BR112018009232B1

BR112018009232B1 - Composição de concreto vertível e curável compreendendo nitrato de cálcio, uso de nitrato de cálcio em concreto reforçado com aço para obter uma elevada resistência à carbonatação, sólido de concreto reforçado com aço e método para produzir o mesmo

Info

Publication number: BR112018009232B1
Application number: BR112018009232-0A
Authority: BR
Inventors: Wolfram Franke; Giuseppe Cilluffo; Mehrdad Torabzadegan
Original assignee: Yara International Asa
Priority date: 2015-11-10
Filing date: 2016-11-10
Publication date: 2023-01-10
Also published as: MY184411A; WO2017081119A2; WO2017081119A3; EP3398917A1; CA3000052C; ES2765980T3; CA3000052A1; MA43222A; BR112018009232A2; BR122022020364B1; EP3398917B1; PT3398917T; EP3374327A2; US20190071367A1; AU2016353474A1; BR112018009232A8; MY195549A; AU2016353474B2; CA3187229A1; CY1123683T1

Abstract

NITRATO DE CÁLCIO PARA REDUZIR A GRANULOMETRIA DE UMA COMPOSIÇÃO CIMENTÍCIA ENDURECIDA E CONCRETO REFORÇADO COM AÇO TENDO UMA RESISTÊNCIA ELEVADA À CARBONATAÇÃO. A invenção refere-se ao uso de nitrato de cálcio para reduzir a granulometria de uma composição cimentícia endurecida, preferencialmente, uma composição de concreto endurecido, em que a composição de cimento (concreto) compreende entre 1% em peso a 4% em peso de nitrato de cálcio no teor de cimento da composição cimentícia, dependendo do tipo de cimento. Isso resulta em uma permeabilidade reduzida para a composição cimentícia (concreto) fixada para dióxido de carbono (CO2) e, assim, uma resistência elevada à carbonatação. A invenção refere-se, além disso, a um método para produzir uma tal composição cimentícia (concreto) endurecida e uma composição de concreto (úmida) vertível e curável. A invenção também se refere a um sólido de concreto reforçado com aço tendo uma elevada resistência à carbonatação e a um método para produzir um sólido de concreto reforçado com aço tendo uma elevada resistência à carbonatação.

Description

Campo do pedido

[001] o pedido refere-se ao uso de nitrato de cálcio para modificar a granulometria de uma composição cimentícia após ser fixada. O pedido refere-se, além disso, a um método para produzir uma composição cimentícia tendo uma granulometria modificada após ser fixada. O pedido refere- se também a uma composição de concreto vertível e a um sólido de concreto reforçado com aço (= concreto endurecido reforçado com aço) tendo uma elevada resistência à carbonatação. O pedido refere-se também ao uso de nitrato de cálcio como mistura para uma composição de concreto reforçado com aço para aumentar a resistência à carbonatação do concreto endurecido reforçado com aço. O pedido refere-se, finalmente, a um método para produzir um sólido de concreto reforçado com aço tendo uma resistência elevada em relação à carbonatação do sólido de concreto.

Fundamentos do pedido

[002] O concreto é um material de construção compósito composto principalmente por agregado (a), cimento (c) e água (w). Tipicamente, razões de w/c iguais a 0,3 a 0,6 em peso e a/c iguais a 3 a 6 em peso são comuns. Isso leva ao conteúdo de cimento de 300 a 500 kg/m3 de concreto. As misturas são tipicamente adicionadas como de 0,5% em peso a 5,0% em peso do peso do cimento. Existem muitas formulações de misturas adicionadas que proporcionam propriedades variadas. O agregado é geralmente cascalho grosso ou rochas trituradas, tais como, calcário ou granito, juntamente com um agregado fino, tal como areia. O cimento é tipicamente do grupo de cimento Portland, mas também pode ser simples, tipo CEM I, ou misturado, tipo CEM II, III ou IV, em que 20 a 50% em peso do cimento Portland é substituído por outro material semi-reativo. Outros materiais cimentícios, tais como, cinza volante e cimento de escória, servem como aglutinante para o agregado. Várias misturas químicas também são adicionadas para alcançar propriedades variadas.

[003] Quando a água é misturada com a mistura de concreto seco, ela pode ser moldada (tipicamente vertida ou fundida) e depois solidificada e endurecida (curada, fixada) em concreto de resistência à dureza da rocha através de um processo químico chamado hidratação. A água reage com o cimento, que une os outros componentes, criando finalmente um material robusto tipo pedra.

