BR112019010480A2 - composições de cimento hidráulico com dimensão estável autodessecantes com trabalhabilidade aprimorada - Google Patents

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Abstract

trata-se composições de ligante cimentício para produtos cimentícios que incluem uma mescla de pó reativo à base de cimento hidráulico, um agente de controle de fluxo inorgânico, e um agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal incluindo pelo menos um membro do grupo de sal de lítio e base de lítio, e métodos para produzir composições de ligante cimentício.

Description

“COMPOSIÇÕES DE CIMENTO HIDRÁULICO COM DIMENSÃO ESTÁVEL AUTODESSECANTES COM TRABALHABILIDADE APRIMORADA”
CAMPO DA INVENÇÃO [0001] A presente invenção refere-se, de modo geral a composições de cimento hidráulico de dimensão estável de rápido endurecimento autodessecante inovadoras que compreendem uma mescla de pó reativo à base de cimento hidráulico, um agente de controle de fluxo inorgânico e um agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal. Em particular, a invenção se refere, de modo geral, a tais composições cimentícias que oferecem propriedades que seguem características importantes exclusivas: secagem de superfície extremamente rápida, consolidação extremamente rápida e desenvolvimento de resistibilidade precoce, excelentes trabalhabilidade e propriedades de fluxo, secagem de superfície extremamente rápida, movimento dimensional muito baixo e encolhimento mediante secagem e capacidade para incorporar altas quantidades de água.
ANTECEDENTES DA INVENÇÃO [0002] A Publicação de Pedido de Patente nQ US 2010-0071597 de Perez-Pena revela um método para produzir uma composição cimentícia leve de consolidação rápida com resistibilidade à compressão aprimorada para produtos, tais como placas. O método mistura cinza volante, sal de metal alcalino de ácido cítrico e agregado leve com água. As composições que incluem cinza volante, sais de metal alcalino de ácido cítrico e agregado leve também são reveladas.
[0003] As Patentes nQ US 4.488.909 de Galer et ai discutem composições cimentícias que incluem cimento Portland, cimento com alto teor de alumina, sulfato de cálcio e cal. A composição cimentícia inclui cimento Portland, cimento com alto teor de alumina, sulfato de cálcio e cal. Pozolanas, tais como cinza volante, argila de montmorillonita, terra diatomácea e pumicita podem ser adicionados até cerca de 25%. A composição de cimento inclui cerca de 14 a 21 % em peso de cimento com alto teor de alumina.
Petição 870190048047, de 22/05/2019, pág. 10/242
2/97 [0004] A Publicação de Pedido de Patente nQ US 2010-0071597 A1 de Perez-Pena revela formulações que usam cinza volante e sais de metal alcalino de ácido cítrico, tais como citrato de sódio para formar misturas de concreto. O cimento hidráulico e gesso podem ser usados até 25% em peso da formulação, embora o uso do mesmo não seja preferencial. Os ligantes de cinza volante ativados descritos no presente pedido podem interagir com os sistemas tradicionais de formação de espuma usado para inserir ar e, desse modo, produzir placas leves.
[0005] A Publicação de Pedido de Patente n- US 2016-0214897 A1 de Dubey revela um método para produzir composições de ligante cimentício de geopolímero para produtos cimentícios, tais como concreto, elementos e painéis de fusão de construção pré-fundidos, argamassa, materiais de estuque para reparos de estrada e outros materiais de reparo e semelhante é revelado. As composições cimentícias de geopolímero de algumas modalidades são produzidas misturando-se uma mistura sinérgica de mineral de aluminossilicato termicamente ativado, cimento de sulfoaluminato de cálcio, um sulfato de cálcio e um ativador químico com água.
[0006] A Publicação de Pedido de Patente nQ US 2016-0194247 A1 de Dubey revela um método para produzir composições de ligante cimentício de geopolímero para produtos cimentícios, tais como concreto, elementos e painéis de construção pré-fundidos argamassa e materiais de reparo e semelhantes é revelado. As composições cimentícias de geopolímero de algumas modalidades são produzidas misturando-se uma mistura sinérgica de mineral de aluminossilicato termicamente ativado, cimento de aluminato de cálcio, um sulfato de cálcio e um ativador químico com água.
[0007] A Patente nQ US 6.641.658 de Dubey revela uma composição cimentícia à base de cimento Portland que contém 35 a 90% de cimento Portland, 0 a 55% de uma pozolana, 5 a 15% de cimento com alto teor de alumina e 1 a 8% de forma de anidreto insolúvel de sulfato de cálcio no lugar de gesso de granulação fina (landplaster)/gesso solúvel em água para
Petição 870190048047, de 22/05/2019, pág. 11/242
3/97 aumenta a liberação de calor e diminuir o tempo de consolidação apesar do uso de altas quantidades de pozolana, por exemplo, cinza volante. A composição cimentícia pode incluir agregado leves e cargas, superplastificantes e aditivos, tais como citrato de sódio como um retardante de reação.
[0008] A Patente nQ US 7.618.490 B2 de Nakashima et al. revela um material de aspersão que compreende um ou mais dentre sulfoaluminato de cálcio, aluminossilicato, hidróxido de cálcio, uma fonte de flúor e concreto de cimento Portland. O sulfato de cálcio pode ser adicionado como gesso de hemi-hidrato ou anidro.
[0009] A Patente nQ US 4.655.979 de Nakano et al. revela um processo para produzir um concreto celular com o uso de cimento à base de silicate de cálcio, retardante de metal alcalino, cimento de sulfoaluminato de cálcio (CSA) e um sulfato de cálcio opcional que pode ser adicionado à composição concreta.
[0010] A Publicação de Pedido de Patente nQ US 2008-0134943 A1 de Godfrey et al. revela um material de encapsulamento de resíduos composto de pelo menos um sal de sulfoaluminato de um metal alcalino terroso com sulfato de cálcio, e carga inorgânica opcional, tal como escória de alto-forno, cinza de combustível pulverizada, silica dividida em pedaços finos, calcário e agentes fluidizantes orgânicos e inorgânicos. De preferência, pelo menos um sal de sulfoaluminato de um metal alcalino terroso compreende cálcio sulfoaluminato (CSA). Uma composição adequada pode, por exemplo, compreende pelo menos um sal de sulfoaluminato de um metal alcalino terroso em combinação com gesso e cinza de combustível pulverizada (PFA), em que cerca de 86% das partículas de gesse têm um tamanho de partícula de inferior a 76 pm, e aproximadamente 88% das partículas PFA têm um tamanho de partícula menor que 45 pm. Um exemplo compreende 75% (70:30CSA:CaS042H20); 25% de cinza de combustível pulverizada; razão entre água/sólidos 0,65.
[0011] A Patente nQ US 6.730.162 de Li et al. revela
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4/97 composições cimentícias duplas que incluem uma primeira composição hidráulica que tem 2,5 a 95% em peso de C4A3S que é uma notação química em que C=CaO, S=SiC>2, A=AI2O3 (em outras palavras, sulfoaluminade cálcio) e 2,5 a 95% em peso de um hemi-hidrato e/ou um anidreto de sulfato de cálcio. Os cimentos de sulfoalumina ou cimentos de ferroalumina são exemplos de cimentos que contêm C4A3S. Podem incluir, também, aditivos de carga mineral selecionados a partir do grupo que consiste em escória, cinza volante, pozolana, raiz de silica, finos de calcário, subprodutos de cal industrial e resíduos.
[0012] O Pedido Chinês Publicado n- CN 101921548 A de Deng et al. revela uma composição de sulfoaluminato de cimento produzida a partir de 90 a 95% em peso de clínquer de sulfoaluminato e gesso anidro, areia de quartzo, cinza volante de incineração de resíduos, éter hidroxipropilmetilcelulose, pó e fibra de cola passível de redispersão. O clínquer de sulfoaluminato e gesso anidro atendem ao padrão de sulfoaluminato de cimento, isto é, GB20472-2006.
[0013] O Pedido Coreano Publicado n- KR 549958 B1 de Jung et al. revela uma composição de alumina cimento, CSA, gesso, citrato de cálcio e ácido hidroxilcarboxílico.
[0014] O Pedido Coreano Publicado nQ KR 2009085451 A de Noh, revela uma composição de escória em pó de alto-forno, gesso e CSA. O gesso pode ter um tamanho médio de partícula de 4 microns ou menos.
[0015] O Pedido Coreano Publicado n- KR 2009025683 A revela um material em pó à prova d'água usado para concreto e argamassa é obtido pulverizando-se cimento, gesso anidro, pó de silica, pó à prova d'água, cinza volante, material de expansão do tipo sulfoaluminato de cálcio e ligante inorgânico.
[0016] O Pedido Coreano Publicado nQ KR 2010129104 A de Gyu et al. revela composição para mesclar concreto injetado, compreende (em % em peso): metacaulim (5 a 20), sulfoaluminato de cálcio (5
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5/97 a 20), gesso anidro (20 a 45) e cinza volante (30 a 50).
[0017] Há uma necessidade de composições cimentícias aprimoradas que oferecem consolidação rápida aprimorada e desenvolvimento de resistibilidade precoce, trabalhabilidade e propriedades de fluxo, secagem de superfície rápida e pouco movimento dimensional e encolhimento mediante secagem.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO [0018] A presente invenção fornece uma composição cimentícia de consolidação ultrarrápida e autodessecante que compreende um produto de reação de uma mistura de:
[0019] um pó reativo à base de cimento hidráulico que compreende:
[0020] um cimento de aluminato selecionado a partir de pelo menos um membro do grupo que consiste em cimento de aluminato de cálcio e cimento de sulfoaluminato de cálcio em uma quantidade de 25 a 80 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
[0021] Cimento Portland em uma quantidade de 2,5 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
[0022] um sulfato de cálcio selecionado a partir do grupo que consiste em di-hidrato de sulfato de cálcio, hemi-hidrato de sulfato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e misturas dos mesmos, sendo que o sulfato de cálcio em uma quantidade de 15 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
[0023] um agente de controle de fluxo inorgânico em uma quantidade igual a 0,25 a 3,00 partes em peso a cada 1,00 parte em peso de pó reativo à base de cimento hidráulico, sendo que o controle de fluxo inorgânico compreende pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em cinza volante e carbonato de cálcio, e em que o tamanho médio
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6/97 de partícula das faixas de carbonato de cálcio de cerca de 10 a 150 microns;
[0024] um agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal em uma quantidade igual a 0,50 a 5,00 por cento em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico, sendo que o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal compreende um composto de lítio selecionado a partir de pelo menos um membro do grupo de sal de lítio e base de lítio, sendo que o sal de lítio é pelo menos um membro do grupo de carbonato de lítio, sulfato de lítio, nitrato de lítio, nitreto de lítio e silicato de lítio, sendo que a base é hidróxido de lítio;
[0025] uma carga em uma razão de peso entre carga e pó reativo à base de cimento hidráulico de 0:1 a 5,0:1; e [0026] água em uma razão de peso entre água e pó reativo à base de cimento hidráulico de 0,50:1 a 1,4:1.
[0027] De preferência, a mistura tem uma ausência de hidróxido de metal alcalino e tem uma ausência de sal de metal alcalino diferente do sal de lítio e base de lítio.
[0028] Caso desejado, outros aditivos não considerados pó reativo à base de cimento hidráulico, agente de controle de fluxo inorgânico, agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal ou carga podem ser incorporados na pasta fluida e composição cimentícia geral da invenção. Tais outros aditivos podem ser, por exemplo, agentes de redução de água, tais como superplastificantes, agentes de aceleração de consolidação, agentes de retardamento de consolidação, agentes de inserção de ar, agentes espumantes, agentes de molhamento, agentes de controle de encolhimento, agentes de modificação de viscosidade (espessantes), pós de polímero passíveis de redispersão de formação de filme, dispersões poliméricas de formação de filme, pigmentos, agentes de controle de corrosão, misturas por adição de redução da reação álcali-sílica, fibras de reforço distintas e agentes de cura internos.
[0029] Comportamento de autodessecação, para
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7/97 efeito da presente invenção, se refere à capacidade do material para consumir substancialmente a água por meio de reações químicas a fim de obter uma superfície que é suficientemente seca e pronta para aplicação de adesivos e coberturas. As características de secagem de superfície e de autodessecação de um material é medida vertendo-se uma camada com espessura de aproximadamente 0,64 cm (1/4”) da pasta fluida em uma bandeja de plástica rasa. ]Em seguida, o tempo de autodessecação é caracterizado como o tempo em que a superfície superior da laje vertida muda sua aparência de superfície molhada visível para uma superfície endurecida que é suficientemente seca para permitir a aplicação de adesivos orgânicos ou inorgânicos e coberturas de acabamento (tais como, carpete e outras coberturas de piso resilientes) sem afetar negativamente a ligação a curto e longo prazo entre o material de cobertura de acabamento e a laje vertida. O tempo de autodessecação geralmente ocorre logo após o tempo final de consolidação ser alcançado, tipicamente cerca de 30 a 45 minutos após o tempo final de consolidação.
[0030] A característica de consolidação ultrarrápida de um material, para efeito da presente invenção, se refere a um tempo final de consolidação de material de preferência, inferior a 180 minutos, com mais preferência, inferior a 120 minutos e, com mais preferência, inferior a 60 minutos, quando medido em conformidade com o procedimento de teste ASTM C191 -13.
[0031] A composições cimentícias de consolidação ultrarrápida e autodessecante da presente invenção podem incluir diferentes cargas e aditivos incluindo agentes de inserção de ar e agentes espumantes para adicionar ar em proporções específicas para produzir produtos cimentícios leves. As composições típicas podem conter ar, por exemplo, 0 a 25% em volume ou 2 a 25% em volume.
[0032] Constatou-se inesperadamente que um sal de metal, tal como carbonato de lítio quando usado além de uma quantidade crucial nas composições da invenção tem um impacto positivo na redução e estabilização do movimento dimensional tanto a curto prazo quanto a longo
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8/97 prazo do material. As composições da presente invenção têm um encolhimento máximo, de preferência, inferior a 0,10%, com mais preferência, inferior a 0,05% e, com mais preferência, igual a ou inferior a 0,00%. Quando o encolhimento por secagem máximo ou movimento dimensional linear de material é inferior a 0,00%, isso significa que o material é submetido a uma expansão positiva líquida em vez de um encolhimento líquido mediante secagem. As composições mais preferenciais da presente invenção exibem uma expansão positiva líquida mediante secagem e não um encolhimento líquido. O encolhimento por secagem ou movimento dimensional linear do material é tipicamente medido em conformidade com o padrão ASTM C1708-13.
[0033] Outro atributo importante das composições da invenção é o fato de que as mesmas são autodessecantes, consomem grande quantidade de água em reações de hidratação de cimento, desse modo, fazendo com que um material seque na superfície com extrema rapidez, tão rápido quanto em uma hora após a mistura e colocação do material. Esse atributo é significativo, por exemplo, em aplicações de pavimento, em que o mesmo permite a aplicação de adesivos de pavimento e coberturas de piso no material endurecido e seco em de uma curta duração após a colocação de material.
[0034] Ainda outro atributo importante e exclusivo das composições da presente invenção é o fato de que as mesmas têm capacidade para utilizar e incorporar uma grande quantidade de água em reações químicas sem afetar indevidamente o tempo de consolidação, tempo de secagem, resistibilidades precoces à compressão e comportamento de movimento dimensional durante os processos físicos e químicos de secagem, consolidação e endurecimento. Isso é uma constatação inesperada uma vez que as composições de cimento hidráulico de estado da técnica são bem conhecidas por terem um impacto negativo de quantidade excessiva de água no comportamento de consolidação, nas características de secagem, nas resistibilidades precoces à compressão e no comportamento de movimento dimensional.
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9/97 [0035] As composições em pó de cimento hidráulico da presente invenção compreendem cimento hidráulico à base de aluminato (ou cimentos hidráulicos à base de aluminato), cimento Portland e sulfato de cálcio. As composições hidráulicas autodessecantes da presente invenção são obtidas com o uso de um agente de controle de fluxo inorgânico, o que facilita a funcionalidade do material e as propriedades de fluxo no estado fresco do material. Além disso, as composições hidráulicas autodessecantes da presente invenção são obtidas com o uso de um agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal que tem uma influência positiva na redução e na estabilização do movimento tanto a curto quanto a longo prazo do material.
[0036] As composições da presente invenção são vantajosamente usadas para várias aplicações, incluindo, porém sem limitação, subcobertura de autonivelamento, acabamento de chão, acabamento decorativo de chão, rastilho de isolamento, estuque passível de empreitada, estuque passível de vertedura, argamassas de reparo, estuque de reparo de estrada, material de reparo vertical e suspenso, tinta de primeira demão e reboco cimentícios, adesivo de consolidação de ladrilho, grautes de ladrilho, cimentos e grautes de ancoragem, ladrilhos e pedras sintéticas, produtos estatuários e produtos de painel pré-fundidos ou vertidos no lugar e elementos de construção.
[0037] Conforme usado no presente documento, “materiais cimentícios” é definido como o cimento de aluminato, cimento Portland, sulfato de cálcio e qualquer cimento adicional que possam ser adicionados à mistura reativa. A quantidade de água depende da necessidade dos materiais individuais presentes na composição cimentícia assim como as exigências de funcionalidade a aplicação em consideração.
[0038] O assentamento das composições da presente invenção é caracterizado por tempos de consolidação inicial e final, conforme medido com o uso de Vicat especificado no procedimento de teste ASTM C19113. O tempo final de consolidação também corresponde ao tempo em que um produto de concreto, por exemplo, um painel de concreto, está duro o suficiente
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10/97 para ser manipulado.
[0039] Conforme usado no presente documento, a resistibilidade precoce da composição é caracterizada medindo-se a resistibilidade à compressão após 2 a 5 horas de mistura. Em muitas aplicações, uma resistibilidade à compressão relativamente maior pode ser vantajosa para um material cimentício devido ao fato de que o mesmo pode resistir a maiores estresses sem deformação ou falha em excesso. Tipicamente, as reações químicas que fornecem desenvolvimento de resistibilidade em tais composições continuarão por períodos prolongados após o tempo final de consolidação ter sido atingido.
[0040] As composições da invenção têm uma ausência de sal de metal alcalino diferente de sais de lítio. De preferência, as composições da invenção têm uma ausência de sal de metal alcalino diferente de carbonato de lítio. As composições da invenção têm uma ausência de hidróxido de metal alcalino diferente de hidróxido de lítio. De preferência, as composições da invenção têm uma ausência de hidróxido de metal alcalino. As composições da invenção têm uma ausência de um citrato de metal alcalino. As composições da invenção têm uma ausência de silicato de metal alcalino diferente de silicato de lítio. De preferência, as composições da invenção têm uma ausência de silicato de metal alcalino.
[0041] As composições da Publicação do Pedido de Patente nQ US 2016-0214897 A1 e 2016-0194247 A1 foram produzidas por uma ativador químico de reação química, por exemplo, hidróxidos de metal alcalino, silicatos de metal alcalino ou citratos de metal alcalino com cinza volante. Na presente invenção, a cinza volante, caso estiver presente, é um agente de controle de carga e de fluxo. Na presente invenção, a cinza volante não reage para formar um geopolímero devido ao fato de que não há ativador químico conforme nas Publicações de Pedido de Patente nQ US 2016-0214897 A1 e 2016-0194247 A1.
[0042] A composição da Publicação de Pedido de
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Patente nQ US 2010-0071597 A1 de Perez-Pena empregou um sal de metal alcalino de ácido cítrico para ativação química de cinza volante. A presente invenção não emprega.
