BR112017006645B1

BR112017006645B1 - Método para gama baixa e gama média de redução de água de uma composição cimentícia hidratável usando um copolímero de policarboxilato do tipo pente e material cimentício

Info

Publication number: BR112017006645B1
Application number: BR112017006645-9A
Authority: BR
Inventors: Lawrence L. Kuo; Izabela Goc-Maciejewska; Natalia Jaskula
Original assignee: Gcp Applied Technologies Inc
Priority date: 2014-09-30
Filing date: 2015-09-28
Publication date: 2022-03-08
Also published as: US20160090323A1; JP6710202B2; AU2015324162B2; WO2016053854A1; CO2017004297A2; AU2015324162A1; KR20170094120A; MY181032A; US9919968B2; CA2962776A1; HK1243698A1; EP3201154A4; MX2017004028A; EP3201154A1; KR102510021B1; JP2017531608A; BR112017006645A2; CN107148406A; SG11201702357WA; CA2962776C

Abstract

resumo ?redução de água de baixa a média gama com o uso de polímeros de policarboxilato em pente? a presente invenção refere-se a métodos para plastificar misturas cimentícias que têm razão entre água/cimento relativamente alta (pelo menos 0,40 ou mais) que são surpreendentemente aprimoradas em termos de eficiência de dosagem, em comparação aos polímeros de policarboxilato (superplastificantes), quando o polímero de policarboxilato é formado de constituintes de monômero especificamente selecionados dimensionados de maneira particularmente pequena: (a) monômero de polioxialquileno representado pela fórmula estrutural (r1)(r3)c=c(r2)((ch2)m(co)no(ch2)o(ao)pr4) em que: (ao)p representa grupos de óxido de etileno linear e "p é 5 a 23, mais preferencialmente, 5 a 15; (b) ácido carboxílico insaturado representado por (r5)(r7)c=c(r6)(c(o)om), em que m representa um metal alcalino, sendo que a razão entre o componente a e o componente b é 20:80 a 50:50; e, opcionalmente, (c) um monômero hidrofílico representado por (r8)(r9)c=c(r10)(cx), em que r8, r9 e r10, cada um, representam hidrogênio o grupo metila, e x representa c(o)nh2, c(o)nhr11, c(o)nr12r13, so3h, c6h4so3h ou c(o)nhc(ch3)2ch2so3h ou misturas dos mesmos, em que r11, r12 e r13, cada um, representam um grupo alquila c1 a c5.

Description

CAMPO DA INVENÇÃO

[001]A presente invenção refere-se à modificação de composições cimentícias hidratáveis; e, mais particularmente, à plastificação de concretos e argamassas que têm uma razão entre água/cimento relativamente alta com o uso de um copolímero de policarboxilato do tipo pente que tem 5 a 23 unidades de óxido de etileno de repetição linear e que é desprovido de óxido de propileno ou grupos oxialquileno superiores.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

[002]Aditivos (“Admixtures”) redutores de água reduzem a quantidade de água usada para fluidificar misturas de concreto, e isso significa que o concreto precisa de menos água para atingir uma consistência exigida comparação ao concreto não tratado. Uma razão entre água-cimento (a/c) pode levar ao concreto de resistência superior sem aumentar a quantidade cimento.

[003]Dispersantes de cimento tipo policarboxilato (“PC”) são conhecidos para gama alta de redução de água ("HRWR") por meio dos quais o teor de água é reduzido em 12 a 30 por cento em comparação ao concreto não tratado. Os plastificantes HRWR são denominados como "superplastificantes" e permitem que o concreto seja altamente fluido e seja rapidamente colocado com pouco ou nenhum esforço de compactação necessário.

[004]Por exemplo, o documento no US 6.187.841, de Tanaka et al., revelou copolímeros PC HRWR que têm monômeros do tipo éster (alcoxi)polialquileno glicol mono(met)acrílico e monômeros do tipo ácido (met)acrílico. Entretanto, essa referência enfatiza a necessidade de usar tamanhos moleculares grandes para alcançar condições de redução de água ideais. Em outro exemplo, o documento no EP 0 850 894 B1, de Hirata et al., revelou polímeros PC HRWR que têm monômeros à base de polialquileno glicol éter e monômeros à base de ácido maleico para alcançar capacidade de redução de água altas, e revelou de maneira similar gamas de tamanho molecular que se estendem acima de 100.000. Ambos os exemplos refletem preferencias para o uso de um grande de grupos de óxido de alquileno.

[005]Em contraste com as gamas de tamanho e peso de polímero de policarboxilato extensas ensinada nessas referências da técnica exemplificativas, a realidade comercial na indústria de concreto é que os dispersantes de cimento não PC, tais como do tipo lignina, são principalmente usados para plastificação de gama baixa a média de misturas de concreto, em vez de polímeros HRWR PC. Parece que os polímeros do tipo policarboxilato tendem a ser reservados para aplicações de gama alta de redução de água, isto é, para alcançar a redução de 12 a 30 por cento na água de hidratação que normalmente seria implantada em aplicações HRWR.