[004] Durante o assentamento do concreto recém acabado, as fases do cimento Portland (silicato de cálcio, aluminatos de cálcio e ferritas de cálcio e alumínio) reagem com a água para formar pedra de cimento (hidratos de silicato de cálcio, hidratos de cálcio e alumínio). O processo de hidratação leva à formação de cristais, bem como à formação de hidróxido de cálcio. A cristalização causada pela presença de água leva à formação de vazios na pedra de cimento, que tipicamente formam cerca de 3% do volume do concreto endurecido. Esses vazios são geralmente parcialmente conectados, o que permite que gases e líquidos sejam capazes de penetrar no concreto.

[005] Além da possibilidade de ter diferentes formulações de concreto proporcionando propriedades variadas, há também uma distinção entre concreto não reforçado e reforçado. Tipicamente, os vergalhões de aço são usados para reforçar o concreto. Esses vergalhões são protegidos pela alcalinidade (nível de valor de pH alto) da água dos poros no concreto, devido à alta concentração de hidróxido de cálcio na mesma. Os vergalhões são necessários para suportar forças de tração e são essenciais, por exemplo, para lidar com o flexionamento de vigas de concreto.

[006] O mecanismo que destrói o concreto reforçado com aço exposto à umidade é chamado de carbonatação. Neste processo de carbonatação, o dióxido de carbono ou CO2 migra para o concreto através dos vazios, onde reage com Ca(OH)2 a CaCO3 (pedra de cal). Isso causa uma redução no valor do pH. Para o concreto em si, isso não é um problema, mas para o reforço é. O reforço que normalmente é feito de aço é afetado pela acidez. Consequentemente, um ambiente corrosivo é criado para o aço de reforço. A consequência disso é que o reforço falha e, em última análise, leva à perda da integridade da estrutura do concreto reforçado ou da fragmentação do concreto.

[007] Essa carbonatação é, no entanto, um processo lento. A frente de carbonatação se move através do concreto, começando na superfície. A camada de concreto que separa o reforço da atmosfera ambiente deve ter uma certa espessura, indicada no Código Euro 2 ou outras orientações, dependendo das condições do ambiente. A velocidade da reação aumenta com a porosidade, pois o CO2 pode difundir-se mais facilmente no concreto e reagir com o Ca(OH)2.

[008] Para resolver este problema, tipicamente os revestimentos são aplicados. O termo “revestimento” é frequentemente usado amplamente para se referir a praticamente qualquer material líquido ou semissólido aplicado ao concreto curado, incluindo coberturas e revestimentos à base de cimento, tintas e sistemas de agregado de epóxi. Seladores de concreto são aplicados ao concreto para protegê-lo contra danos na superfície, corrosão e manchas. Eles bloqueiam os poros no concreto para reduzir a absorção de água e sais ou formam uma camada impermeável que impede a passagem desses materiais. Um exemplo de um selador de concreto é um selante tópico que pode fornecer aprimoramento visual da camada de topo do concreto, bem como proteção tópica contra manchas e produtos químicos. Eles exigem uma superfície seca e limpa durante a aplicação para ganhar aderência. Outro exemplo de um selador de concreto é um selante penetrante, tal como silano ou siloxano, que pode ser aplicado em superfícies de concreto secas ou úmidas. É importante que os selantes penetrantes sejam adequadamente combinados com a porosidade do substrato, a fim de efetivamente penetrar na superfície do concreto e reagir. A reação química liga ingredientes ativos dentro do substrato bloqueando a umidade da superfície. Outros exemplos de revestimentos que são aplicáveis à superfície do concreto são membranas de filme tópico, tais como resinas acrílicas e sistemas epóxi/uretano.

[009] A desvantagem de todos os revestimentos descritos acima é que eles têm uma vida útil limitada e protegem apenas uma camada de concreto situada perto da superfície superior do concreto. A maior concentração do revestimento permanece perto da superfície. Em caso de destruição desta camada, por exemplo, por impacto químico ou físico, a proteção é perdida.

[0010] Como alternativa aos revestimentos, podem ser usados cimentos que aumentam a densidade e reduzem a porosidade do concreto. Um exemplo disso é de cimentos de escória de alto forno granulados no solo (CEM III), o que normalmente conduz a um processo de cura prolongado e, consequentemente, consome tempo e dinheiro.

[0011] Uma outra alternativa é adicionar microssílica ao concreto, visando a densidade e a porosidade do concreto. Esses concretos, no entanto, sofrem da desvantagem de serem mais frágeis e tendem a ter rachaduras, quando expostos à flexão.

[0012] Ainda uma outra alternativa é aplicar camadas de cobertura de concreto mais espessas. No entanto, também essas camadas tendem a rachar, especialmente sob cargas de flexão.

[0013] Do exposto, pode-se concluir que, atualmente, não são conhecidas soluções bem-sucedidas que mantenham as propriedades comuns do concreto e, ao mesmo tempo, evitem a carbonatação do concreto por uma solução em concreto. Portanto, existe a necessidade de proporcionar uma solução que atenda a esses requisitos.