[0043] A presente invenção também fornece um método para misturar a composição da invenção, reagir a mistura e permitir que a mistura se consolide. Desse modo, a invenção fornece um método que compreende:
[0044] produzir uma mistura misturando-se a composição da invenção que compreende:
[0045] o pó reativo à base de cimento hidráulico que compreende:
[0046] o cimento de aluminato, [0047] o cimento Portland, [0048] o sulfato de cálcio, [0049] o agente de controle de fluxo inorgânico;
[0050] o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal;
[0051] a carga; e [0052] a água;
[0053] reagir a mistura; e [0054] permitir que a mistura se consolide e endureça.
[0055] Outras vantagens, benefícios e aspectos de várias modalidades da invenção são discutidos a seguir, são ilustrados nas Figuras anexas e serão entendidos pelas pessoas versadas na técnica a partir da revelação mais detalhada a seguir. Todas as porcentagens, razões e proporções no presente documento estão em peso, salvo quando específico de outro modo.
BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [0056] A Figura 1 mostra uma fotografia de um bolo de assentamento para a composição da Mistura 1 investigada no Exemplo 1.
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12/97 [0057] A Figura 1A mostra a fotografia de um bolo de assentamento para a composição de Mistura 2 investigada no Exemplo 1.
[0058] A Figura 1B mostra o comportamento de movimento linear (encolhimento por secagem) das composições investigadas no Exemplo 1.
[0059] A Figura 2 mostra movimento linear (encolhimento por secagem) das composições de mistura investigadas no Exemplo 2.
[0060] As Figuras 3, 4 e 5 mostram fotografias de bolos de assentamento para as Misturas 1, 2, e 3, respectivamente, das composições investigadas no Exemplo 5.
[0061] A Figura 5A é uma plotagem que mostra movimento linear (encolhimento por secagem) das composições de mistura investigadas no Exemplo 5.
[0062] As Figuras 6, 6A e 6B mostram fotografias de bolos de assentamento para as composições das Misturas 1, 2 e 3, respectivamente, investigadas no Exemplo 6.
[0063] A Figura 60 mostra uma plotagem de movimento linear (encolhimento por secagem) de composições de mistura investigadas no Exemplo 6 [0064] As Figuras 7, 7A e 7B mostram fotografias de bolos de assentamento para as composições de Misturas 1, 2 e 3, respectivamente, investigadas no Exemplo 7.
[0065] A Figura 70 mostra uma plotagem de movimento linear (encolhimento por secagem) de composições de mistura investigadas no Exemplo 7.
[0066] As Figuras 8A a 8F mostram fotografias de bolos de assentamento para as Misturas 1 a 6, respectivamente, para as composições investigadas no Exemplo 8.
[0067] A Figura 8G mostra o comportamento de
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13/97 movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 8.
[0068] A Figura 9 demonstra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 9.
[0069] A Figura 10 mostra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 11.
[0070] A Figura 11 mostra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 12.
DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [0071] As composições em pó de cimento hidráulico da presente invenção compreendem cimento hidráulico à base de aluminato (ou cimentos hidráulicos à base de aluminato), cimento Portland e sulfato de cálcio. As composições hidráulicas autodessecantes da presente invenção são obtidas com o uso de um agente de controle de fluxo inorgânico, o que facilita a funcionalidade do material e as propriedades de fluxo no estado fresco do material. Além disso, as composições hidráulicas autodessecantes da presente invenção são obtidas com o uso de um agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal que tem uma influência positiva na redução e na estabilização do movimento tanto a curto quanto a longo prazo do material.
[0072] As matérias-primas principais da presente invenção e as quantidades dessas matérias-primas nas composições da presente invenção são descritas a seguir.
COMPOSIÇÕES DA PRESENTE INVENÇÃO [0073] As misturas reativas cimentícias da presente invenção compreendem cimento à base de aluminato (ou cimentos à base de aluminato), cimento Portland, sulfato de cálcio, agente de controle de fluxo inorgânico, agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal, água e outros aditivos opcionais.
[0074] As Tabelas 1, 2, e 3 descrevem as
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14/97 composições à base de cimento hidráulico de dimensão estável autodessecantes e de rápido endurecimento da presente invenção que compreendem cimento à base de aluminato (ou cimentos à base de aluminato), cimento Portland, sulfato de cálcio, agente de controle de fluxo inorgânico, agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal, água e outros aditivos opcionais. As Tabelas 1, 2 e 3 mostram a composição expressa em partes em peso (pbw) de componentes individuais ou agregados. O pó reativo à base de cimento hidráulico compreende cimento à base de aluminato (ou cimentos à base de aluminato), cimento Portland e sulfato de cálcio.
[0075] Nessas Tabelas e ao longo do presente relatório descritivo, quando um componente é representado como Razão de Peso entre componente/Pó Reativo de Cimento Hidráulico, por exemplo, Razão de Peso entre Agente de Controle de Fluxo Inorgânico/Pó Reativo de Cimento Hidráulico, isso significa que o peso do componente é calculado como uma razão em relação ao peso do Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico. Desse modo, um valor de Razão de Peso entre Agente de Controle de Fluxo Inorgânico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico igual a 3,00 significa que há Agente de Controle de Fluxo Inorgânico a 300 pbw a cada 100 pbw de Pó Reativo de Cimento Hidráulico para um total de 400 pbw.
[0076] Nessas Tabelas e ao longo do presente relatório descritivo quando um componente é representado como componente/Pó Reativo de Cimento Hidráulico, % em peso, por exemplo, um valor de Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal/Pó Reativo de Cimento Hidráulico, % em peso de 5,00 significa que a quantidade de Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal é igual a 5% em peso da quantidade de Pó Reativo de Cimento Hidráulico. Em outras palavras, há Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal a 5 pbw a cada 100 pbw de Pó Reativo de Cimento Hidráulico para um total de 105 pbw. O Pó Reativo de Cimento Hidráulico também é denominado alternativamente de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico ou simplesmente
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Pó Reativo de Cimento no presente pedido.
Tabela 1: Composições à base de Cimento Hidráulico de Dimensão Estável da Presente Invenção que Compreendem Cimento à Base de Alumínio, cimento Portland, Sulfato de Cálcio, Agente de Controle de Fluxo Inorgânico e Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal
Matéria-Prima Faixa ampla Faixa preferencial Faixa mais preferencial
Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico (100 pbw) - Cimento à Base de Alumínio, pbw* - Cimento Portland, pbw - Sulfato de Cálcio, pbw 25 a 80 2,5 a 45 15a45 30 a 75 5 a 35 20 a 40 35 a 70 7,5 a 25 25 a 35
Razão de peso entre Agente de Controle de Fluxo Inorgânico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,25 a 3,0 0,5 a 2,0 0,75 a 1,5
Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,5 a 5,0 1,0 a 4,0 1,5 a 3,5
Razão de peso entre Carga/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0a5,0 0,5 a 3,5 1,0 a 2,5
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,5 a 1,4 0,6 a 1,3 0,7 a 1,2
*Cimento de aluminato selecionado a partir de pelo menos um membro do grupo que consiste em cimento de aluminato de cálcio e cimento de sulfoaluminato de cálcio.
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Tabela 2: Composições à Base de Cimento Hidráulico de Dimensão Estável Autodessecante de Rápido Endurecimento da Presente Invenção que Compreende Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, Cimento de Aluminato de Cálcio, Cimento Portland, Sulfato de Cálcio, Agente de Controle de Fluxo Inorgânico e Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à Base de Metal
Matéria-Prima Faixa ampla Faixa preferencial Faixa mais preferencial
Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico (100 pbw) - Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw - Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw - Cimento Portland, pbw - Sulfato de Cálcio, pbw 25 a 75 2,5 a 45 2,5 a 45 15a45 30 a 70 5 a 40 5 a 35 20 a 40 35 a 65 10a35 7,5 a 25 25 a 35
Razão de peso entre Agente de Controle de Fluxo Inorgânico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,25 a 3,00 0,50 a 2,00 0,75 a 1,50
Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,50 a 5,00 1,00 a 4,00 1,50 a 3,50
Razão de peso entre Carga/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0a5,0 0,5 a 3,5 1,0 a 2,5
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,50 a 1,40 0,60 a 1,30 0,70 a 1,20
TABELA 3: Composições à Base de Cimento Hidráulico de Dimensão Estável Autodessecante de Rápido Endurecimento da Presente Invenção que Compreende Cimento de sulfoaluminato de Cálcio, Cimento de Aluminato de Cálcio, Cimento Portland, Sulfato de Cálcio, Agente de Controle de Fluxo Inorgânico e Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à Base de Metal Com Faixas para Aditivos Adicionais
Matéria-Prima Faixa ampla Faixa preferencial Faixa mais preferencial
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Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico (100 pbw) - Cimento de Aluminato, pbw* - Cimento Portland, pbw - Sulfato de Cálcio, pbw 25 a 80 2,5 a 45 15 a 45 30 a 75 5 a 35 20 a 40 35 a 70 7,5 a 25 25 a 35
Razão de peso entre Agente de Controle de Fluxo Inorgânico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,25 a 3,0 0,5 a 2,0 0,75 a 1,5
Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,50 a 5,0 1,0 a 4,0 1,50 a 3,5
Razão de peso entre Carga/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico ** 0 a 5,0 0,5 a 3,5 1,0 a 2,5
Modificante Orgânico de Reologia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso** 0,02 a 1 0,04 a 0,75 0,06 a 0,5
Agentes Inorgânicos de Aprimoramento de Viscosidade/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso** 0 a 1 0 a 0,75 0 a 0,5
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,3 a 3,5 0,4 a 2,5 0,5 a 1,5
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso** 0 a 2,0 0,25 a 1,5 0,5 a 1,0
Agente de retardamento de consolidação/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso** 0 a 2,0 0,10 a 1,5 0,2 a 1,0
Pigmento de Cor/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso** 0 a 8,0 0 a 6,0 0 a 4,0
Agente de Inserção de Ar/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso** 0a1,0 0a0,5 0 a 0,25
Polímero de Formação de Filme Orgânico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso** 0 a 15,0 0 a 10,0 0 a 5,0
Razão de peso entre Pozolanas diferentes de cinzas volantes/Pó Reativo de Cimento Hidráulico** 0 a 1 0 a 1 0 a 1
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,50 a 1,40 0,60 a 1,30 0,70 a 1,20
* Cimento de aluminato selecionado a partir de pelo menos um dentre cimento de aluminato de cálcio e cimento de sulfoaluminato de cálcio, com mais preferência, tanto cimento de aluminato de cálcio quanto cimento de sulfoaluminato de cálcio.
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18/97 **As faixas para aditivos adicionais, de preferência, também se aplicam a composições da TABELA 2.
[0077] A fim de formar composição ligante, o Pó Reativo de Cimento (cimento de aluminato, cimento Portland e sulfato de cálcio), o Agente de Controle de Fluxo Inorgânico, o Agente Estabilizante de Movimento Dimensional à base de Metal, a carga e a água são misturados para formar uma pasta fluida cimentícia a uma temperatura inicial (temperatura durante o primeiro minuto que os ingredientes são todos apresentados primeiramente na mistura) de cerca de 0 °C a cerca de 50 °C.
CIMENTOS HIDRÁULICOS [0078] O cimento hidráulico para efeito da presente invenção é um cimento que se submete a uma reação de consolidação química quando entra em contato com água (hidratação) e que não apenas se consolidarão (curar) sob água como também formarão um produto resistente à água.
[0079] Os cimentos hidráulicos incluem, porém sem limitação, cimentos de silicato de alumínio como cimento Portland, cimento de sulfoaluminato de cálcio e cimento à base aluminato de cálcio. Para efeito do presente relatório descritivo, sulfato de cálcio não é considerado um cimento hidráulico. No entanto, para efeito do presente relatório descritivo, um pó reativo à base de cimento hidráulico inclui cimento hidráulico e sulfato de cálcio. As pozolanas, caso incluídas na composição geral, não são parte do pó reativo à base de cimento hidráulico. As pozolanas, caso incluídas na composição geral são adicionais ao pó reativo à base de cimento hidráulico.
CIMENTO À BASE DE ALUMÍNIOS [0080] Os cimentos de sulfoaluminato de cálcio e os cimentos de aluminato de cálcio são cimentos à base de aluminato da presente invenção. Os cimentos de aluminato de cálcio com a fase hepta-aluminato de dodecacálcio (C12A7) como a fase predominante no cimento são os cimentos de
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19/97 aluminato de cálcio mais preferenciais da presente invenção. Diferentes classes de cimentos de aluminato de cálcio podem ser usadas individualmente ou podem ser combinados em quantidades especificadas em conformidade com a presente invenção a fim de obter resultados finais desejáveis. Em uma modalidade preferencial, uma combinação de cimento de sulfoaluminato de cálcio e cimento de aluminato de cálcio é utilizada para obter um comportamento de secagem extremamente rápida e de endurecimento extremamente rápido.
[0081] De modo geral, no pó reativo à base de cimento hidráulico das composições da presente invenção, o cimento à base de aluminato compreende um cimento de aluminato selecionado a partir de pelo menos um membro do grupo de cimento de aluminato de cálcio e cimento de sulfoaluminato de cálcio em uma quantidade de 25 a 80 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. De preferência, há 30 a 75 partes em peso desse cimento de aluminato a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. Com mais preferência, há 30 a 70 partes em peso desse cimento de aluminato a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
[0082] Quando o pó reativo à base de cimento hidráulico compreende cimento de sulfoaluminato de cálcio e cimento de aluminato de cálcio, de modo geral, há 25 a 75 partes em peso cimento de sulfoaluminato de cálcio per 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico e cimento de aluminato de cálcio a 2,5 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, há 30 a 70 partes em peso cimento de sulfoaluminato de cálcio por 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico e 5 a 40 partes em peso cimento de aluminato de cálcio per 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, há 35 a 65 partes em peso cimento de sulfoaluminato de cálcio per 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico e 10 a 35 partes em peso cimento de aluminato de cálcio a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
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CIMENTO DE SULFOALUMINATO DE CÁLCIO (CSA) [0083] O sulfoaluminato de cimento de cálcio forma um ingrediente das composições da presente invenção. Os cimentos de sulfoaluminato (CSA) cálcio são uma classe diferente de cimento do cimento de aluminato de cálcio (CAC) ou cimentos hidráulicos à base de silicato de cálcio, por exemplo, cimento Portland. Os cimentos CSA são cimentos hidráulicos com base em sulfoaluminato de cálcio, e não aluminatos de cálcio que são a base do cimento CAC ou silicatos de cálcio que são a base do cimento Portland. Os cimentos de sulfoaluminato de cálcio são produzidos a partir de clínqueres que incluem Ye'elimite (Ca4(AIO2)eSO4 ou C4A3S) como uma fase primária.
[0084] Outras fases primárias presentes no cimento de sulfoaluminato de cálcio preferenciais podem incluir um ou mais dentre 0 seguinte: dissilicato de cálcio (C2S), aluminoferrita tetracálcica (C4AF) e sulfato de cálcio (CS). A exigência relativamente baixa de baixo teor de cal de cimentos de sulfoaluminato de cálcio em comparação ao cimento Portland reduz 0 consumo de energia e emissão de gases de efeito estufa da produção de cimento. De fato, os cimentos de sulfoaluminato de cálcio podem ser fabricados a temperaturas de aproximadamente 200 °C inferiores ao cimento Portland, desse modo, reduzindo adicionalmente a energia e emissões de gás de efeito estufa. A quantidade fase Ye'elimite (Ca4(AIO2)6SO4 ou C4A3S) presente nos cimentos de sulfoaluminato de cálcio é, de preferência, cerca de 20 a cerca de 90% em peso, com mais preferência, cerca de 30 a cerca de 75% em peso, e com mais preferência, cerca de 40 a cerca de 60% em peso.
[0085] A quantidade de cimento de sulfoaluminato de cálcio nas composições da invenção é ajustável com base na quantidade da fase Ye'elimite ativa (Ca4(AIO2)eSO4 ou C4A3S) presente no cimento CSA.
CIMENTO DE ALUMINATO DE CÁLCIO [0086] O cimento de aluminato de cálcio (CAC) é
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21/97 outro tipo de cimento hidráulico que pode formar um componente da mescla de pó reativo das composições da invenção quando uma resistibilidade à compressão particularmente maior não é exigida com pastas fluidas com baixo teor de água que contêm quantidades substanciais de cinza volante.
[0087] O cimento de aluminato de cálcio (CAC) também é denominado comumente de cimento aluminoso ou cimento de alto teor de alumina. Os cimentos de aluminato de cálcio têm um alto teor de alumínio, cerca de 30 a 45% em peso é preferencial. Os cimentos de aluminato de cálcio de maior pureza também são comercialmente disponíveis nos quais o teor de alumina pode estar em uma faixa tão alta quanto cerca de 80% em peso. Esses cimentos de aluminato de cálcio de alta pureza tendem a ser muito dispendiosos em relação a outros cimentos. Os cimentos de aluminato de cálcio usados em composições da invenção são triturados em pedaços finos para facilitar a entrada de aluminatos na fase aquosa de modo que possa ocorrer rápida formação de etringita e outros hidratos de aluminato de cálcio. A área de superfície do cimento de aluminato de cálcio será tipicamente maior que 3.000 cm2/g e de preferência, cerca de 4.000 a cerca de 6.000 cm2/g, conforme medido pelo método de área de superfície Blaine (ASTM C 204-11).
[0088] Diversos métodos de fabricação surgiram para produzir cimento de aluminato de cálcio mundialmente. De preferência, as matérias-primas principais usadas na fabricação do cimento de aluminato de cálcio são bauxita e calcário. Um método de fabricação para produzir cimento de aluminato de cálcio é descrito conforme a seguir. O minério de bauxita é primeiramente esmagado e seco, em seguida, triturado junto do calcário. Em seguida, um forno giratório é alimentado como pó seco que compreende bauxita e calcário. Um carvão com baixo teor de cinzas pulverizado é usado como combustível para o forno. A reação entre a bauxita e o calcário ocorre no forno e o produto fundido é coletado na extremidade inferior do forno e é vertido em um conjunto passante no fundo. O clínquer fundido é arrefecido bruscamente com água para formar granulados do clínquer que, em seguida, é transportado
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22/97 a uma pilha de estoque. Em seguida, esse granulado é triturado até fineza desejada para produzir o cimento final.
[0089] Tipicamente, diversos compostos de aluminato de cálcio podem ser formados durante o processo de fabricação do cimento de aluminato de cálcio. O composto predominante formado é frequentemente aluminato de monocálcio (CaOAkCb, também denominado de CA). Os outros compostos de aluminato de cálcio e silicato de cálcio que são formados podem incluir 12CaO*7AI2O3 também denominados de C12A7, CaO*2AI2O3 também denominados de CA2, dissilicato de cálcio (2CaO*SIO2, denominado C2S), silicato de alumina dicálcica (2CaO· AI2Os· SIO2, denominado de C2AS). Diversos outros compostos que contêm uma proporção relativamente alta de óxidos de ferro também podem ser formados. Os mesmos incluem ferritas de cálcio, tais como CaO*Fe2O3 ou CF e 2CaO*Fe2O3 ou C2F, e aluminoferritas cálcicas, tais como aluminoferrita tetracálcicas (4CaO*AI2O3*Fe2O3 ou C4AF), 6CaO*AI2O3*2Fe2O3 ou CeAF2) e 6CaO*2AI2O3*Fe2O3 ou CeA2F). Outros constituintes menores muitas vezes presentes no cimento de aluminato de cálcio incluem magnésia (MgO), titânia (TiO2), sulfatos e álcalis.