[006]É um objetivo da presente invenção fornecer uma alternativa para os redutores de água do tipo lignina, alcançando-se a gama baixa e gama média de redução de água em concreto e argamassa enquanto usa um copolímero dispersante de cimento do tipo policarboxilato, e enquanto também alcança maior desempenho, em termos de eficiência de dosagem de aditivo em cortes de água inferiores (isto é, abaixo de 12 por cento de corte de água) em comparação com os polímeros do tipo policarboxilato convencionais (por exemplo, maior escala comercial) que são tipicamente usados para aplicações de alta gama de redução de água (HRWR).

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

[007]Ao fornecer um aprimoramento de desempenho em relação aos "superplastificantes" do tipo policarboxilato (PC) ou polímeros dispersantes de cimento HRWR da técnica anterior, a presente invenção descreve um método para alcançar a gama baixa a média de redução de água de hidratação em misturas de concreto ou argamassa com o uso de constituintes de copolímero PC especificamente dimensionados.

[008]A presente invenção também reflete um aprimoramento inesperado e surpreendente, em termos de eficiência de dosagem de aditivo em determinadas razões entre água-cimento (a/c) altas, quando os copolímeros PC ensinados pela presente invenção foram comparados aos polímeros PC de referência comercial usados em aplicações HRWR convencionais.

[009]Desse modo, um método exemplificativo do presente para alcançar plastificação de gama baixa a média de uma composição cimentícia hidratável com o uso de um copolímero de policarboxilato, compreende: combinar com água e cimento para formar uma mistura cimentícia hidratável, em que a quantidade de água e cimento se encontra dentro de uma razão entre água/cimento (a/c) de pelo menos 0,4 e, mais preferencialmente, pelo menos 0,45, e adicionalmente, em que a razão entre a/c não excede 0,80 e, mais preferencialmente, não excede 0,75, em que pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente tem os seguintes constituintes de monômero:

[010](A) monômero de polioxialquileno representado pela fórmula estrutural:

[011]em que R1 e R2 representam individualmente átomo de hidrogênio ou grupo metila; R3 representa hidrogênio ou grupo -COOM, em que M é um átomo de hidrogênio ou um metal alcalino; (AO)p representa grupos de óxido de etileno de repetição linear e "p" representa o número médio de grupos de óxido de etileno de repetição e é um número inteiro de 5 a 23; "m" representa um número inteiro de 0 a 2; "n" representa um número inteiro de 0 ou 1; "o" representa um número inteiro de 0 a 4; e R4 representa um átomo de hidrogênio ou grupo alquila C1 a C4;

[012](B) monômero de ácido carboxílico insaturado representado pela fórmula estrutural:

[013]em que R5 e R6 representam individualmente átomo de hidrogênio ou grupo metila; R7 representa hidrogênio ou grupo -COOM; M é um átomo de hidrogênio ou um metal alcalino; e, opcionalmente,

[014](C) monômero hidrofílico solúvel em água insaturado representado pela fórmula estrutural:

[015]em que R8, R9 e R19, cada um, representam independentemente um átomo de hidrogênio ou grupo metila; X representa C(O)NH2, C(O)NHR11, C(O)NR12R13, SO3H, C6H4SO3H, ou C(O)NHC(CH3)2CH2SO3H, ou mistura dos mesmos, em que R11, R12, e R13, cada um, representam independentemente um grupo alquila C1 a C5; e em que a razão molar entre o componente (A) e o componente (B) é de 20:80 a 50:50, e adicionalmente, em que a razão molar entre o componente (C) e a soma do componente (A) e o componente (B) é 0:100 a 20:80; e em que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente é desprovido de unidades de oxialquileno de repetição que têm três ou mais átomos de carbono ou mais, e e é desprovido de unidades de oxialquileno de repetição ramificadas.

[016]Nas modalidades preferidas, o copolímero formado a partir dos componentes (A), (B), e opcionalmente (C) tem um peso molecular por média ponderada de 14.000 a 25.000, e, mais preferencialmente, 15.000 a 20.000, conforme medido por cromatografia de permeação em gel (com o uso de polietileno glicol como padrão e com condição descritas em mais detalhes doravante). A presente invenção também se refere a composições cimentícias, que incluem concreto e argamassa, produzidas de acordo com o método exemplificativo descrito acima.

[017]Os benefícios e recursos adicionais da invenção serão discutidos em mais detalhes doravante.