Sumário do pedido

[0014] De acordo com um aspecto do pedido, é descrito o uso de nitrato de cálcio para modificar a granulometria de uma composição cimentícias, em que a composição cimentícia compreende entre 1% em peso a 4% em peso de nitrato de cálcio no teor de cimento (ou em peso de cimento) da composição cimentícia, dependendo do tipo de cimento.

[0015] De acordo com um uso particular de acordo com o pedido, a composição cimentícia é uma composição de concreto.

[0016] Um vazio observado em uma composição de concreto endurecido tipicamente tem um diâmetro vazio entre 10 μm e 3000 μm. Embora a granulometria dependa de vários fatores, tais como, o tipo de composição cimentícia, o método de preparação e de fundição, condições ambientais e assim por diante, uma média de uma densidade aumentada de poros será observada tendo um tamanho de poro de aproximadamente 100 μm e de aproximadamente 1000 μm. O teor total de vazios de ar em todo o volume da composição cimentícia define então a porosidade da composição.

[0017] A modificação da granulometria da composição cimentícia endurecida adicionando nitrato de cálcio significa que são obtidos vazios bem menores e um pouco maiores na composição cimentícia endurecida. Verificou-se surpreendentemente que a adição de uma quantidade específica de nitrato de cálcio, dependendo do tipo de cimento usado na composição cimentícia, obtém este efeito. Deste modo, a permeabilidade da composição cimentícia endurecida para dióxido de carbono (CO2) é reduzida. Observa-se que, embora a granulometria da composição cimentícia endurecida seja alterada, a porosidade do sólido de concreto, no entanto, dificilmente muda.

[0018] Em geral, observa-se que a adição de nitrato de cálcio faz com que a distribuição de tamanho de vazios se desloque para a faixa menor que 300 μm, em particular, faixa menor que 150 μm e mais em particular faixa menor que 100 μm; ou seja, o total da quantidade de vazios com um tamanho de vazios abaixo de 300, 150 e/ou 100 μm, respectivamente, aumenta enquanto o total de vazios com um tamanho de vazios acima de 300, 150 e/ou 100 μm diminui na mesma quantidade.

[0019] O desvio da distribuição de tamanho de vazios resulta em um aumento de pelo menos 5% a no máximo 50% na contagem de vazios na faixa de pelo menos 30 μm a no máximo 300 μm. O desvio é mais pronunciado na faixa de pelo menos 50 a no máximo 150 μm, em que um aumento de pelo menos 10% até no máximo 50%, é observado. O desvio é especialmente proeminente na faixa de 60 a 100 μm, em que é observado um aumento de pelo menos 20% para no máximo 50%.

[0020] Em um aspecto adicional de acordo com o pedido, nitrato de cálcio é usado para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro de vácuo abaixo de 300 μm, particularmente abaixo de 150 μm, mais particularmente abaixo de 100 μm em pelo menos 10%; particularmente pelo menos 20%; mais particularmente pelo menos 30%; mais particularmente pelo menos 40%.

[0021] O nitrato de cálcio é, em particular, usado para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro de vazios variando de pelo menos 30 μm a no máximo 300 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%; particularmente pelo menos 10% a no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% a no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0022] Mais particularmente, o nitrato de cálcio é usado para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro vazio compreendido entre, pelo menos, 50 μm e, no máximo, 150 μm, em pelo menos 5%, no máximo, 50%; particularmente pelo menos 10% para no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% para no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0023] Mais em particular, o nitrato de cálcio é usado para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro vazio compreendido entre pelo menos 60 μm e no máximo 100 μm em pelo menos 5% e no máximo 50%; particularmente pelo menos 10% a no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% a no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0024] O artigo “Effect of calcium nitrate on the freeze-thaw-resistance of concrete”, publicado nos anais do 2° Congresso Internacional sobre Durabilidade do Concreto como artigo n° 8, 4.-6.12.2014, Nova Delhi, Índia por Franke et al. (2014) já descreveu em um estudo o efeito que, na presença de nitrato de cálcio, a cristalização da composição cimentícia parece ser levemente alterada de um número menor de vazios para outros vazios menores. O estudo, no entanto, não avaliou a permeabilidade e, consequentemente, interligou vazios em uma composição cimentícia endurecida que é responsável pela permeabilidade.

[0025] Pode agora também ser observado que o nitrato de cálcio não só modifica a granulometria, mas também as ligações vazias e, assim, a permeabilidade da composição cimentícia endurecida. Isto resulta na limitação da migração de gás, aqui dióxido de carbono, bem como migração de líquido, aqui ácido hidrocarboneto, na composição cimentícia endurecida, concreto mais específico.

[0026] De acordo com os experimentos, como discutido em maiores detalhes ainda neste pedido de patente, é possível obter uma redução da profundidade de carbonatação na composição cimentícia endurecida de até 40%.