[0090] Os cimentos de aluminato de cálcio podem ter uma ou mais fases mencionadas acima. Os cimentos de aluminato de cálcio que têm aluminato monocálcico (CaO*AI2O3 ou CA) e/ou hepta-aluminato de dodecacálcio (12CaO*7AI2O3 ou Ci2A?) como fases predominantes são preferenciais na presente invenção. Além disso, as fases de aluminato de cálcio podem estar disponíveis em forma cristalina e/ou forma amorfa. Ciment Fondu (ou HAC Fondu), SECAR 51, e SECAR 71 são alguns exemplos de cimentos de aluminato de cálcio comercialmente disponíveis que têm 0 aluminato monocálcico (CA) como a fase de cimento primária. TERNAL EV e TERNAL EP são exemplos de cimento de aluminato de cálcio comercialmente disponíveis que têm hepta-aluminato de dodecacálcio (12CaO*7AI2Os ou Ci2A7) como a fase de cimento predominante. Tanto TERNAL EV quanto TERNAL EP que têm 0 hepta
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23/97 aluminato de dodecacálcio (12CaO7AI203 ou C12A7) como a fase de cimento predominante, são 0 cimento de aluminato de cálcio particularmente preferencial na presente invenção.
[0091] Quando os cimentos de aluminato de cálcio (CAC) são usados na presente invenção, os mesmos podem substituir parcialmente 0 cimento de sulfoaluminato de cálcio. A quantidade de substituição de cimento de aluminato de cálcio nas composições da invenção é tipicamente até cerca de 49% em peso do peso agregado do cimento de sulfoaluminato de cálcio e cimento de aluminato de cálcio.
CIMENTO PORTLAND [0092] O cimento Portland, nas quantidades especificadas no presente documento, é um ingrediente crucial da presente invenção. O uso do mesmo é crucial no desenvolvimento de uma rápida resistibilidade à compressão e na redução do comportamento de encolhimento do material. Conforme usado no presente documento, “cimento Portland” é um cimento hidráulico à base de silicato de cálcio. O padrão ASTM C 150-12 define cimento Portland como um “cimento hidráulico (cimento que não apenas endurece por meio da reação com água, como também forma um produto resistente à água) produzido pulverizando-se clínqueres que consistem essencialmente em silicatos de cálcio hidráulicos, que contêm normalmente uma ou mais das formas de sulfato de cálcio com uma adição entre triturações”. Conforme usado no presente documento, “clínqueres” são nódulos (diâmetros, cerca de 5 a 25 mm [0,2 a cerca de 1,0 polegada]) de um material sintetizado que são produzidos quando uma mistura bruta de composição predeterminada é aquecida a alta temperatura. Os tipos diferentes de cimentos Portland e outros cimentos hidráulicos à base de cimento Portland, conforme classificado em ASTM C150-12, ASTM C595-13 e ASTM C1600-11, podem ser empregados de maneira útil na presente invenção. Os cimentos de poço de óleo representam ainda outra classe de cimentos hidráulicos, que podem ser usados em vez de
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24/97 cimentos Portland nas composições de cimento hidráulico autodessecante de rápido endurecimento da presente invenção.
[0093] De modo geral, o pó reativo à base de cimento hidráulico das composições da presente invenção compreende cimento Portland em uma quantidade de 2,5 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, 5 a 35 partes em peso de cimento Portland a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, 7,5 a 25 partes em peso de cimento Portland a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
SULFATO DE CÁLCIO [0094] O sulfato de cálcio forma ainda outro ingrediente crítico das composições autodessecantes de rápido endurecimento da presente invenção. Embora o sulfato de cálcio, por exemplo, o di-hidrato de sulfato de cálcio reagirá com água, o mesmo não forma um produto resistente à água e não é considerado como cimento hidráulico para efeito da presente invenção. Os tipos de sulfato de cálcio que são úteis em composições da invenção incluem di-hidrato de sulfato de cálcio, hemi-hidrato de sulfato de cálcio e sulfato de cálcio anidro (anidreto). Esses sulfatos de cálcio podem estar disponíveis naturalmente ou podem ser produzidos industrialmente. Os sulfatos de cálcio interagem de maneira sinérgica com os outros componentes fundamentais, particularmente, cimentos de aluminato, das composições cimentícias da invenção e conferem diversas propriedades úteis para o final material incluindo consolidação rápida, estabilidade dimensional e resistibilidade à compressão.
[0095] Diferentes formas morfológicas do sulfato de cálcio podem ser empregadas de modo útil na presente invenção. Constatou-se que as propriedades das composições e dos compósitos da presente invenção dependem significativamente do tipo do sulfato de cálcio usado com base na composição química, tamanho de partícula, morfologiado cristal e no tratamento
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25/97 química e térmico do mesmo. Dentre outras propriedades, o comportamento de consolidação, taxa de desenvolvimento da resistibilidade, resistibilidade final à compressão, comportamento de encolhimento e resistibilidade à rachadura das composições da invenção podem ser adaptados selecionando-se uma fonte apropriada de sulfato de cálcio na formulação. Desse modo, a seleção do tipo de sulfato de cálcio usado nas composições da invenção se baseia no equilíbrio das propriedades almejadas no fim da aplicação.
[0096] Constatou-se que o tamanho de partícula e morfologia do sulfato de cálcio influenciar significativamente o desenvolvimento de resistibilidades precoces e finais das composições cimentícias da invenção. De modo geral, constatou-se que um tamanho menor de partícula do sulfato de cálcio fornece um desenvolvimento mais rápido na resistibilidade precoce. Quando é desejável ter uma taxa extremamente rápida de desenvolvimento de resistibilidade, o tamanho médio de partícula preferencial do sulfato de cálcio está em uma faixa de cerca de 1 a cerca de 100 microns, com mais preferência, cerca de 1 a cerca de 50 microns e, ainda com mais preferência, cerca de 1 a cerca de 25 microns. Além disso, constatou-se, também, que os sulfatos de cálcio com tamanho de partícula mais fino resultaram em menos encolhimento de material.
[0097] Todas as três formas de sulfato de cálcio (primariamente, hemi-hidrato, di-hidrato e anidreto) são úteis. A forma mais solúvel de sulfato de cálcio é o hemi-hidrato, seguida pela forma de solubilidade relativamente inferior do di-hidrato e, em seguida, seguida pela forma relativamente insolúvel do anidreto. Todas as três formas são, por si só, conhecidas por consolidarem (formam matrizes da forma química do di-hidrato) em meios aquosos sob condições apropriadas, e os tempos de consolidação e as resistibilidades à compressão das formas consolidadas são conhecidas por seguirem a ordem de solubilidade das mesmas. Por exemplo, havendo igualdade entre outros aspectos, empregado sozinho como o material de consolidação único, o hemi-hidrato tem normalmente os tempos de consolidação mais curtos
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26/97 e o anidreto tem tipicamente os tempos de consolidação mais longos.
[0098] De modo geral, o pó reativo à base de cimento hidráulico das composições da presente invenção compreende um sulfato de cálcio selecionado a partir do grupo que consiste em di-hidrato de sulfato de cálcio, hemi-hidrato de sulfato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e misturas dos mesmos, sendo que o sulfato de cálcio está em uma quantidade de 15 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, 20 a 40 partes em peso sulfato de cálcio a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, 25 a 35 partes em peso sulfato de cálcio a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
AGENTE DE CONTROLE DE FLUXO INORGÂNICO [0099] Os agentes de controle de fluxo inorgânico da presente invenção são materiais inorgânicos que facilitam a trabalhabilidade e propriedades de fluxo suficientes quando misturados com outros componentes cimentícios da invenção e com água. Os agentes de controle de fluxo inorgânico da presente invenção incluem pelo menos um membro do grupo que consiste em materiais de cinza volante e carbonato de cálcio mineral que têm distribuição de tamanho de partícula ideais. O tamanho médio de partícula ideal do carbonato de cálcio empregado na presente invenção está em uma faixa de cerca de 10 a 150 microns, com mais preferência, de cerca de 15 a 100 microns e, com mais preferência, de cerca de 25 a 75 microns. A cinza volante é obtida como um subproduto de processo de combustão de carvão. Na presente invenção, a cinza volante é um material pozolânico, porém não reagem com ativadores químicos para formar um geopolímero. As reações geopoliméricas começam rapidamente. Em contrapartida, as reações pozolânicas iniciam lentamente e são reações químicas a longo prazo. Desse modo, na invenção, a cinza volante does não contribui significativamente à resistibilidade do material durante as primeiras semanas após mistura, diferentemente dos geopolímeros.
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27/97 [0100] Tanto a cinza volante de Classe C quanto a cinza volante de Classe F, de acordo com ASTM C618 (2008), podem ser empregadas utilmente na presente invenção. As cinzas volantes que contêm alto teor de óxido de cálcio e aluminato de cálcio (tais como, cinzas volantes de Classe C do padrão ASTM C618 (2008) são preferenciais na presente invenção, conforme explicado a seguir.
[0101] A cinza volante é um subproduto de pó fino formado a partir da combustão de carvão. Caldeiras de utilidade de usina de energia elétrica que queimam carvão pulverizado produzem a maior parte de cinzas volantes comercialmente disponíveis. Essas cinzas volantes consistem essencialmente em partículas esféricas vítreas assim como resíduos de hematita e magnetita, carvão e algumas fases cristalinas durante o resfriamento. A estrutura, composição e propriedades de partículas de cinza volante dependendo da estrutura e da composição do carvão e dos processos de combustão pelos quais a cinza volante é formada. O padrão ASTM C618 (2008) reconhece duas classes principais de cinzas volantes para uso em concreto Classe C e Classe F. Essas duas classes de cinzas volantes são geralmente derivadas de diferentes tipos de carvões que são um resultado de diferença nos processos de formação de carvão que ocorrem ao longo de períodos de tempo geológicos. A cinza volante de Classe F é normalmente produzida a partir da queima de antracita ou carvão betuminoso. A cinza volante de Classe C é produzida normalmente a partir de lignito ou carvão sub-betuminoso.
[0102] O padrão ASTM C618 (2008) diferencia primariamente as cinzas volantes de Classe C e de Classe F de acordo com as propriedades pozolânicas das mesmas. Consequentemente, no padrão ASTM C618 (2008), a principal diferença de especificação entre a cinza volante de Classe F e a cinza volante de Classe C é o limite mínimo de S1O2 + AI2O3 + Fe20s na composição. O limite mínimo de S1O2 + AI2O3 + Fe2Ü3 para cinza volante de Classe F é 70% e para cinza volante de Classe C é 50%. Desse modo, as cinzas volantes de Classe F têm teor de pozolana maior do que as cinzas volantes de
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Classe C. Embora não reconhecidas explicitamente no padrão ASTM 0618 (2008), as cinzas volantes de Classe C têm, de preferência, alto teor de óxido de cálcio (cal).
[0103] Caso desejado, a cinza volante de Classe C tem normalmente propriedades cimentícias além das propriedades pozolânicas devido à cal (óxido de cálcio). A Classe F é raramente cimentícia quando misturada apenas com água. A presença de alto teor de óxido de cálcio fornece cinzas volantes de Classe C com propriedades cimentícias o que causa a formação de silicato de cálcio e aluminato de cálcio hidratos quando misturados com água.
[0104] Tipicamente, a cinza volante compreende cinza volante de Classe C, por exemplo, cerca de 50 a cerca de 100 partes cinza volante de Classe C per 100 partes em peso cinza volante, ou cerca de 75 partes a cerca de 100 partes cinza volante de Classe C a cada 100 partes cinza volante.
[0105] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o agente de controle de fluxo inorgânico em uma razão de peso entre o agente de controle de fluxo inorgânico e o pó reativo à base de cimento hidráulico de 0,25:1 a 3,0:1, em que o controle de fluxo inorgânico compreende pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em cinza volante e carbonato de cálcio e em que o tamanho médio de partícula da carbonato de cálcio está em uma faixa de cerca de 10 a 150 microns; de preferência, a razão de peso entre o agente de controle de fluxo inorgânico e o pó reativo à base de cimento hidráulico é igual a 0,5:1 a 2,0:1; com mais preferência, a razão de peso entre o agente de controle de fluxo inorgânico e o pó reativo à base de cimento hidráulico é igual a 0,75:1 a 1,5:1.
MATERIAIS POZOLÂNICOS DIFERENTES DE CINZA VOLANTE [0106] A invenção compreende opcionalmente um material pozolânico diferente da cinza volante selecionada a partir de um grupo que consiste em escória de alto-forno, argilas termicamente ativadas, folhelhos,
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29/97 metacaulim, zeólitos, lama vermelha de marga, rocha triturada e tijolos de argila triturados. De preferência, o material pozolânico tem o teor de AI2O3 maior que cerca de 5% em peso. Tipicamente, argila ou marga é usada após a ativação térmica por tratamento térmico a temperaturas de cerca de 600 °C a cerca de 850 °C.
[0107] O padrão ASTM C618 (2008) define materiais pozolânicos como “materiais siliciosos ou siliciosos e aluminosos que, por si só, possuem pouco ou nenhum valor cimentício, porém reagirão, em uma forma dividida em pedaços finos, e na presença de umidade, com hidróxido de cálcio nas temperaturas comuns para formar compostos que possuem propriedades cimentícias”.
[0108] A invenção compreende opcionalmente um silicato e aluminossilicato mineral, diferente de cinza volante, que é uma pozolana que possui pouca ou nenhuma propriedade de cimentação substancial por si só em um meio aquoso que podem ser incluídos aditivos minerais nas composições da invenção. Vários materiais naturais e produzidos pelo homem foram denominados de materiais pozolânicos que possuem propriedades pozolânicas. Alguns exemplos de materiais pozolânicos incluem silica fumê, pedra-pomes, perlita, terra diatomácea, argila de granulação fina, ardósia de granulação fina, ardósia de granulação fina, vidro de granulação fina, tufo vulcânico, latão e casco de arroz. Todos os esses materiais pozolânicos podem ser usados ou sozinhos ou em combinação. No entanto, de preferência, há uma ausência de vidro.
[0109] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem a pozolana diferente do cinza volante em uma razão entre peso de pozolana e pó reativo à base de cimento hidráulico de 0:1 a 1:1. No entanto, a invenção pode ter uma ausência de pozolana ou aluminossilicato material diferente do cinza volante.
AGENTE ESTABILIZANTE DE MOVIMENTO
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DIMENSIONAL À BASE DE METAL [0110] O agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal da presente invenção compreende um composto de lítio selecionado a partir de pelo menos um membro do grupo de sal de lítio e base de lítio, sendo que o sal de lítio é pelo menos um membro do grupo de carbonato de lítio, sulfato de lítio, nitrato de lítio, nitreto de lítio e silicato de lítio, em que a base é hidróxido de lítio. De preferência, o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal da presente invenção compreende carbonato de lítio. Com máxima preferência, o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal da presente invenção compreende 100% de carbonato de lítio. Constatou-se que o composto de lítio, particularmente, carbonato de lítio, quando incorporado além de uma quantidade crítica nas composições da presente invenção tem uma positive influência positiva não esperada na estabilização do movimento tanto a curto quanto a longo prazo da composição cimentícia aluminosa da presente invenção.
[0111] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal em uma quantidade igual a 0 a 5,0 por cento em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico, sendo que o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal compreende um composto de lítio selecionado a partir de pelo menos de sal de lítio e base de lítio, sendo que o sal de lítio é pelo menos um dentre carbonato de lítio, sulfato de lítio, nitrato de lítio, nitreto de lítio e silicato de lítio, a base é hidróxido de lítio. De preferência, a quantidade do agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal é igual a 1,0 a 4,0 por cento em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. Com mais preferência, a quantidade do agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal é igual a 1,5 a 3,5 por cento em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. A invenção também comtempla o fato de que a mistura tem uma ausência de hidróxido de metal alcalino e tem uma ausência de sal de metal
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31/97 alcalino diferentes de composto de carbonato de lítio. A invenção também comtempla, de preferência, o fato de que a mistura tem uma ausência de hidróxido de metal alcalino e tem uma ausência de sal de metal alcalino diferentes de composto de carbonato de lítio. A invenção também contempla o fato de que a mistura tem uma ausência de citrato de metal alcalino. A invenção também contempla o fato de que a mistura tem uma ausência de citrato de metal alcalino além de hidróxido de lítio. A invenção também contempla o fato de que, de preferência, a mistura tem um hidróxido de ausência de metal alcalino.
AGENTES DE CONTROLE DE CONSOLIDAÇÃO OPCIONAIS [0112] Outros aditivos químicos de controle de consolidação incluem um carbonato de sódio, carbonato de potássio, nitrato de cálcio, nitreto de cálcio, formato de cálcio, acetato de cálcio, cloreto de cálcio, sulfato de alumínio, aluminato de sódio, alcanolaminos, polifosfatos e semelhantes. Esses aditivos quando incluídas como parte da formulação também podem influência a reologia das composições da invenção além de afetar o comportamento de consolidação. A invenção também contempla uma ausência desses agentes de controle de consolidação.
ÁGUA [0113] Outro atributo importante das composições da presente invenção é o fato de que as mesmas têm capacidade para incorporar uma quantidade muito alta de água sem impactar negativamente as propriedades cruciais do material, tias como tempo de consolidação, secagem rápida, resistibilidade precoce, resistência final e movimento dimensional devido à secagem. Até mesmo em tais altos níveis de água, as composições preferenciais da presente invenção exibem tempos de consolidação inferiores a 1 hora, comportamento de secagem rápida em cerca de 1 hora após mistura e instalação do material, resistibilidades à compressão precoces (2 horas) maiores
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32/97 que 10,34 MPa (1.500 psi) e movimento dimensional extremamente baixo devido à secagem de material. Desse modo, a invenção pode usar vantajosamente uma ampla faixa de água sem impactar negativamente as propriedades cruciais, tais como tempo de consolidação, secagem rápida, resistibilidade precoce e movimento dimensional devido à secagem. Para uso no campo, isso é especialmente uma vantagem devido ao fato de que um usuário pode variar a quantidade de água, porém pode obter substancialmente as mesmas propriedades de tempo de consolidação, secagem rápida, resistibilidade precoce, resistência final e movimento dimensional devido à secagem. Devido às características de secagem rápida de superfície obtidas através das reações de hidratação de cimento rápidas que incorporam uma grande quantidade de água quimicamente ligada, as composições da presente invenção são denominadas no presente documento de autodessecante. Em contrapartida, as composições cimentícias à base de cimento Portland convencionais têm consolidação extremamente baixas e levam diversas horas para consolidar e obter as características de secagem de superfície semelhante àquela da presente invenção.
[0114] De modo geral, nas composições da presente invenção, a razão de peso entre água e pó reativo à base de cimento hidráulico de 0,5:1 a 1,4:1; de preferência, a razão de peso entre água e pó reativo à base de cimento hidráulico é 0,6:1 a 1,3:1; com mais preferência, a razão de peso entre água e pó reativo à base de cimento hidráulico é 0,7:1 a 1,2:1, e com mais preferência, a razão de peso entre água e pó reativo à base de cimento hidráulico é 0,8:1 a 1,1:1.
CARGAS [0115] Embora a mescla de pó reativo cimentício revelada defina o componente de rápida consolidação da composição cimentícia da invenção, as pessoas versadas na técnica entenderão que outros materiais podem ser incluídos na composição dependendo do uso e aplicação destinados.
[0116] Uma ou mais cargas, tais como agregado fino,
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33/97 agregado grosso, cargas minerais inorgânicas e cargas leves podem ser usadas como um componente em composições da invenção.
[0117] Essas cargas não são agentes de controle de fluxo inorgânico, conforme descrito acima.
[0118] Essas cargas não são pozolanas.
[0119] Os agregados finos podem ser adicionados às composições a invenção sem afetar as propriedades para aumentar o rendimento do material. Um exemplo de agregado fino é areia, tal como areia siliciosa ou areai de alumina. A areia é definida como um material de rocha inorgânico com um tamanho médio de partícula inferior a cerca de 4,75 mm (0,195 polegadas) e tem uma estrutura cristalina. No presente documento, a areia não inclui vidro triturado ou reciclado. Vidro triturado ou reciclado tem uma estrutura amorfa. De preferência, as composições da presente invenção têm uma ausência de partículas de vidro trituradas. De preferência, as composições da presente invenção têm uma ausência de partículas de vidro recicladas. De preferência, as composições da presente invenção têm uma ausência de partículas de vidro.