DESCRIÇÃO DETALHADA DAS MODALIDADES EXEMPLIFICATIVAS

[018]Conforme previamente resumida, a presente invenção fornece métodos e composições cimentícias por meio dos quais a gama baixa a média de redução de água é alcançada com o uso de estruturas específicas e dimensionamento dentro da estrutura de polímero de policarboxilato do tipo pente.

[019]O termo "cimentício" se refere a materiais que compreendem cimento Portland ou que, de outro modo, funcionam como um aglutinante para manter os agregados finos em conjunto (por exemplo, areia), agregados grossos (por exemplo, cascalho esmagado), ou misturas dos mesmos. O termo "cimento", conforme usado no presente documento, inclui cimento hidratável e cimento Portland que é produzido pulverizando-se clínquer que consiste em silicatos de cálcio hidráulicos e uma ou mais formas de sulfato de cálcio (por exemplo, gesso) como um aditivo incorporado por moagem. Tipicamente, o cimento Portland é combinado com um ou mais supplemental materiais cimentícios, tais como cimento Portland, cinzas volantes, escórias granuladas de alto-forno, calcário, pozolanas naturais ou misturas dos mesmos, e fornecidos como uma blenda.

[020]O termo "hidratável", conforme usado no presente documento, se refere a cimento e/ou materiais cimentícios que são endurecidos pela interação química com a água. O clínquer de cimento Portland é uma massa parcialmente fundida composta principalmente de silicatos de cálcio hidratáveis. Os silicatos de cálcio são essencialmente uma mistura de silicato tricálcico (3CaO^SiO2 "C3S" em notação química de cimento) e silicato dicálcico (2CaO^SiO2, "C2S") em que o primeiro é a forma dominante, com menos quantidades de aluminato tricálcico (3CaO^Al3, "C3A") e aluminoferrita tetracálcica (4CaO^Al3^Fe3, "C4AF"). Consultar, por exemplo, Dodson, Vance H., Concrete Admixtures (Van Nostrand Reinhold, New York, NY, 1990), página 1.

[021]O termo "concreto", conforme usado no presente documento, se refere geralmente a uma mistura cimentícia hidratável que compreende água, cimento, areia, um agregado grosso, tal como cascalho ou pedra esmagada, e um ou mais aditivos químicos opcionais.

[022]Conforme usado no presente documento, o termo "copolímero" ou "polímero" se refere a compostos contendo constituintes derivados ou formados a partir do uso de dois componentes de monômero diferentes (designados como componentes "A" e "B") e, opcionalmente, a partir do uso de três componentes de monômero diferentes (isto é, que incluem adicionalmente pelo menos um monômero opcional designado como "C"), conforme descrito nos métodos exemplificativos da invenção e composições cimentícias produzidas pelos métodos da invenção.

[023]Desse modo, um método exemplificativo da presente invenção compreende: combinar com água e cimento hidratável, para formar uma mistura hidratável que tem uma razão entre água/cimento (a/c) de pelo menos 0,40 e, mais preferencialmente, pelo menos 0,45, e em que a razão entre a/c não é superior a 0,80 e, mais preferencialmente, não superior a 0,75, pelo menos um agente desincorporador de ar e pelo menos um polímero de policarboxilato do tipo pente que tem os constituintes monoméricos a seguir:

[024](A) monômero de polioxialquileno representado pela fórmula estrutural:

[025]em que R1 e R2 representam individualmente átomo de hidrogênio ou grupo metila; R3 representa hidrogênio ou grupo -COOM, em que M é um átomo de hidrogênio ou um metal alcalino; (AO)p representa grupos de óxido de etileno de repetição linear e "p" representa o número médio de grupos de óxido de etileno de repetição e é um número inteiro de 5 a 23 (mais preferencialmente, "p" é um número inteiro de 5 a 15; e, com máxima preferência, 8 a 12); "m" representa um número inteiro de 0 a 2; "n" representa um número inteiro de 0 ou 1; "o" representa um número inteiro de 0 a 4; e R4 representa um átomo de hidrogênio ou grupo alquila C1 a C4 (com máxima preferência, R4 representa um C1 ou grupo metila);

[026](B) monômero de ácido carboxílico insaturado representado pela fórmula estrutural:

[027]em que R5 e R6 representam individualmente átomo de hidrogênio ou grupo metila; R7 representa hidrogênio ou grupo -COOM; M é um átomo de hidrogênio ou um metal alcalino; e, opcionalmente,

[028](C) monômero hidrofílico solúvel em água insaturado representado pela fórmula estrutural:

[029]em que R8, R9 e R10 cada um, representam independentemente um átomo de hidrogênio ou grupo metila; X representa C(O)NH2, C(O)NHR11, C(O)NR12R13, SO3H, C6H4SO3H, ou C(O)NHC(CH3)2CH2SO3H, ou mistura dos mesmos, em que R11, R12, e R13 cada um, representam independentemente um grupo alquila C1 a C5; e em que a razão molar entre o componente (A) e o componente (B) é de 20:80 a 50:50, e, adicionalmente, em que a razão molar entre o componente (C) e a soma do componente (A) e do componente (B) é 0:100 a 20:80; e em que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente é desprovido de unidades de oxialquileno de repetição que têm três ou mais átomos de carbono ou mais, e e é desprovido de unidades de oxialquileno de repetição ramificadas.