[0027] Como resultado desta modificação da granulometria, quando essa composição cimentícia, incluindo nitrato de cálcio, é usada como base para sólido de concreto reforçado com aço, a resistência à carbonatação da composição cimentícia endurecida, ou em outras palavras, a migração de dióxido de carbono e a dissolução na água para formar o ácido do hidrocarboneto, no sólido concreto são aumentadas. Desta forma, a corrosão induzida pela carbonatação do concreto endurecido é reduzida.

[0028] Particularmente, a composição de concreto compreende de 300 a 500 kg de cimento por m3 de concreto endurecido, mais especificamente de cimento Portland.

[0029] Mais em particular, uma quantidade de cimento é substituída por um material de substituição de cimento em uma concentração entre 0,1% em peso e 50% em peso do teor de cimento da composição cimentícia.

[0030] O material de substituição de cimento é mais em particular escolhido entre qualquer um de cinzas volantes, escória granulada triturada, calcária ou uma combinação dos mesmos.

[0031] A composição de concreto compreende particularmente de 150 a 300 kg de água por m3 de concreto endurecido.

[0032] Em particular, a composição de concreto compreende entre 1.500 e 1.800 kg de agregado por m3 de concreto endurecido.

[0033] Mais particularmente, o agregado compreende areia, cascalho e pedras.

[0034] De acordo com um aspecto adicional do pedido, é descrito um método para produzir uma composição cimentícia tendo uma granulometria modificada depois de ser fixada, em que o método compreende a etapa de incluir entre 1% em peso a 4% em peso de nitrato de cálcio no teor de cimento da composição cimentícia, dependendo do tipo de cimento, na composição cimentícia.

[0035] Em um método possível de acordo com o pedido, a composição cimentícia é uma composição de concreto.

[0036] O método compreende particularmente a etapa de incluir entre 300 e 500 kg de cimento Portland por m3 de concreto endurecido na composição de concreto.

[0037] Mais particularmente, o método compreende a etapa de substituir uma quantidade de cimento Portland por um material de substituição de cimento em uma concentração entre 0,1% em peso e 50% em peso do teor de cimento da composição cimentícia.

[0038] Mais particularmente, o material de substituição de cimento é escolhido a partir de qualquer um de cinzas volantes, escória granulada triturada, calcário ou uma combinação dos mesmos.

[0039] O método compreende mais em particular a etapa de incluir entre 150 e 300 kg de água por m3 de concreto endurecido na composição de concreto.

[0040] Particularmente, o método compreende a etapa de incluir entre 1.500 e 1.800 kg de agregado por m3 de concreto endurecido na composição de concreto.

[0041] Mais preferencialmente, o agregado compreende areia, cascalho e pedras.

[0042] De acordo com um outro aspecto da aplicação, é descrito um método para produzir uma composição cimentícia tendo uma granulometria modificada após ser fixada, em que o nitrato de cálcio aumenta a densidade de vazios com um diâmetro de vazios abaixo de 300 μm, particularmente abaixo de 150 μm, mais em particular abaixo de 100 μm em pelo menos 10%; particularmente pelo menos 20%; mais em particular pelo menos 30%; a maioria, em particular, pelo menos 40%.

[0043] O nitrato de cálcio, em particular, aumenta a densidade de vazios com um diâmetro vazios variando entre, pelo menos, 30 μm e, no máximo, 300 μm, em pelo menos 5%, no máximo, 50%; particularmente pelo menos 10% para no máximo 50%; mais particularmente pelo menos 20% para no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0044] Mais em particular, o nitrato de cálcio aumenta a densidade de vazios com um diâmetro de vazios variando de pelo menos 50 μm a no máximo 150 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%; particularmente pelo menos 10% para no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% para no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0045] Mais particularmente, o nitrato de cálcio aumenta a densidade de vazios com um diâmetro vazio compreendido entre pelo menos 60 μm e no máximo 100 μm em pelo menos 5% e no máximo 50%; particularmente pelo menos 10% a no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% para no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0046] De acordo com um outro aspecto do pedido, é descrita uma composição de concreto (úmida) que pode ser vertida e curável, compreendendo por m3 de concreto curado - entre 300 e 500 kg de cimento; - entre 150 e 300 kg de água; - entre 1.500 e 1.800 kg de agregado; e - entre 1% em peso a 4% em peso do teor de cimento da composição de concreto, dependendo do tipo de cimento, do nitrato de cálcio.

[0047] Em uma composição concreta possível, uma quantidade de cimento é substituída por um material de substituição de cimento em uma concentração entre 0,1% em peso e 50% em peso do teor de cimento da composição de concreto.