[0120] A areia usada na presente invenção atende, de preferência, às especificações padrão do padrão ASTM C33-13. De preferência, a areia tem um tamanho médio de partícula de 0,1 mm a cerca de 3 mm. Com mais preferência, a areia tem um tamanho médio de partícula de 0,2 mm a cerca de 2 mm. Com máxima preferência, a areia em um tamanho médio de partícula cerca de 0,3 a cerca de 1 mm. Os exemplos de areia fina preferencial usada na presente invenção incluem QUIKRETE FINE No. 1961 e UNIMIN 5030 que tem uma faixa de tamanho predominante de número de peneira US nQ 70 a nQ 30 (0,2 a 0,6 mm). O agregado fino usado na presente invenção atende ao padrão ASTM C33-13.
[0121] As cargas minerais inorgânicas, tais como argila triturada, folhelho, ardósia, mica e talco também podem ser usadas na presente invenção.
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34/97 [0122] As cargas leves têm uma gravidade específica inferior a cerca de 1,5, de preferência, inferior a cerca de 1, com mais preferência, inferior a cerca de 0,75, e still com mais preferência, inferior a cerca de 0,5. Em algumas outras composições da invenção preferenciais da invenção, a gravidade específica, as cargas leves são inferiores a cerca de 0,3, com mais preferência, inferiores a cerca de 0,2 e, com mais preferência, inferiores a cerca de 0,1. Em contrapartida, as cargas minerais orgânicas têm, de preferência, uma gravidade específica acima de cerca de 2,0. Exemplos de cargas leves úteis incluem pedra-pomes, vermiculita, formas expandidas de argila, ardósia, ardósia e perlita, escória, escória expandida, cinzas, microesferas de vidro, microesferas cerâmicas sintéticas, microesferas cerâmicas ocas, microesferas de poliestireno leves, microesferas ocas de plástico, microesferas ocas de plástico e semelhante. As microesferas de plástico expandidas e esferas de plástico ocas quando usadas nas composições da invenção são empregadas em uma quantidade muito pequena com base em peso, devido à gravidade extremamente baixa específica das mesmas. Quando cargas leves são utilizadas para reduzir o peso material, as mesmas podem ser empregadas em uma razão de peso entre carga leve e materiais cimentícios (pó reativo cimentício) de cerca de 0:1 a cerca de 2:1, de preferência, cerca de 0,01:1 a cerca de 1:1, de preferência, cerca de 0,02:1 a cerca de 0,75:1. Um ou mais tipos de cargas podem ser empregados nas composições da invenção.
[0123] Os agregados grossos também podem ser adicionados às composições da presente invenção. O agregado grosso é definido como um material de rocha inorgânico com um tamanho médio de partícula pelo menos 4,75 mm (0,195 polegadas), por exemplo, 0,64 a 3,81 cm (1/4 a 1,5 polegada). O agregado com tamanho maior que 3,81 cm (1,5 polegada) também pode ser usado em algumas aplicações, por exemplo, pavimento de concreto. O formato de partícula e a textura do agregado grosso usados podem ser angulares, podem ter textura áspera, alongados, redondos ou lisos ou uma combinação dos mesmos. De preferência, o agregado grosso é
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35/97 produzido a partir de minerais, tais como granito, basalto, quartzo, riolita, andesito, tufo, pedra-pomes, dolomita de calcário, arenito, mármore, cherte, pederneira, grauvaque, ardósia e/ou gnaisse.
[0124] Caso desejado, as composições da invenção podem conter apenas areia como a carga adicionada. Caso desejado, a invenção contém areia e cargas minerais inorgânicas e/ou carga leve como as cargas adicionais. Caso desejado, a invenção utiliza carga mineral e cargas leves inorgânicas como as cargas adicionais. Caso desejado, a invenção incorpora areia, carga mineral e carga leve inorgânicas como cargas adicionadas. Caso desejado, a invenção contém apenas cargas minerais ou cargas leves inorgânicas e não contém areia, agregado fino ou agregado grosso. As composições da invenção que contêm agregado grosso, além disso, podem incluir ou excluir uma dentre as cargas seguintes - areia, carga leve e carga mineral inorgânica. Ainda outras composições são substancialmente livres de quaisquer cargas adicionadas.
[0125] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem a carga em uma razão de peso entre o pó reativo à base de cimento hidráulico igual a 0:1 a 5,0:1; de preferência, a razão de peso entre a carga e o pó reativo à base de cimento hidráulico é igual 0,5:1 a 3,5:1; com mais preferência, a razão de peso entre a carga e o pó reativo à base de cimento hidráulico é igual 1,0:1 a 2,5:1.
MODIFICANTE DE REOLOGIA ORGÂNICO [0126] Os Modificantes de Reologia orgânicos são biopolímeros ou Agentes de Controle de Reologia Orgânicos de fontes sintéticas. Alguns Modificantes de Reologia Orgânicos também atuam como agentes de suspensão de partícula em sistemas aquosos.
[0127] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o Modificante de Reologia Orgânico em uma quantidade igual a 0,02 a 1% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, o Modificante de Reologia Orgânico em uma quantidade igual a 0,04
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36/97 a 0,75% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, o Modificante de Reologia Orgânico em uma quantidade igual a 0,06 a 0,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
BIOPOLÍMEROS [0128] Alguns desses biopolímeros também são conhecidos como Espessantes ou Modificadores de Viscosidade. Alguns, tais como metíIcelulose também funcionam como um emulsificador. Os biopolímeros de ocorrência natural compreendem blocos de construção de polissacarídeo ou aminoácido e são geralmente solúveis em água. Os exemplos comuns são amido, celulose, alginato, gema de ovo, ágar, araruta, carragenina, colágeno, gelatina, goma guar, pectina e goma xantana. Os biopolímeros preferenciais incluem éteres celulósicos e polímeros orgânicos à base de goma.
[0129] Os succinoglicanos, goma diutano, goma guar, goma welan, gomas xantana e compostos orgânicos à base de éter de celulose, são biopolímeros que atuam como hidrocoloides e agentes de controle de reologia. Os polímeros à base de goma são selecionados a partir do grupo que consiste em gomas galactomanana, gomas glucomanana, goma guar, goma de alfarrobeira, goma cara, guar de hidroxietila, guar de hidroxipropila, celulose, hidroxipropilcelulose, hidroximetilcelulose, hidroxietilcelulose e combinações dos mesmos.
[0130] Os exemplos de polímeros orgânicos à base de celulose preferenciais úteis para controle de reologia nas composições da presente invenção incluem hidroxietil-celulose (HEC), hidroxipropil-celulose (HPC), hidroxipropilmetil-celulose (HPMC), metil-celulose (MC), etil-celulose (EC), metiletil-celulose (MEC), carboximetil-celulose (CMC), carboximetiletilcelulose (CMEC) e carboximetil-hidroxietil-celulose (CMHEC).
[0131] Os biopolímeros mencionados acima são tipicamente solúveis tanto em água quente quanto/ou em fria. Esses aditivos também agem como agentes de retenção de água e, desse modo, minimizam a segregação de material e vazamento além de controlar a reologia do material.
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AGENTES DE CONTROLE DE REOLOGIA ORGÂNICA [0132] Em contrapartida aos biopolímeros que podem ter capacidade para controlar ou modificar a reologia, para efeito do presente relatório descritivo, Agentes de Controle de Reologia Orgânicos são definidos como aqueles que partem de fontes sintéticas. Alguns desses agentes de controle de reologia orgânico são conhecidos como Espessantes. Os polímeros à base de acrílico para agentes de controle de reologia orgânico são agrupados em três classes gerais: emulsões expansíveis (ou solúveis) em álcali (ASEs), emulsões expansíveis em álcali modificadas hidrofobicamente (HASEs) e resinas de uretano etoxiladas hidrofobicamente modificadas (HEURs). Os polímeros de HASE são modificações de polímeros de ASE seguindo uma adição de grupos funcionais hidrofóbicos. Os mesmos são comumente conhecidos como espessantes associativos. Na forma mais simples, um espessante associativa é um polímero solúvel em água que contém diversos grupos relativamente hidrofóbicos. Os polímeros de HEUR também pertencem à categoria de espessantes associativos. No entanto, diferentemente das HASEs, as HEURs são substâncias não iônicas e não dependem de álcali para ativação do mecanismo espessante.
[0133] Por exemplo, o modificante de reologia ACULYN 22 é uma emulsão polimérica acrílica solúvel em álcali aniônica hidrofobicamente modificada (HASE) disponível junto à Dow Chemical. Os polímeros de HASE são sintetizados de uma cadeia principal de copolímero de ácido/acrilato e um monômero que conecta os grupos hidrofóbicos como cadeias laterais. O polímero é produzido através polimerização por emulsão. ACULYN 22 é sintetizado a partir de ácido acrílico, ésteres de acrilato e um éster de metacrilato steareth-20.
[0134] Tanto tipo associativo quanto o tipo não associativo de agentes de controle de reologia orgânicos e espessantes podem ser empregados de modo útil nas composições da invenção.
[0135] Os agentes de controle de reologia orgânicos
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38/97 e os espessantes mencionados acima são solúveis tanto em água fria quanto/ou em água quente. Esses aditivos também agem como agentes de retenção de água e, desse modo, minimizam a segregação de material e vazamento além de controlar a reologia do material.
ADITIVOS DE POLÍMERO DE FORMAÇÃO DE FILME ORGÂNICO [0136] Os polímeros de formação de filme orgânico são polímeros que produzem um filme físico, contínuo e flexível. Os mesmos estão disponíveis como dispersões poliméricas ou como pós passíveis de redispersão. As dispersões de polímero de formação de filme preferenciais são pós em látex. Os pós de polímero passíveis de redispersão de formação de filme preferencial são pós de látex. Esses pós de polímero são passíveis de redispersão em água e produzidos por secagem por aspersão de dispersões de polímero aquosos (látex). Os pós de polímero são produzidos tipicamente por dispersões de látex por secagem por aspersão (emulsões). No campo, os pós de polímero passíveis de redispersão de formação de filme são preferenciais para facilidade de uso.
[0137] O látex é um polímero de emulsão. O látex é uma dispersão de polímero à base d'água, usados amplamente em aplicações industriais. O látex é uma dispersão estável (emulsão coloidal) de micropartículas de polímero em um meio aquoso. Desse modo, é uma suspensão/dispersão de micropartículas poliméricas de borracha ou de plástico em água. Os látices podem ser naturais ou sintéticos.
[0138] O látex é, de preferência, produzido a partir de um acrílico puro, uma borracha de estireno, uma borracha de butadiene estireno, um acrílico de estireno, um acrílico vinílico ou um copolímero de acetato de vinila de etileno acrilado e, com mais preferência, é um acrílico puro. De preferência, o polímero de látex é derivado de pelo menos um monômero acrílico selecionado a partir do grupo que consiste em ácido acrílico, ésteres de ácido acrílico, ácido metacrílico e ésteres de ácido metacrílico. Por exemplo, os monômeros
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39/97 empregados, de preferência, na polimerização por emulsão incluem monômeros tais como acrilato de metila, acrilato de etila, metacrilato de metila, acrilato de butila, acrilato de 2-etil-hexila, outro acrilatos, metacrilatos e mesclas dos mesmos, ácido acrílico, ácido metacrílico, estireno, tolueno vinílico, acetato de vinila, ésteres vinílicos de ácidos carboxílicos superiores ao ácido acético, por exemplo, versatato de vinila, acrilonitrila, acrilamida, butadiene, etileno, cloreto de vinila e semelhantes e misturas dos mesmos. Por exemplo, um polímero de látex pode ser um copolímero de acrilato de butila/metacrilato de metila ou um copolímero de acrilato de 2-etil-hexila/metacrilato de metila. De preferência, o polímero de látex é derivado adicionalmente de um ou mais monômeros selecionados a partir do grupo que consiste em estireno, alfa-metil estireno, cloreto de vinila, acrilonitrila, metacrilonitrila, ureído metacrilato, acetato de vinila, éteres vinílicos de ácidos monocarboxílicos terciários ramificados, ácido itacônico, ácido crotocônico, ácido maleico, ácido fumárico, etileno e dienos conjugados a C4-C8.
[0139] Emulsões de etileno acetato de vinila (VAE) se baseiam na copolimerização de acetato de vinila e etileno, em que o teor de acetato de vinila pode estar em uma faixa entre 60 e 95 por cento, e o teor de etileno está em uma faixa entre 5 e 40 por cento da formulação total. Esse produto não deve ser confundido com os copolímeros de etileno acetato de vinila (EVA), sendo que o acetato de vinila está geralmente em uma faixa na composição de 10 a 40 por cento, e o etileno pode variar entre 60 e 90 por cento da formulação. Os VAEs são emulsões à base de água e essas emulsões podem ser secas para formar pós passíveis de redispersão, ao passo que os EVAs são materiais sólidos usados para aplicações de fusão a quente e moldagem de plástico.
[0140] O polímero de formação de filme pode ser escolhido a partir de dispersões de partículas poliméricas que podem incluir: (met)acrílicos; vinilas; polímeros modificados por óleo; poliésteres; poliuretanos; poliamidas; poliolefinas cloradas; e misturas ou copolímeros dos mesmos, por
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40/97 exemplo, etileno acetato de vinila. Além disso, os polímeros devem ter tipicamente uma temperatura de transição vítrea (Tg) de -40° a 70 °C. A Tg de um polímero é, mais comumente determinada por calorimetria exploratória diferencial (DSC). A Tg é a temperatura na qual há um aumento repentino no calor específico (Cp). Isso é manifestado por uma comutação na linha de base da curva DSC. A Confederação Interacional de Análise Térmica propõe que um procedimento de avaliação seja usado para determinar a Tg. De acordo com esse procedimento, duas linhas de regressão R1 e R2 são aplicadas à curva de DSC: a linha de regressão antes do evento (R1) e a linha de regressão no ponto de inflexão (R2). Essas duas linhas definem a temperatura de transição vítrea (Tg) como a interseção entre R1 e R2. Deve-se verificar que os valores para a Tg obtida por DSC dependem da taxa de aquecimento escolhida durante o experimento. De modo geral, a taxa de aquecimento usada por medições DSC é 5 °C/min.
[0141] Como polímeros preferenciais podem ser mencionados: I) copolímeros de acrilato puro obteníveis como o produto de polimerização de uma pluralidade de monômero acrílicos, tais como ácido (met)acrílico, (met)monômeros acrílicos que contêm um grupo hidroxila, ésteres de ácido (met)acrílico e (met)acrilonitrila; li) estireno-copolímeros de acrilato obteníveis como o produto de polimerização de uma mistura de monômero que compreende estireno e/ou estireno substituído em uma quantidade de até 100% em peso, de preferência, de 30 a 90% em peso e, com mais preferência, de 40 a 80% em peso, com base nos monômeros totais e um ou mais monômero acrílicos; e, tais como ácido (met)acrílico, (met)monômero acrílicos que contêm um grupo hidroxila, ésteres de ácido (met)acrílico e (met)acrilonitrila; e, ill) copolímeros de etileno acetato de vinila obteníveis como o produto de polimerização de acetato de vinila, etileno e, opcionalmente, outro comonômeros.
[0142] Os polímeros podem ser preparados e usados em forma volumosa em pó: tais pós são passíveis de redispersão na água
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41/97 durante a formação do segundo componente. ACRONAL S 430 P e ACRONAL S 695 P (BASF Aktiengesellschaft) são exemplos de um copolímero pó de estireno-acrilato passível de redispersão comercial adequado.
[0143] Alternativamente, os polímeros são fornecidos diretamente como uma dispersão no meio à base de água, sendo que a dispersão é, em seguida, misturada com água adicional e outros aditivos. Tais dispersões podem ser fornecidas com o uso de produtos comerciais conhecidos tais como: STYROPOR P555 (homopolímero de estireno disponível junto a BASF Aktiengesellschaft); para copolímeros de estireno-butadieno, LIPATON SB 3040, LIPATON SB 2740 (Polymer Latex GmbH), STYROLUX 684 D (BASF Aktiengesellschaft) e, SYNTHOMER 20W20 (Synthomer Chemie); SYNTHOMER VL 10286 e SYNTHOMER 9024 (terpolimero de estireno/butadieno/acrilonitrila, Synthomer Chemie); para copolímeros de acrilato de estireno, ALBERDINGK H 595, ALBERDINGK AS 6002 (os dois da Alberdingk Boley), RHODOPAS DS 913 (Rhodia, agora Solvay), ACRONAL 290D, ACRONAL S 400, ACRONAL DS 5011 (BASF Aktiengesellschaft), VINNAPAS SAF 54 (Wacker Polymer Systems), MOWILITH LDM 6159 (Celanese) e LIPATON AE 4620 (Polymer Latex GmBH); e, B60A (dispersão de puro acrilato disponível junto à Rohm & Haas). Outros polímeros de látex comercialmente disponíveis exemplificativos incluem: AIRFLEX EF811 (disponível junto à Air Products); EPS 2505 (disponíveis junto à EPS/CCA); e, NEOCAR 2300, NEOCAR 820 e NEOCAR 2535 (disponíveis junto à Dow Chemical Co.).
[0144] Alternativamente, as dispersões aquosas podem ser fornecidas polimerizando-se misturas monoméricas apropriadas, conforme descrito por P. A. Lovell, M. S. El-Aasser (redatores), Emulsion Polymerization and Emulsion Polymers, John Wiley e Sons, Chichester, Reino Unido, 1997 não é incorporado no presente documento a título de referência. A mistura monomérica deve compreender de modo geral pelo menos um monômero insaturado selecionado a partir do grupo que consiste em:
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42/97 (met)acrilonitrila; ésteres de alquil (met)acrilato; éteres de ácidos (met)acrilicos; éteres vinílicos; e monômeros vinílicos.
[0145] Os ésteres alquílicos de ácido acrílico e de ácido metacrílico são aqueles derivados de 01 a 014 álcoois e, desse modo, incluem como exemplos não limitativos: (met)acrilato de metila; (met)acrilato de etila; (met)acrilato de isopropila; (met)acrilato de butila; (met)acrilato de isobutila; (met)acrilato de n-pentila; (met)acrilato de neopentila; (met)acrilato de ciclohexila; (met)acrilato de 2-hexila; (met)acrilato de 2-etil-hexila; (met)acrilato de isobornila; (met)acrilato de 2-hidroxietila, (met)acrilato de 3-hidroxipropila, (met)acrilato de 4-hidroxibutila e adutos de épsilon-caprolactona dos mesmos; e, ésteres de di(met)acrilato de dióis de alcano, tais como diacrilato de 1,6-hexano diol.
[0146] Os éteres vinílicos adequados incluem acetato de vinila, propionato de vinila, versatato de vinila e laurato de vinila. Os comonômeros de vinila adequados incluem: compostos de etileno; propeno; buteno; iso-buteno; 1,3-butadieno; isopreno; estireno; alfa-metil estireno; t-butil estireno; vinil tolueno; divinil benzeno; vinila heterocíclica; e haletos de vinila, tais como cloropreno. De preferência, os comonômeros de vinila incluem etileno, estireno, butadiene e isopreno.
