de cimento na formulação está na gama de cerca de 0,50 a cerca de 2, mais preferencialmente cerca de 0,75 a cerca de 1,5.
[207] Agregado grosso é definido como um material da rocha inorgânica com um tamanho médio de partícula de pelo menos cerca de 4,75 milímetros (0,195 polegadas), por exemplo cerca de 1/4 "de polegada e cerca de 1-1 / 2 polegada (0,64-3,81 cm) (apesar de outros tamanhos poderem ser usados, dependendo da aplicação específica) . Agregado com tamanho maior do que cerca de 1-1/2 polegada (3,81 cm) podem também ser utilizados em algumas aplicações, por exemplo, pavimentos de concreto. A forma da partícula e da textura do agregado grosso pode ter uma variedade de configurações, tais como angular, de textura áspera, alongada, arredondada ou lisa ou uma combinação destes.
[208] Agregados grossos preferíveis são feitos de minerais como o granito, basalto, quartzo, riolita, andesito, tufo, pedra-pomes, calcário, dolomita, arenito, mármore, cherte, sílex, grauvaque, ardósia, e / ou gnessis. Agregado grosso útil em algumas modalidades desta invenção, preferencialmente atende as especificações estabelecidas na norma ASTM C33 (2011) e AASHTO M6 / normas M80 (2008).
[209] Quando os agregados grosseiros são incluídos nas composições de cimento geopoliméricos de algumas modalidades da invenção, eles são de preferência utilizados em um agregado de materiais de cimento em pó (reativo) proporção de cerca de 0,25 a cerca de 5. Algumas modalidades da invenção contêm agregado grosso com um agregado grosso para a proporção de materiais de cimento de cerca de 0,25 a cerca de 1. Algumas outras modalidades da invenção contêm agregado grosso com um agregado grosso para a proporção de materiais de cimento de cerca de 1 a cerca de 3.
[210] Enchimentos de peso leves tem uma gravidade específica inferior a cerca de 1,5, de preferência inferior a cerca de 1, mais preferivelmente menos do que cerca de 0,75, e mais preferivelmente menos do que cerca de 0,5. Em algumas outras modalidades preferidas da invenção, a densidade de enchimento de peso leve é menos do que cerca de 0,3, mais preferivelmente menos do que cerca de 0,2 e mais preferencialmente menos do que cerca de 0,1. Em contraste, cargas minerais inorgânicas de preferência tem uma gravidade específica acima cerca de 2.0. São exemplos de útil enchedores leves pedra-pomes, vermiculita, formas expandidas de argila, xisto, ardósia eperlite, escória, escória expandida, cinzas, microesferas de vidro, microesferas de cerâmicas sintéticas, microesferas ocas de cerâmicas, leves esferas de poliestireno, microesferas ocas de plástico, grânulos de plástico expandidos e afins. Grânulos de plásticos expandidos e esferas ocas de plástico quando usados na composição de algumas modalidades da invenção são empregados em quantidades adequadas em relação ao peso em virtude da sua relativamente baixa gravidade específica e pedido específico.
[211] Quando os enchedores leves são utilizados para reduzir o peso de algumas modalidades da invenção, podem ser empregadas, por exemplo, como um enchimento à relação dos materiais de cimento (pó reativo) de cerca de 0,01 para cerca de 2, de preferência cerca de 0,01 para cerca de 1. Uma combinação de dois ou mais tipos de enchimentos leves também podem ser úteis em tais modalidades da invenção.
[212] Enquanto algumas modalidades da invenção contêm apenas areia como o enchimento adicionado, outras modalidades contêm cargas minerais inorgânicas e areias e/ou enchimento leve. Outras modalidades podem utilizar enchimento minerais inorgânicos e cargas leves como os enchimentos adicionados. No entanto, outras modalidades incorporam enchimento areia, enchimento mineral inorgânicos e enchimento leve como os enchimentos adicionados. Ainda outras modalidades contêm apenas enchimento mineral inorgânico ou enchimento de peso leves e nenhuma areia, agregado fino ou agregado grosso. Modalidades da invenção que contêm agregado grosso, além disso, podem incluir ou excluir uma ou mais dos seguintes enchimentos - areia, enchimento de peso leve e enchimento de minerais inorgânicos. Ainda outras modalidades são substancialmente isentos de quaisquer enchimentos adicionados.
Ativadores Químicos de Metais Alcalinos.
[213] Sais de metais alcalinos e bases são úteis como ativadores químicos para ativar o mineral de aluminossilicato ativado do Componente de Pó Reativo A compreendendo termicamente a cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio. Os ativadores de metais alcalinos utilizados em algumas modalidades desta invenção podem ser adicionados na forma líquida ou sólida. Os ativadores químicos de metais alcalinos preferenciais de tais modalidades da presente invenção são sais metálicos de ácidos orgânicos. O mais preferidos ativadores químicos de metais alcalinos são os sais de metais alcalinos dos ácidos carboxílicos. Hidróxidos de metais alcalinos e metais alcalinos silicatos são alguns outros exemplos do ativador químico de metais alcalinos úteis em algumas modalidades desta invenção. Alternativamente, hidróxidos de metais alcalinos e silicatos de metais alcalinos também podem ser úteis em combinação com ácidos carboxílicos tais como ácido cítrico para fornecer ativação química da mistura do pó reativo compreendendo mineral de aluminossilicato ativado termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio.
[214] Em algumas modalidades da presente invenção, empregar sais de metais alcalinos de ácido cítrico como citrato de sódio ou potássio em combinação com a mistura do pó reativo compreendendo mineral de aluminossilicato ativado termicamente, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio, proporciona mistura das composições com relativamente boa fluidez e que não endureça muito rapidamente, após a mistura das matérias-primas e em torno da temperatura ambiente (cerca de 20-25oC)..
[215] A quantidade de sal de metal alcalino de ácido cítrico, por exemplo, citrato de potássio ou citratos de sódio, é cerca de 0,5 a cerca de 10% em peso, de preferência cerca de 1 a 6 em peso. % de preferência cerca de 1,25 para cerca de 4 em peso. %, mais de preferência cerca de 1,5 para cerca de 2,5 em peso. % e mais de preferência cerca de 2% em peso com base em 100 partes dos componentes reativos de cimento (ou seja, Componente de Pó Reativo A) de algumas modalidades da invenção. Assim, por exemplo, para 100 kg de cimento em pó reativo, pode haver cerca de 1,25 para cerca de 4 kg total de potássio e/ou citratos de sódio. Os citratos de metais alcalinos preferidos são os citratos de potássio e citratos de sódio e citrato de tri-potássio monohidrato particularmente, e sódio de tri-citrato anidro, citrato de tri-sódio monohidrato, citrato de sódio sesquihidratado dibásico, citrato de tri-sódio dihidrato, citrato de di-sódio, e mono citrato de sódio.
[216] De preferência que o conjunto ativador não contenha uma alcanolamina. Também, de preferência que o ativador não contenha um fosfato.
Retardadores Estabelecidos
[217] Compostos orgânicos como os ácidos carboxílicos hidroxilados, carboidratos, açúcares e amidos são os retardadores preferenciais de algumas modalidades da presente invenção. Ácidos orgânicos como ácido cítrico, ácido tartárico, ácido málico, ácido glucônico, ácido succínico, ácido glicólico, ácido malônico, ácido butírico, ácido málico, ácido fumárico, ácido fórmico, ácido glutâmico, ácido pentanoico, ácido glutárico, ácido glucônico, ácido tartarônico, ácido múcico, ácido trididroxi benzoico, etc. são úteis como retardadores conjunto restabelecidos nas composições ligantes de cimento de geopolímero dimensionalmente estável de algumas modalidades preferenciais.
[218] Gluconato de sódio também é útil como retardadores orgânicos em algumas modalidades da presente invenção. Polímeros orgânicos à base de celulose, tais como celulose de hidroxietil (HEC), celulose de hidroxipropil (HPC), celulose de hidroxipropilmetil (HPMC), celulose de etil (EC), celulose de metil-etil (MEC), celulose de carboximetil (CMC), celulose de carboximetiletil (CMEC), celulose de carboximetilhidroxietil (CMHEC) são retardadores adicionais úteis em algumas das composições da presente invenção.
[219] Estes retardadores, à base de celulose quando adicionado à composição de algumas modalidades da invenção aumentam significativamente a viscosidade da mistura para além de causar retardamento. De preferência, os retardadores dos ácidos inorgânicos, tais como base de ácido bórico ou boratos não são utilizados em quantidades significativas em algumas modalidades preferidas da invenção, porque impedem a mistura da reologia, causam eflorescência excessiva, e reduzem a resistência de união de material para outros substratos.
Outros Agentes de Controle de Endurecimento Opcionais
[220] Outros aditivos químicos de controle de endurecimento opcional incluem um carbonato de sódio, carbonato de potássio, nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, formato de cálcio, acetato de cálcio, cloreto de cálcio, carbonato de lítio, nitrato de lítio, nitrito de lítio, sulfato de alumínio, aluminato de sódio, as alcanolaminas, polifosfatos e semelhantes. Estes aditivos, quando incluído como parte da formulação também pode influenciar a reologia das composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da invenção para além de afetar o seu comportamento de ajuste.
Difusores, Fibras e Materiais Opcionais
[221] Outros materiais e aditivos opcionais podem ser incluídos nas composições ligantes de geopolímeros de algumas modalidades da invenção. Estas incluem pelo menos um membro selecionado a partir do grupo consistindo do pó de polímero redispersável da formação de película, dispersões de látex de polímero da formação de película, agentes anti- espuma e anti-espuma, aditivos de retenção de água, agentes de controle de endurecimento, reduzindo as misturas de encolhimento, agentes de formação de espuma e de arrastamento de ar, agentes de controle de reologia inorgânicos e orgânicos, agentes modificadores da viscosidade (espessantes), agentes de controle de eflorescência (repressão), agentes de controle de corrosão, agentes umectantes, corantes e/ou pigmentos, fibras discretas, fibras contínuas e longas e reforço, reforço têxtil, fibras de álcool polivinílico, e/ou fibersand de vidro ou outras fibras de reforço discretas.
[222] Fibras reforçadas discretas de diferentes tipos podem ser incorporadas nas composições da placa de cimento feitas em conformidade com determinadas modalidades da invenção. Difusores feitos de materiais como fibras de vidro revestido de polímero e materiais poliméricos como polipropileno, polietileno e nylon são exemplos de materiais que podem ser usados para reforçar o produto à base de cimento, dependendo da sua função e aplicação.
[223] De preferência os ligantes geopolímeros de muitas modalidades preferenciais da invenção não contêm quantidades significativas de pó de forno de cimento. Pó de forno de cimento (CKD) pode ser criado na estufa durante a produção de clínquer. O pó é uma mistura de partículas de alimentos crus parcialmente calcinado e não reagiu, pó de clínquer e cinzas, enriquecido com sulfatos alcalinos, haletos e outros compostos voláteis. Estas partículas são capturadas pelos gases de escape e recolhidas em dispositivos de controle de partículas tais como ciclones, filtros de ar e precipitadores eletrostáticos.
[224] DRC é constituída principalmente por carbonato de cálcio e dióxido de silício, que é semelhante à alimentação do forno de cimento cru, mas a quantidade de álcalis, cloreto e sulfato é normalmente consideravelmente mais elevada no pó. CKD a partir de três diferentes tipos de operações: longa molhada, longa seca, e alcalinos passando com pré- calcinador tendo várias características químicas e físicas. CKD gerada a partir de fornos longo molhado e longo seco é composta de multas parcialmente calcinadas de alimentação do forno enriquecido com sulfatos e cloretos alcalinos. O pó coletado do alcalino de derivação dos fornos calcinadores tendem a ser mais grosso, mais desagregado, e também concentrado com voláteis alcalinos. No entanto, o processo de derivação alcalino contém a maior quantidade em peso de óxido de cálcio e menor perda em ignição (LOI) .. Tabela de Adaska et al., Beneficial Uses of Cement Kiln Dust, apresentado 2008 IEEE/PCA 50th Cement Industry Technical Conf., Miami, FL, May 19-22,2008, apresenta a abertura composição para os três diferentes tipos de operação e inclui uma composição química preferíveis para o cimento Portland Tipo I para comparação.
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Superplastificantes e Agentes de Entrada de Ar
[225] Agentes redutores (superplastificantes) de água, de preferência são utilizados nas composições de algumas modalidades da invenção. Estes podem ser adicionados na forma seca ou na forma de uma solução. Superplastificantes podem ajudar a reduzir a demanda de água da mistura. Exemplos de superplastificantes incluem sulfonatos de polinaftaleno, os poliacrilatos, os policarboxilatos, os policarboxilatos de poliéter, lignossulfonatos, sulfonatos de melamina, caesins, e semelhantes. Dependendo do tipo de superplastificante utilizado, a relação do peso do superplastificante (na base seca em pó) para a mistura de pó reativo de preferência será cerca de 5% em peso ou menos, de preferência cerca 2 em peso. % ou menos, de preferência com 0,1 a cerca de 1 em peso. %.
[226] Superplastificantes com base na química do poliéter de policarboxilato são as mais preferidas águas reduzindo a mistura química para algumas modalidades da invenção. Policarboxilato superplastificantes de poliéter são os mais preferidos desde que facilitem a realização dos vários objetivos da presente invenção como mencionado anteriormente.
[227] Agentes incorporadores de ar são adicionados à pasta fluida de cimento de algumas modalidades da invenção para formar bolhas de ar (espuma) in situ. Agentes incorporadores de ar são surfactantes preferencialmente usados para interceptar propositadamente as bolhas de ar microscópicas no concreto. Alternativamente, os agentes de arrastamento de ar são utilizados para a produção de espuma, que é externamente introduzida nas misturas das composições de algumas modalidades, durante a operação da mistura para reduzir a densidade do produto. De preferência, para produzir a espuma externamente agente de entrada de ar (também conhecido como um agente de formação de espuma líquida), ar e água são misturadas para formar espuma, num aparelho gerador de espuma adequada. Um agente de estabilização de espuma como álcool polivinílico pode ser adicionado para a espuma antes que a espuma seja adicionada à pasta de cimento.
[228] Exemplos de agentes de espuma/entrada de ar inclui sulfonatos de alquil, alquilbenzolfulfonatos e oligómeros de sulfato de alquil éter entre outros. Detalhes da fórmula geral para esses agentes espumantes podem ser encontrados na Patente US 5.643.510 de Sucech incorporado a adendo por referência.
[229] Um ar do agente entrada (agente de espuma), como aquela em conformidade com padrões como conjunto adiante na ASTM C 260 "Standard Specification for Air-Entraining Admixtures for Concrete" (Aug. 1, 2006) podem ser empregadas. Tais agentes incorporadores de ar são bem conhecidos para os versados na técnica e são descritos na Kosmatka et al "Design and Control of Concrete Mixtures,"14a Edição, Portland Cement Association, especificamente o Capítulo 8 intitulado, "Air Entrained Concrete,"(citado no Pedido de Patente US N° 2007/0079733 A1).
[230] Comercialmente disponível materiais retentores de ar incluem resinas de madeira vinsol, hidrocarbonetos sulfonados e ácidos graxos, resinosos, aril sulfonatos de alifáticos substituídos, tais como sais de lignina sulfonados e outros numerosos materiais interfacialmente ativos, que tomam normalmente a forma de aniônico ou agentes tenso-ativos não iônicos, abietato de sódio, ácidos graxos saturados ou insaturados e os seus sais, agentes tenso-ativos, sulfonatos de alquil-aril, etoxilatos de fenol, sulfonatos de lenhos, sabões de resina, hidroxiestearato de sódio, sulfato de lauril, ABSs (alquilbenzenossulfonatos), LASd (alquilbenzenossulfonatos lineares), alcanossulfonatos, alquil de polioxietileno(fenil)éter , alquil de polioxietileno (fenil)éster de sulfato de éter ou os seus sais, alquil de polioxietileno (fenil) éster de fosfato de éter ou os seus sais, os materiais proteicos, alquenilsulfossucinatos, alfa-olefinssulfonatos, um sal de sódio de sulfonato de olefina alfa, ou sulfato lauril de sódio ou sulfonato e suas misturas.
[231] De preferência o agente (de espuma) incorporadores de ar é de cerca de 0,01 para cerca de 1 % em peso do peso da composição total de cimento.
Bio-polímeros e Agentes de Controle de Reologia Orgânica
[232] Sucinoglicanos, goma de diutan, goma de guar, goma de wellan, gomas de xantano e de éter de celulose com base nos compostos orgânicos, são bio-polímeros que atuam como hidrocoloides e agentes de controle de reologia em algumas modalidades da invenção. Os polímeros orgânicos sintéticos, tais como amidas poliacrílicas, polímeros acrílicos alcalinos expansíveis, polímeros acrílicos associativos, copolímeros de acrílico/acrilamida, polímeros alcalinos expansível hidrofobicamente modificados, polímeros orgânicos altamente expansíveis em água podem ser utilmente empregues como agentes de controle de reologia e thickneners na composição ligante de geopolímero de tais modalidades.
[233] Ambos os tipos associativos como não associativos de agentes de controle da reologia e agentes espessantes podem ser utilmente empregues nas composições ligantes de geopolímero de tais modalidades. Exemplos de celulose à base de polímeros orgânicos úteis para controle de reologia nas composições de geopolímero dessas modalidades da presente invenção incluem celulose de hidroxietil (HEC), celulose de hidroxipropil (HPC), celulose de hidroxipropilmetil (HPMC), celulose de etil (EC), celulose de metil-etil (MEC), celulose de carboximetil (CMC), celulose de carboximetiletil (CMEC), celulose de carboximetilhidroxietil (CMHEC) .. Os agentes de controle de reologia orgânicos e espessantes mencionados acima são solúveis tanto em água fria e quente. Estes aditivos também atuam como agentes de retenção de água e, assim, minimizam a segregação dos materiais e sangramento além de controlar o material de reologia.
Agentes de controle de Reologia Inorgânicos
[234] As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção podem também incluir agentes de controle de reologia inorgânicos que pertencem à família dos filossilicatos. Exemplos de agentes de controle de reologia inorgânicos particularmente úteis nas modalidades podem incluir paligorsquite, sepiolita, esmectitas, caolinitas, e ilita. Exemplos de argilas esmécticas particularmente úteis são hectorita, saponita e montmorilonita. Diferentes variedades de argilas de bentonita naturais e quimicamente tratadas também podem ser usadas para controlar a reologia das composições dessas modalidades. Tais aditivos também atuam como agentes de retenção de água e, assim, minimizam a segregação material e sangramento. Os agentes de controle de reologia inorgânica podem ser adicionados na ausência de, ou em combinação com os agentes de controle de reologia orgânica.
Aditivos para Polímeros para Formação de Películas
[235] Pós de polímero redispersáveis preferíveis para formação da película em algumas modalidades da invenção são pós de látex. Estes pós de polímero são redispersáveis em água e produzidos por spray secante das dispersões aquosas de polímero (látex).
[236] Látex é um polímero de emulsão. Látex é uma dispersão de polímero à base de água, amplamente utilizada em pedidos industriais. Látex é uma dispersão estável (emulsão coloidal) de micropartículas de polímero no meio aquoso. Assim, é uma dispersão/suspensão de borracha ou micropartículas de polímero de plástico na água. Látex pode ser natural ou sintético.
[237] O látex é preferivelmente feito a partir de um acrílico puro, uma borracha de estireno, borracha de butadieno estireno, um acrílico estireno, um acrílico de vinil ou um copolímero de etileno acetato de vinil acrilado e é mais preferencialmente um acrílico puro. De preferência, polímero de látex é derivado a partir de pelo menos um e acrílico selecionado a partir do grupo que consiste de ácido acrílico, ésteres de ácido acrílico, ácido metacrílico, e ésteres de ácido metacrílico. Por exemplo, os monômeros, de preferência empregados na polimerização em emulsão incluem monômeros tais como acrilato de metil, acrilato de etil, metacrilato de metil, acrilato de butil, acrilato de 2-etil hexil, outros acrilatos, metacrilatos e suas misturas, ácido acrílico, ácido metacrílico, estireno, vinil tolueno, acetato de vinil, ésteres vinílicos dos ácidos carboxílicos superiores do que o ácido acético, por exemplo, versatato de vinil, acrilonitril, acrilamida, butadieno, etileno, cloreto de vinil e semelhantes, e suas misturas.
[238] Por exemplo, um polímero de látex pode ser um acrilato de butil/metacrilato de metil ou copolímero de um copolímero de metacrilato de 2-etilhexil acrilato/metil. Preferivelmente, o látex de polímero é ainda derivado de um ou mais monômeros selecionados a partir do grupo que consiste de estireno, alfa-metil-estireno, cloreto de vinil, acrilonitril, metacrilonitril, ureído metacrilato, acetato de vinil, ésteres de vinil dos ácidos monocarboxílicos terciários ramificados, ácido de itacônico, ácido crotônico, ácido maleico, ácido fumárico, etileno e C4-C8 dienos conjugados.
Agente de Supressão de Eflorescência
[239] Os agentes repelentes de água tais como silanos, silicones, siloxanos, os estearatos podem ser adicionados às composições de cimento de algumas modalidades da invenção para reduzir o potencial de eflorescência do material. Exemplos selecionados dos agentes de supressão de eflorescência úteis incluem octiltrietoxi silano, metil-siliconato de potássio, estearato de cálcio, estearato de butil, estearato de polímero. Estes agentes de controle de eflorescência reduzem o transporte da água no interior do material endurecido e, assim, minimiza a migração de sais e outras substâncias químicas solúveis que podem potencialmente causar eflorescência. Eflorescência em excesso pode levar à estética pobre, danos materiais e perturbação das reações expansivas que ocorrem devido ao acúmulo de sal e hidratação de sal, e redução na força de ligação com outros substratos e revestimentos de superfície.
Agentes Antiespumantes
[240] Agentes anti-espuma podem ser adicionados às composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção para reduzir a quantidade de ar retido, aumentar a resistência do material, aumentar a resistência de união de material para outros substratos, e para produzir uma superfície livre de defeito, nos pedidos onde a aparência superficial é um critério importante. Exemplos de agentes antiespumantes adequados úteis nas composições de geopolímero de algumas modalidades da invenção incluem os óxidos de polietileno, polieteramina, polietileno glicol, polipropileno glicol, os alcoxilatos, polialcoxilato, alcoxilatos de álcoois graxos, ésteres hidrofóbicos, fosfato de tributilo, os poliacrilatos de alquil, silanos, silicones, polissiloxanos , poliéter-siloxanos, dióis acetilénicos, tetrametil decinediol, etoxilatos de álcool secundário, óleo de silicone, sílica hidrófoba, óleos (óleo mineral, óleo vegetal, óleo branco), ceras (ceras de parafina, ceras de ésteres, ceras de álcool graxo), amidas de ácidos graxos, poliéter derivados de ácidos graxos, etc.
Temperatura da Pasta Fluida Inicial
[241] Em algumas modalidades da presente invenção, é preferível para formar pasta fluida nas condições que fornecem um ligante inicial reduzido a temperatura da mistura da pasta fluida e a elevação de menos de aproximadamente 50°F (28° C) a uma temperatura da pasta fluida da mistura ligante final, mais de preferência, um aumento de menos de cerca de 40°F (22°C) e mais de preferência, um aumento de menos de cerca de 30°F (17° C) para a estabilidade de temperatura melhorada e mais importante, gelação mais lenta e os tempos de ajuste final de cerca de 10 para cerca de 240 minutos, mais de preferência cerca de 60 para cerca de 120 minutos e mais de preferência cerca de 30 para cerca de 60 minutos, permite um tempo de trabalho mais controlado para utilização comercial das composições ligantes. A temperatura inicial da suspensão, de preferência cerca da temperatura ambiente.
[242] O aumento da temperatura inicial da pasta fluida aumenta a velocidade de subida da temperatura, como as reações prosseguem e reduzem o tempo de ajuste. Assim, a temperatura da pasta fluida inicial de 95°F (35°C) a 105°F (41,1°C), utilizado na preparação convencional das composições ligantes geopoliméricas com base de cinzas volantes para gelação rápida e programação de tempos é de preferência evitada em algumas modalidades da invenção, uma vez a formulação da composição destina-se a reduzir o comportamento aumentando a temperatura da mistura a partir das temperaturas iniciais das pastas fluidas. O benefício da estabilidade térmica obtida com muitas modalidades da presente invenção para aumentar o tempo de gelação inicial e tempos de ajuste final, o que, por sua vez, permite uma maior trabalhabilidade comercial da composição, pode ser um pouco diminuída, se a temperatura inicial da pasta fluida já está relativamente elevada.