[0048] Em uma modalidade particular de uma composição de concreto, o material de substituição de cimento é escolhido a partir de qualquer um de cinzas volantes, escória granulada triturada, calcário ou uma combinação dos mesmos.

[0049] Mais em particular, o agregado compreende areia, cascalho e pedras.

[0050] Mais em particular, o cimento é o cimento Portland.

[0051] Observa-se que, após a adição de água a uma composição cimentícia (concreto) seca, consistindo no cimento como aglutinante, o agregado e o nitrato de cálcio, e misturando a mesma, uma composição cimentícia (concreto) úmida e vertível é obtida.

[0052] De acordo com um outro aspecto do pedido, o uso de nitrato de cálcio como uma mistura para uma composição de concreto reforçado com aço para aumentar a resistência à carbonatação do concreto endurecido reforçado com concreto é descrito, em que a composição de concreto compreende cimento e nitrato de cálcio a um dosagem de 1% em peso a 4% em peso do teor de cimento da composição de concreto.

[0053] Em um uso mais particular, a composição de concreto é uma de acordo com a aplicação como descrito acima.

[0054] De acordo com um aspecto adicional do pedido, o uso de nitrato de cálcio como uma mistura para uma composição de concreto reforçado com aço para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro de vazios abaixo de 300 μm, particularmente abaixo de 150 μm, a maioria em particular abaixo de 100 μm menos 10%; particularmente pelo menos 20%; mais em particular pelo menos 30%; a maioria, em particular, pelo menos 40%.

[0055] Particularmente, o nitrato de cálcio é usado para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro vazio que varia de pelo menos 30 μm a no máximo 300 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%, particularmente pelo menos 10% a no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% a no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0056] O nitrato de cálcio é mais particularmente usado para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro de vazios variando de pelo menos 50 μm a no máximo 150 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%; particularmente pelo menos 10% para no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% para no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0057] O nitrato de cálcio é mais particularmente usado para aumentar a densidade de vazios com um diâmetro de vazios variando de pelo menos 60 μm a no máximo 100 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%; particularmente pelo menos 10% para no máximo 50%; mais em particular pelo menos 20% para no máximo 45%; a maioria, em particular, pelo menos 30% a no máximo 45%.

[0058] De acordo com um outro aspecto da aplicação, é descrito um sólido de concreto reforçado com aço tendo uma elevada resistência à carbonatação, obtido a partir da cura da composição de concreto fluida e curável de acordo com o pedido acima descrito.

[0059] De acordo com um aspeto final do pedido, é descrito um método para produzir um sólido de concreto reforçado com aço tendo uma elevada resistência à carbonatação, o método compreendendo as etapas de: I) preparar uma composição de concreto de acordo com o pedido como descrito acima, compreendendo a mistura de água, cimento, agregado e nitrato de cálcio; II) fundir a composição de concreto em uma forma provida de um reforço de aço; e III) ter a composição de concreto endurecida no sólido de concreto reforçado com aço com elevada resistência à carbonatação.

Breve descrição das figuras

[0060] - A Fig. 1 mostra um diagrama em que a profundidade de carbonatação em cm de duas composições cimentícias diferentes A e B sob condições aceleradas é mostrada.

[0061] - A Fig. 2 mostra um diagrama em que a profundidade de carbonatação em cm de duas composições cimentícias diferentes A e B sob condições atmosféricas normais é mostrada.

[0062] - A Fig. 3 mostra um gráfico em que a frequência acumulativa em % é exibida em função do tamanho de vazios em μm para três diferentes composições cimentícias.

Descrição detalhada da invenção

[0063] A presente invenção refere-se ao uso de nitrato de cálcio para modificar a granulometria de uma composição cimentícia endurecida, mais preferencialmente uma composição de concreto endurecido. Um poro é o espaço vazio embutido na matriz sólida de um meio poroso, aqui a composição cimentícia endurecida, mais especificamente o concreto endurecido (também chamado de concreto “fixado” ou “curado”). A porosidade de um concreto endurecido é o volume total de poros. Quando a granulometria da composição cimentícia é modificada em comparação com as composições cimentícias fixadas na técnica, isto é, vazios bem menores e bem maiores, a permeabilidade da composição cimentícia endurecida para dióxido de carbono (CO2) é reduzida.

[0064] Dependendo do tipo de cimento, 1% em peso (também designado por percentagem em massa) a 4% em peso de nitrato de cálcio em peso de cimento (teor de cimento da composição cimentícia) é incluído na composição cimentícia seca (antes da adição de água). Todos os tipos de nitrato de cálcio podem ser usados, tais como, solução de nitrato de cálcio ou nitrato de cálcio contendo grânulos.