[030]Nos métodos exemplificativos da presente invenção, uma mistura cimentícia hidratável é um concreto (que contém agregados) projetado para aplicações de gama baixa a média de redução de água, em que a razão entre cimento e concreto é 240 a 340 kg/m3. Isso contrasta com os concretos tipicamente usados em superplastificantes projetados para gama alta de redução de água (HRWR), em que a razão entre cimento e concreto é geralmente pelo menos 350 kg/m3.

[031]Nas modalidades exemplificativas adicionais, a razão molar entre o componente (A) e o componente (B) é preferencialmente, de 20:80 e incluindo 50:50; mais preferencialmente, de 25:75 e incluindo 35:65; e, com máxima preferência, de 25:75 e incluído 30:70.

[032]A razão molar entre o componente (C) e a soma do componente (A) e do componente (B) está na faixa de 0:100 a 20:80, e, mais preferencialmente, de 0:100 a 10:90. Quando o componente (C) está presente, a faixa é, mais preferencialmente, de 0,25:99,75 a 10:90.

[033]O termo "compreende" quando usado para descrever os componentes de monômero significa que o copolímero de policarboxilato é formado a partir de componentes de monômero (A), (B), e, opcionalmente, (C) e podem ser formados de monômeros adicionais (isto é, em adição a) que tem estruturas ou grupos diferentes daquele que foi descrito para os monômeros (A), (B), e (C); considerando que "consiste essencialmente em" significa, dependendo do contexto, que constituintes do copolímero de policarboxilato são formados a partir do uso apenas de componentes de monômero (A) e (B) ou a partir do uso apenas de componentes de monômero (A), (B), e (C). Portanto, nos métodos exemplificativos da invenção, o copolímero de policarboxilato pode ser formado com o uso apenas de componentes de monômero (A) e (B), ou com o uso apenas de (A), (B), e (C).

[034]O peso molecular por média ponderada do copolímero de policarboxilato é 14.000 a 25.000 conforme medido por cromatografia de permeação em gel (GCP) com o uso de polietileno glicol (PEG) como padrão e de acordo com as condições de GPC descritas no Exemplo 1 abaixo. Mais preferencialmente, o peso molecular por média ponderada do polímero e copolímero de policarboxilato é 15.000 a 20.000 de acordo com as condições de GPC descritas no Exemplo 1 abaixo.

[035]Os exemplos de monômeros para o componente (A) incluem, porém, sem limitação, poli(etileno glicol) acrilato de éter metílico, poli(etileno glicol) metacrilato de éter metílico, poli(etileno glicol) monoéster de maleato de éter metílico, poli(etileno glicol) monoéster de fumarato de éter metílico, N-poli(etileno glicol) acrilamida, N-poli(etileno glicol) metacrilamida, poli(etileno glicol) éter vinílico, poli(etileno glicol) éter alílico, poli(etileno glicol) éter metalílico, poli(etileno glicol) éter de isoprenila, poli(etileno glicol) éter de viniloxibutileno, em que o peso molecular nominal do monômero contendo polióxi etileno do componente A está na faixa de 300 a 1.600, e mais preferencialmente, na faixa de 500 a 1,0 (novamente com o uso de PEG como padrão e condições de cromatografia GPC, conforme descrito no Exemplo 1 abaixo).

[036]Os exemplos de componente de monômero (B) incluem, porém, sem limitação, ácido acrílico, ácido metacrílico, ácido maleico, monoéster maleico de alquila C1-C4, monoamida maleica, monoamida maleica de alquila N-(C1-C4), ácido fumárico, monoéster fumárico de alquila C1-C4, monoamida fumárica de alquila N- (C1-C4), ácido crotônico, ácido itacônico ou misturas dos mesmos.

[037]Os exemplos de monômero solúvel em água insaturado de componente de monômero opcional (C) incluem, porém, sem limitação, acrilamida, metacrilamida, N-alquil acrilamida, N-alquil metacrilamida, N,N-dialquil acrilamida, N,N-dialquil metacrilamida, ácido vinilsulfônico, ácido alilsulfônico, ácido matalilsulfônico, ácido 3- acrilamido-2-metilpropano sulfônico, ácido estireno sulfônico, sais desses ácidos ou misturas dos mesmos.

[038]Um agente desincorporador convencional (antiespumante) pode ser usado em combinação com o copolímero de policarboxilato, conforme contemplado na presente invenção, e usado em uma quantidade conforme necessária ou desejada pelo formulador ou aplicador de aditivo.