[243] A "temperatura inicial"é definida como a temperatura da mistura total, durante a primeira hora após o cimento de pó reativo, ativador, e água estão primeiramente todos presentes na mistura. Claro, que a temperatura da mistura total pode variar durante o primeiro minuto mas, para atingir uma estabilidade térmica preferencial, permanecerá dentro da taxa de temperatura inicial de 0 a aproximadamente 50°C, mais de preferência uma taxa de temperatura inicial de cerca de 10 a 35°C, ainda mais, de preferência uma taxa de temperatura inicial de cerca de 15 a 25°C, de preferência de temperatura ambiente.
Material Exotérmico e Comportamento da Elevação de Temperatura
[244] Composições de algumas modalidades da presente invenção vantajosamente atingem evolução do calor moderado e baixa temperatura elevada dentro do material durante a fase de cura. Em tais composições de algumas modalidades da invenção, o aumento da temperatura máxima ocorrendo no material é de preferência menos de cerca de 50oF (28°C), mais de preferência menos de cerca de 40oF (22°C) e mais de preferência menos de cerca de 30oF (17°C). Isso impede a expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais vantajoso quando o material é utilizado de uma maneira em grandes espessuras de material de despejo estão envolvidos nos pedidos de campo atual. As composições de cimento de geopolímero da presente invenção são benéficas a este aspecto particular que estes exibem a expansão térmica mais baixa e maior resistência ao craqueamento térmico nos pedidos de campo atuais.
EXEMPLOS
[245] Nos exemplos aqui, como mencionado acima, os percentuais de composição ou fórmulas dos produtos são percentagens em peso, salvo indicação expressa em contrário. As medidas relatadas também em valores aproximados, a menos que expressamente declarado, por exemplo, percentuais aproximados, pesos, temperaturas, distâncias ou outras propriedades. Também, a menos que indicado de outra forma FASTROCK 500 tipo cimento de sulfoaluminato de cálcio, disponível da companhia de cimento do CTS é empregado como um componente de cimento em pó reativo. FASTROCK 500 tem um tamanho de partícula média de cerca de 5 mícron com 95% de partículas mais finas do que cerca de 25 mícron. A finura Blaine medida de FASTROCK 500foi cerca de 6780 cm2/g. A composição do óxido de FASTROCK 500 foi analisada e é mostrada na TABELA AA: TABELA AA
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[246] As principais fases presentes no cimento de sulfoaluminato de cálcio de FASTROCK 500 empregado nos exemplos incluem C4A3S, C2S, C4AF, e CS.
[247] Em todos os exemplos, salvo indicação em contrário, a cinza volante é a cinza volante da Classe C de Campbell Power Plant, West Olive, MI. Esta cinza volante tem um tamanho de partícula média de aproximadamente 4 mícron. A finura de Blaine medida das cinzas volantes é de cerca de 4300 cm2/g. A composição do óxido das cinzas volantes da Classe C utilizada nos exemplos é apresentada na TABELA AA.
[248] O sulfato de cálcio dihidrato incluído em um certo número de exemplos é um de sulfato de cálcio dihidrato de granulação fina, aqui denominado como landplaster ou de grão fino de landplaster, disponível do United States Gypsum Company O landplaster de granulação fina tem um tamanho médio de partícula de cerca de 15 mícron.
[249] O sulfato de cálcio anidro (anidrita) incluído em alguns dos exemplos é enchimento da marca SNOW WHITE disponível da United States Gypsum Company. O enchimento da USG SNOW WHITE é uma forma insolúvel da anidrita produzida pelo tratamento térmico de alta temperatura do sulfate de cálcio, tipicamente de gesso. Tem um nível muito baixo de umidade combinada quimicamente, de preferência cerca de 0,35%. O tamanho da partícula média do enchimento USG SNOW WHITE é aproximadamente de 7 mícron.
[250] O sulfato de cálcio hemi-hidrato incluído em um certo número de exemplos é USG HYDROCAL de base C na marca de sulfato de cálcio hemi-hidrato disponível do United States Gypsum Company. HYDROCAL de base C é uma forma morfológica alfa do sulfato de cálcio hemi-hidratado tendo microestrutura o cristal maciço e baixa demanda de água. A USG HYDROCAL de base C tem um tamanho médio de partícula de cerca de 17 mícron.
[251] Granulação grossa do sulfato de cálcio di-hidratado, caso contrário, identificado aqui como landplaster grosseiros ou landplaster de granulação grossa, empregados em uma série de exemplos foi obtido a partir da United States Gypsum Company com nome comercial USG BEN FRANKLIN AG brand Coarse Gypsum. A marca de gesso grossa USG BEN FRANKLIN AG é um sulfato de cálcio di-hidrato com um tamanho médio de partícula de cerca de 75 a cerca de 80 mícron.
[252] A granulação fina de sulfato de cálcio dihidrato incluído em um certo número de exemplos é USG TERRA ALBA F&P marca da United States GypsumCompany. O enchimento USG TERRA ALBA F&P é um elevado grau de pureza de sulfato de cálcio dihidratado, com um tamanho médio de partícula de cerca de 13 mícron.
[253] O Quikrete de granulação fina No. 1961 Areia Fina incluída em alguns exemplos tem um tamanho de partícula como mostra a TABELA BB:
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[254] A areia UNIMIN 5030 incluída em alguns exemplos tem um tamanho de partícula, como mostrado na TABELA BB.
[255] Citrato de potássio ou citrato de sódio é o citrato de metal alcalino, adicionado a alguns dos exemplos das composições de cimento de algumas modalidades da invenção e age como um ativador químico, modificador de reologia e agente de controle de endurecimento.
[256] O tempo de pega inicial e o tempo de pega final aqui indicado foram medidos usando a norma ASTM C266 (2008) usando as agulhas de Gilmore.
[257] O abatimento e o comportamento de fluxo das composições de geopolímero de cimento de algumas modalidades desta invenção são caracterizados por um ensaio de abatimento. O ensaio de abatimento neste documento utiliza um cilindro oco cerca de 5,08 cm. (2 in.) diâmetro e cerca de 10,16 cm. (4 in.) comprimento mantido verticalmente com uma extremidade aberta, repousando sobre uma superfície lisa de plástico. O cilindro está cheio até o topo com a mistura de cimento seguida por golpear a superfície superior para remover a mistura de pasta fluida em excesso. O cilindro é então levantado suavemente para cima na vertical para permitir que a pasta fluida saia a partir da parte inferior e se espalhe sobre a superfície do plástico para formar uma pastilha circular. O diâmetro da pastilha é então medido e registrado como o abatimento do material. Como usado aqui, composições com comportamento de fluxo bom produzem um valor maior de abatimento. O fluxo da pasta fluida caracteriza-se por classificação da fluidez da pasta em uma escala de 1 a 10, com um valor de 1, que representa um comportamento de fluxo muito pobre e um valor de 10 que representa o comportamento de fluxo excelente.
[258] Encolhimento do material (também aqui referidos como "encolhimento") como aqui utilizado é caracterizado medindo a variação de comprimento da amostra de prismas de acordo com a norma ASTM C928 (2009) padrão de teste. A medida do comprimento inicial é feita 4 horas após os componentes de matérias-primas individuais, incluindo a água são reunidas. A medição final é feita 8 semanas após os componentes, incluindo a água foram reunidos. A diferença entre as medidas iniciais e finais, dividida pelo tempo do comprimento inicial de 100% dá o encolhimento como uma porcentagem. A 1 pol. x 1 em. (secção transversal) espécimes de prisma muda o comprimento, também referidas como barras, são preparadas de acordo com a norma ASTM C157 (2008).
[259] A resistência à compressão de materiais, tal como aqui utilizado é medido em conformidade com a norma ASTM C109 (2008) método de teste por ensaios de 2 pol. X2 em. X2 em. cubos para falha sob compressão. Os cubos são desmoldados a partir dos moldes de bronze, após o endurecimento e a cura em sacos plásticos selados até a idade de teste. Os cubos são testados com a idade de cerca de 4 horas, cerca de 24 horas, cerca de 7 dias e cerca de 28 dias após fundido. Em alguns exemplos, os cubos são submetidos à saturação durante 7 dias após o término de 28 dias de cura em sacos plásticos. Esses cubos são testados em compressão na condição saturada imediatamente após retirá-los da água e superfície de secagem.
[260] O comportamento de elevação da temperatura da pasta fluida tendo utilizado aqui é medido no estado semiadiabáticas, colocando a suspensão em um recipiente isolado, e a temperatura do material de gravação usando um termopar.
[261] Muitos dos exemplos mostram as propriedades físicas das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção compreendendo mineral de aluminossilicato ativado termicamente (cinzas volantes), cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio e ativadores químicos de metais alcalinos. Este exemplo ilustra a influência da incorporação de cimento de sulfoaluminato de cálcio em combinação com sulfato de cálcio e de ativador químico de metal alcalino sobre o comportamento de material de encolhimento, resistência à compressão inicial, resistência à compressão final, comportamento exotérmico e configurando as características do geopolímero desenvolvido das composições de cimento de algumas modalidades da invenção.
[262] Composições de algumas modalidades da presente invenção, vantajosamente, conseguem libertação de calor moderada e baixa elevação de temperatura no interior do material durante a fase de cura. Em tais composições, o aumento máximo de temperatura que ocorre no material é de preferência inferior a cerca de 50° F (28°C), mais preferencialmente inferior a cerca de 40°F (22°C) e ainda mais preferencialmente inferior a cerca de 30°F (17°C) .. Isso impede a expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais vantajoso quando o material é utilizado de uma maneira em grandes espessuras de material de despejo estão envolvidos nos pedidos de campo atual. As composições de cimento de geopolímero da presente invenção investigadas discutidas são benéficas a este aspecto particular que estes exibem a expansão térmica mais baixa e maior resistência ao craqueamento térmico nos pedidos de campo atuais.
[263] As composições da invenção, de algumas modalidades da invenção também atingem longos tempos de ajuste para uma boa trabalhabilidade. Um tempo de ajuste extremamente curto é problemático por algumas modalidades da invenção para pedidos como um material de trabalho de curta vida (vida útil) provoca dificuldades significativas com a transformação de materiais de ajuste rápido usando o equipamento e ferramentas envolvidas no pedido do campo real.
Exemplo 1 - Exemplo Comparativo das Composições de Cimento Geopolímero Conhecida
[264] O exemplo a seguir ilustra as propriedades físicas das composições de cimento comparativas compreendendo cinza volante da classe C e um citrato de metal alcalino. Os resultados do teste mostram o comportamento de encolhimento, resistência à compressão inicial e final, e o comportamento de ajuste das composições de cimento mostrados na TABELA 1. Todas as três misturas foram ativadas com citrato de potássio e quantidades variadas contendo areia. Todas as três misturas tinham cerca de 100 partes em peso de cinzas volantes da classe C e cerca de 100 partes em peso de Materiais de Cimento Total. Em outras palavras todo o material cimento era o cinza volante da classe C.
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[265] FIG. 1A mostra o comportamento de encolhimento das composições de cimento investigados no Exemplo Comparativo 1.
[266] As medições de encolhimento foram iniciadas com uma idade de quatro horas a partir do momento em que os materiais crus foram misturados em conjunto e fundido. Pode-se observar que as composições de cinzas volantes ativadas com um citrato de metal alcalino demonstrou extremamente elevada a quantidade de encolhimento. A medida de encolhimento máxima foi encontrada para ser tão elevada quanto cerca de 0,75% ao fim de 8 semanas de cura em cerca de 75oF/50% RH. Aumento do teor de areia diminuiu o grau de encolhimento, mas a retração global ainda manteve-se em níveis muito elevados. Esses altos níveis do material encolhimento tornam o material completamente insatisfatório para a maioria dos pedidos de construção. Deve notar-se que para a maioria dos pedidos de construção, encolhimento em excesso de cerca de 0,10% é considerado elevado e indesejável.
Comportamento de Fluxo Inicial, Abatimento, e Comportamento de Craqueamento Inicial do Material
[267] TABELA 2 mostra o comportamento de fluxo inicial e queda das composições de cimento investigado no Exemplo Comparativo 1.
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[268] A composição da cinza volante ativada com um metal alcalino citrato teve um comportamento de fluxo bom em razão de areia/cimento de cerca de 0,75. A pasta fluida perdeu a sua fluidez a uma pequena extensão, quando a relação areia/cimento foi aumentada para cerca de 1,5. Numa razão areia/cimento de cerca de 2,5, a mistura tornou-se extremamente rígida e não tinha características de fluxo.
[269] FIG. 1B mostra a fotografia de abatimento pastilha para a Mistura #1 investigada no Exemplo Comparativo 1. O abatimento pastilha desenvolveu um craqueamento significativo em cima da secagem. A iniciação dos craqueamento nos patties ocorreu em menos do que aproximadamente 30 minutos após o teste do abatimento. O número dos craqueamentos e o tamanho das rachaduras cresceram com secagem e endurecimento do material subsequente.
Tempo do Ajuste
[270] TABELA 3 mostra o comportamento de pega das composições de cimento investigado no Exemplo Comparativo 1.
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[271] As composições de cimento neste Exemplo tiveram pega extremamente rápida. Todas as misturas gelificadas acima muito rapidamente e comportamento perdido do fluxo em menos do que aproximadamente 5 minutos depois que as matérias-primas foram misturadas junto à forma de uma pasta fluida aquosa.
Resistência Compressiva.
[272] A TABELA 4 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento investigados no Exemplo Comparativo 1. Todas as composições de cinza volante mostraram o desenvolvimento da resistência compressiva no excesso de aproximadamente 7000 psi por a aproximadamente 28 dias
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.
Exemplo 2 - Exemplo Comparativo
[273] Este exemplo investiga a estabilidade dimensional inicial e resistência à quebra das composições de cimento comparativas compreendendo cinza volante e citrato de metal alcalino. TABELA 5 mostra a composição de matéria-prima da mistura da composição investigada. As misturas foram ativadas com citrato de sódio e quantidades variadas confinadas de areia. As misturas tinham cerca de 100 partes por peso de Cinza Volante da Classe C e cerca de 100 partes por peso dos Materiais de cimento Total. Em outras palavras todo o material cimento era o cinza volante da classe C.
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Comportamento do Encolhimento do Material Inicial
[274] FIG. 2A mostra uma fotografia de abatimento pastilha para a mistura investigada no Exemplo Comparativo 2. O abatimento pastilha desenvolveu um craqueamento significativo em cima da secagem. A iniciação dos craqueamento na pastilha ocorreu em menos do que aproximadamente 30 minutos após o teste do abatimento. O número dos craqueamentos e o tamanho das rachaduras cresceram significativamente com a secagem e endurecimento do material subsequente.
Comportamento da Resistência à Compressão da Composição do Exemplo Comparativo 2
[275] Tabela 5A mostra o comportamento de resistência à compressão da mistura no Exemplo Comparativo 2. As resistências compressivas inicial da composição foram relativamente baixas, sendo menos de cerca de 500 psi em 4 horas e menos de cerca de 2000 psi em 24 horas. Como será mostrado mais tarde nos exemplos, as composições de geopolímero das modalidades da invenção desenvolvem significativamente maior resistência à compressão nestas mesmas idades iniciais com relações equivalentes de água/cimento. Como se mostra nos exemplos das modalidades específicas da presente invenção, as resistências de compressão de idade inicial pode ser facilmente adaptada ajustando o tipo e a quantidade de sulfato de cálcio, a quantidade de cimento sulfoaluminato de cálcio, e o tipo e quantidade do ativador de metal alcalino usado nas composições das modalidades da invenção.
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Exemplo 3: Exemplo Comparativo
[276] Este exemplo investigado da idade inicial da estabilidade dimensional e resistência à quebra das composições de cimento comparativas compreendendo cinza volante e citrato de metal alcalino. TABELA 5 mostra a composição de matéria-prima da mistura da composição investigada.
Comportamento do Encolhimento do Material Inicial
[277] FIG. 3A mostra uma fotografia de abatimento pastilha para a mistura investigada no Exemplo Comparativo 3. O abatimento pastilha desenvolveu um craqueamento significativo em cima da secagem. A iniciação dos craqueamento no pastilha ocorreu em menos do que aproximadamente 30 minutos após o teste do abatimento.
Comportamento da Resistência à Compressão da Composição do Exemplo Comparativo 3
[278] Tabela 5B mostra o comportamento de resistência à compressão da mistura no Exemplo Comparativo 3. As resistências compressivas inicial da composição foram relativamente baixas, sendo menos de cerca de 500 psi em 4 horas e menos de cerca de 1500 psi. Como se mostra nos exemplos posteriores das modalidades específicas da invenção, as resistências de compressão de idade inicial pode ser facilmente adaptada ajustando o tipo e a quantidade de sulfato de cálcio, a quantidade de cimento sulfoaluminato de cálcio, e o tipo e quantidade do ativador de metal alcalino usado nas composições das modalidades da invenção.
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Comportamento de Encolhimento
[279] FIG. 3B mostra o comportamento de encolhimento de idade inicial da composição de cimento no Exemplo Comparativo 3.
[280] As medidas de primeiros encolhimentos iniciais foram iniciados em uma idade de 1 hora do tempo das matérias-primas que foram misturadas e fundidas. A composição ativadas das cinzas volantes com um citrato de metal alcalino demonstrou a quantidade extremamente elevada de encolhimento. O encolhimento máximo medido foi encontrado para estar em excesso de cerca de 1% ao fim de 8 semanas de cura de cerca de 75oF/50% de RH. Esses altos níveis do material encolhimento tornam o material insatisfatório para a maioria dos pedidos de construção. Na maioria dos pedidos de construção, o encolhimento em excesso de cerca de 0,10% é considerado altamente indesejável.
Exemplo 4: A adição de cimento de sulfoaluminato de cálcio para cinzas volantes - Exemplo Comparativo
[281] Este exemplo mostra as propriedades físicas das composições de cimento compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino. Este estudou a influência da incorporação de cimento de sulfoaluminato cálcio no encolhimento e resistência à quebra das composições de cimento que compreendem cinzas volantes e citrato de metal alcalino.
[282] TABELAS 6 e 7 mostram as composições das matérias-primas de várias misturas de cimento 1-4 investigadas neste Exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio utilizada em várias composições das misturas foi variado de cerca de 20% em peso a cerca de 80% em peso do peso de cinzas volantes.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Abatimento, e Comportamento de Craqueamento Inicial do Material
[283] TABELA 8 mostra o comportamento do fluxo inicial e abatimento das misturas binárias das cinzas volantes e do cimento de sulfoaluminato de cálcio investigados no Exemplo 4. Todas as misturas investigadas tiveram comportamento de fluxo bom e grande diâmetro pastilha como observado no ensaio de abatimento.
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[284] FIG. 4A mostra uma fotografia de pastilhas de abatimento para as Misturas 1 e 2 investigadas no Exemplo 4. As FIGs. 4B e 4C mostram fotografias de pastilhas de abatimento para as Misturas 3 e 4, respectivamente, no Exemplo 4 investigado. Todos os pastilhas de abatimento desenvolvido significativa rachaduras após a secagem. A iniciação de rachaduras nas patties começou a ocorrer assim que cerca de 10 minutos depois de as matérias-primas foram misturadas em conjunto. O número dos craqueamentos e o tamanho das rachaduras cresceram significativamente com a secagem e endurecimento do material subsequente. Mistura 1 com uma menor quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio desenvolvido a menor quantidade de craqueamento. A adição de cimento de sulfoaluminato de cálcio para composições de cinzas volantes ativadas com citrato de metal alcalino conduziu a um material dimensionalmente instável propenso a craqueamento excessivo durante a secagem e o endurecimento.
Comportamento de Encolhimento
[285] Espécimes de prisma retangular foram lançadas para a caracterização do comportamento de encolhimento das misturas investigadas. A FIG. 4D mostra fotografias dos espécimes para Mistura 1, Mistura 2 (amostras 2-1 e 2-2), Mistura 3 (amostras 3-1 e 3-2) e Mistura 4 (amostras 4-1 e 4-2) (da esquerda para a direita), tomada cerca de 4 horas depois que eles foram fundidos no molde. A FIG. 4D mostra que todas as expressas espécimes de prisma craqueadas no molde. Todas as barras encolheu extremamente significativamente e rachou dentro de algumas horas após fundidas nos moldes próprios (antes de-moldagem) .. Largura das rachaduras foram medidas e a quantidade total de encolhimento para estas misturas foi determinada como sendo superior a cerca de 1,0%, com a idade espécimes de cerca de 24 horas.
Exemplo 5
[286] Um dos objetivos desta investigação foi estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) em quantidades variáveis nas composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[287] As TABELAS 9 e 10 mostram as composições das matérias- primas de misturas de cimento de geopolímero investigados neste Exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio utilizado nas composições de mistura do presente Exemplo foi igual a cerca de 40% em peso do peso das cinzas volantes. O sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) foi adicionado a diferentes níveis de quantidade (cerca de 25% em peso, cerca de 50% em peso, cerca de 75% em peso, e cerca de 100% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio) nas composições das misturas investigadas. A proporção água/materiais de cimento utilizados neste exemplo foi mantida constante a 0,25.
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Comportamento Inicial Fluxo, Abatimento, e Comportamento de Craqueamento Inicial do Material
[288] A TABELA 11 mostra as características de comportamento do fluxo inicial e abatimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção comparando cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 5. Pode ser claramente observado que todas as composições de mistura investigados tiveram um bom comportamento de autonivelamento e de fluxo, tal como indicado pela grande diâmetro de pastilha no ensaio de abatimento. É particularmente digno de nota que estes grandes valores de abatimento e comportamento de autonivelamento foram obtidos mesmo em uma proporção de água/materiais de cimento tão baixo como cerca de 0,25.
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[289] FIG. 5A mostra fotografias de pastilhas de abatimento para as composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 5. Os pastilhas de abatimento deste Exemplo não desenvolveram nenhum craqueamento após a secagem como aconteceu para as misturas de cimento de Exemplo Comparativo 4 não contendo sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster) .. Assim, o sulfato de cálcio di-hidratado incorporado (landplaster refinado) com a mistura de cimento que compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino fornece composições de cimento de geopolímero dimensionalmente estável que possua uma resistência superior ao craqueamento.
Comportamento de Encolhimento
[290] FIG. 5B mostra um gráfico do comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 5. O principal objetivo desta investigação foi o estudo da influência da incorporação de cálcio de cimento sulfoaluminato em combinação com um sulfato de cálcio sob a forma de grão fino dihidrato de sulfato de cálcio no comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[291] As medições de encolhimento foram iniciadas com uma idade de cerca de 4 horas a partir do momento em que as matérias-primas foram misturadas em conjunto para formar uma pasta fluida aquosa. O encolhimento do material foi medido durante um período total de cerca de 8 semanas, durante o endurecimento do material de cerca de 75oF/50% RH.
[292] As seguintes conclusões podem ser tiradas desta investigação e FIG. 5B:
[293] A incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) teve um impacto significativo na melhoria da resistência ao craqueamento e estabilidade dimensional das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção que compreendem ainda cinzas volantes, cimento sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino. Ao contrário do que as barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem sulfato de cálcio di-hidratado), que rachado antes mesmo da de- moldagem, as barras de craqueamento do Exemplo 5 compreendendo sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) foram estáveis e não evidenciaram rachaduras indicando estabilidade dimensional inaceitável ou encolhimento indesejável nas barras, antes ou depois da de-moldagem.
[294] A medida do encolhimento máximo das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di- hidratado (landplaster refinado), e citrato de metal alcalino, foi significativamente menor do que das composições de cimento comparativas contendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1). Por exemplo, as composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) e citrato de metal alcalino tinha o encolhimento máximo medido variando entre cerca de 0,07% a cerca de 0,13% em comparação com o encolhimento máximo de cerca de 0,75% para a mistura comparativa contendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1). Assim, pode concluir-se que a adição de di-hidrato de sulfato de cálcio sob a forma de landplaster refinadas para composições de cimento compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino ajuda a reduzir muito significativamente o encolhimento do material.
[295] Num baixo sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão fino) quantidade de cerca de 25% em peso, o encolhimento de medida máxima foi de cerca de 0,13% ao fim de 8 semanas de cura a 75oF/50% RH. Um aumento adicional no sulfato de cálcio (landplaster de grão fino) quantidade nas composições de cimento de algumas modalidades da invenção reduziu o encolhimento do material muito significativamente. Em um sulfato de cálcio (landplaster de grão fino) quantidade de cerca de 50% em peso, o encolhimento do material máximo medido foi reduzido para cerca de 0,08%. Da mesma forma, em um sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) quantidade de cerca de 75% em peso e cerca de 100% em peso, o encolhimento do material máximo medido foi reduzido ainda mais, para cerca de 0,07%.