[0147] A mistura monomérica pode compreender um monômero de carbonila que é um monômero insaturado de maneira monoolefínica que tem um grupo aldeído ou um grupo cetona. A insaturação monoolefínica nos monômeros de carbonila da presente invenção é fornecida tipicamente por (met)acrilato, (met)acrilamida, estirila ou funcionalidades de vinila. De preferência, o monômero de carbonila é selecionado a partir do grupo que consiste em: acroleína; metacroleína; vinil metil cetona; vinil etil cetona; vinil isobutil cetona; vinil amil cetona; acetoacetóxi ésteres de hidroxialquil (met)acrilatos; diacetonaacrilamida (DAAM); diacetona(met)acrilamida; formilestirol; (met)acrilato de diacetona; acrilato de acetonila; acetato de 2hidroxipropil acrilato-acetila; acetilacetato de 1,4-butanodiol acrilato; e misturas
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43/97 dos mesmos.
[0148] Os exemplos de homopolímeros e copolímeros de formação de filme adequados são homopolímeros de acetato de vinila, copolímeros de acetato de vinila com etileno, copolímeros de acetato de vinila com etileno e um ou mais éteres vinílicos adicionais, copolímeros de acetato de vinila com etileno e ésteres acrílicos, copolímeros de acetato de vinila com etileno e cloreto de vinila, copolímeros de éster estireno-acrílico, copolímeros de estireno-1,3-butadieno. Dá-se preferência aos homopolímeros de acetato de vinila; copolímeros de acetato de vinila com de 1 a 40% em peso de etileno; copolímeros de acetato de vinila com de 1 a 40% em peso de etileno e de 1 a 50% em peso de um ou mais comonômeros adicionais do grupo que consiste em éteres vinílicos que têm de 1 a 15 átomos de carbono no radical ácido carboxílico, por exemplo, propionato de vinila, laurato de vinila, éteres vinílicos de ácidos carboxílicos alfa-ramificados que têm de 9 a 13 átomos de carbono; copolímeros de acetato de vinila, de 1 a 40% em peso de etileno e de preferência, 1 a 60% em peso de ésteres acrílicos de álcoois não ramificados ou ramificados que têm de 1 a 15 átomos de carbono, em particular, n-acrilato de butila ou acrilato de 2-etil-hexila; e copolímeros que compreendem de 30 a 75% em peso de acetato de vinila, de 1 a 30% em peso de laurato de vinila ou o éster vinílico de um ácido carboxílico alfa-ramificado que tem de 9 a 13 átomos de carbono, e de 1 a 30% em peso de ésteres acrílicos de álcoois não ramificados ou ramificados que têm de 1 a 15 átomos de carbono, em particular, n-acrilato de butila ou acrilato de 2-etil-hexila e que compreendem adicionalmente de 1 a 40% em peso de etileno; copolímeros que compreendem acetato de vinila, de 1 a 40% em peso de etileno e de 1 a 60% em peso de cloreto de vinila; sendo que os polímeros podem compreender adicionalmente os monômeros auxiliares mencionados acima nas quantidades especificadas, e as porcentagens em peso, em cada caso, somam 100% em peso.
[0149] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o polímero de formação de filme orgânico em uma
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44/97 quantidade igual a 0 a 15,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, o polímero de formação de filme orgânico em uma quantidade igual a 0 a 10,00% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, o polímero de formação de filme orgânico em uma quantidade igual a 0 a 5,00% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
AGENTES DE APRIMORAMENTO DE VISCOSIDADE INORGÂNICOS [0150] As composições cimentícias da invenção podem incluir opcionalmente agentes de aprimoramento de reologia inorgânicos que pertencem à família dos filossilicatos. Exemplos de agentes de aprimoramento de reologia inorgânicos úteis podem incluir paligorsquite, sepiolita, esmectitas, caolinitas e illita. Particularmente, as argilas de esmectitas úteis são hectorita, saponita e montmorillonita. Diferentes variedades de argilas de bentonita, tratadas tanto natural quanto quimicamente, também podem ser usadas para controlar a reologia dessas composições. Tais aditivos também podem atuar como agentes de retenção de água e, desse modo, minimizam a segregação e vazamento de material. Os agentes de aprimoramento de reologia inorgânicos podem ser adicionados na ausência do Modificante de Reologia Orgânico ou em combinação com o mesmo.
[0151] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o agente de aprimoramento de viscosidade inorgânica em uma quantidade igual a 0 a 1% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, o agente de aprimoramento de viscosidade inorgânico em uma quantidade igual a 0 a 0,75% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, o agente de aprimoramento de viscosidade inorgânico em uma quantidade igual a 0 a 0,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
AGENTE DE INSERÇÃO DE AR [0152] Os agentes de inserção de ar (também conhecidos como agentes espumantes) podem ser adicionados à pasta fluida
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45/97 cimentícia da invenção para formar bolhas de ar (espuma) in situ. Os agentes de inserção de ar são, de preferência, tensoativos usados para aprisionar propositalmente bolhas de ar microscópicas no concreto. Alternativamente, os agentes de inserção de ar são empregados para produzir espuma externamente que é introduzida nas misturas das composições da invenção durante a operação de mistura para reduzir a densidade do produto. De preferência, a fim de produzir externamente o agente de inserção de ar (também conhecido como um agente de formação de espuma líquida), ar e água são misturados para formar espuma em um aparelho de geração de espuma adequado. Um agente de estabilização de espuma, tal como álcool polivinílico pode ser adicionado à espuma antes de a espuma ser adicionada à pasta fluida cimentícia.
[0153] Os exemplos de agentes espumantes/de inserção de ar incluem sulfonatos de alquila, sulfonatos de alquilbenzol e oligômeros de sulfato de éter alquílico entre outros. Os detalhes da fórmula geral para esses agentes espumantes podem ser encontrados na Patente nQ US 5.643.510 incorporada no presente documento a título de referência.
[0154] Um agente de inserção de ar (agente espumante), tal como aquele de acordo com os padrões, conforme estabelecido no padrão ASTM 0260-1 Oa (2010) Standard Specification for Air-Entraining Admixtures for Concrete” pode ser empregado. Tais agentes de inserção de ar são bem conhecidos pelas pessoas versadas na técnica e são descritos no Kosmatka et al, Design e Control of Concrete Mixtures, Décima Quarta Edição, Portland Cement Association, especificamente capítulo 8 intitulado Air Entrained Concrete, (citado na Publicação de Pedido de Patente nQ US 2007/0079733 A1).
[0155] Os agentes de inserção de ar (espumantes) adequados incluem sais solúveis em água (normalmente sódio) de resina de madeira, resina de vinsol, breu de madeira, breu de talóleo ou breu de goma; tensoativos não iônicos (por exemplo, tais como aqueles disponíveis comercialmente junto à BASF sob o nome comercial TRITON X-100); hidrocarbonetos sulfonados; materiais proteicos; ou ácidos graxos (por exemplo,
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46/97 talóleo ácido graxo) e ésteres dos mesmos.
[0156] Os materiais de inserção de ar comercialmente disponíveis incluem resina vinsol de madeiras, hidrocarbonetos sulfonados, ácidos graxos e de resina, sulfonatos de arila alifáticos substituídos, tais como sais de ligina sufonados e inúmeros outros materiais interfacialmente ativos que normalmente assumem a forma de agentes ativos de superfície aniônicos ou não iônicos (tensoativos), abietato de sódio, ácido graxos saturados ou insaturados e sais dos mesmos, tensioides, alquil-aril-sulfonatos, etoxilados de fenol, lignossulfonatos, sabões de resina, hidroxiestearato de sódio, sulfato de laurila, ABSs (alquilbenzenossulfonatos), LASs (alquilbenzenossulfonatos linear), alcanossulfonatos, alquil(fenil)éteres de polioxietileno, éteres de sulfato de alquil(fenil)éter de polioxietileno ou sais dos mesmos, ésteres de fosfato de alquil(fenil)éter de polioxietileno ou sais dos mesmos, materiais proteicos, alquenilsulfossuccinatos, alfa-olefinsulfonatos, um sal de sódio de sulfonato de alfaolefina ou lauril sulfato de sódio ou sulfonato e misturas dos mesmos.
[0157] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o agente de inserção de ar em uma quantidade igual a 0 a 1,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, o agente de inserção de ar em uma quantidade igual a 0 a 0,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, o agente de inserção de ar em uma quantidade igual a 0 a 0,25% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico, com mais preferência, 0 a 0,2% em peso.
[0158] O agente de inserção de ar, quando presente, está em uma quantidade de 0,01 a 1, de preferência, 0,01 a 0,5, com mais preferência, 0,01 a 0,25, com mais preferência, 0,05 a 0,2% em peso com base no peso total do pó reativo à base de cimento hidráulico.
AGENTES ANTIESPUMANTES [0159] Os agentes antiespumantes podem ser adicionados às composições cimentícias da invenção para reduzir a quantidade de ar aprisionado, aumenta a resistibilidade do material, aumentar a
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47/97 resistibilidade de ligação do material a outros substratos e produzir uma superfície livre de defeitos em aplicações em que a estética do tensoativo é um critério importante. Os exemplos de agentes antiespumantes adequados úteis nas composições da invenção incluem óxidos de polietileno, aminas propoxiladas, polieteramina, polietileno glicol, polipropileno glicol, alcoxilatos, polialcoxilato, alcoxilatos de álcool graxo, ésteres hidrofóbicos, fosfato de tributila, poliacrilatos de alquila, silanos, silicones, polissiloxanos, siloxanos de poliéter, dióis de acetilênicos, decinediol de tetrametila, etoxilados de álcool secundários, óleo de silicone, silica hidrofóbica, óleos (óleo mineral, óleo vegetal, óleo branco), ceras (ceras de parafina, ceras de éster, ceras de álcool graxo), amidas, ácido graxos, derivados de poliéter de ácido graxos etc., e misturas dos mesmos.
[0160] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o antiespumante em uma quantidade igual a 0 a 2,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, antiespumante em uma quantidade igual a 0,25 a 1,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, antiespumante em uma quantidade igual a 0,50 a 1,00% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
RETARDANTES DE CONSOLIDAÇÃO [0161] Os compostos orgânicos, tais como ácidos carboxílicos hidroxilados, carbo-hidratos, açúcares e amidos são retardantes preferenciais de algumas composições da presente invenção. Os ácidos orgânicos, tais 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 tartônico, ácido múcico, ácido trididróxi benzoico etc. são úteis como retardantes de consolidação nas composições cimentícias de ligante de dimensão adequada da invenção.
[0162] O gluconato de sódio também é útil como
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48/97 retardante de consolidação orgânico nas composições da presente invenção. Os polímeros orgânicos à base de celulose, tais como hidroxietil-celulose (HEC), hidroxipropil-celulose (HPG), hidroxipropilmetil-celulose (HPMC), etil-celulose (EC), metiletil-celulose (MEC), carboximetil-celulose (CMC), carboximetiletilcelulose (CMEC), carboximetil-hidroxietil-celulose (CMHEC) são retardantes úteis adicionais em algumas das composições da presente invenção.
[0163] Esses retardantes à base de celulose quando adicionados à composição da invenção aumentam significativamente viscosidade da mistura além de causar retardamento. De preferência, retardantes à base de ácido inorgânico, tais como boratos ou ácido bórico não são empregados ou não empregados em quantidades significativas devido ao fato de que prejudicam a reelegia da mistura, causam excessiva eflorescência e reduzem resistibilidade de ligação do material a outros substratos.
[0164] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o agente de retardamento de consolidação em uma quantidade igual a 0 a 2,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, o agente de retardamento de consolidação em uma quantidade igual a 0,10 a 1,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, o agente de retardamento de consolidação em uma quantidade igual a 0,20 a 1,00% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
SUPERPLASTIFICANTES [0165] Os agentes de redução de água (superplastificantes) são usados, de preferência, nas composições da invenção. Os mesmos podem ser adicionados na forma seca ou na forma de uma solução. Os superplastificantes podem ajudar a reduzir a demanda de água da mistura. Os exemplos de superplastificantes incluem sulfonates de polinaftaleno, poliacrilatos, policarboxilatos, policarboxilatos de poliéter, lignossulfonatos, sulfonatos melamina, caesinas e semelhantes. Dependendo do tipo de superplastificante usado, a razão de peso entre o superplastificante (com base no pó seco) e a mescla de pó reativo à base de cimento hidráulico será, de
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49/97 preferência, 5% em peso ou menos, de preferência, 2% em peso ou menos, de preferência, cerca de 0,1 a cerca de 1% em peso.
[0166] Os superplastificantes com base na química do policarboxilato poliéter são a mistura por adição química de redução de água de máxima preferência para as composições da invenção. Os superplastificantes de policarboxilato poliéter são de máxima preferência uma vez que facilitam a realização dos vários objetivos da presente invenção conforme mencionados anteriormente.
[0167] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o superplastificante em uma quantidade igual a 0,3 a 3,5% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, superplastificante em uma quantidade igual a 0,40 a 2,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, superplastificante em uma quantidade igual a 0,50 a 1,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico
MATERIAIS OPCIONAIS [0168] Os materiais e aditivos opcionais podem ser incluídos nas composições da invenção. Os mesmos incluem pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em agentes de controle de corrosão, agentes de molhamento, agentes de controle de eflorescência, fibras distintas, fibras longas e contínuas e reforço, reforço têxtil, fibras de álcool polivinílico, fibras de vidro e/ou outras fibras de reforço distintas.
[0169] Como agentes de controle de eflorescência, os agentes repelentes de água, tais como silanos, silicones, siloxanos, estearatos podem ser adicionados às composições cimentícias da invenção para reduzir o potencial de eflorescência do material. Os exemplos selecionados de agentes de supressão de eflorescência úteis de agentes de incluem silano de octiltrietóxi, metil siliconato de potássio, cálcio estearato, estearato de butila, estearatos de polímero. Esses agentes de controle de eflorescência reduzem o transporte da água dentro do material endurecido e, desse modo, minimizam a migração de
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50/97 sais e outros produtos químicos solúveis que podem potencialmente causar eflorescência. A eflorescência excessiva pode causar estética insuficiente, rompimento do material e danos de reações de expansão que ocorrem devido ao acúmulo de sal e hidratação de sal, e redução na resistência de ligação com outros substratos e revestimentos de superfície.
[0170] As fibras de reforço distintas de diferentes tipos também podem ser incluídas nas composições da invenção. Telas produzidas a partir de materiais, tais como fibras de vidro revestidos com polímero e materiais poliméricos, tais como polipropileno, polietileno e náilon podem ser usadas para reforçar produtos pré-fundidos à base de cimento dependendo da função e aplicação dos mesmos.
[0171] Pode haver, também, uma ausência de um ou mais desses materiais opcionais.
PIGMENTO DE COR [0172] Qualquer pigmento de cor conhecido na técnica de cimento pode ser empregado. Os pigmentos de cor tanto orgânicos quanto inorgânicos podem ser utilizados nas composições da presente invenção. Os pigmentos de cor típicos incluem dióxido de titânio e/ou óxido de ferro negro (Fe3O4), óxido de crômio, óxido de zinco, ferrita de zinco e negro de fumo.
[0173] De modo geral, as composições da presente invenção compreendem o pigmento de cor em uma quantidade igual a 0 a 8,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; de preferência, o pigmento de cor em uma quantidade igual a 0 a 6,00% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; com mais preferência, o pigmento de cor em uma quantidade igual a 0 a 4,00% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. Pode haver, também, uma ausência de pigmento.
TEMPERATURA DE PASTA FLUIDA INICIAL [0174] Em algumas composições da presente invenção, é preferencial formar a pasta fluida sob condições que fornecem uma temperatura de pasta fluida de mistura de ligante inicial reduzida e, mais
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51/97 importante, gelificação mais lenta e tempos de consolidação finais de cerca de 10 a cerca de 240 minutos, com mais preferência, cerca de 60 a cerca de 120 minutos e com mais preferência, cerca de 30 a cerca de 60 minutos. Uma temperatura de pasta fluida inferior inicial permite um tempo de trabalho mais controlado para uso comercial das composições de ligante. A temperatura de pasta fluida inicial é, de preferência, aproximadamente igual à temperatura ambiente.
[0175] A “temperatura inicial” é definida como a temperatura da mistura geral durante o primeiro minuto após o pó reativo cimentício e água estarem todos presentes primeiramente na mistura. Evidentemente, a temperatura da mistura geral pode variar durante esse primeiro minuto, porém, a fim de obter uma estabilidade térmica preferencial, permanecerá dentro de uma faixa de temperatura inicial de cerca de 0 a cerca de 50 °C, com mais preferência, uma faixa de temperatura inicial de cerca de 10 a cerca de 35 °C, com ainda mais preferência, uma faixa de temperatura inicial de cerca de 15 a cerca de 25 °C, de preferência, temperatura ambiente.
EXEMPLOS [0176] Nos exemplos no presente documento, conforme mencionado acima, as porcentagens das fórmulas de composições ou de produtos estão em porcentagens em peso, salvo quando expressamente declarado de outro modo. As medições relatadas, também em quantidades aproximadas, salvo quando declarado expressamente de outro modo, por exemplo, porcentagens, pesos, temperaturas, distâncias aproximadas ou outras propriedades.
[0177] O sulfoaluminato de cimento usado nos exemplos é FASTROCK 500, disponível junto à GTS Cement Company. Ο cimento de sulfoaluminato de cálcio FASTROCK 500 é empregado como um componente de pó reativo cimentício. O FASTROCK 500 tem um tamanho médio de partícula de cerca de 5 microns com 95% de partículas mais finas que cerca de 25 microns. A fineza Blaine medida do FASTROCK 500 foi cerca de 6.780
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52/97 cm2/g. A composição de óxido de FASTROCK 500 foi analisada e é mostrada na
TABELA A:
TABELA A
Óxido % em peso no FASTROCK 500 % em peso no cinza volante de Classe C
CaO 43,78 24,14
SiO2 14,02 36,90
AI2O3 25,23 20,12
FepOa 1,05 5,96
SO3 8,67 1,19
MgO 3,23 5,44
Na2O 1,81 1,73
K2O 0,32 0,52
TiO2 0,76 1,42
P2O5 1,18
Perda na Ignição 1,58 0,52
[0178] Uma fase principal presente no cimento de sulfoaluminato de cálcio FASTROCK 500 empregado nos exemplos incluem C4A3S, C2S, C4AF e CS.
[0179] Em todos os exemplos, salvo quando indicado de outro modo, a cinza volante é um cinza volante de Classe C da Campbell Power Plant, West Olive, Ml. Esse cinza volante tem um tamanho médio de partícula de cerca de 4 microns. A fineza Blaine medida do cinza volante é cerca de 4.300 cm2/g. A composição de óxido do cinza volante de Classe C empregada nesses exemplos é mostrada na TABELA A.
[0180] Salvo quando indicado de outro modo, 0 cimento de aluminato de cálcio usado em alguns dos exemplos é TERNAL EV, disponível junto à Kerneos Inc. A fase primária do aluminato de cálcio em TERNAL EV é C12A7. As outras fases em TERNAL EV incluem CA, C3A, C4AF e
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C2S. A composição de oxido primária típica de TERNAL EV é de acordo com ο seguinte: CaO - 47,5 a 50,5% em peso, AI2Os - 33,5 a 37,5% em peso, SiO2 - 3,5 a 6,0% em peso e Fe2Os a 6,5 a 9,0% em peso. A fineza típica de TERNAL EV é de acordo com o seguinte: partículas mais finas que 2,6 microns são inferiores a 10% em peso e partículas mais grossos que 90 microns são inferiores a 4% em peso.
[0181] Salvo quando declarado de outro modo, o cimento Portland usado em alguns dos exemplos foi ST MARYS CEMENT PORTLAND TYPE III da St Marys Cement. A composição típica de óxido desse cimento Portland é de acordo com o seguinte: CaO - 61,7% em peso, SiO2 19,9% em peso, AI2Os - 4,9% em peso, Fe2Os - 2,87% em peso, MgO - 3,7%, SO3 - 3,49% em peso, K2O - 1,21% em peso, Na2O - 0,18% em peso, TIO2 0,27% em peso, Cal Livre - 1,1% em peso e Perda em Ignição-1,7% em peso. A Fineza Blaine do cimento foi 640 m2/kg.