[039]Como exemplo adicional dos agentes desincorporadores de ar que podem ser empregados na presente invenção, documento no EP 0 4799 B1, de Gartner, ensinou os tensoativos não iônicos desincorporadores de ar que incluem fosfatos (por exemplo, tributilfosfato), ftalatos (por exemplo, diisodecilftalato), e copolímeros em bloco de polioxipropileno-polioxietileno (que não devem ser considerados como superplastificantes) (Consultar o documento no EP 0 4799 B1 na página 6, II. 40 a 53). Como outro exemplo, o documento no US 5.156.679 de Garner, ensinou o uso de sais de alquilato de alcanolamina (por exemplo, N- alquilalcanolamina) e dibutilamino-w-butanol como antiespumante. O documento no US 6.139.623 de Darwin et al., revelou os agentes antiespumantes selecionados a partir de ésteres de fosfato (por exemplo, dibutilfosfato, tributilfosfato), ésteres de borato, derivados de silicone (por exemplo, polialquil siloxanos), e polioxialquilenos que têm propriedades antiespumantes. O documento no US 6.858.661 de Zhang et al., revelou um antiespumante de amina terciária que tem um peso molecular médio de 100 a 1.500 para criar formulações de aditivo estáveis. Como ainda outro exemplo, a patente no US 8.187.376 de Kuo et al., revelou o uso de um antiespumante de polialquileno poliamina polialcoxilado. Todas as referências anteriormente mencionadas, que são de propriedade da cessionária comum, são incorporadas ao presente documento a título de referência.

[040]Como outro exemplo de agentes desincorporadores de ar que podem ser empregados na presente invenção, o documento no US 6.545.067 de Buchner et al. (BASF), revelou polialquileno poliamina butoxilado para reduzir o teor de poro de ar de misturas de cimento. O documento no US 6.803.396, de Gopolkrishnan et al. (BASF), revelou polímeros de poliéter em blocos de baixo peso molecular descritos como contendo unidades de óxido de etileno e óxido de propileno como desincorporadores. Além disso, o documento no US 6.569.924, de Shendy et al. (MBT Holding AG), revelou o uso de agentes solubilizantes para solubiliziar antiespumantes insolúveis em água. As referências anteriormente mencionadas também são incorporadas ao presente documento a título de referência.

[041]As composições e métodos adicionais da invenção podem compreender ou incluir adicionalmente o uso de pelo menos um outro agente selecionado a partir do grupo que consiste em (i) um redutor de água de gama não alta (não HRWR), tal como (gluconato de sódio); (ii) uma alcanolamina (tal como trietanolamina, triisopropanolamina, dietilisopropanolamina ou mistura dos mesmos); (ii) um segundo antiespumante que é diferente em termos de estrutura química do primeiro antiespumante empregado, (iv) um agente incorporador de ar, tal como uma trialcanolamina superior, tal como triisopropanolamina ou dietilisopropanolamina, um lignossulfonato, um sulfonato de naftaleno, um sulfonato de melamina, um plastificante não HRWR contendo oxialquileno, um agente redutor por encolhimento contendo oxialquileno (que não funciona como um aditivo HRWR) ou uma mistura dos mesmos.

[042]Embora a invenção seja descrita no presente documento com o uso de um número limitado de modalidades, essas modalidades específicas não se destinam a limitar o escopo da invenção, conforme descrito e reivindicado de outro modo. Existem modificações e variações das modalidades descritas. Mais especificamente, os exemplos a seguir são fornecidos como uma ilustração específica das modalidades da invenção reivindicada. Deve-se compreender que a invenção não se limita aos detalhes específicos apresentados nos exemplos. Todas as partes e porcentagens nos exemplos, assim como no restante do relatório descritivo, se baseiam no peso ou porcentagem em peso, exceto se especificado de outro modo.

[043]Ademais, qualquer faixa de números citados no relatório descritivo ou reivindicações, tal como que representa um conjunto de particular propriedades, unidades de medida, condições, estados físicos ou porcentagens, se destina a incorporar expressamente no presente documento a título de referência, ou de outro modo, qualquer número que se encontra dentro de tal faixa, incluindo qualquer subconjunto de números dentro de qualquer faixa assim citada. Por exemplo, quando uma faixa numérica com um limite inferior RL, e um limite superior, é revelada, qualquer número R que se encontre dentro da faixa é especificamente revelada. Em particular, os seguintes números R dentro da faixa são especificamente revelados: R = RL + k*(RU - RL), em que k é uma variável na faixa de 1% a 100% com 1% de incremento, por exemplo, k é 1%, 2%, 3%, 4%, 5% 50%, 51%, 52% ...95%, 96%, 97%, 98%, 99%, ou 100%. Além disso, qualquer faixa numérica representada por quaisquer dos dois valores de R, conforme calculados acima, e também especificamente revelado.