[296] Evolução do Calor e Comportamento da Elevação da Temperatura da Pasta Fluida
[297] FIG. 5C mostra um gráfico do comportamento da elevação da temperatura da pasta fluida e exotérmica das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 5. As composições de cimento do Exemplo 5, que compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio hidratado (landplaster de grão refinado) e citrato de metal alcalino demonstrou um comportamento da elevação da temperatura muito moderado. A evolução de calor moderada e baixa elevação de temperatura no interior do material durante a fase de cura são eficazes para evitar a expansão térmica excessiva e consequente do craqueamento e ruptura do material. Este aspecto torna- se ainda mais vantajoso quando o material é utilizado de uma maneira em grandes espessuras de material de despejo estão envolvidos nos pedidos de campo atual. As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigadas neste Exemplo são revelados como sendo altamente vantajosos neste aspecto particular, pois iria levar a uma expansão térmica mais baixa e maior resistência ao craqueamento térmico nos pedidos de campo atual.
Tempo do Ajuste
[298] TABELA 11 mostra um gráfico de barras do tempo de ajuste das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 5.
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[299] Todas as composições de cimento investigados no Exemplo 5 tinham um comportamento de ajuste rápido com tempos de ajuste final de cerca de 20 a cerca de 40 minutos. As composições de cimento desenvolvidas de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado), e citrato de metal alcalino tinham relativamente mais tempo de ajuste do que as composições de cimento comparativas compreendendo somente cinzas volantes e citrato de metal alcalino como pode ver no Exemplo 1. Para a composição de cimento comparativa compreendendo cinza volante e citrato de metal alcalino do Exemplo 1, o tempo de ajuste final foi cerca de 15 minutos. Um tempo extremamente curto de ajuste é problemático em algumas modalidades das invenções para alguns pedidos uma vez que proporcionam uma curta vida de trabalho (vida útil) que causam dificuldades significativas com processamento e colocação do material de ajuste rápido nos pedidos de campo real.
[300] Nas modalidades da presente invenção mostrada neste exemplo inesperadamente verificou que quando o mineral de aluminossilicato, ativador de metais alcalinos, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio foram misturados, a reação resultante foi exotérmica menos do que as duas reações separadas e tempo de gelação e tempo de endurecimento estendiam-se significativamente.
[301] Também verificou que existe uma redução significativa no encolhimento do material quando o mineral de aluminossilicato e ativador de metais alcalinos reagiram juntamente com cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio, como discutido acima, no parágrafo da descrição.
Resistência Compressiva.
[302] TABELA 12 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 5.
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[303] Este exemplo estudou a influência da incorporação de cimento de sulfoaluminato de cálcio em combinação com um sulfato de cálcio sob a forma de landplaster de grão refinado tanto na comportamento de resistência à compressão inicial e final das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção. Os dados indicam a seguir:
[304] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção, continuou a aumentar com o tempo.
[305] A resistência inicial (cerca de 4 horas e cerca de 24 horas) das misturas aumentou com o aumento da quantidade de sulfato de cálcio (landplaster) na composição de cimento.
[306] A resistência à compressão inicial de 4 horas do material foram em excesso de cerca de 1500 psi com a utilização de sulfato de cálcio di- hidratado sob a forma de landplaster de grão refinado como um componente das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção. Além disso, a resistência compressiva de 4 horas da Mistura 3 e Mistura 4 contendo sulfato de cálcio di-hidratado sob a forma de landplaster de grão refinado em quantidades mais elevadas foram acima de cerca de 3000 psi.
[307] A resistência à compressão inicial ou seja de 24 horas do material foram em excesso de cerca de 3500 psi com a utilização de sulfato de cálcio di-hidratado sob a forma de landplaster de grão refinado como um componente das composições de cimento de geopolímero investigadas de algumas modalidades da invenção. Além disso, as resistências compressivas de 24 horas da Mistura 3 e Mistura 4 contendo sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) em quantidades mais elevadas foram acima de cerca de 4500 psi.
[308] As resistências compressivas de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção foram muito altas e superiores a 5000 psi. As resistências compressivas de 28 dias da Mistura 1 a 3 contiveram cerca de 6000 psi ou maior.
Exemplo 6
[309] Um dos objetivos desta investigação foi estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) em quantidades variáveis nas composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[310] TABELAS 14 mostra as composições das matérias-primas de misturas de cimento de geopolímero investigados neste Exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio utilizado nas composições de mistura do presente Exemplo foi igual a 40% em peso do peso das cinzas volantes. Sulfato de cálcio di-hidrato (landplaster de grão refinado) foi adicionado a diferentes níveis de quantidade de 125% em peso, 150% em peso, 175% em peso, e 200% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio e 50, 60, 70 e 80 em peso. % de cinzas volantes, em várias composições das misturas investigadas. A proporção água/materiais de cimento utilizados neste exemplo foi mantida constante a 0,25. QUIKRETE Commercial Grade Areia Fina No. 1961 e BASF CASTAMENT FS20 superplastificante também foram adicionados.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Abatimento, e Comportamento de Craqueamento Inicial do Material
[311] A TABELA 15 mostra as características de comportamento do fluxo inicial e abatimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 6.
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[312] Todas as composições da mistura investigados tiveram um bom autonivelamento, o comportamento do fluxo e grande diâmetro pastilha como observado no ensaio de abatimento. O grande abatimento e comportamento de autonivelamento foi obtido mesmo em proporções de água/materiais de cimento tão baixo como cerca de 0,25.
[313] Os pastilhas de abatimento deste Exemplo não desenvolveram qualquer craqueamento após secagem, em contraste com as misturas de cimento do Exemplo comparativo 4 não contendo sulfato de cálcio di-hidrato (landplaster). Assim, a incorporação pode concluir-se do sulfato de cálcio di- hidratado (landplaster de grão refinado) para a mistura de cimento que compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino fornecendo composições de cimento de geopolímero dimensionalmente estável que possua uma resistência superior ao craqueamento após secagem.
Comportamento de Encolhimento
[314] FIG. 6A mostra o comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 6. Os resultados a partir deste Exemplo mostram a influência sinérgica da incorporação de cimento de sulfoaluminato de cálcio em combinação com um sulfato de cálcio di-hidrato de grão refinado e um citrato de metal alcalino sobre o comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção.
[315] As medições de encolhimento foram iniciadas com uma idade de cerca de 4 horas a partir do momento em que as matérias-primas foram misturadas em conjunto para formar uma pasta fluida aquosa. O encolhimento do material foi medido durante um período total de cerca de 8 semanas, durante o endurecimento do material de cerca de 75oF/50% RH.
[316] As seguintes conclusões importantes podem ser tiradas desta investigação e FIG. 6A:
[317] A incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado na forma de landplaster de grão refinado teve um impacto significativo na melhoria da resistência ao craqueamento e estabilidade dimensional das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção que compreendem ainda cinzas volantes, cimento sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino. Ao contrário do que as barras de encolhimento do Exemplo comparativo 4 (sem sulfato de cálcio), que rompido antes mesmo de-moldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 6 que compreendem sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão fino) foram completamente estáveis e não resultaram em quaisquer fissuras ou antes ou depois da de- moldagem.
[318] A medida do encolhimento máximo das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di- hidratado (landplaster refinado), e citrato de metal alcalino, foi significativamente menor do que das composições de cimento comparativas compreendendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1). Por exemplo, as composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado), e citrato de metal alcalino tinha um encolhimento máximo entre cerca de 0,09% a cerca de 0,12% em comparação com um encolhimento máximo de cerca de 0,75% para a mistura compreendendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1) .. Assim, a adição de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado) para composições de cimento compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino ajudam a reduzir significativamente o encolhimento do material.
[319] Aumento na quantidade de landplaster em níveis utilizados neste Exemplo resultou num ligeiro aumento do encolhimento máximo do material. Pode-se observar que, numa quantidade de landplaster de cerca de 125% em peso, do encolhimento do material era cerca de 0,09%. Aumento na quantidade de landplaster a cerca de 200% em peso, resultou num aumento no encolhimento do material a cerca de 0,12%.
Evolução do Calor e Comportamento da Elevação da Temperatura da Pasta Fluida
[320] FIG. 6B mostra um gráfico do comportamento da elevação da temperatura da pasta fluida e exotérmica das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 6. Pode-se observar que as composições de cimento do Exemplo 6 compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado), e citrato de metal alcalino demonstrou apenas um comportamento de elevação da temperatura muito moderada.
[321] A evolução de calor moderada e baixa elevação de temperatura no interior do material durante a fase de cura são eficazes para evitar a expansão térmica excessiva e consequente do craqueamento e ruptura do material. Este aspecto torna-se ainda mais vantajoso quando o material é utilizado de uma maneira em grandes espessuras de material de despejo estão envolvidos nos pedidos de campo atual. As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigadas neste Exemplo são revelados como sendo altamente vantajosos neste aspecto particular, pois iria levar a uma expansão térmica mais baixa e maior resistência ao craqueamento térmico nos pedidos de campo atual.
Tempo do Ajuste
[322] TABELA 16 mostra o tempo de ajuste das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 6, compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado), e citrato de metal alcalino.
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[323] Todas as composições de cimento investigadas neste Exemplo mostraram tempos de ajuste finais que variam de cerca de 35 a cerca de 45 minutos. Em contraste, a composição de cimento comparativa compreendendo cinzas volantes e citrato de metal alcalino do Exemplo 1 teve um tempo muito rápido de ajuste final de cerca de 15 minutos. Resistência Compressiva.
[324] TABELA 17 mostra o comportamento de resistência à compressão inicial e final das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino do Exemplo 6.
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[325] As seguintes observações podem ser extraídas deste estudo:
[326] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigada neste Exemplo continuou a aumentar com o tempo.
[327] A inicial, ou seja, resistência à compressão 4 horas do material foram em excesso de cerca de 2500 psi com a utilização de sulfato de cálcio di-hidratado sob a forma de landplaster de grão refinado como um componente das composições de cimento de geopolímero investigadas de algumas modalidades da invenção. Além disso, as 4 horas de resistência à compressão das Misturas de 1 a 3 foram superiores a cerca de 3000 psi.
[328] A resistência à compressão inicial, ou seja, de 24 horas do material foram em excesso de cerca de 4000 psi com a utilização de sulfato de cálcio di-hidratado sob a forma de landplaster de grão refinado como um componente das composições de cimento de geopolímero investigadas de algumas modalidades da invenção.
[329] As resistências à compressão de 28 dias das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigada neste Exemplo foram muito elevados e, em excesso de 5.000 psi. As resistências à compressão de 28 dias das Misturas de 1 a 3 contendo sulfato de cálcio sob a forma de landplaster de grão refinado foram acima de 6000 psi.
Exemplo 7
[330] Um dos objetivos desta investigação foi estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) em quantidades variáveis nas composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[331] Este Exemplo compara a Mistura Comparativa 1, sem o sulfato de cálcio di-hidratado e Misturas de 2, 3 e 4, que compreende cimento de sulfoaluminato de cálcio e de uma granulação fina de sulfato de cálcio di- hidratado.
[332] Este Exemplo compara a Mistura Comparativa 1, sem o sulfato de cálcio di-hidratado e Misturas 2, 3 e 4, que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio e de uma granulação fina de sulfato de cálcio di- hidratado.
[333] TABELA 18 mostra as composições das matérias-primas de misturas de cimento de geopolímero investigados neste Exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio utilizado nas composições de mistura do presente Exemplo foi igual a 80% em peso do peso das cinzas volantes. Sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado) foi adicionado aos seguintes níveis de quantidade nas composições da mistura investigados - 0% em peso, 10% em peso, 20% em peso e 30% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio o qual é 0, 8, 16 e 24 em peso. % de cinzas volantes. A proporção água/materiais de cimento utilizados neste exemplo foi mantida constante a 0,30. QUIKRETE Commercial Grade Areia Fina No. 1961 e BASF CASTAMENT FS20 superplastificante também foram adicionados.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Abatimento, e Comportamento de Craqueamento Inicial do Material
[334] A Tabela 19 mostra as características de comportamento do fluxo inicial e abatimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 7.
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[335] Todas as composições da mistura investigados tiveram um bom autonivelamento, o comportamento do fluxo e grande diâmetro pastilha como observado no ensaio de abatimento. O grande abatimento e comportamento de autonivelamento foi obtido mesmo em proporções de água/materiais de cimento tão baixo como cerca de 0,3.
[336] FIG. 7A mostra o abatimento pastilha da Mistura comparativa 1 do Exemplo 7, que não continha qualquer sulfato de cálcio di-hidrato (landplaster de grão refinado) significativo craqueamento desenvolvido à secagem. A FIG. 7B mostra pastilhas de abatimento das Misturas 2, 3 e 4 das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção do Exemplo 7 estavam em excelente condição e não desenvolveram quaisquer craqueamento.
Comportamento de Encolhimento
[337] FIG. 7C mostra os dados para o comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigada neste Exemplo.
[338] As medições de encolhimento foram iniciadas com uma idade de cerca de 4 horas a partir do momento em que as matérias-primas foram misturadas em conjunto para formar uma pasta fluida aquosa. O encolhimento do material foi medido durante um período total de cerca de 8 semanas, durante o endurecimento do material de cerca de 75oF/50% RH.
[339] Esta investigação mostrou o seguinte:
[340] Ao contrário do que as barras de encolhimento do Exemplo comparativo 4 (sem sulfato de cálcio), que rompido antes mesmo de- moldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 7 que compreendem sulfato de cálcio (landplaster de grão fino) foram completamente estáveis e não resultaram em quaisquer fissuras ou antes ou depois da de-moldagem.
[341] As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado), e citrato de metal alcalino tinha um encolhimento máximo de menos de cerca de 0,07% em comparação com um máximo encolhimento de cerca de 0,75% para a composição da mistura comparativa contendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1) ..
[342] O encolhimento máximo medido das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di- hidratado (landplaster de grão refinado), e citrato de metal alcalino (Misturas 2, 3 e 4) tinha um encolhimento máximo de menos do que cerca de 0,07%, em comparação com o encolhimento máximo medido de cerca de 0,19% da composição comparativa contendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino somente (Mistura 1) .
Evolução do Calor e Comportamento da Elevação da Temperatura da Pasta Fluida
[343] FIG. 7D mostra um gráfico do comportamento da elevação da temperatura da pasta fluida e exotérmica das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 7. As composições de cimento deste Exemplo 5, que compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio hidratado (landplaster de grão refinado) e citrato de metal alcalino demonstrou um comportamento da elevação da temperatura moderado. A evolução de calor moderada e baixa elevação de temperatura no interior do material durante a fase de cura são eficazes para evitar a expansão térmica excessiva e consequente do craqueamento e ruptura do material. Este aspecto torna-se ainda mais vantajoso quando o material é utilizado de uma maneira em grandes espessuras de material de despejo estão envolvidos nos pedidos de campo atual. As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigadas neste Exemplo são revelados como sendo altamente vantajosos neste aspecto particular, pois iria levar a uma expansão térmica mais baixa e maior resistência ao craqueamento térmico nos pedidos de campo atual.
Tempo do Ajuste
[344] TABELA 20 mostra o tempo de ajuste das composições de cimento de geopolímero Mistura Comparativa 1 e Misturas Inventivas 2, 3 e 4 do Exemplo 7.
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[345] Todas as composições de cimento demonstraram comportamento de ajustamento muito rápido. No entanto, Misturas 2, 3 e 4 da presente invenção compreendem cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio hidratado (landplaster de granulação fina) e citrato de metal alcalino teve um tempo de ajuste relativamente mais longo do que as composições de cimento comparativas compreendendo cinzas volantes e citrato de metal alcalino apenas (Exemplo 1). Os tempos de ajuste final da composição de cimento de geopolímero das Misturas 2, 3 e 4 de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, landplaster, e citrato de sódio foram cerca de 60 a cerca de 90 minutos, em comparação com um tempo de ajuste final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para as composição da mistura comparativa contendo cinzas volantes e citrato de sódio apenas (Exemplo 1) ..
Resistência Compressiva.
[346] TABELA 21 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 7.
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[347] As seguintes observações podem ser feitas:
[348] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigada neste Exemplo continuou a aumentar com o tempo.
[349] Tanto a resistência à compressão inicial e a resistência à compressão final da composição da mistura xcess t e, sem sulfato de cálcio (Mistura 1) foram mais baixos em comparação com aqueles das composições de cimento de algumas modalidades da invenção compreendendo landplaster (Misturas de 2 a 4) ..
[350] A resistência à compressão inicial (4 horas e 24 horas), das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção aumentaram com o aumento da quantidade de sulfato de cálcio dihidrato(landplaster de grão refinado) no material.
[351] A resistência à compressão inicial de 24 horas do material foi em xcess de cerca de 1500 psi com a utilização de sulfato de cálcio di- hidratado (landplaster de grão refinado) como um xcess t das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção. A resistência à compressão de 24 horas das Misturas 3 e 4 foram em xcess de cerca de 2500 psi.
[352] A resistência à compressão dos 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, sulfoaluminato de cálcio, landplaster e xcess de sódio foi muito alto e em xcess de cerca de 5000 psi. A resistência à compressão de 28 dias da Mistura 4 que compreende landplaster xcess quantidade de cerca de 30% em peso (do peso do cimento sulfoaluminato de cálcio) foi em xcess de cerca de 6000 psi.
Exemplo 8
[353] Um dos objetivos desta investigação foi estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) em quantidades variáveis nas composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[354] Este Exemplo descreve as propriedades físicas das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio de grão refinado di-hidrato (isto é, gesso ou landplaster) e citrato de metal alcalino. TABELA 22 mostra as composições das matérias-primas de misturas de cimento de geopolímero investigados neste Exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio utilizado nas composições de mistura do presente Exemplo foi igual a cerca de 80% em peso do peso das cinzas volantes. Landplaster foi adicionado às seguintes quantidades nas composições das misturas investigadas - 40% em peso, 50% em peso, 60% em peso e 80% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio, que é de 32, 40, 48 e 64% em peso das cinzas volantes. A proporção água/materiais de cimento utilizados neste exemplo foi mantida constante a 0,30. QUIKRETE Commercial Grade Areia Fina No. 1961 e BASF CASTAMENT FS20 superplastificante foram adicionados.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Abatimento, e Comportamento do Craqueamento Inicial do Material
[355] A TABELA 23 mostra as características de comportamento do fluxo inicial e abatimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 8.
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[356] Todas as composições da mistura investigados tiveram um bom autonivelamento, o comportamento do fluxo e grande diâmetro pastilha como observado no ensaio de abatimento. É particularmente digno de nota que estes grandes valores de abatimento e comportamento de autonivelamento foram obtidos mesmo em uma proporção de água/materiais de cimento tão baixo como cerca de 0,3.
[357] As pastilhas de abatimento para todas as quatro misturas que compreendem sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado) estavam em excelente estado de conservação e não desenvolveu nenhum craqueamento.
Comportamento de Encolhimento
[358] FIG. 8A mostra o comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 8. As medições de encolhimento foram iniciadas com uma idade de cerca de 4 horas a partir do momento em que as matérias-primas foram misturadas em conjunto para formar uma pasta fluida aquosa. O encolhimento do material foi medido durante um período total de cerca de 8 semanas, durante o endurecimento do material de cerca de 75oF/50% Umidade Relativa (RH) ..
[359] As seguintes conclusões importantes podem ser tiradas desta investigação e FIG. 8A:
[360] Ao contrário do que as barras de encolhimento do Exemplo comparativo 4 (sem sulfato de cálcio), que rompido antes mesmo de- moldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 8 que compreendem sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão fino) foram completamente estáveis e não resultaram em quaisquer fissuras ou antes ou depois da de- moldagem.
[361] As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado), e citrato de metal alcalino tinha um encolhimento máximo entre cerca de 0,07% a cerca de 0,18% em comparação com um encolhimento máximo de cerca de 0,75% para a composição da mistura comparativa contendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1) ..
[362] Aumento de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado) quantidade para além de um certo nível teve um efeito de aumento do encolhimento do material. Por exemplo, em uma quantidade de landplaster de cerca de 40% em peso (Mistura 1), do encolhimento total foi de cerca de 0,07%, em uma quantidade de landplaster de cerca de 60% em peso (Mistura 3), o encolhimento total tendo aumentado para um valor de cerca de 0,13 %, e a uma quantidade de landplaster de cerca de 80% (Mistura 4), o encolhimento total tinha aumentado ainda mais a um valor de cerca de 0,18%.
[363] Comparando os resultados dos testes de encolhimento do Exemplo 7 e Exemplo 8, não é um sulfato de cálcio di-hidratado preferido (landplaster de grão refinado) taxa de quantidade que proporciona o encolhimento mínimo do material. Este intervalo de quantidade de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado) parece ser cerca de 10 a cerca de 50% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio para as composições de cimento investigados nestes exemplos.
Evolução do Calor e Comportamento da Elevação da Temperatura da Pasta Fluida
[364] FIG. 8B mostra um gráfico do comportamento da elevação da temperatura da pasta fluida e exotérmica das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 8. As composições de cimento deste Exemplo 5, que compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio hidratado (landplaster de grão refinado) e citrato de metal alcalino demonstrou somente um comportamento da elevação da temperatura muito moderado. Isso impede a expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais vantajoso quando o material é utilizado de uma maneira em grandes espessuras de material de despejo estão envolvidos nos pedidos de campo atual. As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigadas neste Exemplo são revelados como sendo altamente vantajosos neste aspecto particular, pois iria levar a uma expansão térmica mais baixa e maior resistência ao craqueamento térmico nos pedidos de campo atual.
Tempo do Ajuste
[365] TABELA 24 mostra um gráfico de barras do tempo de ajuste das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 8.
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[366] Todas as composições de cimento investigadas neste Exemplo demonstraram comportamento de ajuste muito rápido. Além disso, o tempos de ajuste final das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção deste Exemplo compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster), e citrato de sódio foram cerca de 60 a cerca de 90 minutos, em comparação com uma extrema rapidez do tempo de endurecimento final de cerca de 15 minutos para o composição da mistura comparativa contendo cinzas volantes e citrato de sódio apenas (Exemplo 1) ..
Resistência Compressiva.
[367] TABELA 25 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 8.
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[368] O exemplo estudou a influência da incorporação de cimento de sulfoaluminato de cálcio em combinação com o sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) e um citrato de metal alcalino, tanto o comportamento da resistência à compressão inicial e final das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção. As seguintes observações podem ser extraídas deste estudo:
[369] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigada neste Exemplo continuou a aumentar com o tempo.
[370] Tanto a resistência à compressão inicial e a resistência à compressão final da composição da mistura, sem o sulfato de cálcio (Mistura do Exemplo 7) foram mais baixos em comparação com aqueles das composições de cimento de algumas modalidades da invenção que compreendem sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) (Misturas de 1 a 4) ..
[371] Comparando os resultados do teste para o Exemplo 7 e Exemplo 8, pode-se observar que a resistência à compressão inicial (4 horas e 24 horas), das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção aumentaram com o aumento da quantidade de sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) no material.
[372] A resistência à compressão inicial (4 horas e 24 horas), das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção em quantidades elevadas de sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) foram muito elevados. As composições da mistura que compreende o sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) em níveis da quantidade igual a cerca de 40% em peso, cerca de 50% em peso e cerca de 60% em peso, tinha resistências à compressão respectiva de cerca de 4 horas superiores a cerca de 1500 psi e a resistência à compressão respectiva de cerca 24 horas foram em excesso de cerca de 4000 psi.
[373] A resistência à compressão inicial de 4 horas e 24 horas mostram que algumas modalidades da invenção são capazes de desenvolver uma maior resistência à compressão significativamente inicial, quando comparado com 4 horas e 24 horas de resistência à compressão de cerca de 500 psi e 2000 psi demonstrado nos exemplos comparativos 2 e 3.
[374] As resistências à compressão dos 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster) e citrato de sódio foram muito altos e em excesso de cerca de 4500 psi. As composições de cimento de algumas modalidades da invenção que compreendem sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado) em níveis de quantidade igual a cerca de 40% em peso, cerca de 50% em peso e cerca de 60% em peso, tinha a resistência à compressão respectiva de 28 dias superior a cerca 6000 psi.
Exemplo 9
[375] Um dos objetivos desta investigação foi estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) em quantidades variáveis nas composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[376] TABELA 26 mostra as composições das matérias-primas de misturas de cimento de geopolímero investigados neste Exemplo.