[0182] Salvo quando indicado de outro modo, 0 carbonato de cálcio usado em alguns dos exemplos é carbonato de cálcio triturado KISH KR-2 disponível junto à KISH Company. A composição de óxido primária típica de KISH KR-2 é CaCOs - 98,5% em peso, MgCOs - 0,6% em peso, SIO2 - 0,6% em peso, AI2Os - 0,05% em peso, Fe2Os,0,04% em peso. O tamanho de partícula típica de carbonato de cálcio triturado KISH KR-2 é de acordo com 0 seguinte: partículas mais finas que 250 microns são inferiores a 99,5% em peso, partículas mais finas que 150 microns são inferiores a 95% em peso, partículas mais finas que 75 microns são inferiores a 75% em peso, e partículas mais finas que 45 microns são inferiores a 60% em peso. O tamanho de partícula mediano de carbonato de cálcio triturado KISH KR-2 está entre 25 a 35 microns.
[0183] O hemi-hidrato de sulfato de cálcio incluído em vários dos exemplos é 0 hemi-hidrato de sulfato de cálcio de marca USG HYDROCAL C-Base disponível junto à United States Gypsum Company. HYDROCAL C-Base é uma forma alfa morfológica hemi-hidrato de sulfato de cálcio que tem microestrutura de cristal em bloco e baixa demanda de água. A
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USG HYDROCAL C-Base tem um tamanho médio de partícula de cerca de 17 microns.
[0184] 0 di-hidrato de sulfato de cálcio de grão fino incluído em vários dos exemplos é a marca USG TERRA ALBA F&P da United States Gypsum Company. A carga USG TERRA ALBA F&P é urn di-hidrato de sulfato de cálcio de alta pureza com um tamanho médio de partícula de cerca de 13 microns.
[0185] O sulfato de cálcio anidro usado em alguns dos exemplos é a carga USG SNOW WHITE da United States Gypsum Company. A carga USG SNOW WHITE é uma forma insolúvel de anídreto de sulfato de cálcio produzido por tratamento térmico de alta temperatura de sulfato de cálcio, de preferência, gesso. A mesma tem um nível muito baixo de umidade combinada quimicamente, de preferência, cerca de 0,35%. O tamanho médio de partícula da carga USG SNOW WHITE é cerca de 7 microns.
[0186] A Areia UNI MIN GRANUSIL 5030 incluída nos exemplos tem um tamanho de partícula conforme mostrado na TABELA B:
TABELA B
Tamanho de Peneira Passagem em Porcentagem (%) da Areia UNIMIN GRANUSIL 5030
0,59 mm (30 Mesh)
0,42 mm (40 Mesh) 100
0,170 mm (50 Mesh) 73
0,210 mm (70 Mesh) 22
0,149 mm (100 Mesh) 4
0,105 mm (140 Mesh) 0
[0187] BASF CASTAMENT FS 20 disponível junto à BASF é um dispersante que é um produto de polimerização com base em polietileno glicol pela Folha de Dados Técnicos da Construction Polymers, CASTAMENT FS 20, BASF, outubro de 2011 Rev 1. CASTAMENT FS 20 é urn
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55/97 éter de policarboxilato. É usado em alguns dos exemplos como um superplastificante.
[0188] O MELFLUX 6681 F disponível junto à BASF é um pó seco por aspersão de fluxo livre de um éter policarboxílico modificado. É usado em alguns dos exemplos como um superplastificante.
[0189] MELFLUX 5581 F disponível junto à BASF é um pó seco por aspersão de fluxo livre de um éter policarboxílico modificado. É usado em alguns dos exemplos como um superplastificante.
[0190] AXILAT RH 100 XP é um hidrocoloide de succinoglicano disponível junto à Momentive.
[0191] O pigmento de cor quando usado nesses exemplos foi o Óxido de Ferro Negro Sintético LANSCO 8330 da LANSCO COLORS.
[0192] O STARVIS 3003 F é um pó com base em um copolímero sintético com alto peso molecular da BASF. O mesmo é um agente de aprimoramento de viscosidade de alto desempenho para materiais cimentícios usados como um Modificante de Reologia Orgânico.
[0193] Salvo quando indicado de outro modo, o antiespumante usado nos exemplos foi SURFYNOL 500S disponível junto à Evonik Corporation.
[0194] O tempo de consolidação inicial e o tempo de consolidação final relatado no presente documento foram medidos com o uso do padrão ASTM C191-13 com o uso de agulhas Vicat.
[0195] A intensidade abrangente dos materiais, conforme usado no presente documento, é medida em de acordo com o método de teste ASTM C109-13 testando-se os bucos 5,08 cm x 5,08 cm x 5,08 cm (2 polegadas x 2 polegadas x 2 polegadas) em relação a falha sob compressão. Os cubos são retirados dos moldes de latão após endurecimento e curados em bolsas de plástico até vedadas até a idade para teste. Os cubos são testados na idade de cerca de 2 horas, 4 horas, cerca de 24 horas, cerca de 7 dias e cerca
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56/97 de 28 dias após a fusão. Esses cubos são testados em compressão na condição saturada imediatamente após retirar os mesmos da água e secagem de superfície.
[0196] Nos exemplos, o teste assentamento para determinar a trabalhabilidade da mistura foi conduzido com o uso de um cilindro plástico oco de 5,08 cm (2 polegadas) de diâmetro interno x 2,54 (1 polegada) de altura. O cilindro foi colocado em uma placa plástica lisa horizontal e preenchida com mistura de pasta fluida obtida após mistura de material. A superfície superior do cilindro foi secretada com uma faca de metal para obter uma superfície plana. Em seguida, o cilindro foi elevado permitindo que a pasta fluida saísse do fundo do cilindro e difundido para fora da placa de plástico para formar um bolo circular de pasta fluida. Em seguida, o diâmetro do bolo foi medido em duas direções perpendiculares e a medida das duas leituras foi relatada como o assentamento da mistura.
EXEMPLO 1 - COMPOSIÇÕES LIVRES DE CIMENTO DE ALUMINATO DE CÁLCIO E CIMENTO PORTLAND E QUE COMPREENDEM CARBONATO DE CÁLCIO DE GRÃO MAIS FINO [0197] Esse exemplo mostra a influência do tamanho de partícula do carbonato de cálcio em propriedades frescas e endurecidas de composições de cimento de aluminato que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio. A TABELA 1.1 mostra as duas composições de mistura investigadas nesse exemplo. Ambas as composições de mistura foram estendidas com carga mineral de carbonato de cálcio, HUBERCARB M200, que tem um tamanho de partícula mediano de 15 microns. Ambas as composições investigadas estavam livres de cimento Portland. O carbonato de lítio foi adicionado em uma dosagem de 0,20% em peso do pó reativo cimentício (Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico). A Mistura 1 foi formulada com di-hidrato de sulfato de cálcio, ao passo que a Mistura 2 conteve hemi-hidrato de sulfato de cálcio. O superplastificante usado em ambas as misturas foi CASTAMENT FS20 da BASF.
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TABELA 1.1: Composições investigadas no Exemplo 1
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw Hemi-hidrato de sulfato de cálcio, pbw Cimento Portland, pbw Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 66,7 0,00 33,3 0,00 0,00 100 66,7 0,00 0,00 33,3 0,00 100
Razão em Peso entre carbonato de cálcio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico Razão de peso entre Areia/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico Carbonato de lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso Ácido Cítrico/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso AXILAT RH100 XP/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso Superplastificante/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso Antiespumante/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso Razão de peso entre Água/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,75 0,75 0,20 0,50 0,02 0,50 0,20 0,60 0,75 0,75 0,20 0,50 0,02 0,50 0,20 0,60
ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA E COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0198] A TABELA 1.2 mostra assentamento de pasta fluida (demonstrando trabalhabilidade de mistura) e comportamento de consolidação das duas composições investigados no Exemplo 1. A TABELA 1.2 mostra o diâmetro medido dos bolos de assentamento desse exemplo. Pode-se
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58/97 observar que o diâmetro de ambos os bolos foi relativamente pequeno indicando que o material foi viscoso e teve trabalhabilidade e propriedades de fluxo insuficientes. Deve-se verificar que os materiais com trabalhabilidade e propriedades de fluxo insuficientes produzem tipicamente um bolo de assentamento com um diâmetro maior que 15,24 cm (6 polegadas).
[0199] As Figuras 1 e 1A mostram bolos de assentamento para as composições investigadas no Exemplo 1. A partir das fotografias dos bolos de assentamento, pode-se observar que ambas as misturas foram bastante viscosas. Além disso, o bolo de assentamento para a Mistura 1 desenvolveu rachadura significativa dentro das primeiras horas após ter sido vertida.
TABELA 1.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1 ”) de altura) e Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas)) Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 10,26 cm (4,5”) 36 42
2 8,73 cm (3 7/16”) 44 48
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0200] O comportamento de autocura das duas composições foi investigado com o uso do padrão ASTM 01708-13. Ambas as misturas exibiram um comportamento de autocura extremamente insuficiente e falharam no exato momento da vertedura inicial.
MOVIMENTO LINEAR [0201] A Figura 1B mostra o comportamento de movimento linear das composições investigadas no Exemplo 1. O teste de comportamento de movimento linear foi conduzido conforme ASTM 01708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no tempo de consolidação inicial, em que a medição de comprimento de espécime inicial foi obtida logo após retirar o espécime do molde. As medições de comprimento
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59/97 de amostra continuaram até a idade de 56 dias. Isso mostra que ambas as composições encolheram muito significativamente durante o período de 56 dias. O encolhimento final da Mistura 1 foi cerca de 0,33% ao passo que o mesmo para a Mistura foi de cerca de 0,20%. Essa extensão de encolhimento não é aceitável em aplicações práticas, visto que cará falha e rachadura significativas no produto.
[0202] Desse modo, a ausência de cimento de aluminato de cálcio e cimento Portland na formulação é prejudicial.
EXEMPLO 2 - INFLUÊNCIA DE CIMENTO PORTLAND NAS COMPOSIÇÕES DE MISTURA QUE CONTÊM DE SULFOALUMINATO DE CÁLCIO [0203] Esse exemplo mostra influência da adição de cimento Portland em propriedades frescas e endurecidas de composições de cimento de aluminato que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio e sulfato de cálcio. TABELA 2.1 mostra as composições de mistura investigadas nesse exemplo. Todas as composições de mistura foram estendidas com cinza volante. O carbonato de lítio foi adicionado em pequenas taxas de dosagem de 0,31 a 0,33% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. A Mistura 1 foi livre de cimento Portland, ao passo que as Misturas 2 a 4 contiveram níveis crescente de cimento Portland. Nenhuma dessas misturas contidas no cimento de aluminato de cálcio. O superplastificante usado em todas as quatro misturas foi CASTAMENT FS20 da BASF.
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TABELA 2.1: Composições investigadas no Exemplo 2
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3 Mistura 4
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 66,7 62,5 58,8 55,6
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 0,00 0,00 0,00 0,00
Hemi-hidrato de sulfato de cálcio, pbw 0,00 0,00 0,00 0,00
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 33,3 31,3 29,4 27,8
Cimento Portland, pbw 0,00 6,3 11,8 16,7
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100 100
Razão de peso entre Cinza volante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,92 1,84 1,78 1,72
Razão de peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,25 1,22 1,19 1,17
Carbonato de Lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,33 0,33 0,32 0,31
Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,25 0,24 0,24 0,23
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,04 0,04 0,04 0,04
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,83 0,81 0,79 0,78
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,58 0,57 0,56 0,54
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo de Pó à base de cimento hidráulico 1,000 0,975 0,953 0,933
ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA E
COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0204] TABELA 2.2 mostra o assentamento de pasta fluida (demonstrando a trabalhabilidade de mistura) e comportamento de consolidação das composições investigadas no Exemplo 2. A TABELA 2.2
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61/97 mostra O diâmetro medido dos bolos de assentamento desse exemplo. Pode-se observar que o assentamento medido das misturas investigadas nesse exemplo diminuiu com o amento no teor de cimento Portland. Deve-se verificar que os materiais com trabalhabilidade e propriedades de fluxo insuficientes produzem tipicamente um bolo de assentamento com um diâmetro maior que 15,24 cm (6 polegadas). A TABELA 2.2 também demonstra que os tempos de consolidação tanto inicial quanto final das composições de mistura investigadas nesse exemplo diminuiu com o aumento do teor do cimento Portland.
TABELA 2.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1 ”) de altura) e Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura n- Assentamento (centímetros (polegadas)) Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 18,89 cm (7 7/16”) 40 52
2 16,11 cm (6 11/32”) 33 39
3 13,1 cm (5 5/32”) 28 33
4 9,21 cm (3 5/8”) 26 29
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0205] A resistibilidade à compressão, quando medida nesses e outros exemplos, foi medida de acordo com ASTM 0109-13. TABELA
2.3 mostra a comportamento de resistibilidade à compressão precoce (4 horas) e final (28 dias) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. A resistibilidade à compressão de 4 horas doas misturas investigadas estavam em uma faixa de entre 12,07 MPa (1.750 psi) a 13,44 MPa (1.950 psi). De modo semelhante, a resistibilidade à compressão de 28 dias das misturas investigadas estavam em uma faixa entre 34,13 MPa (4.950 psi) a 38,96 MPa (5.650 psi). Tanto a resistibilidade à compressão de 4 horas quanto a resistibilidade à compressão de 28 dias aumentou com o aumento do teor de cimento Portland.
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TABELA 2.3: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura nQ 4 horas 28 dias
1 12,16 (1.764) 34,28 (4.972)
2 12,98 (1.882) 37,65 (5.460)
3 12,90 (1.871) 39,05 (5.663)
4 13,24 (1.921) 38,78 (5.624)
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0206] O comportamento de autocura das composições desse exemplo foi investigado com o uso do padrão ASTM C170813. A Mistura 1 falhou em 15 minutos, ao passo que as Misturas 2 e 3 falharam em 7,5 minutos do início da mistura do material. A Mistura 4 exibiu um comportamento de autocura extremamente insuficiente e falhou instantaneamente no momento da vertedura do material. Esses resultados demonstram que o comportamento de autocura diminuiu com o aumento do teor do cimento Portland.
MOVIMENTO LINEAR [0207] A Figura 2 mostra o comportamento de movimento linear das composições investigado nesse exemplo. O teste foi conduzido conforme ASTM C1708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no momento da consolidação inicial, sendo que a medição de comprimento de espécime inicial foi obtida logo após retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra continuaram até a idade de 56 dias. Pode-se observar que todas as quatro misturas encolheram, em que o encolhimento final estava em uma faixa entre 0,07% e 0,11%. É, também, importante ressaltar que o encolhimento final diminuiu com aumento no teor de cimento Portland. Por exemplo, para a Mistura 1, o encolhimento final foi cerca de 0,11%, ao passo que para a Mistura 4 com a maior quantidade de cimento Portland o encolhimento final reduziu até 0,07%. Desse modo, a
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63/97 ausência de cimento Portland na formulação é prejudicial ao desempenho.
EXEMPLO 3 - INFLUÊNCIA DO CIMENTO DE ALUMINATO DE CÁLCIO NA RESISTÊNCIA PRECOCE [0208] Esse exemplo mostra a influência da adição do cimento de aluminato de cálcio em propriedades frescas e endurecidas das composições de cimento de aluminato que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cimento Portland e sulfato de cálcio. TABELA 3.1 mostra as composições de mistura investigadas nesse exemplo. Ambas as composições de mistura foram estendidas com cinza volante. O carbonato de lítio foi adicionado em taxas de pequenas dosagens inferiores a 0,50% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. A Mistura 1 estava livre de cimento de aluminato de cálcio, ao passo que a Mistura 2 conteve cimento de aluminato de cálcio a uma taxa de dosagem de 12,8% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. O superplastificante usado na Mistura 1 foi MELFLUX 5581 F de BASF, ao passo que aquele na Mistura 2 foi MELFLUX 6681 F da BASF.
TABELA 3.1: Composições investigadas no Exemplo 3
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 58,8 51,3
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 0,00 12,8
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 29,4 25,6
Cimento Portland, pbw 11,8 10,3
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100
Razão de peso entre Cinza volante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,22 1,12
Razão de peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,19 1,14
Carbonato de Lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,48 0,45
Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,40 0,38
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,08 0,11
Superplastificante, % em peso 0,64 1,06
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,79 0,76
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo de Pó à base de cimento hidráulico 0,953 0,983
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ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA E COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0209] A TABELA 3.2 mostra assentamento de pasta fluida (demonstrando trabalhabilidade de mistura) e comportamento de consolidação das duas composições investigados no Exemplo 3. A TABELA 3.2 mostra o diâmetro medido dos bolos de assentamento desse exemplo. Pode-se observar a adição do cimento de aluminato de cálcio aos componentes restantes da invenção não impactaram negativamente o comportamento de fluxo do material. Deve-se observar que a adição de materiais com trabalhabilidade e propriedades de fluxo suficientes produzem tipicamente um bolo de assentamento com a diâmetro maior que 15,24 cm (6 polegadas).
[0210] TABELA 3.2 demonstra adicionalmente os tempos de consolidação tanto inicial quanto final das composições da invenção diminuem com a adição de cimento de aluminato de cálcio.
TABELA 3.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1 ”) de altura) e Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas)) Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 20,55 cm (8 3/32”) 29 38
2 18,57 cm (7 10/32”) 26 30
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0211] TABELA 3.3 mostra a comportamento de resistibilidade à compressão precoce (4 horas) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Essa tabela mostra que a resistibilidade à compressão do material aumenta com adição de cimento de aluminato de cálcio nas composições da invenção. Para diversas aplicações, é desejável ter uma resistibilidade à compressão maior que 13,79 MPa (2.000 psi). Esse exemplo
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65/97 demonstrou que a alta resistibilidade precoce pode ser alcançada adicionandose cimento de aluminato de cálcio à matéria-prima componentes da invenção restante.
TABELA 3.3: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura n- 4 horas
1 10,56 (1.531)
2 16(2.321)
EXEMPLO 4 - INFLUÊNCIA DA ADIÇÃO DE CIMENTO PORTLAND NA PRESENÇA DE CIMENTO DE SULFOALUMINATO DE CÁLCIO E CIMENTO DE ALUMINATO DE CÁLCIO [0212] Esse exemplo mostra influência da adição de cimento Portland em propriedades frescas e endurecidas de composições de cimento de aluminato que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cimento de aluminato de cálcio e sulfato de cálcio. A TABELA 4.1 mostra as composições de mistura investigadas nesse exemplo. Todas as composições de mistura foram estendidas com cinza volante. Carbonato de lítio foi adicionado em taxas de altas dosagens maiores que 2,00% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. A Mistura 1 conteve uma quantidade maior de cimento Portland (10,3% em peso), ao passo que a Mistura 4 teve a quantidade mais baixa do cimento Portland (2,8% em peso). O superplastificante usado nessas misturas foi MELFLUX 6681 F da BASF.
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TABELA 4.1: Composições investigadas no Exemplo 4
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3 Mistura 4
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 51,3 52,6 54,1 55,6
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 12,8 13,2 13,5 13,9
Hemi-hidrato de sulfato de cálcio, pbw 0,00 0,00 0,00 0,00
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 25,6 26,3 27,0 27,6
Cimento Portland, pbw 10,3 7,9 5,4 2,8
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100 100
Razão de peso entre Cinza volante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,12 1,14 1,16 1,18
Razão de peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,14 1,15 1,16 1,17
Carbonato de Lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 2,27 2,29 2,31 2,33
0,38 0,38 0,39 0,39
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,12 0,12 0,12 0,12
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,06 1,07 1,08 1,09
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,76 0,76 0,77 0,78
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo de Pó à base de cimento hidráulico 0,908 0,916 0,924 0,933
ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA E
COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0213] TABELA 4.2 mostra o assentamento de pasta fluida (demonstrando a trabalhabilidade de mistura) e comportamento de consolidação das composições investigadas no Exemplo 4. A TABELA 4.2 mostra o diâmetro medido dos bolos de assentamento desse exemplo. Pode-se
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67/97 observar que o assentamento medido de todas as misturas investigado nesse exemplo foi maior que 15,24 cm (6 polegadas), demonstrando, assim, uma trabalhabilidade e propriedades de fluxo suficientes.