EXEMPLO 1

[044]Esta seção descreve um processo exemplificativo para produzir plastificante de policarboxilato de gama baixa a média para uso na presente invenção. Um frasco de fundo redondo com três gargalos é equipado com um aquecedor de manto, e um termopar é conectado a um controlador de temperatura e agitador mecânico. Um reator é carregado com água deionizada, purgado com gás argônio e, então, aquecido a 65 °C. Uma solução de poli(etileno glicol)metacrilato de éter metílico (MPEGMA), ácido metacrílico (MAA) ou ácido acrílico (AA), ácido 3- mercaptopropiônico e água deionizada é preparada antecipadamente. Separadamente, uma solução de persulfato de amônio em água deionizada é preparada. Uma vez que a temperatura do reator atinge 65 °C, ambas as soluções são adicionadas por gotejamento ao longo de um período de 1,5 horas sob agitação. Após a adição ser concluída, a reação é continuada por outras 2,0 horas a 68 a 70 °C e, então, interrompida por resfriamento à temperatura ambiente.

[045]CONDIÇÕES GPC. Os pesos moleculares por média ponderada dos polímeros resultantes (e outras moléculas contendo oxialquileno) podem ser medidos empregando-se cromatografia de permeação em gel (GPC) com o uso das seguintes colunas de separação e polietileno glicol (PEG) como padrões: colunas de ULTRAHYDROGELTM 1000, ULTRAHYDROGELTM 250 e ULTRAHYDROGELTM 120. As condições de processamento GPC são da seguinte maneira: 1% de nitrato de potássio aquoso como solvente de eluição, taxa de fluxo de 0,6 ml/min., volume de injeção de 80 μl, temperatura de coluna a 35 °C e detecção de índice de refração.

[046]Várias propriedades da amostra de (co)polímero de policarboxilato, assim como de amostras de referência são listadas abaixo na Tabela 1.

1) Referência 3 é um produto de policarboxilato comercial.

EXEMPLO 2

[047]Esse exemplo ilustra o efeito de redução de água de polímeros de policarboxilato da presente invenção medindo-se a consistência do concreto. As misturas de concreto mixes são fabricadas com o uso das seguintes proporções: cimento (300 kg/m3), areia (772 kg/m3), pedra (1,158 kg/m3) e água. A quantidade de água varia dependendo do tipo de cimento e as razões de peso entre água e cimento (a/c) são 0,51, 0,58 e 0,55 para cimento misturado com cinzas volantes CEM II/B-V 32.5R, cimento misturado com escória CEM II/B-S 32.5R, e cimento misturado com calcário CEM II/A-LL 42.5R, respectivamente.

[048]Os resultados são mostrados na Tabela 2, em que a consistência foi medida como uma função da porcentagem entre dosagem de polímero e cimento.

[049]Conforme mostrado na Tabela 2, a Amostra 1 exibiu consistência mais alta que ambas as amostras de Referência em dosagens de polímero iguais. Esses resultados indicam a maior eficiência de redução de água dos polímeros de policarboxilato que têm unidades de poli(etileno glicol) de peso molecular mais baixo, nessas razões entre a/c.

EXEMPLO 3

[050]O desempenho do polímero de policarboxilato (Amostra 2) produzido de acordo com o Exemplo 1 foi avaliado no concreto com um polímero comercialmente disponível (Referência 3). O protocolo de teste descrito no Exemplo 2 foi empregado, exceto que as razões de peso entre água e cimento foram 0,53, 0,57 e 0,55 para cimento misturado com cinzas volantes CEM II/B-V 32.5R, cimento misturado com escória CEM II/B-S 325R, e cimento misturado com calcário CEM II/A-LL 42.5R, respectivamente. Os resultados foram resumidos na Tabela 3.

[051]Os resultados na Tabela 3 indicam que a razão entre água/cimento indica que o polímero de policarboxilato comercialmente disponível tem grupos de poli(etileno glicol) de peso molecular mais alto.

EXEMPLO 4

[052]Esse exemplo compara o desempenho de retenção de consistência do polímero de policarboxilato (Amostra 2) em relação a um polímero comercialmente disponível (Referência 3). O protocolo de teste descrito no Exemplo 2 foi empregado, exceto que a consistência foi medida 10 minutos e 30 minutos após a hidratação. A dosagem de polímero da Amostra 2 foi ajustada de modo que a mesma fosse 37% mais baixa que aquela amostra de polímero da Referência 3 para obter consistências iniciais comparáveis na marca de 10 minutos.

[053]É evidente a partir da Tabela 4 que ambos os materiais exibem comportamento de retenção de consistência similar, embora a dosagem do polímero de policarboxilato produzido de acordo com os ensinamentos da presente invenção tenha sido muito menor.