[377] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio utilizado nas composições de mistura do presente Exemplo foi igual a 80% em peso do peso das cinzas volantes. Sulfato de cálcio di-hidratado sob a forma de landplaster refinado foi adicionado aos seguintes níveis de quantidade nas composições da mistura investigados - 0% em peso, 10% em peso, 20% em peso e 30% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio o qual é 0, 8, 16 e 24 em peso. % de cinzas volantes. A água para materiais de cimento utilizados neste exemplo foi mantida constante a 0,25.
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Abatimento e Comportamento do Craqueamento Inicial do Material
[378] A TABELA 27 mostra as características de comportamento do fluxo inicial e abatimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 9.
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Figure img0063
[379] Todas as composições das misturas investigadas tinham boa reologia e comportamento abatimento, como observado no ensaio de abatimento. É particularmente notável que tão boa reologia e o comportamento abatimento foram obtidos mesmo em uma relação de água/materiais de cimento tão baixa quanto cerca de 0,25.
[380] Todas as misturas contendo sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão fino) estavam em excelente estado e não desenvolveu qualquer craqueamento.
Comportamento de Encolhimento
[381] FIG. 9A mostra o comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 9. O principal objetivo deste trabalho foi estudar a influência da incorporação de cimento de sulfoaluminato cálcio em combinação com um sulfato de cálcio dihidrato de grão refinado (landplaster) e um citrato de metal alcalino no comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas em algumas modalidades da invenção .
[382] As medições de encolhimento foram iniciadas com uma idade de cerca de 4 horas a partir do momento em que as matérias-primas foram misturadas em conjunto para formar uma pasta fluida aquosa. O encolhimento do material foi medido durante um período total de cerca de 8 semanas, durante o endurecimento do material de cerca de 75oF/50% RH.
[383] As seguintes conclusões podem ser tiradas desta investigação e FIG. 9A:
[384] Ao contrário do que as barras de encolhimento do Exemplo comparativo 4 (sem sulfato de cálcio), que rompido antes mesmo de- moldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 9 que compreendem sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão fino) foram completamente estáveis e não resultaram em quaisquer fissuras ou antes ou depois da de- moldagem.
[385] As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção (Exemplo 9), compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão refinado), e citrato de metal alcalino tinha um encolhimento máximo de menos de cerca de 0,07% em comparação com um máximo encolhimento de cerca de 0,75% para a composição da mistura comparativa contendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1) ..
[386] As composições de mistura compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado), e citrato de metal alcalino (Misturas 2, 3 e 4) tinha um encolhimento máximo de menos de cerca de 0,07%, enquanto o encolhimento máximo da Mistura comparativa 1, que compreende as cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, citrato de metal alcalino, mas não o sulfato de cálcio (landplaster) foi muito alto em cerca de 0,17%.
Evolução do Calor e Comportamento da Elevação da Temperatura da Pasta Fluida
[387] FIG. 9B mostra um gráfico do comportamento da elevação da temperatura da pasta fluida e exotérmica das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 9. As composições de cimento deste Exemplo 5, que compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio hidratado (landplaster de grão refinado) e citrato de metal alcalino demonstrou somente um comportamento da elevação da temperatura muito moderado. Além disso, diminuindo a água para proporção de materiais de cimentos de cerca de 0,30 para cerca de 0.25 (comparando os resultados dos Exemplos 7 e 9), não alterou o comportamento da elevação da temperatura para qualquer grau significativo.
[388] A evolução de calor moderada e baixa elevação de temperatura no interior do material durante a fase de cura são significativas em ajudar a prevenir a expansão térmica excessiva e consequente do craqueamento e ruptura do material. Este aspecto torna-se ainda mais útil quando o material é utilizado de uma maneira em grandes espessuras de material de despejo estão envolvidos nos pedidos de campo atual. As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigadas neste Exemplo são revelados como sendo altamente vantajosos neste aspecto particular, pois iria levar a uma expansão térmica mais baixa e maior resistência ao craqueamento térmico nos pedidos de campo atual.
Tempo do Ajuste
[389] TABELA 28 mostra um gráfico de barras do tempo de ajuste das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 9.
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[390] Todas as composições de cimento investigadas neste Exemplo tiveram comportamento de ajuste rápido. Os tempos de ajuste final das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção deste Exemplo compreende cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster), e citrato de sódio foram de cerca de 45 minutos, em comparação com uma extrema rapidez do tempo de endurecimento final de cerca de 15 minutos para o composição da mistura comparativa contendo cinzas volantes e citrato de sódio apenas (Exemplo 1) .. A Mistura Comparativa #1 sem sulfato de cálcio (landplaster) teve um tempo de ajuste significativamente mais curto comparado às misturas 2 a 4 de algumas modalidades da invenção que contem o sulfato de cálcio dihidratado (landplaster). Um tempo de ajuste muito curto é problemático para algumas modalidades da invenção.
Resistência Compressiva.
[391] TABELA 29 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidos de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 9.
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[392] As seguintes observações podem ser extraídas deste estudo:
[393] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção neste Exemplo continuou a aumentar com o tempo.
[394] Tanto a resistência à compressão inicial e a resistência à compressão final da composição da mistura, sem landplaster (Mistura 1) foram mais baixos em comparação com aqueles das composições de cimento de algumas modalidades da invenção compreendendo landplaster (Misturas de 2 a 4) ..
[395] A resistência à compressão inicial (4 horas e 24 horas), das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção aumentaram com o aumento da quantidade de sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) no material.
[396] As resistências à compressão de quatro horas do material foram em excesso de cerca de 1000 psi com a utilização de sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) nas composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados neste exemplo. Além disso, as resistências à compressão de 4 horas da Mistura 3 e Mistura 4 que compreendem sulfato de cálcio (landplaster de grão refinado) foram em excesso de cerca de 1.500 psi e cerca de 2000 psi, respectivamente. Em contraste, na ausência de sulfato de cálcio de dihidrato (landplaster), a resistência à compressão de cerca de 4 horas do material foi relativamente muito baixa sendo inferior a cerca de 400 psi (Mistura 1) ..
[397] As resistências à compressão de vinte e quatro horas do material foram em excesso de cerca de 2500 psi com a utilização de sulfato de cálcio de dihidrato (landplaster de grão refinado) nas composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados neste exemplo. Além disso, as resistências à compressão de cerca de 24 horas da mistura da Mistura 3 e Mistura 4 que compreendem sulfato de cálcio de di- hidrato (landplaster de grão refinado) foram em excesso de cerca de 3500 psi. Em contraste, na ausência de landplaster, a resistência à compressão de cerca de 24 horas do material é inferior a cerca de 1000 psi (Mistura 1) ..
[398] A resistência à compressão inicial de 4 horas e 24 horas mostram que algumas modalidades da invenção são capazes de desenvolver uma maior resistência à compressão significativamente inicial, quando comparado com 4 horas e 24 horas de resistência à compressão de cerca de 500 psi e 2000 psi demonstrado nos exemplos comparativos 2 e 3.
[399] A resistência à compressão dos 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster) e citrato de sódio foi muito alto e em excesso de cerca de 6000 psi.
Exemplo 10
[400] Um dos objetivos desta investigação foi estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado) em quantidades variáveis nas composições ligantes de geopolímero de algumas modalidades da invenção.
[401] TABELA 30 mostra as composições das matérias-primas de misturas de cimento de geopolímero investigados neste Exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio utilizado nas composições de mistura do presente Exemplo foi igual a 80% em peso do peso das cinzas volantes. Sulfato de cálcio di-hidratado sob a forma de landplaster refinado foi adicionado aos seguintes níveis de quantidade nas composições da mistura investigados - 40% em peso, 50% em peso, 60% em peso e 80% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio. O sulfato de cálcio di- hidratado é de 32, 40, 48 e 64 em peso. % de cinzas volantes. A água para materiais de cimento utilizados neste exemplo foi mantida constante a 0,25. A areia utilizada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e do Superplastificante é BASF CASTAMENT FS20.
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Abatimento e Comportamento do Craqueamento Inicial do Material
[402] A TABELA 31 mostra as características de comportamento do fluxo inicial e abatimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio dihidratado (landplaster de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no Exemplo 10.
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[403] Todas as composições das misturas investigadas tinham boa reologia e comportamento abatimento, como observado no ensaio de abatimento. É particularmente notável que tão boa reologia e o comportamento abatimento foram obtidos mesmo em uma relação de água/materiais de cimento tão baixa quanto cerca de 0,25.
[404] Todas as misturas contendo sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão fino) estavam em excelente estado e não desenvolveu qualquer craqueamento.
Comportamento de Encolhimento
[405] FIG. 10A mostra o comportamento de encolhimento das composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção investigados no Exemplo 10.
[406] As medições de encolhimento foram iniciadas com uma idade de cerca de 4 horas a partir do momento em que as matérias-primas foram misturadas em conjunto para formar uma pasta fluida aquosa. O encolhimento do material foi medido durante um período total de cerca de 8 semanas, durante o endurecimento do material de cerca de 75oF/50% RH.
[407] As seguintes conclusões importantes podem ser tiradas desta investigação e FIG. 10A.
[408] Ao contrário do que as barras de encolhimento do Exemplo comparativo 4 (sem sulfato de cálcio), que rompido antes mesmo de- moldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 10 que compreendem sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster de grão fino) foram completamente estáveis e não resultaram em quaisquer fissuras ou antes ou depois da moldagem.
[409] As composições de cimento de geopolímero de algumas modalidades da invenção compreendendo cinzas volantes, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio di-hidratado (landplaster refinado), e citrato de metal alcalino tinha um encolhimento máximo entre cerca de 0,08% a cerca de 0,14% em comparação com um encolhimento máximo de cerca de 0,75% para a composição da mistura comparativa contendo cinzas volantes e apenas citrato de metal alcalino (Exemplo 1).
[410] As misturas da composição compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) e citrato de metal alcalino tiveram encolhimento entre cerca de 0.08% e cerca de 0.14%. Em contraste, o encolhimento máximo da Mistura Comparativa do Exemplo 0 compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, citrato de metal alcalino mas nenhum dihidrato de sulfato de cálcio (gesso) foi cerca de 0.17%.
[411] Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[412] A FIG. 10B mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero de algumas encarnações da invenção investigada no exemplo 10. As composições de cimento deste exemplo, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso refinado) e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas muito moderado. Além disso, diminuir proporção de água para materiais de cimento de cerca de 0,30 para cerca de 0.25 (comparando os resultados dos exemplos 8 e 10), não alterou o comportamento de aumento de temperatura em qualquer grau significativo.
[413] Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura auxilia na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero de algumas encarnações da invenção investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[414] A tabela 32 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero de algumas encarnações da investigação investigada no exemplo 10.
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[415] Todas as composições de cimento investigadas neste exemplo tiveram comportamento de pega rápido. Os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero de algumas encarnações da invenção deste exemplo que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso e citrato de sódio, foram acima de cerca de 50 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1). Também, a Mistura Comparativa 1 do Exemplo 9 sem gesso teve significativamente menor pega comparada às Misturas 1 a 4 do exemplo 10 que contém gesso.
Resistência à compressão
[416] A TABELA 33 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas de algumas incorporações da invenção que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina), e citrato de metal alcalino investigado no exemplo 10.
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[417] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[418] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero de algumas incorporações da invenção investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[419] A resistência à compressão adiantada em idade (4 horas e 24 horas) das composições de cimento de geopolímero de algumas incorporações da invenção aumentou com aumento na quantidade de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) no material.
[420] As resistências à compressão de 4 horas de material estavam em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada com o uso do dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) em todas as quatro composições de cimento de geopolímero de algumas incorporações da invenção investigada neste exemplo. De fato, as resistências à compressão de aproximadamente 4 horas das Misturas #1 a #3 que compreendem dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) estavam em excesso de aproximadamente 2500 libras por polegada quadrada. Por outro lado, na ausência do gesso, a resistência à compressão de aproximadamente 4 horas do material era relativamente muito baixa sendo menos do que aproximadamente 400 libras por polegada quadrada (Mistura Comparativa #1 do exemplo 9).
[421] As resistências à compressão de 24 horas de material estavam em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada com o uso do dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) em todas as quatro composições de cimento de geopolímero de algumas incorporações da invenção investigada neste exemplo. Por outro lado, na ausência do dihidrato de sulfato de cálcio (gesso), a resistência à compressão de aproximadamente 24 horas do material era relativamente muita baixo sendo menos do que aproximadamente 1000 libras por polegada quadrada (Mistura Comparativa #1 do exemplo 9).
[422] A resistência à compressão de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero de algumas incorporações da invenção que compreendem cinza volante, sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio (gesso) e citrato de sódio foi outra vez muito alta e em excesso de aproximadamente 7000 libras por polegada quadrada.
Exemplo 11
[423] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação do citrato de metal alcalino em quantidades variáveis nas composições de ligante de geopolímero desta incorporação.
[424] A TABELA 34 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas no exemplo 11.
[425] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. O dihidrato de sulfato de cálcio na forma de gesso finamente granulado foi adicionado em uma quantidade igual a 30% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio. O dihidrato de sulfato de cálcio é usado em 24% em peso da cinza volante. O citrato de metal alcalino na forma de citrato de sódio foi adicionado nos seguintes níveis de quantidade nas composições de cimento investigadas - 2.00% em peso, 1.25% em peso, 0.50% em peso e 0.00% em peso do peso dos materiais de cimento totais. A proporção de água para materiais de cimento utilizada nesta investigação foi mantida constante em 0.275. A areia é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o plastificante é BASF CASTAMENT FS20.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Comportamento de Queda e Fissuração de Idade Adiantada do Material
[426] A TABELA 35 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem a cinza volante, o cimento de sulfoaluminato de cálcio, o sulfato de cálcio (gesso finamente granulado), e quantidades diferentes de citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 11.
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[427] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda. É de se notar que um tal comportamento de grande queda e autonivelante foi obtido mesmo quando a proporção água/materiais de cimento era tão baixa quanto aproximadamente 0.275.
[428] A FIG. 11A mostra fotografias de pastilhas de abatimento para as composições de cimento de mistura investigadas no exemplo 11. A abatimento pastilha para a Mistura 1 com cerca de 2% de citrato de sódio estava livre de fissuras que indicariam a instabilidade dimensional ou encolhimento inaceitável. Por outro lado, pastilhas de abatimento para as misturas 2, 3, e 4 que contêm aproximadamente 1.25%, 0.5% e 0% de citrato de sódio, respectivamente, desenvolveram diversos microfissuras quando da secagem. Assim, esta experiência mostra que diminuindo a quantidade de citrato de metal alcalino na composição abaixo de uma determinada quantidade pode aumentar o potencial de fissura das composições de cimento de geopolímero que compreendem a cinza volante, o sulfoaluminato de cálcio e o gesso.
Comportamento de Encolhimento
[429] A FIG. 11B mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 11. O objetivo principal desta investigação foi estudar a influência de quantidades variáveis de citrato de metal alcalino no comportamento do encolhimento das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas desta incorporação.
[430] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[431] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 11B. O encolhimento máximo medido era o mais baixo, aproximadamente 0.06%, em uma quantidade de citrato de sódio de aproximadamente 2.0%. Diminuir a quantidade do citrato de sódio aumentou o encolhimento máximo do material. Por exemplo, em uma quantidade do citrato de sódio de aproximadamente 1.25%, o encolhimento máximo medido era aproximadamente 0.14%, quando em uma quantidade de aproximadamente 0.5%, o encolhimento máximo medido do citrato de sódio aumentou para aproximadamente 0.23%.
[432] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina), e o citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo de aproximadamente 0.06% a aproximadamente 0.24% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[433] A FIG. 11C mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero desta modalidade investigada no exemplo 11. As composições de cimento deste exemplo, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso refinado) e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas muito moderado. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura é significativa na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[434] A tabela 36 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 11.
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[435] Todas as composições de cimento neste Exemplo demonstraram comportamento de pega muito rápido. O tempo de pega final reduziu-se com aumento na quantidade de citrato de sódio. Por exemplo, as composições de mistura que contêm aproximadamente 0% e aproximadamente 0.5% de citrato de sódio (mistura 4 e mistura 3) tiveram um tempo de pega final de aproximadamente 2 horas, enquanto a composição de mistura que contem aproximadamente 2.0% de citrato de sódio alcançou um tempo de pega final de aproximadamente 1 hora somente.
Exemplo 12
[436] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação do citrato de metal alcalino em várias quantidades nas composições de ligante de geopolímero desta incorporação.
[437] A TABELA 37 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo.
[438] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. O dihidrato de sulfato de cálcio na forma de gesso finamente granulado foi adicionado em uma quantidade igual a 30% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio e 24% em peso da cinza volante. O citrato de sódio foi adicionado nas seguintes quantidades nas composições de cimento investigadas - 2.00% em peso, 3.00% em peso, 4.00% em peso e 5.00% em peso do peso dos materiais de cimento totais. A areia é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT FS20
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Comportamento de Fluxo Inicial, Queda, e Comportamento de Fissuração de Idade Adiantada do Material
[439] A TABELA 38 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso finamente granulado), e quantidades diferentes de citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 12.
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[440] Todas as composições de mistura investigadas tiveram bom autonivelamento, comportamento de fluxo e diâmetro grande de pastilha como observado no teste de queda mesmo quando a proporção água/materiais de cimento era tão baixa quanto aproximadamente 0.275.
[441] Todos as pastilhas de abatimento para as misturas investigadas no exemplo 12 conduziram a comportamento bom de fluxo. Ademais, todas as quatro composições de mistura que contêm quantidades diferentes de citrato de sódio conduziram a pastilhas de abatimento que estavam livres de rachaduras. Isto está em contraste com alguns pastilhas de abatimento do exemplo 11 que desenvolveram rachadura em quantidades mais baixas de citrato de sódio.
Comportamento de Encolhimento
[442] A FIG. 12AB mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 12.
[443] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[444] As seguintes conclusões podem ser extraídas deste exemplo e FIG. 12A: O encolhimento máximo medido era o mais baixo, aproximadamente 0.06%, em uma quantidade de citrato de sódio de aproximadamente 2% e cerca de 3%. Aumentar a quantidade do citrato de sódio aumentou o encolhimento máximo do material. Por exemplo, em uma quantidade de citrato de sódio de aproximadamente 3%, o encolhimento máximo medido era aproximadamente 0.14%, quando em uma quantidade de citrato de sódio de aproximadamente 4%, o encolhimento máximo medido aumentou para aproximadamente 0.23%.
[445] Comparação dos resultados de teste de encolhimento do Exemplo 11 e Exemplo 12 mostra que existe, em uma incorporação, uma faixa de quantidade preferencial do citrato de metal alcalino em que o encolhimento de material das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, sulfoaluminato do cálcio e sulfato de cálcio é mínimo. Esta quantidade preferencial de citrato de metal alcalino nesta incorporação é de aproximadamente 1% a aproximadamente 4%, e mais preferivelmente de aproximadamente 2% a aproximadamente 3%.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[446] A FIG. 12A mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 12. As composições de cimento deste exemplo, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso refinado) e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura muito moderado. O aumento na quantidade de citrato de sódio aumentou o aumento de temperatura máximo mas o aumento total foi muito pequeno e não significativo. Nesta modalidade, uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura ajuda significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto é particularmente útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[447] A tabela 39 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 12.
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[448] Aumentar a quantidade de citrato de sódio de aproximadamente 2% a aproximadamente 5% não modificou o tempo de pega final das composições investigadas de mistura em um grau significativo. O tempo de pega final para as quatro composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada neste exemplo variou entre aproximadamente 60 minutos a aproximadamente 110 minutos.
Resistência à compressão
[449] A TABELA 40 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina), e graus variáveis de citrato de metal alcalino, investigada no exemplo 12.
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[450] As seguintes observações importantes podem ser extraídas do estudo desta modalidade:
[451] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[452] As resistências à compressão de idade adiantada (4 horas e 24 horas) das várias composições de cimento de geopolímero desta incorporação eram substancialmente similares nas quantidades diferentes de citrato de sódio investigadas neste exemplo.
[453] As resistências à compressão de materiais de idade adiantada de 4 horas para as várias composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada neste exemplo que contem quantidades diferentes de citrato de sódio foram descobertas como estando em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada.
[454] As resistências à compressão de material de idade adiantada de 24 horas para as várias composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada neste exemplo que contem quantidades diferentes de citrato de sódio foram descobertas como sendo aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada.
[455] As resistências à compressão de material de 28 dias para as várias composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada neste exemplo que contem quantidades diferentes de citrato de sódio foram descobertas como estando em excesso de aproximadamente 6000 libras por polegada quadrada.
Exemplo 13
[456] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio anidro (anidrita) em quantidades variáveis nas composições de ligante de geopolímero desta incorporação.
[457] A TABELA 41 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo.
[458] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio FASTROCK 500 usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. A anidrita usada nesta investigação foi obtida da United States Gypsum Company sob o nome comercial USG SNOW WHITE brand filler. Anidrita foi adicionada nos seguintes níveis de quantidade nas composições de mistura investigadas - 0% em peso, 10% em peso, 20% em peso e 30% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio. Anidrita foi adicionada nos níveis de 0, 8, 16 e 24% em peso, baseado no peso de cinza volante da Classe C. O citrato de sódio (um citrato de metal alcalino) adicionado às composições de cimento da invenção agiu como um ativador químico. A proporção de água para materiais de cimento foi mantida constante em 0.30.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Queda, e Comportamento de Fissuração de Idade Adiantada do Material
[459] A TABELA 42 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero da incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 11.
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[460] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom autonivelamento, comportamento de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda.
[461] A FIG. 13A mostra fotografias de pastilhas de abatimento para as misturas investigadas no exemplo 13. Pode-se observar que todas as quatro composições de mistura investigadas conduziram a um comportamento bom de fluxo. Pode-se também observar que para a mistura #1 com nenhum anidrita, abatimento pastilha desenvolveu fissuração significativa quando da secagem. Entretanto, para as composições de cimento de geopolímero desta incorporação que contem anidrita (misturas 2, 3 e 4), as pastilhas de abatimento estavam em condições excelentes e não desenvolveram fissura. Assim, pode ser concluído que a adição de anidrita às composições de cimento de geopolímero desta modalidade fornece ligantes dimensionalmente estáveis que possuem resistência superior à fissuração quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[462] A FIG. 13B mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 13.
[463] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 13B:
[464] A incorporação de anidrita teve um impacto significativo em melhorar a resistência à fissuração e estabilidade dimensional das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino. Contrário às barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem sulfato de cálcio) que racharam antes mesmo da desmoldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 13 compreendendo sulfato de cálcio anidro (anidrita) eram estáveis e não resultaram em nenhuma rachadura antes ou após desmoldagem.
[465] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita, e citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo de aproximadamente 0.05% a aproximadamente 0.2% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1). Assim, pode ser concluído que a adição de sulfato de cálcio anidro (anidrita) às composições de cimento que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, e citrato de metal alcalino pode ajudar a reduzir muito significativamente o encolhimento de material.
[466] O encolhimento máximo medido da composição da mistura de cinza volante que contem anidrita em uma quantidade de aproximadamente 10% em peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio era aproximadamente 0.05%; em contraste, o encolhimento total da mistura 1 com cinza volante e cimento de sulfoaluminato de cálcio de mosca mas nenhum sulfato de cálcio anidro (anidrita) era aproximadamente 0.2%. Este resultado demonstra que a incorporação do sulfato de cálcio anidro (anidrita) nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação contribui significativamente para reduzir o encolhimento de material.
[467] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[468] A FIG. 13C mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 13. As composições de cimento deste exemplo, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas moderado. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto é particularmente útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[469] A tabela 43 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 1.
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[470] Os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero da encarnação deste exemplo que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita e citrato de sódio, foram acima de cerca de 40 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1). Assim, pode-se concluir que a adição de uma mistura de cimento de sulfoaluminato de cálcio e anidrita a uma mistura de cinza volante e citrato de metal alcalino é útil em estender pega de material e comportamento de endurecimento e tornar o material de mais fácil utilização.
Resistência à compressão
[471] A TABELA 44 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 13.
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[472] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[473] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[474] A resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final da composição de mistura sem anidrita (mistura 1) eram mais baixas em comparação com aquelas para as composições de cimento desta incorporação que compreendem anidrita (misturas 2 a 4).
[475] A resistência à compressão adiantada em idade (4 horas e 24 horas) das composições de cimento de geopolímero desta modalidade aumentou com aumento na quantidade de anidrita no material.
[476] As resistências à compressão de material de 4 horas estavam em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada com o uso de anidrita nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Além disso, a resistência à compressão de 4 horas da mistura 3 e da mistura 4 contendo anidrita era ao redor de aproximadamente 3000 libras por polegada quadrada. Em contraste, na ausência de anidrita na composição de mistura, a resistência à compressão de 4 horas do material era menos do que aproximadamente 300 libras por polegada quadrada para a Mistura 1.