[0065] A composição cimentícia que pode ser vertível e curável, também chamada de composição cimentícia “úmida”, preferivelmente a composição de concreto úmida, vertível e curável, preferencialmente compreende por m3 de concreto curado: - de 300 a 500 kg de cimento, preferencialmente cimento Portland, que serve como aglutinante da composição cimentícia (concreto); - de 150 a 300 kg de água; - de 1.500 a 1.800 kg de agregado, preferencialmente areia (agregado fino), cascalho e pedras (agregado grosso); - de 1% em peso a 4% em peso de nitrato de cálcio em peso de cimento.

[0066] Nota-se que, após a adição de água à composição cimentícia (concreto) seca, consistindo em aglutinante, agregado e nitrato de cálcio como uma mistura, e misturando a água com esta composição cimentícia (concreto) seca, uma composição cimentícia úmida (concreto) vertível e curável que se fixa após um certo período de tempo.

[0067] A invenção também se refere a um método para produzir uma composição cimentícia resultando em uma composição cimentícia fixada tendo uma granulometria reduzida. Este método compreende a etapa de incluir entre 1% em peso a 4% em peso de nitrato de cálcio em peso de cimento, dependendo do tipo de cimento usado.

[0068] O método, de preferência, compreende ainda as etapas de inclusão na composição de cimento (concreto): - de 300 a 500 kg de cimento, preferencialmente cimento Portland, que serve como aglutinante da composição cimentícia (concreto); - de 150 a 300 kg de água; e (I) de 1.500 a 1.800 kg de agregado, preferencialmente areia (agregado fino), cascalho e pedras (agregado grosso).

[0069] Dependendo da aplicação e, assim, das propriedades requeridas do concreto, podem ser usadas pedras, tais como, entre outras, rochas trituradas, tais como, calcário ou granito.

[0070] É possível substituir de 0,1% em peso a 50% em peso do cimento por um material de substituição de cimento, tal como cinza volante, escória granulada triturada, calcário ou qualquer combinação dos mesmos.

[0071] A invenção refere-se ainda ao uso de nitrato de cálcio como uma mistura para uma composição de concreto reforçado com aço para aumentar a resistência à carbonatação do concreto endurecido reforçado com aço, em que a composição de concreto compreende cimento e nitrato de cálcio em uma dosagem de 1 a 4 % em peso do peso do cimento.

[0072] Foi observado que, quando a granulometria do sólido de concreto é alterada pela adição de uma certa quantidade de nitrato de cálcio, um aumento da resistência à fronteira de carbonatação do sólido de concreto reforçado com aço é obtido. Em outras palavras, a migração de dióxido de carbono e a dissolução na água para formar o ácido de hidrocarboneto, no concreto reforçado com aço, é aumentada.

[0073] A invenção também se refere a um método para produzir um sólido de concreto reforçado com aço tendo uma resistência elevada à carbonatação, compreendendo as etapas de: (II) preparar uma composição de concreto de acordo com a invenção como descrito acima, compreendendo a mistura de água, cimento, agregado e nitrato de cálcio; (III) fundir a composição de concreto em uma forma provida de um reforço de aço; e (IV) ) ter a composição de concreto endurecida no sólido de concreto reforçado com aço com a elevada resistência à carbonatação.

[0074] A invenção finalmente se refere a um sólido de concreto reforçado com aço obtido a partir do endurecimento da composição de concreto de acordo com a invenção como descrito acima.

Exemplos Exemplo 1: Testes acelerados

[0075] Em um primeiro estudo de caso, a carbonatação em um número de amostras de concreto sob condições aceleradas foi estudada. As amostras foram preparadas com uma relação água/cimento de 0,5. Dois tipos de cimento foram usados, isto é, CEM I 42,5 R (A) e CEM II/A-V 42,5 R (B). Os níveis de dosagem de nitrato de cálcio foram 0% em peso (1), 1% em peso (2) e 2% em peso (3). As amostras foram curadas por um período de 28 dias e depois expostas a uma atmosfera com 2% de CO2 até 56 dias. Após 56 dias, foi realizada análise da profundidade de carbonatação. Na figura 1, é mostrado um diagrama que mostra que a profundidade de carbonatação na média diminui. Para o CEM I, a profundidade de carbonatação já é minimizada quando se utiliza uma dosagem de 1% de nitrato de cálcio, enquanto que para o CEM II/V-A a profundidade de carbonatação é minimizada quando se utiliza dosagem de nitrato de cálcio a 2%.

Exemplo 2: testes não acelerados

[0076] Em um segundo estudo de caso, a carbonatação em um número de amostras de concreto sob condições normais foi estudada. As amostras foram preparadas com uma razão água/cimento de 0,5. Dois tipos de cimento foram usados, isto é, CEM I 42,5 R (A) e CEM II/A-V 42,5 R (B). Os níveis de dosagem de nitrato de cálcio foram 0% em peso (1), 1% em peso (2) e 2% em peso (3). As amostras foram curadas por um período de 28 dias e depois expostas a atmosfera comum até 182 dias. Após 182 dias, a análise da profundidade de carbonatação foi realizada. Na figura 2, um é mostrado diagrama que mostra que a profundidade de carbonatação em média diminui. Para CEM I, a profundidade de carbonatação já é minimizada quando se utiliza uma dosagem de nitrato de cálcio a 2% em peso, enquanto que para o CEM II/V-A, a profundidade de carbonatação é minimizada.