[0214] A TABELA 4.2 também mostra os tempos de consolidação inicial e final das composições de mistura investigadas nesse exemplo. Os tempos de consolidação das composições de mistura da invenção diminuíram com aumento no teor de cimento Portland. Desse modo, a adição de cimento Portland obtém uma consolidação mais rápida nas composições aluminosas da presente invenção.
TABELA 4.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1 ”) de altura) e Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas)) Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 17,46 cm (6 7/8”) 46 51
2 17,3 cm (6 13/16”) 49 53
3 18,1 cm (7 1/8”) 57 62
4 18,42 cm (7 1/4”) 61 70
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0215] Todas as misturas investigadas nesse exemplo demonstraram excelente comportamento de autocura, conforme medido de acordo com o padrão ASTM 01708-13. A Mistura 1 falhou em 30 minutos, ao passo que as Misturas 2 e 4 falharam em 37,5 minutos do início da mistura do material. Um tempo de autocura mais longo é útil muitas aplicações práticas, uma vez que permite aos usuários uma janela de tempo maior para trabalhar com o material a fim de alcançar uma instalação e acabamento desejáveis.
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0216] A TABELA 4.3 mostra o comportamento de resistibilidade à compressão precoce (2 horas e 4 horas) e final (2 horas e 28
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68/97 dias) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Para as misturas investigadas, a resistibilidade à compressão de 2 horas foi maior que 10,34 MPa (1.500 psi) e a resistibilidade à compressão de 4 horas foi maior que
13,79 MPa (2.000 psi). Além disso, a resistibilidade à compressão de 28 dias das misturas investigada foi maior que 34,13 MPa (4.950 psi). Para diversas aplicações, é desejável ter uma resistibilidade à compressão maior que 13,79 MPa (1.500 psi). As formulações da presente invenção que permite que esse atributo seja alcançado em 2 horas são preferenciais.
TABELA 4.3: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura nQ 2 horas 4 horas 28 Dias
1 12,36 (1.793) 17,4 (2.524) 34,28 (4.972)
2 11,86 (1.720) 16,23 (2.354) 37,65 (5.460)
3 11,21 (1.626) 15,51 (2.250) 39,05 (5.663)
4 10,36 (1.503) 14,62 (2.120) 38,78 (5.624)
EXEMPLO 5 - INFLUÊNCIA DE DOSAGEM DE CARBONATO DE LÍTIO EM MOVIMENTO DIMENSIONAL [0217] Esse exemplo mostra que a influência da taxa de carbonato de lítio adição em propriedades frescas e endurecidas das composições de cimento de aluminato que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cimento de aluminato de cálcio, cimento Portland e sulfato de cálcio. A TABELA 5.1 mostra as composições de mistura investigadas nesse exemplo. Todas as composições de mistura foram estendidas com cinza volante. O carbonato de lítio foi adicionado em taxas de dosagens em uma faixa de entre 0,68 a 2,27% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico. O superplastificante usado nessas misturas foi MELFLUX 6681 F da BASF. A mistura por adição de aprimoramento de viscosidade nessas misturas foi STARVIS 3003F da BASF.
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TABELA 5.1: Composições Investigadas no Exemplo 5
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 51,3 51,3 51,3
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 12,8 12,8 12,8
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 25,6 25,6 25,6
Cimento Portland, pbw 10,3 10,3 10,3
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100
Razão de peso entre Cinza volante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,12 1,12 1,12
Razão de peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,14 1,14 1,14
Carbonato de lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,68 1,36 2,27
Ácido Cítrico/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,38 0,38 0,27
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,11 0,11 0,11
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,06 1,06 1,06
Mistura por Adição de Aprimoramento de Viscosidade/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,00 0,00 0,30
Antiespumante/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,76 0,76 0,76
Gluconato de Sódio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,30 0,30 0,35
Pigmento de Cor/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,00 0,00 2,27
Razão de peso entre Água/ Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,91 0,91 0,91
ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA E
COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO
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70/97 [0218] TABELA 5.2 mostra o assentamento de pasta fluida (demonstrando a trabalhabilidade de mistura) e comportamento de consolidação das composições investigadas no Exemplo 5. A TABELA 5.2 mostra o diâmetro medido dos bolos de assentamento desse exemplo. Pode-se observar que o assentamento medido de todas as misturas investigadas nesse exemplo foi igual ou maior que 17,78 cm (7 polegadas), demonstrando assim excelentes trabalhabilidade e propriedades de fluxo.
[0219] A TABELA 5.2 também mostra os tempos de consolidação inicial e final das composições de mistura investigadas nesse exemplo. Pode-se observar que os tempos de consolidação das composições de mistura da invenção praticamente não foram afetados pela quantidade de carbonato de lítio na composição.
[0220] As Figuras 3, 4 e 5 mostram fotografias de bolos de assentamento para as Misturas 1, 2, e 3, respectivamente, das composições investigadas no Exemplo 5. As fotografias dos bolos de assentamento mostram que todas as três misturas demonstraram trabalhabilidade de propriedades de fluxo suficientes.
TABELA 5.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1 ”) de altura) e Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas)) Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 19,21 cm (7 9/16) 42 46
2 18,42 cm (7 1/4) 45 49
3 17,78 cm (7) 43 48
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0221] A TABELA 5.3 mostra o comportamento de resistibilidade à compressão precoce (2 horas e 4 horas) e final (2 horas e 28 dias) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Para as
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71/97 misturas investigadas, a resistibilidade à compressão de 2 horas foi maior que 10,34 MPa (1.500 psi) e a resistibilidade à compressão de 4 horas foi maior que
13,79 MPa (2.000 psi). Além disso, a resistibilidade à compressão de 28 dias das misturas investigada foi maior que 34,13 MPa (4.500 psi). Para diversas aplicações, é desejável ter uma resistibilidade à compressão maior que 13,79 MPa (1.500 psi). As composições reveladas no presente documento que permitem que esse recurso seja alcançado em 2 horas são considerados como as composições preferenciais da presente invenção.
TABELA 5.3: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura nQ 2 horas 4 horas 28 dias
1 12,23 (1.774) 15,55 (2.255) 36,07 (5.232)
2 11,82(1.714) 15,35 (2.227) 36,69 (5.322)
3 12,08 (1.752) 15,84 (2.297) 32,24 (4.676)
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0222] O comportamento de autocura das composições desse exemplo foi investigado com o uso do padrão ASTM C170813. Todas as misturas mostraram um tempo de autocura mínimo de 30 minutos. Um tempo de autocura mais longo é útil muitas aplicações práticas, uma vez que permite aos usuários uma janela de tempo maior para trabalhar com o material a fim de alcançar uma instalação e acabamento desejáveis.
MOVIMENTO LINEAR [0223] A Figura 5A é uma plotagem que mostra o comportamento de movimento Linear (encolhimento por secagem) das composições de mistura investigadas no Exemplo 5. O teste foi conduzido conforme ASTM C1708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no momento da consolidação inicial, sendo que a medição de comprimento de espécime inicial foi obtida logo após retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra continuaram até a idade de 56 dias. Isso mostra que a Mistura 1 e a Mistura 2 encolheram, em que um
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72/97 encolhimento final estava em uma faixa entre 0,06% e 0,08%. Isso mostra, também, que o encolhimento final diminuiu com o aumento no teor de carbonato de lítio. Por outro lado, observou-se na Mistura 3 uma expansão resultante em comparação ao comprimento original da amostra. A influência da dosagem de carbonato de lítio na redução de encolhimento e expansão é uma constatação inesperada da presente invenção. Esse exemplo ensina que características de movimento dimensional das composições da invenção podem ser adaptadas com o uso de uma dosagem apropriada de carbonato de lítio. No presente estado da técnica nos cimentos de aluminato de cálcio, sabe-se que o carbonato de lítio atua como um acelerador químico para acelerar a reação de aluminatos de cálcio para obter uma consolidação rápida e resistência rápida. Além disso, o presente estado da técnica não ensina a influência da dosagem de carbonato de lítio no movimento dimensional de composições que compreendem cimentos de aluminato. Conforme constatado inesperadamente nesse exemplo, uma dosagem maior de carbonato de lítio causou um aumento na expansão de material, desse modo, auxiliando reduzir o encolhimento de material e movimento dimensional geral. Ademais, em contrapartida ao que se sabe no presente estado da técnica, constatou-se supreendentemente que o comportamento de consolidação e desenvolvimento de resistibilidade à compressão das composições da presente invenção é afetado pela quantidade de carbonato de lítio presente na formulação. Sem se submeter a qualquer teoria, postula-se que interações complexas que ocorrem entre o pó reativo à base de cimento hidráulico, o agente de controle de fluxo inorgânico e agente estabilizante dimensional à base de metal na presença dos níveis de uso de água, conforme revelado na invenção são responsáveis pelos resultados inesperados observados e descritos nesse exemplo.
EXEMPLO 6 - INFLUÊNCIA DE ALTA DOSAGEM DE CARBONATO DE LÍTIO EM MOVIMENTO DIMENSIONAL DAS COMPOSIÇÕES QUE CONTÊM CINZA VOLANTE [0224] Esse exemplo mostra influência da adição de
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73/97 uma alta taxa de carbonato de lítio nas propriedades frescas e endurecidas das composições de cimento de aluminato que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cimento de aluminato de cálcio, cimento Portland e sulfato de cálcio. A TABELA 6.1 mostra as composições de mistura investigadas nesse exemplo. Todas as composições de mistura foram estendidas com cinza volante. O carbonato de lítio foi adicionado na taxa de dosagem, de 2,31% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico em todas as três misturas investigadas. A quantidade de água adicionada nas três misturas variou com a Mistura 1 que tem uma razão p/cm de 0,972, a Mistura 2 que tem uma razão de p/cm de 0,904 e a Mistura 3 que tem uma razão de p/cm de 0,833. O superplastificante usado nessas misturas foi MELFLUX 6681 F da BASF. A mistura por adição de aprimoramento de viscosidade nessas misturas foi STARVIS 3003F da BASF.
TABELA 6.1: Composições investigadas no Exemplo 6
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 50,5 50,5 50,5
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 13,2 13,2 13,2
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 25,3 25,3 25,3
Cimento Portland, pbw 11,0 11,0 11,0
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100
Razão de peso entre Cinza volante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,10 1,10 1,10
Razão de peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,15 1,15 1,15
Carbonato de Lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 2,31 2,31 2,31
0,17 0,17 0,17
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,13 0,13 0,13
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74/97
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,05 1,05 1,05
Mistura por Adição de Aprimoramento de Viscosidade/Pó Reativo à Base de Cimento 0,32 0,32 0,32
Hidráulico, % em peso
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,76 0,76 0,76
Sódio Gluconato/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,36 0,36 0,36
Pigmento de Cor/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 3,15 3,15 3,15
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo de Pó à base de cimento hidráulico 0,972 0,903 0,833
ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA E COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0225] A TABELA 6.2 mostra o assentamento de pasta fluida (demonstrando a trabalhabilidade de mistura) e comportamento de consolidação das composições investigadas no Exemplo 6. A Tabela 6.2 mostra o diâmetro medido dos bolos de assentamento desse exemplo. Pode-se observar que o assentamento medido de todas as misturas investigadas nesse exemplo foi igual ou maior que 15,24 cm (6 polegadas), demonstrando assim excelentes trabalhabilidade e propriedades de fluxo.
[0226] A TABELA 6.2 também mostra os tempos de consolidação inicial e final das composições de mistura investigadas nesse exemplo. Pode-se observar que os tempos de consolidação das composições de mistura da invenção diminuíram levemente com a diminuição na razão entre água e pó reativo do material.
[0227] A Figura 6, a Figura 6A e a Figura 6B mostram fotografias dos bolos de assentamento para as composições de Misturas 1,2 e 3, respectivamente, da invenção no Exemplo 6. As fotografias dos bolos de assentamento mostram que todas as três misturas demonstraram
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75/97 trabalhabilidade de propriedades de fluxo suficientes.
TABELA 6.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1 ”) de altura) e Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura n- Assentamento (centímetros (polegadas)) Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 19,68 (7,75) 43 48
2 18,41 (7,25) 41 45
3 17,14(6,75) 39 43
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0228] O comportamento de autocura das composições desse exemplo foi investigado com o uso do padrão ASTM C170813. Todas as misturas demonstraram um tempo de autocura mínimo de 30 minutos. Um tempo de autocura mais longo é útil muitas aplicações práticas, uma vez que permite aos usuários uma janela de tempo suficientemente longa para trabalhar com o material a fim de alcançar uma instalação e acabamento desejáveis.
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0229] A TABELA 6.3 mostra o comportamento de resistibilidade à compressão precoce (2 horas e 4 horas) e final (2 horas e 28 dias) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Isso mostra para as misturas investigadas, a resistibilidade à compressão de 2 horas foi maior que 10,34 MPa (1.500 psi) e a resistibilidade à compressão de 4 horas foi maior que 13,79 MPa (2.000 psi). Além disso, a resistibilidade à compressão de 28 dias das misturas investigada foi maior que 34,13 MPa (4.500 psi). Para diversas aplicações, é desejável ter uma resistibilidade à compressão maior que
13,79 MPa (1.500 psi). As composições reveladas no presente documento que permitem que esse recurso seja alcançado em 2 horas são considerados como as composições preferenciais da presente invenção.
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TABELA 6.3: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura n- 2 horas 4 horas 24 horas 28 dias
1 10,8 (1.566) 16,61 (2.119) 18,93 (2.746) 28,33 (4.109)
2 12,66 (1.836) 16,91 (2.453) 22,01 (3.193) 30,52 (4.426)
3 15,02 (2.178) 19,84 (2.878) 26,44 (3.835) 34,27 (4.971)
MOVIMENTO LINEAR [0230] A Figura 60 mostra o comportamento de movimento linear (encolhimento por secagem) das composições da invenção investigado nesse exemplo. 0 teste foi conduzido de acordo com ASTM 0170813 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no momento da consolidação inicial, sendo que a medição de comprimento inicial foi obtida no momento de retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra continuaram até a idade de 56 dias. Isso mostra que todas as três composições se expandiram dentro das primeiras horas de fusão seguido por um encolhimento gradual até a idade de 56 dias. Todas as três composições demonstraram uma expansão líquida em comparação ao comprimento medido inicial no momento da consolidação inicial. A expansão líquida estava em uma faixa de 0,01% a 0,03% para as três composições investigadas nesse exemplo. A influência da dosagem de carbonato de lítio na redução por encolhimento e a expansão resultado é uma constatação inesperada e exclusiva da presente invenção.
EXEMPLO 7 - INFLUÊNCIA DE ALTA DOSAGEM DE CARBONATO DE LÍTIO NO MOVIMENTO DIMENSIONAL DE COMPOSIÇÕES QUE CONTÊM CARBONATO DE CÁLCIO DE GRANULAÇÃO GROSSA [0231] Esse exemplo mostra influência da adição de uma alta taxa de carbonato de lítio nas propriedades frescas e endurecidas das composições de cimento de aluminato que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio, cimento de aluminato de cálcio, cimento Portland e sulfato de cálcio. A TABELA 7.1 mostra as composições de mistura investigadas
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77/97 nesse exemplo. Todas as composições de mistura foram estendidas com a carga mineral de carbonato de cálcio de granulação grossa com 65% em peso das partículas que passam através de 0,044 mm (325 mesh). A quantidade de carbonato de cálcio foi variada nas três misturas, conforme mostrado na TABELA 7.1. O carbonato de lítio foi adicionado em altas taxas de dosagem em uma faixa entre 1,70 e 2,31% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico nas três misturas. O superplastificante usado nessas misturas foi MELFLUX 6681 F da BASF. A mistura por adição de aprimoramento de viscosidade nessas misturas foi STARVIS 3003F da BASF.
TABELA 7.1: Composições investigadas no Exemplo 7
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 50,5 50,5 50,5
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 13,2 13,2 13,2
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 25,3 25,3 25,3
Cimento Portland, pbw 11,0 11,0 11,0
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100
Razio em Peso entre carbonato de cálcio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,10 0,82 0,55
Razão de peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,15 1,00 0,85
Carbonato de lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 2,31 2,01 1,70
Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,17 0,15 0,12
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,13 0,11 0,09
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,05 0,91 0,78
Mistura por Adição de Aprimoramento de Viscosidade/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,32 0,27 0,23
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,76 0,66 0,56
Gluconato de Sódio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,36 0,31 0,26
Pigmento de Cor/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 3,15 2,74 2,32
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo de Pó à base de cimento hidráulico 0,972 0,784 0,666
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ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA E COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0232] A TABELA 7.2 mostra o assentamento de pasta fluida (demonstrando a trabalhabilidade de mistura) e comportamento de consolidação das composições investigadas no Exemplo 7. A TABELA 7.2 mostra o diâmetro medido dos bolos de assentamento desse exemplo. Pode-se observar que o assentamento medido de todas as misturas investigadas nesse exemplo foi igual ou maior que 15,24 cm (6 polegadas), demonstrando assim excelentes trabalhabilidade e propriedades de fluxo.
[0233] A TABELA 7.2 também mostra os tempos de consolidação inicial e final das composições de mistura investigadas nesse exemplo. Pode-se observar que todas as três misturas se consolidaram muito rapidamente apesar da quantidade de carbonato de cálcio na composição.
[0234] As Figuras 7, 7A e 7B mostram fotografias de bolos de assentamento para as composições de Misturas 1, 2 e 3, respectivamente, investigadas no Exemplo 7. A partir das fotografias dos bolos de assentamento, pode-se observar que todas as três misturas tiveram trabalhabilidade e propriedades de fluxo suficientes.
TABELA 7.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1 ”) de altura) e Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas)) Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 17,94 cm (7 1/16”) 42 47
2 17,15 cm (6 3/4”) 36 40
3 16,67 cm (6 9/16”) 30 33
COMPORTAMENTO DE AUTODESSECAÇÃO [0235] Uma camada de aproximadamente 0,635 cm (1/4 polegada) de espessura da pasta fluida foi vertida em uma bandeja de plástica rasa para observar características de autodessecação e secagem de
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79/97 superfície do material. O tempo de autodessecação foi caracterizado como o tempo em que a superfície superior da laje de subcobertura vertida mudou a aparência molhada observável da mesma para uma superfície endurecida suficientemente seca para permitir a aplicação de adesivos de pavimento e coberturas de piso (tais como carpete e outras coberturas de piso resilientes) sem afetar negativamente a ligação a curta e longo prazo entre a cobertura de piso e subcobertura vertida. O tempo de autodessecação ocorreu geralmente após atingir o tempo final de consolidação do material. O tempo de autodessecação para a Mistura 1 desse exemplo foi caracterizado como 90 minutos. O tempo de autodessecação da Mistura 2 foi caracterizado como 72 minutos. O tempo de autodessecação de Mistura 3 foi caracterizado como 60 minutos.
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0236] O comportamento de autocura das composições desse exemplo foi investigado com o uso do padrão ASTM C170813. Todas as misturas demonstraram um tempo de autocura mínimo de 22,5 minutos. Um tempo de autocura mais longo é útil muitas aplicações práticas, uma vez que permite aos usuários uma janela de tempo suficientemente longa para trabalhar com o material a fim de alcançar uma instalação e acabamento desejáveis.