[477] O uso de anidrita fornece uma resistência à compressão mais elevada de 4 horas do que o gesso nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Esta conclusão é substanciada comparando os resultados de teste de resistência à compressão para o exemplo 13 e o exemplo 7.
[478] As resistências à compressão de material de idade adiantada de 24 horas estavam em excesso de aproximadamente 3000 libras por polegada quadrada com o uso de anidrita nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Além disso, a resistência à compressão de2 4 horas da mistura 3 e da mistura 4 contendo anidrita estava em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada e 5000 libras por polegada quadrada, respectivamente. Em contraste, na ausência de anidrita na composição de mistura, a resistência à compressão de2 4 horas do material era relativamente baixa, sendo menos do que aproximadamente 600 libras por polegada quadrada para a Mistura 1.
[479] As resistências à compressão de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade que compreendem cinza volante, sulfoaluminato de cálcio, anidrita e citrato de sódio foram outra vez muito altas e em excesso de aproximadamente 6000 libras por polegada quadrada. Em quantidades mais elevadas de anidrita nas composições (Mistura 3 e Mistura 4) desta encarnação, as resistências à compressão de 28 dias excederam cerca de 7000 libras por polegada quadrada. Em comparação, a resistência à compressão de cerca de 28 dias do material sem anidrita (Mistura 1) foi apenas cerca de 4500 libras por polegada quadrada.
[480] Assim, muito surpreendentemente descobriu-se que o uso do sulfato de cálcio anidro insolúvel (anidrita ou anidrita calcinado à morte) forneceu uma pega mais rápida, uma taxa superior de desenvolvimento de resistência à compressão, e uma maior resistência à compressão final do que aqueles obtidos com o uso de um dihidrato de sulfato de cálcio solúvel relativamente mais elevado (ver exemplo 7).
[481] Outra característica inesperada de encarnações da presente invenção é a dependência do comportamento de pega e resistência à compressão da parte do tipo de sulfato de cálcio usado nas composições da invenção, como mostrado neste exemplo de 13 a 18.
Exemplo 14: sulfato de Cálcio Anidro (Anidrita)
[482] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação de sulfato de cálcio anidro (anidrita) em quantidades variáveis nas composições de ligante de geopolímero desta incorporação.
[483] A TABELA 45 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. Sulfato de cálcio anidro (anidrita) foi adicionado nos seguintes níveis de quantidade nas composições de mistura investigadas - 40% em peso, 50% em peso, 60% em peso e 80% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio. anidrita foi usada em níveis de 32, 40, 48 e 64% em peso da cinza volante da Classe C. A proporção de água para materiais de cimento utilizada nesta investigação foi mantida constante em 0.3.
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Comportamento de Fluxo nicial, Queda, e Comportamento de Fissuração de Idade Adiantada do Material
[484] A TABELA 46 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero da incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 14.
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[485] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom autonivelamento, comportamento de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda.
[486] Todas as quatro composições de mistura investigadas no exemplo 14 levaram a um comportamento bom de fluxo. Para as misturas que contem anidrita, as pastilhas de abatimento estavam em condições excelentes e não desenvolveram fissura. Assim, pode ser concluído que a adição de anidrita às composições de cimento de geopolímero desta modalidade levou a composições dimensionalmente estáveis que possuem resistência superior a fissuração quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[487] A FIG. 14 mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 14.
[488] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde as matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[489] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 14:
[490] Contrário às barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem sulfato de cálcio) que racharam antes mesmo da desmoldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 14 compreendendo anidrita eram estáveis e não resultaram em nenhuma rachadura antes ou após desmoldagem.
[491] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita, e citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo de menos de 0.17% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
[492] O encolhimento máximo medido da composição de mistura de cinzas volantes contendo anidrita num montante de cerca de 40% em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio foi cerca de 0,2%. Em contraste, o encolhimento total da Mistura 1 do exemplo 13 com cinza volante e cimento de sulfoaluminato de cálcio mas sem anidrita foi cerca de 0,2%. Isto mostra que a incorporação de anidrita nas composições de cimento de geopolímero desta encarnação é fundamental para reduzir o encolhimento de material significativamente.
[493] Aumento na quantidade de anidrita, além de um certo nível, teve um efeito de aumentar o encolhimento do material. Por exemplo, num montante de cerca de 10% em peso (Mistura 2 do exemplo 13) de anidrita, o encolhimento máximo medido foi de cerca de 0,05%, enquanto em uma quantidade de anidrita de cerca de 80% em peso (Mistura 4 do exemplo 14), o encolhimento máximo medido aumentou para um valor de cerca de 0,17%.
[494] Comparando os resultados dos testes de encolhimento do exemplo 13 e 14 de exemplo, há um intervalo de quantidade de anidrita preferencial em que o encolhimento do material é mínimo. Este intervalo preferencial de anidrita cai acima de 0, mas menor ou igual a cerca de 40% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio.
Tempo de Pega
[495] A tabela 47 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 14.
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[496] Vantajosamente, os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero da encarnação deste exemplo que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita e citrato de sódio, foram acima de cerca de 40 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1).
Resistência à compressão
[497] A TABELA 48 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 14.
Figure img0090
[498] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo: A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[499] A resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final da composição de mistura comparativa sem anidrita (mistura 1 do exemplo 13) eram mais baixas em comparação com aquelas para as misturas que compreendem anidrita (misturas 1 a 4 do exemplo 14).
[500] As resistências à compressão de material de 4 horas estavam em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada com o uso de anidrita nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Além disso, a resistência à compressão de 4 horas da mistura 1 contendo anidrita em uma quantidade de cerca de 40% estava em excesso de aproximadamente 3000 libras por polegada quadrada. Em contraste, na ausência de anidrita na composição de mistura comparativa, a resistência à compressão de 4 horas do material era relativamente muito baixa, sendo menos do que aproximadamente 300 libras por polegada quadrada, como visto para a Mistura 1 do exemplo 13.
[501] O uso de anidrita fornece uma resistência à compressão mais elevada de 4 horas do que o gesso nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Esta conclusão é substanciada comparando os resultados de teste de resistência à compressão para o exemplo 14 e o exemplo 8.
[502] As resistências à compressão de material de idade adiantada de 24 horas estavam em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada com o uso de anidrita nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Em contraste, na ausência de anidrita na composição de mistura, a resistência à compressão de 24 horas do material era relativamente muito baixa, sendo menos do que aproximadamente 600 libras por polegada quadrada, como visto para a Mistura 1 do exemplo 13.
[503] As resistências à compressão de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita e citrato de sódio foram outra vez muito altas e em excesso de aproximadamente 7000 libras por polegada quadrada. Em comparação, a resistência à compressão de cerca de 28 dias do material sem anidrita foi apenas cerca de 4500 libras por polegada quadrada para a Mistura comparativa #1 do exemplo 13.
[504] Como discutido acima na descrição, teste das composições deste exemplo demonstra que anidrita reagida com o mineral de aluminossilicato, cimento de sulfoaluminato de cálcio, e ativador de metal alcalino dá uma pega mais rápida, uma taxa mais rápida do desenvolvimento de resistência à compressão de material, e uma resistência à compressão final mais elevada em comparação com aquelas obtidas com dihidrato de sulfato de cálcio em outros exemplos.
Exemplo 15: Hemihidrato de sulfato de cálcio
[505] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação do hemihidrato de sulfato de cálcio em quantidades variáveis nas composições de ligante de geopolímero desta incorporação.
[506] A TABELA 49 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo.
[507] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. O hemihidrato de sulfato de cálcio usado nesta investigação foi obtido da United States Gypsum Company sob o nome de marca HYDROCAL C-Base. HYDROCAL C-Base é forma alfa morfológica do hemihidrato de sulfato de cálcio. Hemihidrato de sulfato de cálcio foi adicionado nos seguintes níveis de quantidade nas composições de mistura investigadas - 0% em peso, 10% em peso, 20% em peso e 30% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio. Os níveis do hemihidrato de sulfato de cálcio são 0, 8, 16 e 24% em peso da cinza volante. O citrato de sódio (um citrato de metal alcalino) adicionado às composições de cimento da invenção agiu como um ativador químico, um modificador de reologia, e um agente de controle de pega. A proporção de água para materiais de cimento utilizada nesta investigação foi mantida constante em 0.30. A areia usada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT FS20.
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Comportamento de F uxo Inicial, Queda, e Comportamento de Fissuração de Idade Adiantada do Material
[508] A TABELA 50 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero da incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 15.
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[509] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom autonivelamento, comportamento de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda.
[510] Todas as misturas tiveram características boas de fluxo e comportamento autonivelador. Para as pastilhas de abatimento de misturas que contem hemihidrato de sulfato de cálcio, as pastilhas de abatimento estavam em condições excelentes e não desenvolveram fissura. Assim, a adição do hemihidrato de sulfato de cálcio às composições de cimento doe de geopolímero desta incorporação que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cinza volante, e o citrato de metal alcalino, fornece composições dimensionalmente estáveis que possuem resistência superior à fissuração quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[511] A FIG. 15A mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 15.
[512] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde as matérias primas foram misturadas junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[513] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 15A:
[514] Contrário às barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem sulfato de cálcio) que racharam antes mesmo da desmoldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 15 compreendendo hemihidrato de sulfato de cálcio eram estáveis e não resultaram em nenhuma rachadura antes ou após desmoldagem.
[515] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio, e citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo medido variando de cerca de 0.08% a cerca de 0.16% em comparação a um encolhimento máximo medido de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
[516] O encolhimento máximo medido da composição de mistura de cinzas volantes contendo hemihidrato de sulfato num montante de cerca de 10% em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio foi cerca de 0,08%. Em contraste, o encolhimento total da Mistura 1 do exemplo 13 com cinza volante e cimento de sulfoaluminato de cálcio mas sem hemihidrato de sulfato de cálcio foi cerca de 0,2%. Isto mostra que a incorporação de hemihidrato de sulfato de cálcio nas composições de cimento de geopolímero desta encarnação significativamente reduz o encolhimento de material.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[517] A FIG. 15B mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero desta modalidade investigada no exemplo 15. As composições de cimento deste exemplo, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas muito moderado. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[518] A tabela 51 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 15.
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[519] Os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero da encarnação deste exemplo que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio e citrato de sódio, foram acima de cerca de 90 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1).
[520] Como discutido acima na descrição, uma comparação dos resultados de teste deste exemplo com os tempos de pega no exemplo 13 e no exemplo 7, mostra que o hemihidrato de sulfato de cálcio é inesperadamente mais potente do que a anidrita e o gesso em estender os tempos de pega das composições que contêm cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino.
Resistência à compressão
[521] A TABELA 52 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento desenvolvidas de geopolímero da incorporação no exemplo 15.
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[522] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[523] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desta modalidade continuou a aumentar como uma função de tempo.
[524] A resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final da composição de mistura sem hemihidrato de sulfato de cálcio (mistura 1) eram mais baixas em comparação com aquelas para as composições de cimento desta incorporação que compreendem hemihidrato de sulfato de cálcio (misturas 2 a 4).
[525] A resistência à compressão adiantada em idade (4 horas e 24 horas) das composições de cimento de geopolímero desta modalidade aumentou com aumento na quantidade de hemihidrato de sulfato de cálcio no material.
[526] As resistências à compressão de material de 4 horas estavam em excesso de aproximadamente 1000 libras por polegada quadrada com o uso de hemihidrato de sulfato de cálcio nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Além disso, as resistências à compressão de 4 horas da Mistura 3 e Mistura 4 contendo hemihidrato de sulfato de cálcio foram superiores a cerca de 3000 libras por polegada quadrada. Por outro lado, a composição da mistura não contendo nenhum hemihidrato de sulfato de cálcio, a resistência à compressão de 4 horas do material era muito baixa, isto é, sendo menos de cerca de 300 libras por polegada quadrada para a Mistura 1.
[527] O uso de hemihidrato de sulfato de cálcio fornece uma resistência à compressão mais elevada de 4 horas do que o gesso nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Esta conclusão é substanciada comparando os resultados de teste de resistência à compressão para o exemplo 15 e com aqueles do Exemplo 7.
[528] As resistências à compressão de material de 24 horas estavam em excesso de aproximadamente 3000 libras por polegada quadrada com o uso de hemihidrato de sulfato de cálcio nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Além disso, a resistência à compressão de cerca de 24 horas das composições de cimento de geopolímero da Mistura 3 e Mistura # 4 desta encarnação compreendendo cinza volante, sulfoaluminato de cálcio, anidrita e citrato de sódio contendo hemihidrato de sulfato de cálcio foi superior a cerca de 4000 libras por polegada quadrada. Por outro lado, a composição de mistura comparativa não contendo nenhum hemihidrato de sulfato de cálcio, a resistência à compressão de cerca de 24 horas do material era muito baixa, sendo menos de cerca de 600 libras por polegada quadrada para a Mistura 1.
[529] As resistências à compressão de cerca de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita e citrato de sódio foram outra vez muito altas e em excesso de aproximadamente 5000 libras por polegada quadrada. Em quantidades mais elevadas de hemihidrato de sulfato de cálcio nas composições (Mistura 3 e Mistura 4) desta encarnação, as resistências à compressão de 28 dias excederam cerca de 7000 libras por polegada quadrada. Em comparação, a resistência à compressão de 28 dias do material comparativo sem hemihidrato de sulfato de cálcio (mistura 1) foi descoberta como sendo menos do que aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada.
Exemplo 16
[530] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação do hemidrato de sulfato de cálcio em quantidades variáveis nas composições de ligante de geopolímero desta incorporação.
[531] A TABELA 53 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo. O cimento de sulfoaluminato de cálcio da marca FASTROCK 500, disponível a partir da CTS Cement Company foi utilizado outra vez como um componente do pó reativo de cimento. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante de classe C. Hemihidrato de sulfato de cálcio, USG HYDROCAL C-Base, foi adicionado nos seguintes níveis de quantidade nas composições de mistura investigadas - 40% em peso, 50% em peso, 60% em peso e 80% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio. Os níveis do hemihidrato de sulfato de cálcio usados são 32, 40, 48 e 64% em peso da cinza volante. A proporção de água para materiais de cimento utilizada nesta investigação foi mantida constante em 0.30. A areia usada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT FS20
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Comportamento de Fluxo Inicial, Queda, e Comportamento de Fissuração de Idade Adiantada do Material
[532] A TABELA 54 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 16.
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[533] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom autonivelamento, comportamento de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda.
[534] A FIG. 16A mostra fotografias de pastilhas de abatimento para as misturas investigadas no exemplo 16. Todas as misturas tiveram características boas de fluxo e comportamento autonivelador. Pode-se também observar que para as misturas 2, 3 e 4 contendo hemihidrato de sulfato de cálcio, as pastilhas de abatimento desenvolveram alguma microfissura. Assim, pode-se concluir que a adição do hemihidrato de sulfato de cálcio em níveis de quantidade elevados às misturas que contêm o cimento de sulfoaluminato de cálcio, cinza volante e o citrato de metal alcalino fornece composições de cimento que possuem resistência relativamente inferior a microfissura quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[535] A FIG. 16B mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero desta incorporação investigada no Exemplo 16 incorporando cimento de cálcio de sulfoaluminato em combinação com cimento de sulfoaluminato de cálcio e um citrato de metal alcalino.
[536] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[537] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 16c:
[538] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio, e citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo medido de menos de 0.44% em comparação a um encolhimento máximo medido de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
[539] Aumento na quantidade de hemihidrato de sulfato de cálcio aumentou o encolhimento do material. Por exemplo, em uma quantidade do hemihidrato de sulfato de cálcio de aproximadamente 10% em peso (mistura 1 do exemplo 15), o encolhimento total foi aproximadamente 0.08%. Em uma quantidade do hemihidrato de sulfato de cálcio de aproximadamente 80% em peso (mistura 4 do exemplo 16), o encolhimento total do material aumentou muito significativamente a um valor de aproximadamente 0.44%.
[540] Comparando os resultados de teste de encolhimento do exemplo 15 e do exemplo 16, pode-se concluir que existe um intervalo preferencial de quantidade do hemihidrato de sulfato de cálcio em que o encolhimento de material é mínimo. Este intervalo preferencial de hemihidrato de sulfato de cálcio fica em um intervalo de cerca de 0% a menor de ou igual a cerca de 40% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio.
Tempo de Pega
[541] A tabela 55 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 16.
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[542] Todas as composições de cimento investigadas neste exemplo demonstraram comportamento de pega rápido. Os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero da encarnação deste exemplo que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio e citrato de sódio, foram cerca de 120 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1).
[543] Comparando os resultados de teste deste exemplo com os tempos de pega no exemplo 15 e no exemplo 8, é indicado que o hemihidrato de sulfato de cálcio é mais potente do que a anidrita e o gesso em estender os tempos de pega das composições de mistura que contêm cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio e citrato de metal alcalino.
[544] O uso do hemihidrato de sulfato de cálcio como forma do sulfato de cálcio forneceu um tempo de pega muito mais longo em comparação com o tempo de pega obtido com o uso do dihidrato de sulfato de cálcio (veja o exemplo 7). Como discutido acima na descrição, este resultado era inesperado porque é sabido por aqueles versados na técnica que o hemihidrato de sulfato de cálcio é um material de pega extremamente rápida. A adição do hemihidrato de sulfato de cálcio em algumas incorporações das composições da invenção forneceu tempos de pega prolongados em comparação com as incorporações com o dihidrato de sulfato de cálcio e o sulfato de cálcio anidro
Resistência à compressão
[545] A TABELA 56 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 16.
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[546] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[547] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[548] A resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final da composição de mistura sem hemihidrato de sulfato de cálcio (mistura 1 do exemplo 15) eram mais baixas em comparação com aquelas para as composições de cimento desta incorporação que compreendem hemihidrato de sulfato de cálcio (misturas 1 a 4 do exemplo 16).
[549] As resistências à compressão de material de 4 horas estavam em excesso de aproximadamente 1500 libras por polegada quadrada com o uso de hemihidrato de sulfato de cálcio nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Além disso, a resistência à compressão de 4 horas da mistura 1 contendo hemihidrato de sulfato de cálcio em uma quantidade de cerca de 40% estava em excesso de aproximadamente 2500 libras por polegada quadrada. Por outro lado, a composição de mistura comparativa não contendo nenhum hemihidrato de sulfato de cálcio (mistura 1 do exemplo 15, a resistência à compressão de cerca de 4 horas do material era relativamente muito baixa, sendo menos de cerca de 300 libras por polegada quadrada.
[550] O uso de hemihidrato de sulfato de cálcio fornece uma resistência à compressão mais elevada de 4 horas do que o gesso nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Isto é demonstrado comparando os resultados de teste de resistência à compressão para o exemplo 16 e com aqueles do Exemplo 8.
[551] As resistências à compressão de material de cerca de 24 horas estavam em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada com o uso de hemihidrato de sulfato de cálcio nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Por outro lado, a composição de mistura comparativa não contendo nenhum hemihidrato de sulfato de cálcio (mistura 1 do exemplo 15, a resistência à compressão de cerca de 24 horas do material era relativamente muito baixa, sendo menos de cerca de 600 libras por polegada quadrada.
[552] A resistência à compressão de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, hemihidrato de sulfato de cálcio e citrato de sódio foi muito alta e em excesso de aproximadamente 7000 libras por polegada quadrada. Em comparação, a resistência à compressão de 28 dias do material comparativo sem hemihidrato de sulfato de cálcio (mistura 1 do exemplo 15) foi menos do que aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada.
Exemplo 17: Dihidrato de sulfato de cálcio de granulação grossa
[553] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação grossa nas composições de ligante de geopolímero desta incorporação.
[554] A TABELA 57 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante de classe C. O dihidrato de sulfato de cálcio de granulação grossa, de outra forma não identificado aqui como o gesso grosso, foi obtido da United States Gypsum Company e está disponível sob o nome de marca USG BenFranklin AG Coarse Gypsum. O gesso grosso foi adicionado em níveis diferentes de quantidade de 0% em peso, 10% em peso, 20% em peso, e 30% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio FASTROCK 500 nas várias composições de mistura investigadas. O gesso foi adicionado em níveis de 0, 8, 16 e 24% em pesos. baseado no peso da cinza volante. A areia usada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Comportamento de Queda e Fissuração de Idade Adiantada do Material
[555] A TABELA 58 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem a cinza volante, o cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação grossa, e citrato de metal alcalino no exemplo 17.
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[556] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda.
[557] A FIG. 17A mostra fotografias de pastilhas de abatimento para as composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 11. A mistura comparativa 1 não conteve nenhum sulfato de cálcio (gesso de granulação grossa) e seu pastilhas de abatimento desenvolveu fissuração significativa quando da secagem. Entretanto, para as misturas que contêm o gesso de granulação grossa, as pastilhas de abatimento estavam em condições excelentes e não desenvolveram fissuras. Assim, pode parecer que adição de gesso de granulação grossa às misturas de cimento que compreendem o cimento de sulfoaluminato de cálcio, cinza volante, e o citrato de metal alcalino fornece composições de cimento de geopolímero dimensionalmente estáveis com evolução moderada de calor e aumento de temperatura baixo dentro do material durante o estágio de cura para impedir a expansão térmica excessiva e fissuração e rompimento consequentes do material quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[558] A FIG. 17B mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 17.
[559] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[560] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas dos resultados desta investigação e FIG. 17B:
[561] Contrário às barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem sulfato de cálcio) que racharam antes mesmo da desmoldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 14 compreendendo gesso de granulação grossa (misturas 2, 3 e 4) eram estáveis e não resultaram em nenhuma rachadura antes ou após desmoldagem.
[562] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa, e o citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo de aproximadamente 0.11% a aproximadamente 0.16% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
[563] As misturas 2, 3 e 4 das composições de mistura compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, o sulfato de cálcio (gesso de granulação grossa), e citrato de metal alcalino tiveram encolhimento máximo variando de aproximadamente 0.11% a aproximadamente 0.16%, enquanto o encolhimento máximo da mistura comparativa 1 compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, e citrato de metal alcalino mas nenhum sulfato de cálcio (gesso) foi aproximadamente 0.24%.
[564] O aumento na quantidade de gesso de granulação grossa no intervalo investigado neste exemplo resultou em uma diminuição total no encolhimento de material. Por exemplo, em uma quantidade de gesso de granulação grossa de aproximadamente 10% em peso, o encolhimento máximo medido era aproximadamente 0.16%, enquanto em uma quantidade de gesso de granulação grossa de aproximadamente 30% em peso o encolhimento máximo medido se reduziu a aproximadamente 0.11%.
[565] Comparando os resultados de teste de encolhimento do exemplo 7 e do exemplo 17, é indicado que o uso de um gesso com tamanho de partícula mais fina fornece um encolhimento menor. Por exemplo, com o uso do gesso de granulação grossa do exemplo 17 em uma quantidade de aproximadamente 30% em peso, o encolhimento máximo era aproximadamente 0.11%; por outro lado, com o uso de gesso de granulação grossa do exemplo 7, o encolhimento máximo era somente aproximadamente 0.06% na mesma quantidade de gesso de aproximadamente 30% em peso.
Desenvolvimento de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[566] A FIG. 17C mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 17. As composições de cimento do exemplo 17, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas muito moderado. Além disso, comparando os resultados de teste de aumento de temperatura para o exemplo 17 e o exemplo 7, é indicado que o uso do gesso grosseiro fornece um aumento de temperatura relativamente menor do que aquele obtido com o uso de gesso de granulação fina. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[567] A tabela 59 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 17. TABELA 59 - Tempos de Pega do Exemplo 17
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[568] Todas as composições de cimento investigadas neste exemplo demonstraram comportamento de pega rápido. Os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero da encarnação deste exemplo que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa e citrato de sódio, foram acima de cerca de 60 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1).
Resistência à compressão
[569] A TABELA 60 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 17.
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[570] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[571] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[572] A resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final da composição de mistura sem gesso (mistura 1) eram mais baixas em comparação com aquelas para as composições de cimento desta incorporação que compreendem gesso de granulação grossa (misturas 2 a 4).
[573] A resistência à compressão adiantada em idade (4 horas e 24 horas) das composições de cimento de geopolímero desta modalidade aumentou com aumento na quantidade de gesso de granulação grossa no material. Entretanto, o aumento em resistência à compressão de 4 horas obtida com um aumento em conteúdo de gesso de granulação grossa foi somente nominal e não muito significativo.
[574] As resistências à compressão de material de idade adiantada de 24 horas estavam em excesso de aproximadamente 1000 libras por polegada quadrada com o uso de gesso de granulação grossa nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação.