Exemplo 3: Testes de distribuição de tamanho de vazios

[0077] Em um terceiro estudo de caso, o efeito do nitrato de cálcio na distribuição de tamanho de vazios em um número de amostras de concreto foi estudado. As amostras foram preparadas com uma razão água/cimento de 0,5. As composições de concreto continham cimento Portland comum (OPC). Três amostras de concreto armado foram preparadas em cubos com um comprimento de borda de 150 mm.

[0078] A primeira e a segunda amostra serviram como valores de referência comparativos; em particular, a referência A continha uma composição de cimentícia sem quaisquer aditivos, enquanto a referência B continha uma composição de cimento com um aditivo que aumenta a porosidade (por exemplo mistura de tensoativos) comumente usada na técnica. A terceira amostra continha a composição de referência B juntamente com 4% em peso de nitrato de cálcio em peso de cimento.

[0079] A medição do teor total de vazios de ar indicou que a amostra com nitrato de cálcio a 4% leva ao maior valor de porosidade de 6,0%; no entanto, o incremento de 0,2% em relação ao valor de porosidade da referência B de 5,8% foi considerado insignificante. Por conseguinte, conclui-se que a adição de nitrato de cálcio não tem praticamente nenhum efeito perceptível na porosidade do concreto reforçado.

[0080] Em contraste, as medições da distribuição de tamanho de vazios de ar apresentadas na Fig. 3 exibiram diferenças significativas entre a amostra de nitrato de cálcio e as duas amostras de referência.

[0081] Em geral, a adição de nitrato de cálcio causou o aumento do número total de vazios com um diâmetro de vazios abaixo de 300 μm, ao mesmo tempo que diminuiu o número total de vazios com um diâmetro de vazios menor que 300 μm; obtendo assim uma mudança de tamanho de vazios eficaz para baixar os tamanhos de vazios (isto é, para a esquerda na Fig. 3) após a adição de nitrato de cálcio. O desvio anteriormente descrito torna-se ainda mais pronunciado abaixo de 150 μm e é especialmente proeminente abaixo de 100 μm.

[0082] Quando se focaliza o valor de corte de 100 μm na amostra contendo nitrato de cálcio a 4%, aproximadamente 71% dos vazios têm agora um diâmetro vazio de 100 μm ou menor, enquanto aproximadamente 29% dos vazios têm um diâmetro acima de 100 μm. Em comparação, com o mesmo valor de corte para a referência B, apenas 51% dos vazios têm um diâmetro vazio abaixo de 100 μm e, para a referência A, esse valor até diminui para 45%. Conclui-se, por conseguinte, que a adição de nitrato de cálcio faz com que a distribuição de tamanho de vazios desvie em cerca de 39% para a faixa abaixo de 100 μm; isto é, o total da quantidade de vazios com um tamanho de vazios abaixo de 100 μm aumenta em 39%, enquanto o total da quantidade de vazios com um tamanho de vazios acima de 100 μm diminui na mesma quantidade.

[0083] Observações semelhantes são perceptíveis em diferentes valores de corte do diâmetro de vazios, e são apresentadas abaixo na Tabela 1, que mostra uma visão geral das faixas de distribuição de tamanho de vazios em valores de corte selecionados de 30, 50, 60, 70, 80, 100, 300, 1000 e 2000 μm.

[0084] Uma comparação similar pode então ser feita entre amostras com valores semelhantes de porosidade; ou seja, referência B e a amostra com 4% em peso de nitrato de cálcio. Os resultados são apresentados na Tabela 2.

[0085] Em geral, verifica-se que o efeito do nitrato de cálcio já é perceptível a partir de 30 μm, em que o número total de vazios aumenta em ~ 40% (isto é, aproximação devido ao baixo número de vazios com um diâmetro de 30 μm ou abaixo) a 300, em que o número total de vazios aumenta em 6%. Tabela 1. Faixas de Distribuição de tamanho de Vazios

Tabela 2. Aumento Comparativo na Quantidade de tamanho de

[0086] No entanto, o efeito torna-se claramente definido na faixa de 50 a 150 μm, em que o nitrato de cálcio mostra um aumento eficaz na contagem de vazios em pelo menos 13%; especialmente na faixa de 60 a 100 μm, a contagem de vazios é observada para aumentar drasticamente em pelo menos 37%. O maior incremento de vazios de 45% é observado para um diâmetro vazio de 80 μm.