EXEMPLO 5

[054]Esse exemplo avalia o desempenho de retenção de consistência de uma mistura de gluconato de sódio (SG) e de polímero de policarboxilato da Amostra 2, assim como uma mistura de SG com o polímero comercialmente disponível da Referência 3. Para ambas as misturas, as quantidades, assim como a razão de peso entre SG e polímero foram idênticas. As misturas de concreto foram fabricadas com o uso das seguintes proporções: cimento (340 kg/m3), areia (921 kg/m3), pedra (788 kg/m3) e água (224 kg/m3). A consistência foi medida em intervalos de 10, 30 e 60 minutos. A Tabela 5 mostra os resultados obtidos com cimento Portland CEM I 42.5R em razão pode peso entre água e cimento de 0,66.

[055]Os resultados na Tabela 5 indicam claramente que a mistura de redução de água contendo o copolímero de policarboxilato da Amostra 1 da presente invenção exibe desempenho de retenção de consistência muito melhor que a mistura contendo polímero comercial da Referência 3.

EXEMPLO 6

[056]Nesse exemplo, o desempenho de redução de água é avaliado em misturas de concreto em que as razões de peso entre água e cimento foram muitos mais baixas que um redutor de água de alta gama. As misturas de concreto foram preparadas da maneira tradicional da seguinte forma: cimento (370 kg/m3), areia (700 kg/m3), pedra (1.191 kg/m3) e água. A quantidade de água variou dependendo do tipo de cimento e as razões de peso entre água e cimento foram 0,41, 0,41, e 0,40 para cimento misturado com cinzas volantes CEM I I/B-V 32.5R, cimento misturado com escória CEM II/B-S 32.5R e cimento Portland comum, respectivamente. As consistências foram medidas em diversas dosagens e são resumidas na Tabela 6.

[057]Os resultados mostrados na Tabela 6 indicam que os valores de consistência alcançados usando-se o copolímero de policarboxilato da Amostra 1 da presente invenção foram significativamente mais baixos que aqueles obtidos usando-se a Referência 1 nas razões entre água e cimento baixas, confirmando que os superplastificantes que são tipificados pela Referência 1 têm desempenho muito inferior em comparação aos copolímeros usados de acordo com os ensinamentos da presente invenção.

[058]Os resultados também confirmam que o copolímero que tem grupos de poli(etileno glicol) de peso molecular inferior apresentaram desempenho de gamas de água média a baixa mais adequado em comparação com os copolímeros que têm grupos de poli(etileno glicol) de peso molecular mais alto.

[059]Esse comportamento em razões entre água e cimento baixas é surpreendentemente oposto aquele quando as razões entre água e cimento são mais altas.

[060]Os princípios, modalidades preferidas e modos de operação da presente invenção foram descritos no relatório descritivo anteriormente mencionado. A invenção que se destina a ser protegida no presente documento, entretanto, não deve ser interpretada como limitada às formas particulares reveladas, uma vez que essas devem ser consideradas como ilustrativas em vez de restritivas. Os elementos versados na técnica podem efetuar variações e alterações com base no relatório descritivo sem se afastar do espírito e escopo da invenção.

Claims

1. Método para gama baixa e gama média de redução de água de uma composição cimentícia hidratável usando um copolímero de policarboxilato do tipo pente CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: combinar com água e cimento para formar uma mistura cimentícia hidratável, em que a redução de água é inferior a 12% de corte de água e em que a razão água/cimento é pelo menos 0,45 e não superior a 0,75, pelo menos um agente desincorporador de ar e pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente formado a partir dos seguintes componentes de monômero: (A) monômero de polioxialquileno representado pela fórmula estrutural:

em que R1 e R2 representam individualmente átomo de hidrogênio ou grupo metila; R3 representa hidrogênio ou grupo -COOM, em que M é um átomo de hidrogênio ou um metal alcalino; (AO)p representa grupos de óxido de etileno de repetição linear e "p" representa o número médio de grupos de óxido de etileno de repetição e é um número inteiro de 5 a 23; "m" representa um número inteiro de 0 a 2; "n" representa um número inteiro de 0 ou 1; "o" representa um número inteiro de 0 a 4; e R4 representa um átomo de hidrogênio ou grupo alquila C1 a C4; (B) monômero de ácido carboxílico insaturado representado pela fórmula estrutural:

em que R5 e R6 representam individualmente átomo de hidrogênio ou grupo metila; R7 representa hidrogênio ou grupo -COOM; M é um átomo de hidrogênio ou um metal alcalino; e, opcionalmente, (C) monômero hidrofílico solúvel em água insaturado representado pela fórmula estrutural:

em que R8, R9 e R10 cada, representam independentemente um átomo de hidrogênio ou grupo metila; X representa C(O)NH2, C(O)NHR11, C(O)NR12R13, SO3H, C6H4SO3H, ou C(O)NHC(CH3)2CH2SO3H, ou mistura dos mesmos, em que R11, R12, e R13 cada, representam independentemente um grupo alquila C1 a C5; e em que a razão molar do componente (A) para o componente (B) é de 20:80 a 50:50, e adicionalmente, em que a razão molar do componente (C) para a soma do componente (A) e do componente (B) é 0:100 a 20:80; em que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente é desprovido de unidades de oxialquileno tendo três ou mais átomos de carbono ou mais, e é desprovido de unidades de oxialquileno ramificadas.

2. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a dita mistura cimentícia hidratável é um concreto tendo uma razão cimento para concreto dentro da faixa de 240 a 340 kg/m3.

3. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, no dito monômero de polioxialquileno do dito primeiro componente (A), "p" é um número inteiro de 5 a 15.

4. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, no dito monômero de polioxialquileno do dito primeiro componente (A), "p" é um número inteiro de 8 a 12.

5. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que, no dito monômero de polioxialquileno do dito primeiro componente (A), R4 representa um grupo metila (C1).

6. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende ainda adicionar ao cimento e à água pelo menos um aditivo adicional selecionado a partir do grupo que consiste em uma alcanolamina, um segundo agente desincorporador de ar que é diferente do dito pelo menos um agente desincorporador de ar, um agente incorporador de ar que é diferente da dita alcanolamina, e misturas dos mesmos.

7. Método, de acordo com a reivindicação 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pelo menos um aditivo adicional é misturado com o dito copolímero antes de combinar com o dito cimento e água.

8. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão molar do componente (A) para o componente (B) é de 25:75 a e incluindo 35:65.

9. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão molar do componente (A) para o componente (B) é de 25:75 a e incluindo 30:70.

10. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente compreende adicionalmente grupos constituintes derivados da polimerização usando o monômero de componente (C), e a razão molar de grupos constituintes derivados do componente (C) para a soma de grupos constituintes derivados do componente (A) e do componente (B) é 0:100 a 20:80.

11. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente tem um peso molecular por média ponderada de 14.000 a 25.000.

12. Método, de acordo com a reivindicação 11, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente tem um peso molecular por média ponderada de 15.000 a 20.000.

13. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que compreende: combinar com água e cimento para formar uma mistura cimentícia hidratável, em que a razão água/cimento é pelo menos 0,45 e não superior a 0,75, pelo menos um agente desincorporador de ar e pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente derivado de copolimerização dos seguintes componentes de monômero: (A) monômero de polioxialquileno representado pela fórmula estrutural:

em que R1 e R2 representam individualmente átomo de hidrogênio ou grupo metila; R3 representa hidrogênio ou grupo -COOM, em que M é um átomo de hidrogênio ou um metal alcalino; (AO)p representa grupos de óxido de etileno de repetição linear e "p" representa o número médio de grupos de óxido de etileno de repetição e é um número inteiro de 5 a 15; "m" representa um número inteiro de 0 a 2; "n" representa um número inteiro de 0 ou 1; "o" representa um número inteiro de 0 a 4; e R4 representa um grupo metila; (B) monômero de ácido carboxílico insaturado representado pela fórmula estrutural:

em que R8, R9 e R10 cada, representam independentemente um átomo de hidrogênio ou grupo metila; X representa C(O)NH2, C(O)NHR11, C(O)NR12R13, SO3H, C6H4SO3H, ou C(O)NHC(CH3)2CH2SO3H, ou mistura dos mesmos, em que R11, R12 e R13 cada, representam independentemente um grupo alquila C1 a C5; e em que a razão molar do componente (A) para o componente (B) é de 20:80 a 50:50, e, adicionalmente, em que a razão molar do componente (C) para a soma do componente (A) e do componente (B) é 0:100 a 20:80; em que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente é desprovido de unidades de oxialquileno tendo três ou mais átomos de carbono ou mais e é desprovido de unidades de oxialquileno ramificadas; e adicionalmente em que a dita mistura cimentícia hidratável é um concreto contendo agregados, e o dito concreto tem uma razão cimento para concreto de 240 a 340 kg/m3, e em que, no dito monômero de polioxialquileno do dito primeiro componente (A), "p" é um número inteiro de 5 a 15.

14. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente consiste essencialmente em constituintes formados a partir do uso apenas de componentes de monômero (A) e (B) apenas.

15. Método, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que o dito pelo menos um copolímero de policarboxilato do tipo pente consiste essencialmente em constituintes formados a partir do uso apenas de componentes de monômero (A), (B), e (C) apenas.

16. Material cimentício, CARACTERIZADO pelo fato de que é feito pelo método como definido na reivindicação 1.