[575] As resistências à compressão de cerca de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa e citrato de sódio foram relativamente altas e em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada. Além disso, as resistências à compressão de 28 dias das composições de mistura que contêm gesso de granulação grossa em uma quantidade de aproximadamente 20% em peso e aproximadamente 30% em peso (misturas #3 e #4) foram particularmente muito elevadas, em excesso de aproximadamente 5000 libras por polegada quadrada.
[576] Comparando os resultados de teste para o exemplo 17 e o exemplo 7, pode-se ver que o uso de um gesso mais refinado fornece um aumento mais rápido nas resistências à compressão de material de 4 horas e de 24 horas, e uma resistência à compressão de material de relativamente maior de 28 dias.
[577] Exemplo 18: dihidrato de sulfato de cálcio de granulação grossa
[578] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação grossa nas composições de ligante de geopolímero da invenção.
[579] A TABELA 61 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. Gesso grosseiro foi adicionado em níveis diferentes de quantidade (40% em peso, 50% em peso, 60% em peso, e80% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio) nas várias composições de mistura investigadas. O gesso foi adicionado em níveis de 32, 40, 48 e 64% em pesos de cinza volante da classe C. A areia usada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Comportamento de Queda e Fissuração de Idade Adiantada do Material
[580] A TABELA 62 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero da incorporação que compreendem a cinza volante, o cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa, e citrato de metal alcalino no exemplo 18.
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[581] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda.
[582] As pastilhas de abatimento de todas as quatro composições de mistura deste exemplo que compreendem o gesso de granulação estavam em condições excelentes e não desenvolveram qualquer fissura. Em contraste, a composição de mistura que não contém nenhum sulfato de cálcio (gesso) (mistura comparativa 1 do exemplo 17) desenvolveu fissuração muito significativa quando da secagem. Assim, a inclusão do gesso de granulação grossa às misturas de cimento que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cinza volante, e citrato de metal alcalino fornece composições de cimento do de geopolímero dimensionalmente estáveis que possuem resistência superior à fissuração quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[583] A FIG. 18A mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 18.
[584] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[585] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 18A:
[586] Contrário às barras de encolhimento do exemplo comparativo 4 (sem nenhum sulfato de cálcio) que racharam mesmo antes da desmoldagem, as barras de encolhimento do exemplo 18 compreendendo sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) eram estáveis e não resultaram em rachaduras que indicassem estabilidade dimensional inaceitável ou encolhimento indesejado antes ou após desmoldagem.
[587] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa, e o citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo de aproximadamente 0.09% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1). Assim, pode-se concluir que adição de gesso de granulação grossa às composições de cimento que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, e citrato de metal alcalino ajuda a reduzir muito significativamente o encolhimento de material.
[588] Pode-se observar que as composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa, e citrato de metal alcalino investigadas neste exemplo tiveram um encolhimento máximo de aproximadamente 0.09%. Em contraste, o encolhimento máximo da Mistura comparativa 1 do exemplo 17 com cinza volante e cimento de sulfoaluminato de cálcio mas sem gesso grosseiro foi cerca de 0,24%.
[589] O aumento na quantidade de gesso grosseiro no intervalo investigado neste exemplo não resultou em nenhuma grande mudança no comportamento de encolhimento de material. Por exemplo, em uma escala de quantidade de gesso de granulação grossa de aproximadamente 40% em peso a aproximadamente 80% em peso, o encolhimento máximo medido para composições diferentes da mistura permaneceu constante em aproximadamente 0.09%.
[590] Comparar os resultados de teste de encolhimento do exemplo 8 (gesso de granulação fina) e do exemplo 18, indica que quando níveis mais elevados de quantidade de sulfato de cálcio (> 50% em peso) são usados nas composições de mistura, gesso de granulação grossa é mais eficaz em reduzir o encolhimento de material total.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[591] A FIG. 18B mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 18. Comparando os resultados de teste de aumento de temperatura para o exemplo 18 e o exemplo 8, é indicado que o uso do gesso de granulação grossa fornece um aumento de temperatura relativamente menor do que aquele obtido com o uso de gesso de granulação fina. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto também é útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero das modalidades investigadas neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[592] A tabela 63 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 18.
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[593] Os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero da encarnação deste exemplo que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa e citrato de sódio, foram acima de cerca de 70 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1).
Resistência à compressão
[594] A TABELA 64 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 18.
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TABELA 64 - resistência à compressão do exemplo 18 - (libra
[595] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[596] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[597] A resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final da composição de mistura comparativa sem gesso (mistura 1) eram mais baixas em comparação com aquelas para as composições de cimento desta incorporação que compreendem gesso de granulação grossa (misturas 2 a 4).
[598] Comparando os resultados de teste para o exemplo 18 e o exemplo 8, é indicado que o uso de gesso mais refinado fornece um aumento mais rápido em resistência à compressão de material de 4 horas. Por exemplo, pode-se observar que com o uso de gesso de granulação fina nas composições de mistura do exemplo 8, a resistência à compressão de material de 4 horas conseguida estava em excesso de aproximadamente 1500 libras por polegada quadrada (misturas #1 a #4 do exemplo 8).
[599] As resistências à compressão de material de idade adiantada de 24 horas estavam em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada com o uso de gesso de granulação grossa como um componente nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Comparando os resultados de teste para o exemplo 18 e o exemplo 8, pode ser concluído que o uso de gesso mais refinado fornece um aumento mais rápido em resistência à compressão de material de 24 horas. Por exemplo, pode-se observar que com o uso de gesso de granulação fina nas composições de mistura do exemplo 8, a resistência à compressão de material de 24 horas conseguida estava em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada (misturas 1, 2 e 3 do exemplo 8).
[600] As resistências à compressão de cerca de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso de granulação grossa e citrato de sódio neste exemplo foram menos de 5000 libras por polegada quadrada. Comparando os resultados de teste para o exemplo 18 e o exemplo 8, pode-se ver que o uso do sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) fornece uma resistência à compressão de material de 28 dias relativamente mais alta. Por exemplo, o uso de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) nas composições de mistura do exemplo 8, as resistências à compressão de material de 28 horas conseguidas estavam em excesso de aproximadamente 6000 libras por polegada quadrada (misturas 1 a 3 do exemplo 8).
Exemplo 19
[601] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina e alta pureza em quantidades variáveis nas composições de geopolímero da invenção.
[602] A TABELA 65 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo.
[603] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. O dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina utilizado nesta investigação foi da USG Company com o nome de comércio USG TERRA ALBA F&P. Dihidrato de sulfato de cálcio foi adicionado nos seguintes níveis de quantidade nas composições de mistura investigadas - 0% em peso, 10% em peso, 20% em peso e 30% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio. O dihidrato de sulfato de cálcio foi adicionado em níveis de 0, 8, 16 e 24% em peso da cinza volante da classe C. A proporção de água para materiais de cimento utilizada nesta investigação foi mantida constante em 0.30. A areia usada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT.
Figure img0114
Comportamento de Fluxo Inicial, Queda, e Comportamento de Fissuração de Idade Adiantada do Material
[604] A TABELA 66 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 19.
Figure img0115
[605] Todas as composições da mistura investigadas tiveram comportamento bom de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda.
[606] A abatimento pastilha da Mistura comparativa # 1 em sulfato de cálcio desenvolveu fissuração significativa após secagem. Entretanto, para as misturas que contêm dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina, as pastilhas de abatimento estavam em condições excelentes e não desenvolveram fissuras. Assim, a adição do dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina às composições de cimento doe de geopolímero desta incorporação que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cinza volante, e o citrato de metal alcalino, fornece composições dimensionalmente estáveis que possuem resistência superior à fissuração quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[607] A FIG. 19A mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 19.
[608] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[609] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 19C:
[610] Contrário às barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem dihidrato de sulfato de cálcio) que racharam antes mesmo da desmoldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 19 compreendendo dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina eram completamente estáveis e não resultaram em nenhuma rachadura antes ou após desmoldagem.
[611] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina investigadas neste Exemplo tiveram um encolhimento máximo variando de aproximadamente 0.06% a aproximadamente 0.08% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
[612] As composições de cimento de geopolímero (misturas 2, 3 e 4) desta incorporação que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina tiveram um encolhimento máximo de aproximadamente 0.06% a aproximadamente 0.08%; por outro lado, o encolhimento máximo para a mistura comparativa 1 com cimento de cinza e cimento de sulfoaluminato de cálcio de mosca mas sem sulfato de cálcio de granulação fina foi relativamente muito elevada em aproximadamente 0.24%.
[613] O aumento na quantidade de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina no intervalo investigado neste exemplo resultou em uma diminuição total no encolhimento de material. Por exemplo, em uma quantidade de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina de aproximadamente 10% em peso, o encolhimento máximo medido era aproximadamente 0.08%, enquanto em uma quantidade de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina de aproximadamente 30% em peso o encolhimento máximo medido se reduziu a aproximadamente 0.06%.
[614] A comparação dos resultados de teste de encolhimento do exemplo 7, do exemplo 17 e do exemplo 19 indica que o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina) fornece um encolhimento total mais baixo. Por exemplo, com o uso do dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina do exemplo 17 o encolhimento máximo foi igual a cerca de 0,11% em uma quantidade de aproximadamente 30% em peso, por outro lado, com o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina do exemplo 19 o encolhimento máximo foi somente aproximadamente 0.06% numa quantidade de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina de aproximadamente 30% em peso.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[615] A FIG. 19B mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 19. As composições de cimento deste exemplo 19, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas muito moderado. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto é particularmente útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[616] A tabela 67 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 19.
Figure img0116
[617] Todas as composições de cimento investigadas neste exemplo demonstraram comportamento de pega rápido. Os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero desta encarnação foram acima de cerca de 60 minutos a cerca de 90 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1).
Resistência à compressão
[618] A TABELA 68 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina, e graus variáveis de citrato de metal alcalino, investigada no exemplo 19.
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Figure img0118
[619] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[620] A resistência à compressão das composições de mistura continuou a aumentar como uma função de tempo.
[621] A resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final da composição de cimento sem dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (mistura 1) foram mais baixas em comparação com aquelas para as composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (misturas 2 a 4).
[622] A resistência à compressão adiantada em idade (4 horas e 24 horas) das composições de cimento de geopolímero desta modalidade aumentou substancialmente com aumento na quantidade de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina na composição. Comparando os resultados de teste para o exemplo 19, exemplo 17 e o exemplo 7, pode ser concluído que o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina fornece um aumento mais rápido em resistência à compressão de material de 4 horas.
[623] As resistências à compressão de material de 24 horas estavam em excesso de aproximadamente 2500 libras por polegada quadrada com o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Comparando os resultados de teste para o exemplo 19, exemplo 17 e o exemplo 7, pode ser concluído que o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina fornece um aumento mais rápido em resistência à compressão de material de idade adiantada.
[624] As resistências à compressão de cerca de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade que compreendem cinza volante, sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina e citrato de sódio foram relativamente altas e em excesso de aproximadamente 4500 libras por polegada quadrada. Além disso, a resistência à compressão de 28 dias das composições de mistura de geopolímero desta incorporação que compreendendo dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina em uma quantidade de aproximadamente 20% em peso e aproximadamente 30% em peso (misturas 3 e 4) foi outra vez muito alta e em excesso de aproximadamente 5000 libras por polegada quadrada.
Exemplo 20
[625] Um objetivo desta investigação era estudar a influência da incorporação dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina e alta pureza em quantidades variáveis nas composições de ligante de geopolímero da invenção.
[626] A TABELA 69 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 80% em peso do peso da cinza volante. O dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina utilizado nesta investigação foi da USG Company com o nome de comércio USG TERRA ALBA F&P. Dihidrato de sulfato de cálcio foi adicionado nos seguintes níveis de quantidade nas composições de mistura investigadas - 40% em peso, 50% em peso, 60% em peso e 80% em peso do peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio. O dihidrato de sulfato de cálcio foi adicionado em níveis de 32, 40, 48 e 64% em peso da cinza volante da classe C. O citrato de sódio adicionado às composições de cimento da invenção agiu como um ativador químico. A proporção de água para materiais de cimento utilizada nesta investigação foi mantida constante em 0.30. A areia usada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT.
Figure img0119
Comportamento de Fluxo Inicial, Queda, e Comportamento de Fissuração de Idade Adiantada do Material
[627] A TABELA 70 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 20. TABELA 70 - Fluxo e Queda do Exemplo 20
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[628] Todas as composições de mistura investigadas tiveram comportamento bom de fluxo e diâmetro de pastilha grande como observado no teste de queda. É de se notar que um tal comportamento de grande queda e autonivelante foi obtido mesmo quando a proporção água/materiais de cimento era tão baixa quanto aproximadamente 0.3.
[629] As pastilhas de abatimento feitos das misturas 1-4 estavam em condições excelentes após a secagem e não desenvolveram fissura. Assim, a adição do dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina às composições de cimento doe de geopolímero desta incorporação que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cinza volante, e o citrato de metal alcalino, fornece composições dimensionalmente estáveis que possuem resistência superior à fissuração quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[630] A FIG. 20A mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 20.
[631] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH. As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 20c:
[632] Contrário às barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem dihidrato de sulfato de cálcio) que racharam antes mesmo da desmoldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 20 compreendendo dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina eram completamente estáveis e não resultaram em nenhuma rachadura antes ou após desmoldagem.
[633] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina investigadas neste Exemplo tiveram um encolhimento máximo medido variando de aproximadamente 0.14% a aproximadamente 0.23% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
[634] O aumento na quantidade de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina no intervalo investigado neste exemplo resultou em um aumento no comportamento de encolhimento de material. Por exemplo, em uma quantidade dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina de cerca de 40% em peso, o, máximo medido de encolhimento material foi cerca de 0,14%. O encolhimento máximo medido aumentou para cerca de 0,23% em uma quantidade dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina de cerca de 80% em peso.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[635] A FIG. 20B mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 20. Pode-se notar que as composições de cimento deste exemplo 20, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas muito moderado. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto é particularmente útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[636] A tabela 71 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 20.
Figure img0122
[637] Todas as composições de cimento investigadas neste exemplo demonstraram comportamento de pega rápido. Também, os tempos de pega finais das composições de cimento de geopolímero desta encarnação foram acima de cerca de 90 minutos a cerca de 120 minutos em comparação com um tempo de pega final extremamente rápido de cerca de 15 minutos para a composição de mistura comparativa compreendendo cinza volante e citrato de sódio apenas (exemplo 1).
Resistência à compressão
[638] A TABELA 72 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina, e graus variáveis de citrato de metal alcalino, investigada no exemplo 20.
Figure img0123
[639] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[640] A resistência à compressão das composições de mistura investigada continuou a aumentar como uma função de tempo.
[641] As resistências à compressão de idade adiantada (cerca de 4 horas e cerca de 24 horas após a mistura) das composições de cimento de geopolímero desta encarnação compreendendo dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina investigadas neste exemplo (mistura de 1 a 4) são significativamente maiores do que aquelas para a composição de mistura comparativa não contendo dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (Mistura 1 do exemplo 19).
[642] A resistência à compressão de estágio/idade adiantada (4 horas e 24 horas após a mistura) das composições de cimento de geopolímero desta encarnação era muito alta e manteve-se razoavelmente constante com o aumento na quantidade de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina na composição.
[643] Comparando os resultados de teste para o exemplo 20 e exemplo 18, pode ser concluído que o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina fornece um aumento mais rápido em resistência à compressão de material de 4 horas. Por exemplo, pode-se observar que com o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina nas composições de mistura deste exemplo, a resistência à compressão de material de 4 horas conseguida estava em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada (misturas 1 a 3 do exemplo 20). Em contraste, as resistências à compressão de 4 horas de composições de mistura compreendendo os mesmos níveis de quantidade de gesso de granulação grossa foram menos do que 600 libras por polegada quadrada como visto para a misturas 1 a 3 do exemplo 18.
[644] As resistências à compressão de material de 24 horas das composições de cimento de geopolímero desta modalidade investigada neste exemplo estavam em excesso de aproximadamente 3500 libras por polegada quadrada com o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina. O uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina nas composições de mistura do exemplo 20 forneceu as resistências compressiva de materiais de 24 horas em excesso de aproximadamente 3500 libras por polegada quadrada (misturas 1 a 4 do exemplo 20); enquanto as composições de mistura contendo os mesmos níveis de gesso de granulação grossa forneceram resistências à compressão de 24 horas de menos do que aproximadamente 2500 libras por polegada quadrada para as misturas #1 a 4 do exemplo 18.
[645] As resistências à compressão de cerca de 28 dias das composições de cimento de geopolímero da modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina e citrato de sódio investigadas neste exemplo foram mais do que cerca de 5000 libras por polegada quadrada. Além disso, para as misturas #1 a 3 do exemplo 20, as resistências à compressão de cerca de 28 dias de material estavam em excesso de aproximadamente 6000 libras por polegada quadrada. A comparação dos resultados de teste do exemplo 20 e do exemplo 18 mostra que o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina fornece uma resistência à compressão de aproximadamente 28 dias de material relativamente mais elevada. Por exemplo, com o uso de dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina nas composições de mistura do exemplo 20, resistências à compressão de cerca de 28 dias de material do dia em excesso de aproximadamente 7.000 libras por polegada quadrada.
Exemplo 21
[646] Este exemplo estuda a influência da adição do cimento de sulfoaluminato de cálcio em quantidades baixas (aproximadamente 20 partes por peso de cinza volante) em combinação com o sulfato de cálcio e um citrato de metal alcalino.
[647] A TABELA 73 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo. O cimento de sulfoaluminato de cálcio da marca FASTROCK 500, disponível a partir da CTS Cement Company foi utilizado outra vez como um componente do pó reativo de cimento nesta investigação. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 5, 10, 15 e 20% em peso do peso da cinza volante da classe C. O dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina, denominado aqui como o gesso, usado nesta investigação foi obtido da United States Gypsum Company. Gesso foi adicionado em uma quantidade de 50% em peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio nas várias composições de mistura investigadas. O gesso foi adicionado nos níveis de 0, 2.5, 5, 7.5 e 10% em peso da cinza volante. A areia usada é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT. Surfactante SURFYNOL 500S disponível a partir da Ar Products, Inc. foi usado também como um agente umectante e antiespumante.
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Comportamento de Fluxo Inicial, Comportamento de Queda e Fissuração de Idade Adiantada do Material
[648] A TABELA 74 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem a cinza volante, o cimento de sulfoaluminato de cálcio, o sulfato de cálcio (gesso finamente granulado) e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 21.
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[649] Todas as composições de mistura desta incorporação (mistura 2 a 5) tiveram bom autonivelamento, comportamento de fluxo e o diâmetro grande de pastilha como observado no teste de queda. É de se notar que um tal comportamento de grande queda e autonivelante foi obtido mesmo quando numa extremamente baixa proporção água/materiais de cimento quanto aproximadamente 0.275. Para o cimento de Portland padrão ou materiais baseados em libras por polegada quadrada, tais propriedades de fluxo e comportamento autonivelante são somente obteníveis quando a proporção de água/materiais de cimento está em excesso de aproximadamente 0.45.
[650] As pastilhas de abatimento para as composições de mistura desta incorporação (mistura 2 a mistura 5) deste exemplo não desenvolveram fissura quando da secagem. Assim, pode-se concluir que a inclusão do cimento de sulfoaluminato de cálcio e do dihidrato de sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) mesmo nas quantidades baixas (aproximadamente 20% em peso do peso de cinza volante) à mistura de cimento que compreende cinza volante e citrato de metal alcalino fornece composições de cimento de geopolímero dimensionalmente estáveis que possuem resistência superior a fissuração quando da secagem.
Comportamento de Encolhimento
[651] A FIG. 21A mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 21. As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas para as misturas 2 a 5 a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. Para a mistura comparativa 1, as barras de encolhimento de 4 horas quebraram nos moldes devido ao encolhimento de material excessivo como visto na FIG. 21B. Os dados de encolhimento apresentados na FIG. 21A para a mistura comparativa 1 representam o comportamento de encolhimento de material de idade muito adiantada para as barras desmoldadas em uma idade aproximadamente de 1 hora com as medidas do encolhimento iniciadas na mesma idade. A figura 21C mostra o encolhimento de material de idade muito adiantada para todas as cinco misturas desmoldadas na idade de 1 hora com medidas de encolhimento iniciadas ao mesmo tempo. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[652] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 21A e 21B:
[653] A incorporação de cimento de sulfoaluminato de cálcio mesmo em quantidades muito pequenas (cerca de 20% em peso de peso da cinza volante) teve um impacto significativo na melhoria da estabilidade dimensional e resistência a fissuração consequente de composições de cimento de geopolímero desta encarnação compreendendo cinza volante, dihidrato de sulfato de cálcio de e citrato de metal alcalino. Contrariando as barras de encolhimento de 4 horas da mistura comparativa 1 não contendo cimento de sulfoaluminato de cálcio e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso) que racharam antes mesmo de desmoldagem, as barras de encolhimento para Misturas 2 a 5 compreendendo cimento de sulfoaluminato de cálcio e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso) eram estáveis e não fizeram racharam antes ou depois de desmoldagem.
[654] As composições de cimento de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso), e o citrato de metal alcalino tiveram um encolhimento máximo de menos do que aproximadamente 0.10% em comparação a um encolhimento máximo de aproximadamente 0.5% para a mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1). É de se notar que o encolhimento máximo anotado para a mistura 2 contendo cimento de sulfoaluminato de cálcio em 5 partes era somente aproximadamente 0.07%, quando o mesmo para a mistura 3 compreendendo cimento de sulfoaluminato de cálcio em aproximadamente 10 partes era somente aproximadamente 0.05%. Assim, adição de até mesmo pequenas quantidades de cimento de sulfoaluminato de cálcio e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso) às composições de cimento que compreendem cinza volante e citrato de metal alcalino ajuda a reduzir muito significativamente o encolhimento de material.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[655] A FIG. 21D mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada no exemplo 21. As composições de cimento deste exemplo 21, compreendendo cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio (gesso refinado) e citrato de metal alcalino demonstraram um comportamento de aumento de temperatura apenas muito moderado. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto também é útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[656] A tabela 75 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 21. TABELA 75 - Tempos de Pega do Exemplo 21
Figure img0128
Figure img0129
[657] Todas as composições de cimento investigadas neste exemplo demonstraram comportamento de pega muito rápido com tempos de pega finais de aproximadamente 45 a aproximadamente 60 minutos. Pode-se também observar que as composições de cimento desenvolvidas desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso), e o citrato de metal alcalino tiveram tempo de pega relativamente mais longos (inicial e final) do que a composição de cimento comparativa que compreende cinza volante e citrato de metal alcalino somente (mistura 1 do exemplo 21).
Resistência à compressão
[658] A TABELA 76 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina, e graus variáveis de citrato de metal alcalino, investigada no exemplo 21.
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[659] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[660] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[661] As resistências à compressão de material de 4 horas de idade adiantada estavam em excesso de aproximadamente 1000 libras por polegada quadrada com o uso de cimento de sulfoaluminato de cálcio e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso) como componente nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação.
[662] As resistências à compressão de material de 24 horas de idade adiantada estavam em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada com o uso de cimento de sulfoaluminato de cálcio e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso) como componente nas composições de cimento de geopolímero investigadas desta incorporação.
[663] As resistências à compressão de material de cerca de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade investigadas neste exemplo estavam em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada.
Exemplo 22
[664] Este exemplo estuda as propriedades físicas das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio de granulação fina ativado seja com um hidróxido de metal alcalino (hidróxido de sódio) ou uma mistura de um hidróxido de metal alcalino (hidróxido de sódio) e um ácido de metal alcalino (ácido cítrico).
[665] A TABELA 77 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo. A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 20% em peso do peso da cinza volante. Gesso foi adicionado em uma quantidade de 50% em peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio e 10% em peso de cinza volante da Classe C nas várias composições de mistura investigadas. Uma mistura de hidróxido de sódio e ácido cítrico foi adicionada às composições de cimento da invenção para atuar como um ativador químico. Duas das misturas (Mistura 2 e Mistura 3) investigadas continham apenas hidróxido de sódio como o ativador químico e nenhum ácido cítrico. Da mesma forma, uma das misturas (Mistura 1) continha apenas o ácido cítrico para ativação química e nenhum hidróxido de sódio. Surfactante SURFYNOL 500S disponível a partir da Ar Products, Inc. foi usado também como um agente umectante e antiespumante. A areia é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT FS20
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Comportamento de Fluxo Inicial e Queda
[666] A TABELA 78 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero da incorporação investigadas no exemplo 22.