[0087] Após 300 μm, as três amostras são observadas para equalizar o número total de vazios, indicando que o número total de vazios com um diâmetro vazio acima de 300 μm foi reduzido nas mesmas quantidades relatadas anteriormente e a porosidade total é confirmada para permanecer inalterada por nitrato de cálcio.

[0088] Em conclusão, a adição de 4% em peso nitrato de cálcio para a terceira amostra fez com que o número total de vazios com um diâmetro vazio abaixo de 300 para aumentar, em particular abaixo de 150 μm, mais em particular abaixo de 150 μm; enquanto simultaneamente faz com que o número total de vazios com um diâmetro de vazios acima de 300, 150 e/ou 100 μm diminua respectivamente. Como resultado, a porosidade total da composição cimentícia endurecida permaneceu aproximadamente similar, isto é, provocando apenas alterações discerníveis na porosidade total, contudo a granulometria foi modificada significativamente.

Claims

1. Composição de concreto vertível e curável caracterizada pelo fato de que compreende por m3 de concreto curado: - entre 300 e 500 kg de cimento; - entre 150 e 300 kg de água; - entre 1.500 e 1.800 kg de agregado; e - entre 1% em peso a 4% em peso do teor de cimento da composição de concreto, dependendo do tipo de cimento, de nitrato de cálcio.

2. Composição de concreto, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que uma quantidade de cimento é substituída por um material de substituição de cimento em uma concentração entre 0,1% em peso e 50% em peso do teor de cimento da composição de concreto.

3. Composição de concreto, de acordo com a reivindicação 2, caracterizada pelo fato de que o material de substituição de cimento é escolhido a partir de qualquer um de cinzas volantes, escória granulada triturada, calcário ou uma combinação dos mesmos.

4. Composição de concreto, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 3, caracterizada pelo fato de que o agregado compreende areia, cascalho e pedras.

5. Composição de concreto, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, caracterizada pelo fato de que o cimento é o cimento Portland.

6. Uso de nitrato de cálcio caracterizado pelo fato de ser como adjuvante para uma composição de concreto reforçado com aço para aumentar a resistência à carbonatação do concreto endurecido reforçado com aço, em que a composição de concreto compreende cimento e nitrato de cálcio em uma dosagem de 1% em peso a 4% em peso no teor de cimento da composição de concreto, em que a composição de concreto é como definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5.

7. Uso, de acordo com a reivindicação 6, caracterizado pelo fato de que o nitrato de cálcio aumenta a densidade de vazios com um diâmetro vazio abaixo de no máximo 300 μm em pelo menos 10%; preferivelmente pelo menos 20%; mais preferivelmente pelo menos 30%; mais preferencialmente pelo menos 40%.

8. Uso, de acordo com qualquer das reivindicações de 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que o nitrato de cálcio aumenta a densidade de vazios com um diâmetro de vazios variando de pelo menos 30 μm a no máximo 300 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%; preferivelmente pelo menos 10% a no máximo 45%; mais preferivelmente pelo menos 20% a no máximo 45%; mais preferencialmente pelo menos 30% a no máximo 45%.

9. Uso, de acordo com qualquer das reivindicações de 6 a 8, caracterizado pelo fato de que o nitrato de cálcio aumenta a densidade de vazios com um diâmetro de vazios variando de pelo menos 50 μm a no máximo 150 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%; preferivelmente pelo menos 10% a no máximo 45%; mais preferivelmente pelo menos 20% a no máximo 45%; mais preferencialmente pelo menos 30% a no máximo 45%.

10. Uso, de acordo com qualquer das reivindicações de 6 a 9, caracterizado pelo fato de que o nitrato de cálcio aumenta a densidade de vazios com um diâmetro de vazios variando de pelo menos 60 μm a no máximo 100 μm em pelo menos 5% a no máximo 50%; preferivelmente pelo menos 10% a no máximo 45%; mais preferivelmente pelo menos 20% a no máximo 45%; mais preferencialmente pelo menos 30% a no máximo 45%.

11. Sólido de concreto reforçado com aço tendo uma elevada resistência à carbonatação caracterizado pelo fato de que é obtido pelo endurecimento da composição de concreto como definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 5.

12. Método para produzir um sólido de concreto reforçado com aço tendo uma elevada resistência à carbonatação caracterizado pelo fato de que compreende as seguintes etapas: (I) preparar uma composição de concreto como definida em qualquer uma das reivindicações de 1 a 5 compreendendo a mistura de água, cimento, agregado e nitrato de cálcio; (II) fundir a composição de concreto em uma forma provida com um reforço de aço; e (III) obter a composição de concreto endurecida no sólido de concreto reforçado com aço com elevada resistência à carbonatação.