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[667] Para a mistura 1 contendo ácido cítrico mas nenhum hidróxido de sódio, notou-se que o material misturado era extremamente duro e completamente impossível de ser trabalhado quando da mistura. Por outro lado, as composições de mistura contendo hidróxido de sódio (mistura 2 e mistura 3) ou uma mistura de hidróxido de sódio e ácido cítrico (mistura 4 e mistura 5), eram facilmente trabalháveis como indicado também por seu diâmetro relativamente grande de pastilha no teste de queda. É particularmente de se notar que uma tal boa facilidade se trabalhar foi obtida mesmo quando numa extremamente baixa proporção de água/materiais de cimento de aproximadamente 0.275. Para o cimento de Portland padrão ou materiais baseados em libras por polegada quadrada, tais propriedades de fluxo e comportamento autonivelante são somente obteníveis quando a proporção de água/materiais de cimento está em excesso de aproximadamente 0.45.
Comportamento de Encolhimento
[668] A FIG. 22A mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 22.
[669] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[670] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 22A:
[671] As composições de mistura compreendendo hidróxido de sódio apenas como um ativador químico (Mistura 2 e 3) demonstraram um muito baixo encolhimento de cerca de menos de cerca de 0,1%. É de se notar que o encolhimento máximo da mistura 2 contendo somente 1% de hidróxido de sódio era menos do que aproximadamente 0.05%. O encolhimento máximo aumentou para aproximadamente 0.09% para a mistura 3 contendo hidróxido de sódio em uma quantidade de aproximadamente 3%.
[672] As composições de cimento desta incorporação compreendendo uma mistura de hidróxido de sódio e ácido cítrico como um ativador químico (mistura 4 e mistura 5) demonstraram também encolhimento muito baixo. O encolhimento máximo da mistura 3 contendo ácido cítrico e hidróxido de sódio em uma quantidade de aproximadamente 1% era somente aproximadamente 0.05%. O encolhimento máximo aumentou para aproximadamente 0.25% para a mistura 5 contendo ácido cítrico e hidróxido de sódio em uma quantidade de aproximadamente 3%.
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[673] A FIG. 22B mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero desta modalidade investigada no exemplo 22. As composições de cimento neste exemplo (mistura 2 a mistura 5) demonstraram aumento muito baixo na temperatura. Mistura 1 com somente ácido cítrico (e nenhum hidróxido de sódio) endureceu quando da mistura e demonstrou reatividade extremamente pobre como indicado pelo aumento de temperatura muito baixo. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura contribui significativamente na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto é particularmente útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[674] A tabela 79 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 22.
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[675] Todas as composições de cimento desta modalidade investigadas neste exemplo (mistura 2 a 5) demonstraram comportamento de pega muito rápido com tempos de pega finais de aproximadamente 15 a aproximadamente 60 minutos. As composições de mistura que compreendem hidróxido de sódio em um nível de quantidade de aproximadamente 1% (mistura 2 e mistura 4) tiveram um tempo de pega relativamente mais longo (e tempo aberto) em comparação com as composições de mistura que compreendem hidróxido de sódio em uma quantidade de aproximadamente 3% (isto é, mistura 3 e mistura 4). Um tempo de pega extremamente curto é problemático para algumas aplicações porque uma vida de funcionamento material curta (vida útil) causa dificuldades significativas no processamento de material de pega rápida em aplicações de campo reais.
Resistência à compressão
[676] A TABELA 80 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da modalidade que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio (gesso de granulação fina) e ativadores químicos de citrato de metal alcalino no exemplo 21.
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[677] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[678] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero da modalidade investigada neste exemplo continuou a aumentar com tempo.
[679] As resistências à compressão de material de 4 horas de idade adiantada estavam em excesso de aproximadamente 1000 libras por polegada quadrada com o uso de cimento de sulfoaluminato de cálcio e gesso como componente nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação. Isto era verdadeiro quando o hidróxido de sódio foi usado como um ativador químico por si mesmo (mistura 2 e mistura 3) ou quando uma mistura de hidróxido de sódio e ácido cítrico foi usada como um ativador químico (mistura 4 e mistura 5).
[680] As resistências à compressão de material de 24 horas de idade adiantada estavam em excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada com o uso de cimento de sulfoaluminato de cálcio e gesso como componente nas composições de cimento de geopolímero investigadas desta incorporação. Isto era verdadeiro quando o hidróxido de sódio foi usado como um ativador químico por si mesmo (mistura 2 e mistura 3) ou quando uma mistura de hidróxido de sódio e ácido cítrico foi usada como um ativador químico (mistura 4 e mistura 5).
[681] As resistências à compressão de material de cerca de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade investigadas neste exemplo estavam em excesso de aproximadamente 5000 libras por polegada quadrada. Isto de novo era verdadeiro quando o hidróxido de sódio foi usado como um ativador químico por si mesmo (mistura 2 e mistura 3) ou quando uma mistura de hidróxido de sódio e ácido cítrico foi usada como um ativador químico (mistura 4 e mistura 5).
Exemplo 23
[682] Este exemplo mostra a influência de incorporação de cimento de sulfoaluminato de cálcio em quantidades diferentes (20 partes, 40 partes, 60 partes e 80 partes por peso de cinza volante) em combinação com dihidrato de sulfato de cálcio, que é adicionado em níveis de 6, 12, 18 e 24% em peso de cinza volante, no comportamento de encolhimento de idade muito adiantada das composições de cimento de geopolímero da invenção. As composições testadas são alistadas na TABELA 81. A areia é QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e o superplastificante é BASF CASTAMENT FS20
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Comportamento de Encolhimento de Idade Muito Adiantada
[683] A FIG. 23A mostra o comportamento de encolhimento idade muito adiantada de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 23.
[684] O teste de encolhimento de idade muito adiantada foi realizado conforme descrito no parágrafo [0277] mas a medição inicial foi iniciada em cerca de 1 hora desde o momento em que as matérias-primas foram misturadas para formar uma pasta fluida aquosa. O principal objetivo deste estudo foi estudar a influência da incorporação de diferentes quantidades de cimento de sulfoaluminato de cálcio (cerca de 20 para cerca de 80 partes em peso de cinzas volantes) e dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina sobre o comportamento de encolhimento de idade muito adiantada das composições de cimento de geopolímero desta encarnação.
[685] A partir da FIG. 23A e Tabela 82 pode-se observar que a magnitude do encolhimento de idade muito adiantada aumentou com aumento na quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio nas composições desta encarnação. Este foi um resultado muito inesperado.
[686] A tabela 82 resume o percentual de encolhimento para barras feitas utilizando as misturas no exemplo 23, conforme indicado na FIG. 23A.
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[687] Os resultados acima representam um aspecto extremamente importante da presente invenção. Estes resultados são altamente inesperados e retratam o encolhimento de idade muito adiantada das composições de cimento desta encarnação que aumentam com o aumento da quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio na composição. Estes resultados sugerem que é benéfico manter a quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio nas composições desta e incorporações relacionadas relativamente baixa (de preferência cerca de 20 partes ou menos), se o objetivo principal da aplicação é minimizar a magnitude do encolhimento de idade muito adiantada e encolhimento total do material. Embora as razões para o encolhimento muito adiantado do material observado aqui não sejam compreendidas completamente, acredita-se que o encolhimento adiantado é atribuível a encolhimento autógeno e químico resultando de mudanças volumétricas e de auto dessecação materiais do reactantes.
[688] Um outro grande benefício de se manter as quantidades de cimento de sulfoaluminato de cálcio e de sulfato de cálcio baixas nas composições destas incorporações e incorporações relacionadas é potencial significativamente reduzido para a eflorescência. Deve-se anotar que um grau elevado de eflorescência no material não somente apresenta um problema estético pode também conduzir ao rompimento de material e danos em idades mais avançadas devido às reações expansivas que podem ocorrer devido às reações químicas e de hidratação dos sais presentes no material endurecido.
[689] Um outro benefício principal de manter as quantidades de cimento de sulfoaluminato de cálcio e de sulfato de cálcio baixas nas composições desta incorporação é que reduz significativamente o custo de matérias primas.
Exemplo 24
[690] Este exemplo descreve o desempenho de resistência à ligação tênsil da cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (isto é, libras por polegada quadrada ou gesso) e de um sal de metal alcalino. No total, quatro composições de mistura foram investigadas.
[691] Na TABELA 83, mistura 1 representa uma composição de cimento de geopolímero da invenção que não contém nenhum pó de polímero redispersível formador de filme. Por outro lado, misturas 2 a 4 representam composições de cimento de geopolímero da invenção que contem pó de polímero redispersível formador de filme adicionado em níveis diferentes de quantidade. O pó de polímero re-dispersível formador de filme com nome de marca comercial VINNAPAS 5025L (acetato de vinil/copolímero de etileno) produzido pela WACKER Polymers foi usado nas últimas três composições de mistura. Quickrete Commercial Grade Fine Sand No. 1961 foi usada junto com o superplastificante BASF CASTAMENT FS20 e antiespumante SURFYNOL 500S disponíveis a partir da Ar Products Inc.
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Resistência à Ligação Tênsil
[692] Resistência à ligação tênsil entre substrato de argamassa baseado em cimento de Portland e composições de cimento de geopolímero como mencionado na tabela 102 foi investigada. Moldes de cubo de aproximadamente 2 polegadas x 2 polegadas x 2 polegadas foram enchidos primeiramente até metade da espessura (1”) com argamassa baseada em cimento de Portland. O material foi deixado curando e endurecendo em sacos plásticos vedados por pelo menos aproximadamente 28 dias após o molde. Após a conclusão do processo de cura de aproximadamente 28 dias, a superfície superior da argamassa de cimento de Portland foi preparada então com uma base de acrílico. Subsequentemente, as composições de cimento de geopolímero desta incorporação segundo a tabela 84 foram derramadas dentro dos moldes até a superfície superior. A superfície superior do material recentemente colocado sofreu acabamento para criar uma superfície plana. Os espécimes foram deixados então curando até a época de testar. Após a conclusão da cura, o espécime de teste foi desmoldado e blocos de âncora de aço de aproximadamente 2 polegadas x 2 polegadas foram ligados por epóxi às superfícies superiores e inferiores do espécime. Os espécimes foram então puxados em tensão em uma estrutura de teste apropriada (Máquina de Teste MTS) e a carga final de falha foi anotada. A tensão de falha foi calculada dividindo a carga de falha pela área de superfície ligada entre o substrato de argamassa de cimento de Portland e o material de cimento de geopolímero. Para cada mistura investigada neste exemplo, cinco amostras foram testadas até falha.
[693] TABELA 84 mostra a resistência à ligação tênsil média das quatro composições de mistura de geopolímero investigadas neste exemplo. Todos os espécimes foram curados por 8 dias e testados para resistência à ligação tênsil. Pode-se observar que todas as quatro composições de mistura investigadas tiveram resistência à ligação tênsil extremamente elevada. É particularmente de se notar que a resistência à ligação tênsil excedeu aproximadamente 200 libras por polegada quadrada para todas as quatro composições de cimento de geopolímero desta invenção investigada neste exemplo.
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[694] A resistência à ligação tênsil da composição de cimento de geopolímero sem nenhum pó de polímero redispersível (mistura 1) era extremamente elevada - aproximadamente 298 libras por polegada quadrada. Isto foi um resultado altamente inesperado porque tais resistências à ligação tênsil elevadas não são tipicamente alcançáveis com outros materiais baseados em cimento de Portland e produtos comercialmente disponíveis na ausência de polímeros. É notável que a adição de pó de polímero redispersível (misturas 2 a 4) às composições de cimento de geopolímero desta incorporação não resultou em nenhuma mudança substancial nem aumentou a resistência à ligação tênsil. Este resultado demonstra um aspecto muito importante das composições da invenção atual, que pós de polímero redispersíveis não são requeridos necessariamente nas composições de cimento de geopolímero desta incorporação para aumentar suas resistências à ligação tênsil a outros substratos. Resistência à ligação tênsil é uma propriedade extremamente útil quando o material é usado em aplicações de reparo para ser ligado a outros substratos. A qualidade da ligação determina afinal quão durável o trabalho de reparo será ambos no curto prazo e longo prazo. Ligação pobre com substrato pode resultar em delaminação, fissuração e outros modos de falha.
[695] Os resultados acima mencionados representam um aspecto extremamente importante da invenção atual já que descrevem que para se conseguir desempenho de resistência à ligação satisfatório, polímeros caros podem opcionalmente ser eliminados das composições de geopolímero desta incorporação. Isto faz as composições de cimento de geopolímero desta incorporação únicas e de custo extremamente competitivo com outros produtos de cimento comercialmente disponíveis de reparo baseados em outras tecnologias de ligante inorgânico.
[696] Testes adicionais de resistência à ligação tênsil foram conduzidos usando composições de geopolímero desta incorporação que contem outros tipos de pós de polímero redispersíveis tais como o acrílico, copolímero de acrilato de estireno, copolímero de estireno-butadieno, e outros. Os resultados de resistência à ligação tênsil para estas composições foram extremamente elevados e similares aos resultados relatados neste exemplo acima.
Exemplo 25
[697] Este exemplo descreve propriedades físicas das composições de cimento desenvolvidas de geopolímero desta incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita de granulação fina e citrato de metal alcalino. Um objetivo principal desta investigação era estudar a influência de incorporar cimento de sulfoaluminato de cálcio em quantidades baixas <aproximadamente 40 partes de cinza volante) em combinação com anidrita de granulação fina no comportamento de resistência à compressão de composições de geopolímero desta incorporação.
[698] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 5, 10, 20 30 e 40% em peso do peso da cinza volante. O enchimento USG SNOW WHITE, um sulfato de cálcio anidro de granulação fina (anidrita) foi usado nesta investigação. Enchimento SNOW WHITE foi adicionado em uma quantidade de 50% em peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio nas várias composições de mistura investigadas. anidrita foi adicionada em níveis de 2.5, 5, 10, 15 e 20% em peso da cinza volante da Classe C. QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961, superplastificante BASF CASTAMENT FS20, antiespumante SURFYNOL 500S e agente umectante da Ar Products, Inc. e hidrocoloide de succinoglicano AXILAT RH 200 XP disponível a partir da Momentive Specialty Chemicals. A TABELA 85 mostra as composições testadas neste exemplo.
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Resistência à Compressão e Tempo de Pega
[699] A TABELA 86 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero desenvolvidas da incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, anidrita de granulação fina, e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 13.
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[700] As resistências à compressão das composições de cimento de geopolímero da incorporação que compreendem anidrita como obtidas neste exemplo são significativamente maiores em comparação com composições similares (como destacado em exemplos precedentes) que contêm dihidrato de sulfato de cálcio. Isto demonstra os benefícios inesperados de usar sulfato de cálcio anidro insolúvel (anidrita ou anidrita calcinada à morte) comparado ao dihidrato de sulfato de cálcio discutido na descrição da invenção.
[701] As resistências à compressão de 4 horas de idade adiantada do material estavam em excesso de aproximadamente 1500 libras por polegada quadrada para a mistura #1 e mistura #2 contendo cimento de sulfoaluminato de cálcio e anidrita em quantidades mais baixas; e em excesso de aproximadamente 3000 libras por polegada quadrada para as misturas 3 a 5 contendo cimento de sulfoaluminato de cálcio e anidrita em quantidades mais elevadas.
[702] As resistências à compressão de 24 horas d3 idade adiantada do material estavam 3m excesso de aproximadamente 2000 libras por polegada quadrada para a mistura 1 e mistura 2 contendo cimento de sulfoaluminato de cálcio e anidrita em quantidades mais baixas; e em excesso de aproximadamente 5000 libras por polegada quadrada para as misturas 3 a 5 contendo cimento de sulfoaluminato de cálcio e anidrita em quantidades mais elevadas.
[703] As resistências à compressão de material de cerca de 28 dias de todas as composições de cimento de geopolímero desta modalidade contendo cimento de sulfoaluminato de cálcio e anidrita investigadas neste exemplo estavam em excesso de aproximadamente 7000 libras por polegada quadrada.
[704] Notou-se ainda que as composições de cimento de geopolímero desta incorporação compreendendo anidrita produziram uma pega relativamente mais rápida em comparação com composições similares (como destacado em exemplos precedentes) que contêm dihidrato de sulfato de cálcio. Os tempos de pega final para as cinco composições de mistura investigadas neste exemplo variou entre aproximadamente 25 minutos a aproximadamente 35 minutos.
[705] As composições de cimento de geopolímero desta invenção que contem anidrita como destacado no exemplo atual são particularmente úteis nas aplicações onde a pega rápida e o desenvolvimento rápido de resistência são uma exigência essencial.
Exemplo 26
[706] Este exemplo descreve uma composição de cimento de geopolímero da invenção atual particularmente útil para o uso como um contrapiso autonivelante sobre uma variedade de substratos tais como concreto, madeira etc. Em particular, composições similares a essa descrita neste exemplo são altamente úteis para alisar e nivelar as superfícies concretas existentes que são ásperas e não planares.
[707] TABELA 87 mostra a composição de material desta encarnação que foi usada por cima de uma laje de concreto existente para criar uma superfície lisa.
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[708] O tamanho da laje de concreto sobre a qual o material de cobertura de geopolímero foi derramado foi cerca de 22 pés x cerca de 11,5 pés em área. A superfície da laje foi varrida primeiramente para remover poeira e restos que aderem à superfície da laje. Isto foi seguido preparando a superfície da laje usando uma base de chão de acrílico. Os materiais mostrados na tabela 87 foram misturados em um cilindro usando um misturador de broca manual. Dois grupos do tamanho mencionado na tabela 26 foram misturados de uma vez em um cilindro de mistura usando um misturador de broca manual. A água foi derramada primeiramente dentro do cilindro de mistura seguido pela adição da mistura seca do pó. O tempo de mistura de material foi aproximadamente 2 a aproximadamente 3 minutos para conseguir pasta fluída de geopolímero livre de grânulo desta incorporação. O cilindro de mistura foi transportado então à área de derramamento e a pasta fluida de geopolímero foi derramada sobre a laje de concreto. O processo de mistura como descrito acima foi repetido 13 vezes para se obter pasta fluida o bastante para cobrir a área de derramamento de laje de concreto inteira. A pasta fluida de geopolímero fluiu e nivelou extremamente fácil. Um acabamento foi usado para mais facilitar e mover o material para a área de derramamento.
[709] A superfície do material derramado foi então espatulada usando uma espátula de aço para criar uma superfície plana e lisa. A espessura eficaz do material derramado variou de aproximadamente 1 polegada a "featheredge" (borda de relevo tipo pena) (aproximadamente 1/16 polegadas) dependendo da posição da laje. A espessura eficaz do material derramado na laje foi medida quando o material foi derramado sobre a laje e remedida então após aproximadamente 2 horas. As medidas de espessura permaneceram essencialmente as mesmas do tempo de derramamento e após aproximadamente 2 horas. O comprimento total do material "feather edged" (de borda de relevo tipo pena) na área de derramamento era aproximadamente 22 pés. É de se notar que o material derramado assumiu borda de relevo tipo pena de forma extremamente fácil. A ligação entre o material de borda de relevo tipo pena e o substrato foi descoberta como sendo excepcional dentro de aproximadamente 2 horas do derramamento. É de se notar que nenhuma fissura ou delaminação ocorreram na borda de relevo tipo pena quando a fita adesiva na extremidade da área de borda de relevo tipo pena foi puxada na idade de aproximadamente 2 horas. A superfície da laje era seca e caminhável dentro de aproximadamente 2 horas após derramamento. O assoalho permaneceu substancialmente livre de rachadura e defeito até a época da última inspeção que foi feita após diversos meses após derramamento.
[710] O pH de superfície da superfície de cobertura de assoalho de ligante de geopolímero foi medido de acordo com o método do teste ASTM F710-11 em vários intervalos de tempo. O medidor de pH EXTECH PH150- C EXSTICK Concrete foi usado para conduzir as medidas do pH da superfície. A tabela 88 mostra os valores de pH medidos da superfície de cobertura do assoalho:
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[711] Os ligantes de geopolímero dimensionalmente estáveis desta incorporação devido a seu pH relativamente baixo são altamente compatíveis com os adesivos bons para assoalho mais comercialmente disponíveis tais como adesivos acrílicos e de borracha. Devido ao ambiente baixo de pH fornecido pelo ligante dimensional estável de geopolímero desta incorporação, os adesivos de pavimentação não evidenciam quebras químicas e instabilidade significativas causadas por reações adversas com a composição de geopolímero. Em consequência, os materiais de pavimentação tais como vinil de folha, telhas de composição de vinil (VCTs) e tapete podem com sucesso ser instalados sobre ligantes dimensionalmente estáveis de geopolímero desta incorporação para assegurar um longo desempenho durável.
[712] A resistência à ligação tênsil da cobertura de geopolímero aplicada ao substrato de concreto foi medida de acordo com o métodos de teste ASTM C1583 (2004) na idade de seis semanas. Os valores medidos de resistência tênsil estavam em excesso de aproximadamente 300 libras por polegada quadrada que demonstram desenvolvimento de ligação excelente do material de cobertura de geopolímero ao substrato de concreto.
[713] Quando usadas como um material de cobertura autonivelante ou de reparo, as composições dimensionalmente estáveis de geopolímero de algumas incorporações da invenção requerem preparação mínima de substrato para a instalação bem sucedida. Métodos caros e custosos em tempo de preparação de substrato tais como jateamento com granalha, escarificação, projeção de água, picagem ou moagem para tornar a superfície pronta para a instalação da cobertura de ligante de geopolímero autonivelante em um substrato existente podem ser minimizados ou evitados completamente, dependendo da aplicação. A cobertura de geopolímero pode ou ser derramada diretamente sobre um substrato livre da poeira e dos restos, ou alternativamente, pode ser derramada sobre um substrato que tenha sido preparado apropriadamente usando uma base apropriada de assoalho.
[714] A composição de cimento pode ser espalhada em uma superfície de um substrato, em a pasta de cimento é autonivelante e é derramada a uma espessura eficaz de aproximadamente 0.02 a aproximadamente 7.5 cm. Quando usadas como material de reparo de remendo ou material autonivelante de cobertura sobre um substrato existente, as composições dimensionalmente estáveis de geopolímero de algumas incorporações da invenção são capazes facilmente de ser aplicadas às espessuras extremamente pequenas desde revestimento folheado a borda de relevo do tipo pena. Revestimento folheado e bordeamento de relevo do tipo pena aqui se referem a uma espessura de material aplicada de menos do que aproximadamente 1/4 polegadas (0.635 cm) e mais preferivelmente variando entre aproximadamente 1/8 polegadas a aproximadamente 1/128 polegadas (0.32 cm a 0.02 cm).
[715] As composições dimensionalmente estáveis de geopolímero de algumas incorporações preferenciais da invenção são capazes de desenvolver excepcional resistência à ligação tênsil com o substrato subjacente. A resistência à ligação tênsil preferível entre o material de geopolímero da invenção e o substrato de concreto excede preferivelmente aproximadamente 200 libras por polegada quadrada (1.4 MPa) e excede mais preferivelmente aproximadamente 300 libras por polegada quadrada (2.1 MPa).
[716] Aspectos distintivos importantes das composições de ligante de geopolímero da invenção atual como destacadas deste exemplo são como segue:
[717] Exigência de energia de mistura extremamente baixa para conseguir material de ligante de geopolímero bem misturado mesmo com o uso de misturadores de broca de baixas RPM. É particularmente de se notar que o material de geopolímero desta incorporação é extremamente fácil de misturar apesar do uso de quantidades extremamente pequenas de água na formulação. As formulações de cimento geralmente disponíveis na indústria usam cerca de duas vezes a quantidade de água facilitar misturar e produzir uma mistura trabalhável e autonivelante da pasta fluida.
[718] Exigência mínima de preparação de substrato para realizar um bem sucedido derramamento usando os materiais de cobertura de ligante de geopolímero desta incorporação. Não há nenhuma necessidade de empregar métodos caros e custosos de tempo de preparação de substrato tais como jateamento com granalha, escarificação, projeção de água, picagem ou moagem para tornar a superfície pronta para derramamento. O material de geopolímero pode ou ser derramada diretamente sobre um substrato livre da poeira e dos restos, ou alternativamente, pode ser derramada sobre um substrato que tenha sido preparado apropriadamente usando uma base apropriada de assoalho.
[719] Habilidade do material de ligação de geopolímero desta incorporação de ser "featheredged" (de borda de relevo do tipo pena).
[720] Ligação excepcional entre a cobertura de ligação de geopolímero desta incorporação e o substrato de concreto.
[721] O material de cobertura de ligação de geopolímero desta incorporação é caminhável dentro de aproximadamente 2 horas após derramamento.
[722] Resistência extremamente elevada da cobertura de ligante de geopolímero desta incorporação à aflição tal como a delaminação e fissuração.
[723] Habilidade do material de ligação de geopolímero desta incorporação de ser derramado em espessuras diferentes.
[724] Habilidade do material de ligação de geopolímero de aceitar tipos diferentes de revestimentos na superfície.
[725] Habilidade do material de ligação de geopolímero de ser misturado com os misturadores de argamassa contínuos comercialmente disponíveis e outros tipos de misturadores em lote de concreto e argamassa.
Exemplo 27
[726] A TABELA 89 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo.
[727] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 25% em peso do peso da cinza volante. O dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso de granulação fina) usado nesta investigação foi adicionado em um nível de 50% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio, que é 12.5% em peso da cinza volante da classe C. O cimento de Portland foi adicionado em níveis de 25, 67, 150 e 400% em peso da cinza volante, que é de taxas aproximadas de 15% em peso, 33% em peso, de 52% em peso, e de 74% em peso dos materiais de cimento totais, respectivamente. Os materiais de cimento totais incluem a cinza volante da classe C, o dihidrato de sulfato de cálcio, o sulfoaluminato de cálcio e o cimento de Portland. A proporção de água para materiais de cimento totais foi mantida constante a aproximadamente 0.3 para todas as misturas investigadas. O cimento de Portland St. Mary’s Type III, Detroit, MI foi adicionado. QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961 e superplastificante é BASF CASTAMENT FS20 também foram usados.
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Comportamento de Fluxo Inicial e Queda
[728] A TABELA 90 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero da incorporação que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, gesso, cimento de Portland e citrato de metal alcalino investigadas no exemplo 27.
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[729] Todas as composições de mistura investigadas tiveram comportamento de fluxo ruim como indicado pela pasta dura e pelo diâmetro pequeno de pastilha observados no teste de queda. As propriedades de fluxo do material diminuíram com aumento no cimento de Portland nas composições.
[730] A natureza dura e altamente viscosa das pastilhas de abatimento é também aparente dos valores de queda na TABELA 90. As misturas de pasta fluida tornaram-se mais viscosas com aumento no cimento de Portland nas composições.
Comportamento de Encolhimento
[731] A FIG. 24 mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 27. As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 2-1/5 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[732] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 24
[733] A incorporação do cimento de Portland aumentou significativamente o encolhimento das composições de cimento investigadas. Os valores finais de encolhimento para as várias misturas investigadas estão tabulados na tabela 91. Pode-se observar que o encolhimento final para a mistura #1 que contém o cimento de Portland em aproximadamente 15% era aproximadamente 0.15%. O encolhimento final aumentou para aproximadamente 0.23% para a mistura #2 que contém o cimento de Portland em de aproximadamente 33%. O encolhimento final aumentou para aproximadamente 0.3% para a mistura #3 que contém o cimento de Portland em aproximadamente 50%. Finalmente, para a mistura #4 com cimento de Portland em aproximadamente 75%, o encolhimento medido era aproximadamente 0.5% no mais elevado.
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[734] Como discutido em detalhe na descrição acima, este exemplo mostra o resultado inesperado obtido com adição do cimento de Portland às incorporações da invenção atual em que o cimento de Portland tem uma influência negativa no comportamento de encolhimento das composições. O valor de encolhimento é mostrado por este exemplo como aumentando proporcionalmente com aumento na quantidade de cimento de Portland nas composições.
[735] A adição do cimento de Portland às composições de cimento a incorporações da invenção que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio e citrato de metal alcalino aumentou muito significativamente o encolhimento de material.
[736] Baseado nos achados acima mencionados, a adição do cimento de Portland nas composições dimensionalmente estáveis de geopolímero das incorporações da invenção atual não é recomendada.
Exemplo 28
[737] A TABELA 92 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento investigadas neste exemplo.
[738] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio usada nas composições da mistura deste exemplo era igual a 20% em peso do peso da cinza volante. O dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina (gesso de granulação fina) usado nesta investigação foi adicionado em um nível de 50% em peso do peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio e 10% em peso da cinza volante da classe C. A composição da mistura 1 estava livre do bórax, enquanto que as composições das misturas 2 a 4 continham bórax como um aditivo químico de controle de pega. QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961, superplastificante BASF CASTAMENT FS20, WACKER Vinnapas 5025L, (Wacker Polymers) e antiumectante Surfynol 500S da Air Products.
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Comportamento de Eflorescência
[739] A figura 25 mostras as fotografias dos cubos moldados nos moldes de cubo de bronze para as misturas investigadas neste exemplo. A superfície superior dos cubos moldados é visível nas fotografias mostradas na figura. Pode-se observar que as misturas com bórax (misturas #2, #3 e #4) mostraram eflorescência excessiva na superfície superior dos cubos causada por lixiviação dos sais dentro do material. Enquanto que os cubos para a mistura #1 sem nenhum bórax estavam essencialmente livres de eflorescência. Eflorescência excessiva pode levar a pobreza estética, rompimento de material e danos materiais de reações expansivas ocorrendo devido à hidratação de sais, e redução na resistência à ligação com outros substratos e revestimentos de superfície.
Comportamento de Ligação
[740] As composições dimensionalmente estáveis de ligante de geopolímero, de acordo com esta invenção, com bórax, borato ou ácido bórico adicionados como um componente adicional foram descobertas como também desenvolvendo ligação pobre com outros materiais e substratos tais como o concreto. Assim, preferivelmente a composição atual não inclui o bórax, o borato ou o ácido bórico.
[741] Exemplo 29: Cinza Volante da Classe C mais Mineral de Aluminossilicato de Cálcio Pobre em Cal (Cinza Volante da Classe F)
[742] A TABELA 93 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero investigadas neste exemplo.
[743] Este exemplo investigou a influência da incorporação do mineral de aluminossilicato de cálcio pobre em cal (Cinza Volante da Classe F da Headwaters Resources) em combinação com a cinza volante da classe C nas propriedades físicas das composições de geopolímero da invenção. A cinza volante da classe C foi adicionada em 76, 38, 18 e 76 partes em peso enquanto a cinza volante F foi adicionada em 38 e 58 partes em peso nas misturas 2 e 3 onde cinza mosca da classe C é adicionada em níveis de 38 e 18 partes em peso, respectivamente. O dihidrato de sulfato de cálcio foi adicionado em 8 partes por peso e o sulfoaluminato de cálcio foi adicionado em um nível de 16 partes em peso. QUIKRETE Commercial Grade Fine Sand No. 1961, superplastificante BASF CASTAMENT FS20 e antiespumante SURFYNOL 500S também foram usados.
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Comportamento de Fluxo e Qued a do Material
[744] A TABELA 94 mostra as características de queda e de comportamento de fluxo inicial das composições de cimento de geopolímero da incorporação investigadas no exemplo 29.
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[745] Todas as composições de mistura investigadas tiveram comportamento bom de reologia e queda como observado no teste de queda. É de se notar que um tal comportamento de reologia e queda foi obtido mesmo quando a proporção água/materiais de cimento era tão baixa quanto aproximadamente 0.24.
Comportamento de Encolhimento
[746] A FIG. 26 mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da incorporação investigada no exemplo 29. O objetivo principal desta investigação era estudar a influência de incorporar mineral de aluminossilicato termicamente ativado com índice baixo de cal (cinza volante da classe F) no comportamento de encolhimento das composições de cimento desenvolvidas de geopolímero desta incorporação.
[747] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde os matérias primas foram misturados junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[748] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 26:
[749] O encolhimento de material chegou ao mais baixo quando a composição continha somente o mineral de aluminossilicato termicamente ativado com índice elevado de cal, isto é, cinza volante da classe C (mistura #1)
[750] O encolhimento de material aumentou com aumento na quantidade de mineral de aluminossilicato termicamente ativado com baixo índice de cal na composição. O encolhimento total para a mistura 1 na ausência do mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal com era aproximadamente 0.04%. Pode-se observar que o encolhimento total para a mistura 2 com aproximadamente 50% de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal na composição aumentou para aproximadamente 0.07%. O encolhimento de material total para a mistura 3 aumentou para aproximadamente 0.1% com aproximadamente 76% de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal na composição. O encolhimento total para a mistura 4 com cerca de 100% de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal com na composição foi significativamente maior a aproximadamente 0.18%.
Tempo de Pega
[751] A tabela 95 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero da modalidade no exemplo 29.
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[752] Observa-se que ambos os tempos de pega final e inicial das composições investigadas neste exemplo aumentaram com aumento na quantidade de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal na formulação. Pode-se observar que o tempo de pega final para a mistura 4 que contem cerca de 100% de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal aumentou significativamente para mais do que aproximadamente 2 horas.
Resistência à compressão
[753] A TABELA 96 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento desenvolvidas de geopolímero da incorporação no exemplo 29.
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[754] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[755] A resistência à compressão das composições de cimento de geopolímero que compreendem uma mistura de minerais de aluminossilicato com baixo e alto índice de cal continuou a aumentar como uma função do tempo.
[756] Tanto a resistência à compressão de idade adiantada quanto à resistência à compressão final das composições de mistura diminuiu com aumento na quantidade de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal na composição.
[757] Tanto a resistência à compressão de idade adiantada e a resistência à compressão final para a mistura 2 contendo 50% de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal na composição eram satisfatórias com a resistência à compressão de 28 dias estando em excesso de aproximadamente 4200 libras por polegada quadrada.
[758] Tanto as resistências à compressão final e de idade adiantada para a mistura 4 que contendo 100% de mineral de aluminossilicato com baixo índice de cal na composição eram relativamente baixas e não satisfatórios para muitas das aplicações contempladas como parte desta invenção.
Exemplo 30
[759] Este exemplo descreve uma composição de cimento de geopolímero da invenção atual particularmente útil para o uso como um contrapiso autonivelante sobre uma variedade de substratos tais como concreto, madeira etc. Em particular, composições similares a essa descrita neste exemplo são particularmente úteis para alisar e nivelar as superfícies concretas existentes que são ásperas e não planares.
[760] A TABELA 97 mostra a composição material desta incorporação:
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[761] As composições de mistura investigadas neste exemplo tiveram boa reologia e renderam uma queda de 10-1/4 polegadas (26 cm) no teste de queda. As pastilhas de abatimento para esta composição de mistura depois de secagem permaneceram em condições excelentes e não desenvolveu fissura.
Comportamento de Encolhimento
[762] A FIG. 27A mostra o comportamento de encolhimento de composições de cimento de geopolímero da invenção investigada no exemplo 29.
[763] As medidas de encolhimento foram iniciadas em uma idade de aproximadamente 4 horas a partir do tempo onde as matérias primas foram misturadas junto para dar forma a uma pasta aquosa. O encolhimento de material foi medido por uma duração total de aproximadamente 8 semanas enquanto se curava o material a aproximadamente 75oF/50% RH.
[764] As seguintes conclusões importantes podem ser extraídas desta investigação e FIG. 27A:
[765] Contrário às barras de encolhimento do Exemplo Comparativo 4 (sem sulfato de cálcio) que racharam antes mesmo da desmoldagem, as barras de encolhimento do Exemplo 29 compreendendo dihidrato de sulfato de cálcio de granulação fina eram completamente estáveis e não resultaram em nenhuma rachadura antes ou após desmoldagem.
[766] As composições de cimento de geopolímero da incorporação da invenção que compreendem cinza volante, cimento de sulfoaluminato de cálcio, dihidrato de sulfato de cálcio e citrato de metal alcalino investigadas neste exemplo tiveram um encolhimento máximo de aproximadamente apenas 0.04% em comparação com um encolhimento máximo de aproximadamente 0.75% para a composição comparativa de mistura que contem cinza volante e citrato de metal alcalino somente (exemplo 1).
Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[767] A FIG. 27B mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero da modalidade da invenção investigada no exemplo 29. Esta composição de cimento demonstrou somente um comportamento muito moderado de aumento de temperatura com a temperatura máxima de pasta fluida alcançando somente 108oF.
[768] Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura auxilia na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. A composição de cimento de geopolímero desta modalidade da invenção será altamente benéfica neste aspecto particular, já que conduziria a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo.
Tempo de Pega
[769] A tabela 98 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero de algumas encarnações da investigação investigada no exemplo 29. Estas resultam em modalidades da invenção e no entanto são particularmente úteis em aplicações de contrapiso autonivelante.
Figure img0160
Resistência à compressão
[770] A TABELA 99 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento desenvolvidas de geopolímero da incorporação da invenção investigada neste exemplo. Estes resultados demonstram a adequação das composições de geopolímero desta invenção para o uso nas aplicações de contrapiso autonivelante.
Figure img0161
Exemplo 31
[771] Este exemplo demonstra o comportamento único e o desempenho mecânico de composições de pouco peso de ligante de geopolímero de algumas incorporações da invenção.
[772] A TABELA 100 mostra as composições de matéria prima das misturas de cimento de geopolímero de peso leve investigadas neste exemplo.
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Figure img0163
[773] A densidade medida das composições de peso leve de geopolímero investigadas neste exemplo era como segue: Mistura 1: 96 pcf (libras por pé cúbico) Mistura 2: 101 pcf Mistura 3: 105 pcf Comportamento de Queda e Fissuração de Idade Adiantada do
Material
[774] A TABELA 101 mostra o comportamento de queda das composições de cimento de geopolímero de peso leve de algumas modalidades da invenção investigada neste exemplo.
Figure img0164
[775] Todas as composições de mistura investigadas tiveram comportamento bom de reologia e queda como observado no teste de queda. É de se notar que um tal comportamento de reologia e queda foi obtido mesmo quando a proporção água/materiais de cimento era tão baixa quanto aproximadamente 0.255.
[776] Todos as pastilhas de abatimento das misturas investigadas no exemplo estavam em condições excelentes e não desenvolveram fissura. Evolução de Calor e Comportamento de Aumento de Temperatura de Pasta Fluida
[777] A FIG. 28 mostra o comportamento de aumento de temperatura de pasta fluida e exotérmico de composições de cimento de geopolímero de peso leve de algumas encarnações da invenção investigada no exemplo 31. Pode-se observar que estas composições demonstraram comportamento de aumento da temperatura muito baixo. Uma evolução de calor moderada e baixo aumento de temperatura dentro do material durante o estágio de cura é significativo em ajudar na prevenção da expansão térmica excessiva e consequente fissuração e ruptura dos materiais. Este aspecto torna-se ainda mais útil quando o material é utilizado de uma forma onde grandes espessuras de derramamentos de material estão envolvidas nas aplicações de campo reais. As composições de cimento de geopolímero de algumas encarnações da invenção investigada neste exemplo são divulgadas sendo altamente benéficas neste aspecto particular, já que conduzem a uma menor expansão térmica e maior resistência à fissuração térmica em aplicações de campo real.
Tempo de Pega
[778] A tabela 102 mostra o tempo de pega das composições de cimento de geopolímero de peso leve de algumas encarnações da investigação investigada neste exemplo. Pode-se observar que todas as composições de cimento investigadas neste exemplo demonstraram um comportamento de pega rápido com o tempo de pega final variando entre 1 a 2 horas.
Figure img0165
Resistência à compressão
[779] A TABELA 103 mostra o comportamento de resistência à compressão das composições de cimento de peso leve de geopolímero das incorporações da invenção investigada no exemplo 31.
Figure img0166
[780] As seguintes observações importantes podem ser extraídas deste estudo:
[781] Tanto a resistência à compressão de idade adiantada quanto à resistência à compressão final das composições de peso leve de geopolímero desta invenção são relativamente muito elevadas e comparáveis a algumas das composições de densidade total da invenção atual (compare resultados do exemplo 30 com aqueles do exemplo 31).
[782] É de se notar que as resistências à compressão de 4 horas de composições de peso leve de geopolímero da invenção investigada neste exemplo estão em excesso de aproximadamente 1000 libras por polegada quadrada.
[783] É também de se notar que as resistências à compressão de 24 horas das composições de peso leve de geopolímero desta invenção estão em excesso de aproximadamente 2500 libras por polegada quadrada.
[784] É outra vez muito de se notar que as resistências à compressão de 28 duas de composições de geopolímero de peso leve da invenção são muito elevadas, isto é, em excesso de aproximadamente 4000 libras por polegada quadrada.
[785] As composições do de geopolímero de algumas incorporações preferenciais da invenção mostradas nos exemplos têm aplicação em um número de produtos comerciais. Em particular, as composições podem ser usadas para:
[786] O reparo da estrada e a produtos de remendo de estrada, superfícies de rolamento e tráfego e pavimentos, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 5, 24, 25, 30 e 31;
[787] Tijolos e pedras sintéticas, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 5, 6, 9, 12 e 14;
[788] Materiais de reparo para paredes, assoalhos e tetos e materiais de superfície de painel, rebocos e argamassa de ligação, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 5, 24 e 33;
[789] Materiais de telhadura, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 5, 26, 30 e 31;
[790] Os produtos de concreto projetado que são produtos de cimento pulverizados usados para a estabilização do solo e da rocha e como materiais de forro, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 5, 25 e 30;
[791] Estruturas de sustentamento de peso, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 25, 30, e 31;
[792] Moldes de arquitetura e estatuários, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 5-22, 29, 30, e 31;
[793] Contrapisos autonivelantes, como mostrado por algumas propriedades divulgadas nos exemplos 5, 7, 9, 13, 15, 19, 21, 22, 24, 26, 30, e 31.
[794] Embora tenhamos descrito as incorporações preferenciais para executar nossa invenção, será compreendido por versados na técnica a quem esta divulgação é dirigida que modificações e adições podem ser feitas na nossa invenção sem que se saia de seu escopo.

Claims (15)

1. Composição de geopolímero de aluminossilicato, caracterizado pelo fato de compreender o produto de reação de: água; ativador químico selecionado do grupo que consiste em um citrato de metal alcalino, silicato de metal alcalino, hidróxido de metal alcalino e misturas dos mesmos; e material reativo de cimento, em que o material reativo de cimento compreende: um mineral de aluminossilicato ativado termicamente compreendendo cinzas volantes da classe C; um cimento de sulfoaluminato de cálcio; e sulfato de cálcio selecionado do grupo consistindo de dihidrato sulfato de cálcio, do hemihidrato de sulfato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e das misturas destes.; em que a proporção de peso do ativador químico para o material reativo de cimento é de 1 a 6: 100; e em que o material reativo de cimento compreende: de 33 65 a 97% em peso de mineral de aluminossilicato termicamente ativado, de 1 2 a 40 30% em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio, de 1 0,2 a 40 15% em peso de sulfato de cálcio, em que o sulfato de cálcio tem um tamanho médio de partícula de 1 a 100 μm.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de quea proporção de peso do ativador químico para o material reativo de cimento é de 1 a 6: 100; e em que a proporção de peso da água para o material reativo de cimento é de 0,17 a 0,40:1; em que a proporção de peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio para o mineral de aluminossilicato termicamente ativado é de 2 a 100: 100; e em que a proporção de peso do sulfato de cálcio para cimento de sulfoaluminato de cálcio é de 2 a 100: 100.
3. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deo ativador químico compreender um citrato de metal alcalino, um hidróxido de metal alcalino e suas misturas, e o mineral de aluminossilicato termicamente ativado compreende de 75 a 100 partes de cinza volante da classe C por 100 partes do referido mineral aluminossilicato ativado termicamente.
4. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deque existe uma ausência de cimento Portland.
5. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deo ativador químico ser selecionado do grupo que consiste em citrato de metal alcalino, hidróxido de metal alcalino, silicato alcalino e suas misturas e o mineral aluminossilicato termicamente ativado compreende cinzas volantes de Classe C.
6. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deo sulfato de cálcio ter um tamanho de partícula médio variando de 1 a 100 μm, em que o material reativo de cimento contém sulfato de cálcio anidro; em que a proporção de peso do sulfato de cálcio anidro para o cimento de sulfoaluminato de cálcio é de 10 a 60: 100; e em que a composição tem um tempo de pega final de 30 a 60 minutos.
7. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deque as quantidades de cimento de sulfoaluminato de cálcio, sulfato de cálcio, e de ativador químico relativas à quantidade de mineral de aluminossilicato termicamente ativado limitar o encolhimento da composição para menos de 0,3%.
8. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de queo material reativo de cimento compreende: de 60 65% a 90 97% em peso de mineral de aluminossilicato termicamente ativado, em que o mineral de aluminossilicato termicamente ativado compreende cinza volante da classe C; de 4_2% a 35 30% em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio, de 2 0,2% a 15% em peso de sulfato de cálcio, e em que que a proporção de peso do ativador químico para o material reativo de cimento é de 1,25 a 4: 100.
9. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deo material reativo de cimento compreende dihidrato sulfato de cálcio.
10. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deque o sulfato de cálcio compreende hemihidrato de sulfato de cálcio.
11. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato deque o material reativo de cimento compreende sulfato de cálcio anidro.
12. Uso da composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato deque na forma selecionado do grupo que consiste em um material de reparo da construção, um material de reparo do assoalho, um contrapiso autonivelante de assoalho sobre um substrato, uma estrutura de suporte de carga, um material de revestimento de painel, um ligante em materiais de construção, materiais de construção selecionados do grupo consistindo de tijolo, blocos e pedras, um material de revestimento da parede, um material de pavimento para superfícies de rolamento de tráfego, um material do reparo para superfícies de rolamento do tráfego, material para superfícies de suporte de peso, um material de telhadura, um material de concreto projetado e uma argamassa.
13. Método de preparar composição de geopolímero de aluminossilicato, conforme definida na reivindicação 1, caracterizado pelo fato decompreender a formação de uma mistura de: água; ativador químico selecionado do grupo que consiste em um sal alcalino, em uma base alcalina e misturas dos mesmos; e material reativo de cimento, em que o material reativo de cimento compreende: um mineral de aluminossilicato ativado termicamente compreendendo cinzas volantes da classe C; um cimento de sulfoaluminato de cálcio; e um sulfato de cálcio selecionado do grupo consistindo de dihidrato sulfato de cálcio, do hemihidrato de sulfato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e das misturas destes, em que o material reativo cimentício compreende: de 33 65 a 97% em peso de mineral aluminossilicato termicamente ativado, de 1 2 a 40 30% em peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio, e de 1 0,2 a 40 15% em peso de sulfato de cálcio, em que a razão em peso do ativador químico para o material reativo cimentício é de 1 a 6: 100; e reagir a mistura para produzir a composição de geopolímero de aluminossilicato, em que a composição de geopolímero de aluminossilicato resulta de uma reação exotérmica em uma pasta de água a uma faixa de temperatura de 0 a 50 ° C.
14. Mistura cimentícia para dar forma a uma composição de geopolímero de aluminossilicato, conforme definida na reivindicação 1, caracterizada pelo fato decompreender: material reativo de cimento compreendendo: de 33 65 a 97% por peso do mineral de aluminossilicato ativado termicamente, em que o mineral de aluminossilicato termicamente ativado compreende cinza volante da classe C, de 1 2 a 40 30% em peso do cimento de sulfoaluminato de cálcio, de 1 0,2 a 40 15% em peso do sulfato de cálcio selecionado do grupo consistindo de dihidrato sulfato de cálcio, do hemihidrato de sulfato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e das misturas destes; e um ativador químico selecionado do grupo que consiste em um citrato de metal alcalino, hidróxido de metal alcalino, e silicato alcalino e misturas destes, em que a razão em peso do ativador químico para o material reativo cimentício é de 1 a 6: 100. em que a proporção de peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio para o mineral de aluminossilicato termicamente ativado é de 1 a 100: 100; e em que a proporção de peso do sulfato de cálcio para cimento de sulfoaluminato de cálcio é de 2 a 100: 100, em que o sulfato de cálcio tem um tamanho médio de partícula de 1 a 100 μm.
15. Mistura cimentícia, de acordo com a reivindicação 14, caracterizada pelo fato decompreender: material reativo de cimento compreendendo: de 60 65% a 85 97% em peso de mineral termicamente ativado, em que o mineral termicamente ativado compreende cinza volante da classe C, de 82 % a 30% em peso de cimento de sulfoaluminato de cálcio, e de 40 0,2% a 15 % em peso de sulfato de cálcio, o sulfato de cálcio selecionado do grupo consistindo de dihidrato sulfato de cálcio, do hemihidrato de sulfato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e das misturas destes; e um ativador químico selecionado do grupo que consiste em um citrato de metal alcalino, um hidróxido de metal alcalino, silicato alcalino e em misturas destes, em que a proporção em peso do ativador químico para o material reativo cimentício é de 1 a 6: 100, em que o sulfato de cálcio tem um tamanho médio de partícula de 1 a 100 μm.
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