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0237] A TABELA 7.3 mostra o comportamento de resistibilidade à compressão precoce (2 horas e 4 horas) e final (2 horas e 28 dias) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Para as misturas investigadas, a resistibilidade à compressão de 2 horas foi maior que 10,34 MPa (1.450 psi) e a resistibilidade à compressão de 4 horas foi maior que
13,79 MPa (1.950 psi). Para diversas aplicações, é desejável ter uma resistibilidade à compressão maior que 13,79 MPa (1.500 psi). As composições reveladas no presente documento que permitem que esse recurso seja
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80/97 alcançado em 2 horas são considerados como as composições preferenciais da presente invenção.
TABELA 7.3: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura nQ 2 horas 4 horas 24 horas
1 10,19 (1.478) 13,58 (1.969) 18,93 (2.746)
2 12,42 (1.802) 15,98 (2.318) 22,01 (3.193)
3 14,67 (2.127) 18,21 (2.641) 26,44 (3.835)
MOVIMENTO LINEAR [0238] A Figura 70 mostra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas nesse exemplo. 0 teste foi conduzido de acordo com ASTM C1708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no momento da consolidação inicial, sendo que a medição de comprimento inicial foi obtida no momento de retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra continuaram em uma base periódica após a medição inicial. Isso mostra que todas as três composições se expandiram dentro das primeiras horas de fusão seguido por um encolhimento gradual. Todas as três composições demonstraram uma expansão líquida em comparação ao comprimento medido inicial no momento da consolidação inicial. Pode-se concluir que as composições da presente invenção que contêm carbonato de cálcio de granulação grossa e altas quantidades de carbonato de lítio mostram expansão resultante em comparação ao comprimento inicial no tempo da consolidação inicial. Deve-se observar que influência da dosagem de carbonato de lítio na redução por encolhimento e a expansão resultado é uma constatação inesperada e exclusiva da presente invenção.
EXEMPLO 8 - PROPRIEDADES COMPOSIÇÕES DE CIMENTO ALUMINOSAS QUE COMPREENDEM APENAS UM TIPO DE CIMENTO ALUMINOSO [0239] Esse exemplo demonstra o desempenho de
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81/97 composições cimentícias aluminosas, TABELA 8.1, que compreende ou cimento de sulfoaluminato de cálcio ou cimento de aluminato de cálcio. As Misturas 1 a 3 mostram composições que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio como o único cimento aluminoso na mistura. As Misturas 4 a 6 mostram composições que compreendem cimento de aluminato de cálcio como o único cimento aluminoso na mistura. Além disso, a quantidade de sulfato de cálcio nas composições de mistura foi variada para determinar a influência da mesma do desempenho geral. Todas as composições de mistura foram estendidas com carga de carbonato de cálcio mineral, HUBERCARB M200, que tem um tamanho de partícula mediano de 15 microns. O superplastificante usado em ambas as misturas foi CASTAMENT FS20 da BASF. Esse exemplo usou cimento de aluminato de cálcio Ciment Fondu disponível junto à Kerneos Inc.
TABELA 8.1: Composições investigadas no Exemplo 8
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3 Mistura 4 Mistura 5 Mistura 6
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 62,5 58,8 55,6 0,0 0,0 0,0
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 0,0 0,0 0,0 62,5 58,8 55,6
Hemi-hidrato de sulfato de cálcio, pbw 18,8 23,5 27,8 18,8 23,5 27,8
Cimento Portland, pbw 18,8 17,6 16,7 18,8 17,6 16,7
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100 100 100 100
Razão de Peso entre Carbonato de Cálcio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Razão de Peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0 1,0
Carbonato de Lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75 0,75
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02 0,02
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50 0,50
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25 0,25
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65
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COMPORTAMENTO DE ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA [0240] A TABELA 8.2 mostra o assentamento de pasta fluida (que demonstra trabalhabilidade de mistura) diâmetro das composições investigadas no Exemplo 8. Pode-se observar que todos os bolos tiveram um diâmetro relativamente pequeno que indica que o material foi muito viscoso com trabalhabilidade e propriedades de fluxo insuficientes. Deve-se verificar que os materiais com trabalhabilidade e propriedades de fluxo insuficientes produzem tipicamente um diâmetro de bolo de assentamento maior que 15,24 cm (6 polegadas) nesse teste.
[0241] As Figuras 8A (que mostra a Mistura 1), 8B (que mostra a Mistura 2), 8C (que mostra a Mistura 3), 8D (que mostra a Mistura 4), 8E (que mostra a Mistura 5), 8F (que mostra a Mistura 6) mostra fotografias de bolos de assentamento para as composições investigadas no Exemplo 8. A partir das fotografias, pode-se observar que todos bolos de assentamento foram muito viscosos. Além disso, pode-se observar que os bolos de assentamento para as Misturas 4 a 6 que compreendem cimento de aluminato de cálcio desenvolveram rachadura dentro das primeiras horas após os terem sido vertidos.
TABELA 8.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1”) de altura)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas))
1 5,08 (2”)
2 5,24 (2 1/16”)
3 5,24 (2 1/16”)
4 10,95 (4 5/16”)
5 10,8(4 1/4”)
6 10,32 (4 1/16”)
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83/97
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0242] O comportamento de autocura das composições investigado nesse exemplo foi caracterizado com o uso do padrão ASTM 01708-13. Todas as composições exibiram um comportamento de autocura extremamente insuficiente e falharam no exato momento da vertedura inicial. As Misturas 1 a 3 foram tão viscosas que não puderam ser vertidas nas bandejas para conduzir o teste de autocura.
MOVIMENTO LINEAR [0243] A Figura 8G mostra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 8. O teste de comportamento de movimento linear foi conduzido conforme ASTM 01708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no tempo de consolidação inicial, sendo que a medição de comprimento de espécime inicial foi obtida logo após retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra continuaram até a idade de cerca de 56 dias. A Figura 8G mostra que nenhuma das composições demonstrou expansão. Todas as misturas demonstraram encolhimento líquido, em que a magnitude de encolhimento final esteve em uma faixa de cerca de 0,08% a 0,12%. Essa extensão de encolhimento não é desejável em muitas aplicações práticas devido à potencial rachadura e a remoção de ligação de material dos substratos aplicados.
EXEMPLO 9 - PROPRIEDADES DE COMPOSIÇÕES DE CIMENTO ALUMINOSAS N AUSÊNCIA DE CIMENTO PORTLAND [0244] Esse exemplo demonstra propriedades de composições aluminosas na ausência de cimento Portland. As três misturas investigadas no exemplo contiveram apenas cimento de aluminato de cálcio e sulfato de cálcio como os materiais cimentícios e no cimento Portland, TABELA 9.1. Três níveis diferentes de razões entre água/pó reativo cimentício também foram investigados na ausência de cimento Portland na mistura. Todas as composições de mistura foram estendidas com carga de carbonato de cálcio
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84/97 mineral, HUBERCARB M200, que tem um tamanho de partícula mediano de 15 microns. O superplastificante em ambas as foi BASF CASTAMENT FS20.
TABELA 9.1: Composições investigadas no Exemplo 9
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 0,0 0,0 0,0
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 66,7 66,7 66,7
Hemi-hidrato de sulfato de cálcio, pbw 33,3 33,3 33,3
Cimento Portland, pbw 0,0 0,0 0,0
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100
Razão de Peso entre Carbonato de cálcio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,75 0,75 0,75
Razão de Peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,75 0,75 0,75
Carbonato de lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,25 0,25 0,25
0,50 0,50 0,50
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,02 0,02 0,02
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,50 0,50 0,50
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,25 0,25 0,25
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,80 0,70 0,60
COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0245] A TABELA 9.2 mostra os tempos de consolidação inicial e final das misturas investigadas nesse exemplo. Pode-se observar que todas as três misturas tiveram um tempo de consolidação relativamente longo, em que o tempo final de consolidação excede 90 minutos
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85/97 em todos os casos.
TABELA 9.2: Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura nQ Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 89 107
2 85 99
3 93 108
COMPORTAMENTO DE AUTOCURA [0246] O comportamento de autocura das composições investigado nesse exemplo foi medido com o uso do padrão ASTM 01708-13. Todas as três misturas exibiram um comportamento de autocura extremamente insuficiente e falharam no exato momento da vertedura inicial.
MOVIMENTO LINEAR [0247] A Figura 9 demonstra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 9. O teste de comportamento de movimento linear foi conduzido conforme ASTM C1708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no tempo de consolidação inicial, em que a medição de comprimento de espécime inicial foi obtida logo após retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra continuaram até a idade de 56 dias. Nenhuma das composições demonstraram comportamento de expansão a longo prazo. Todas as misturas demonstraram um encolhimento líquido, em que a magnitude de encolhimento final esteve em uma faixa de cerca de 0,13%. Essa extensão de encolhimento é inaceitável em muitas aplicações práticas devido à potencial rachadura e a remoção de ligação de material dos substratos aplicados. Isso mostra que uma ausência de cimento Portland é prejudicial.
EXEMPLO 10 - PROPRIEDADES DE COMPOSIÇÕES DE CIMENTO ALUMINOSAS QUE COMPREENDEM ALTA QUANTIDADE DE CIMENTO PORTLAND
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86/97 [0248] Esse exemplo mostra influência de alta quantidade de cimento Portland nas composições de cimento aluminosas, TABELA 10.1. Todas as seis misturas nesse exemplo contiveram o cimento Portland a 76,9% em peso do total do pó reativo à base de cimento hidráulico. As Misturas 1 a 3 compreenderam cimento de sulfoaluminato de cálcio como o único cimento aluminoso na composição. As Misturas 4 a 6 compreenderam cimento de aluminato de cálcio como o único cimento aluminoso na composição. O superplastificante em todas as misturas foi BASF MELFLUX 6681 F.
TABELA 10.1: Composições investigadas no Exemplo 10
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3 Mistura 4 Mistura 5 Mistura 6
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 15,4 15,4 15,4 0,0 0,0 0,0
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 0,0 0,0 0,0 15,4 15,4 15,4
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 7,7 7,7 7,7 7,7 7,7 7,7
Cimento Portland, pbw 76,9 76,9 76,9 76,9 76,9 76,9
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100 100 100 100
Razão de Peso entre Cinza volante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,23 0,15 0,08 0,23 0,15 0,08
Razão de Peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,85 1,73 1,62 1,85 1,73 1,62
Carbonato de lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,31 0,29 0,27 0,31 0,29 0,27
Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,15 0,14 0,13 0,15 0,14 0,13
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,062 0,058 0,054 0,062 0,058 0,054
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,31 0,29 0,27 0,31 0,29 0,27
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,31 0,29 0,27 0,31 0,29 0,27
Sódio Gluconato/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,12 0,12 0,11 0,12 0,12 0,11
Pigmento de Cor/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,23 1,15 1,08 1,23 1,15 1,08
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,74 0,74 0,73 0,89 0,85 0,65
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COMPORTAMENTO DE ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA [0249] A TABELA 10.2 mostra o assentamento de pasta fluida (que demonstra trabalhabilidade de mistura) diâmetro das composições investigadas no Exemplo 10. Todos os bolos tiveram um diâmetro relativamente pequeno que indica que o material foi muito viscoso com trabalhabilidade e propriedades de fluxo insuficientes. Deve-se verificar que os materiais com trabalhabilidade e propriedades de fluxo suficientes produzem tipicamente um bolo de assentamento que tem um diâmetro maior que 15,24 cm (6 polegadas) nesse teste.
TABELA 10.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1”) de altura)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas))
1 5,72 (2 1/4”)
2 6,03 (2 3/8”)
3 5,72 (2 1/4”)
4 14,76 (5 13/16”)
5 13,65 (5 3/8”)
6 12,07 (4 3/4”)
COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0250] TABELA 10.3 mostra os tempos de consolidação inicial e final das composições de mistura investigadas nesse exemplo que compreendem uma alta quantidade de cimento Portland. Pode-se observar que todas as seis composições de mistura tiveram um tempo de consolidação relativamente longo cujo tempo final de consolidação excedeu 120 minutos para as Misturas 1 a 3 e excedeu 360 minutos para as Misturas 4 a 6. Desse modo, pode-se concluir que as composições de cimento aluminosas de mistura que compreendem uma alta quantidade de cimento Portland são de consolidação relativamente baixas e não são vantajosas em aplicações em que
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88/97 a rápida consolidação é desejável.
TABELA 10.3: Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura nQ Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 65 107
2 66 99
3 59 108
4 348 >360
5 349 >360
6 340 >360
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0251] TABELA 10.4 mostra a idade precoce (4 horas e 24 horas) e o comportamento de resistibilidade à compressão (28 dias) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Pode-se observar que todas as composições de mistura investigadas desenvolveram resistibilidade de maneira extremamente lenta. Para as Misturas 1 a 3 que compreendem cimento de sulfoaluminato de cálcio como o único cimento aluminoso na composição, as resistibilidades à compressão de 4 horas foram inferiores a 2,76 MPa (400 psi) e as resistibilidades de 24 horas foram inferiores a 4,65 MPa (675 psi). Além disso, para as Misturas 4 a 6 que compreendem cimento de aluminato de cálcio como o único cimento aluminoso na composição, as resistibilidades à compressão de 4 horas não puderam ser medidas devido ao comportamento de consolidação extremamente baixo, ao passo que as resistibilidades de 24 horas foram extremamente baixas, inferiores a 2,93 MPa (425 psi). Esses resultados demonstram que as composições de cimento aluminosas que compreendem as quantidades maiores de cimento Portland e quantidades inferiores de cimentos aluminosos endurecem em uma taxa muito lenta e desenvolvem resistibilidade à compressão extremamente baixa em idades precoces. Desse modo, tais composições cimentícias não são desejáveis quando o rápido desenvolvimento
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89/97 de resistibilidade é desejável em idades precoces. Além disso, as resistibilidades à compressão finais (28 dias) dessas misturas também foram relativamente baixas, em uma faixa de 16,55 MPa (2.400 psi) a 24,13 MPa (3500 psi) apenas.
TABELA 10.4: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura n- 4 horas 24 horas 28 dias
1 2,59 (376) 4,56 (662) 24,21 (3.512)
2 2,12 (308) 3,82 (554) 21,77 (3.157)
3 2 (290) 3,67 (532) 20,35 (2.951)
4 Imensurável devido à consolidação lenta 1,2(174) 19,69 (2.856)
5 Imensurável devido à consolidação lenta 1,72 (250) 16,56 (2.402)
6 Imensurável devido à consolidação lenta 2,87 (416) 17 (2.466)
[0252] Esses dados mostram que a presença de muito cimento Portland é prejudicial.
EXEMPLO 11 - PROPRIEDADES DE COMPOSIÇÕES DE CIMENTO ALUMINOSAS QUE COMPREENDEM SAIS À BASE DE LÍTIO COMO AGENTE ESTABILIZANTE DE MOVIMENTO DIMENSIONAL [0253] Esse exemplo mostra o desempenho das composições de cimento aluminosas da Tabela 11.1 da presente invenção que têm sais à base de lítio como um agente estabilizante de movimento dimensional. A Mistura 1 incluiu carbonato de lítio, as Misturas 2 a 6 incluíram sulfato de lítio, como agentes estabilizantes de movimento dimensional. O superplastificante em todas as misturas foi BASF MELFLUX 6681 F.
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90/97
TABELA 11.1: As composições investigadas no Exemplo 11
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3 Mistura 4 Mistura 5 Mistura 6
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 54,3 54,3 54,3 54,3 54,3 54,3
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 13,0 13,0 13,0 13,0 13,0 13,0
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 21,7 21,7 21,7 21,7 21,7 21,7
Cimento Portland, pbw 10,9 10,9 10,9 10,9 10,9 10,9
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100 100 100 100
Razão de Peso entre Carbonato de cálcio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65 0,65
Razão de Peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91 0,91
Carbonato de lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,82 0,00 0,00 0,00 0,00 0,00
Sulfato de Lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,00 0,83 1,24 1,82 2,07 2,48
Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20 0,20
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,074 0,074 0,074 0,074 0,074 0,074
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83 0,83
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60 0,60
Sódio Gluconato/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31 0,31
Pigmento/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65 1,65
Razão de Peso entre Água//Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71 0,71
COMPORTAMENTO DE ASSENTAMENTO DE PASTA FLUIDA [0254] A TABELA 11.2 mostra o diâmetro de assentamento de pasta fluida (o que demonstra trabalhabilidade de mistura) das
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91/97 composições do Exemplo 11. Todos os bolos tiveram um diâmetro relativamente grande que demonstra trabalhabilidade e comportamento de fluxo satisfatórios. Os materiais com trabalhabilidade e propriedades de fluxo suficientes produzem tipicamente um bolo de assentamento que tem um diâmetro maior que 15,24 cm (6 polegadas) nesse teste.
TABELA 11.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1”) de altura)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas))
1 18,89 cm (7 7/16”)
2 18,89 cm (7 7/16”)
3 18,57 (7 5/16”)
4 18,42 cm (7 1/4”)
5 18,42 cm (71/4”)
6 18,26 (7 3/16”)
COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0255] A TABELA 11.3 também mostra os tempos de consolidação inicial e final das composições de mistura investigadas nesse exemplo. Todas as seis composições de mistura tiveram uma consolidação extremamente rápida cujos tempos de consolidação final foram inferiores a 40 minutos. Todas as composições de mistura que compreendem sulfato de lítio tiveram um tempo final de consolidação inferior a 30 minutos. Todas as misturas que compreendem sulfato de lítio demonstraram um comportamento de autodessecação extremamente rápido com um tempo de autodessecação inferior a uma hora.
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TABELA 11.3: Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura n- Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 34 39
2 23 27
3 21 23
4 18 20
5 17 19
6 16 19
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0256] TABELA 11.4 mostra o comportamento de resistibilidade à compressão das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Todas as composições de mistura tiveram endurecimento extremamente rápido. Convém observar que a resistibilidade à compressão de duas horas (2 horas) para todas as composições de mistura excederam 15,17 (2.200 psi), ao passo que a resistibilidade à compressão de vinte e quatro horas (24 horas) para todas as composições de mistura excedeu 22,06 MPa (3200 psi).
TABELA 11.4: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura n- 2 horas 24 horas
1 15,23 (2.209) 24,19 (3.508)
2 16,67 (2.418) 23,95 (3.473)
3 17,1 (2.480) 23,69 (3.436)
4 16,31 (2366) 22,99 (3.334)
5 16,02 (2.323) 23,15 (3.357)
6 15,35 (2227) 22,48 (3.261)
MOVIMENTO LINEAR [0257] A Figura 10 mostra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 11.0
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93/97 teste de comportamento de movimento linear foi conduzido conforme ASTM C1708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no tempo de consolidação inicial, sendo que a medição de comprimento de espécime inicial foi obtida logo após retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra foram continuadas até a idade de 42 dias. Pode-se observar que as características de expansão do material aumentaram com um aumento da quantidade de sal de lítio na composição. Algumas das composições de mistura demonstraram uma expansão líquida até mesmo na idade de 42 dias. As composições com baixo movimento dimensional e encolhimento gerais, conforme exibido nesse exemplo são particularmente úteis quando se trata na resistência a ruptura e remoção de ligação.
EXEMPLO 12 - PROPRIEDADES DE COMPOSIÇÕES DE CIMENTO ALUMINOSAS QUE COMPREENDEM DIFERENTES TIPOS DE SULFATOS DE CÁLCIO [0258] Esse exemplo demonstra propriedades de composições de cimento aluminosas de mistura da presente invenção que compreendem diferentes tipos de sulfatos de cálcio - di-hidrato de sulfato de cálcio, hemi-hidrato de sulfato de cálcio e sulfato de cálcio anidro. TABELA 12.1 mostra as composições de mistura investigadas nesse exemplo. A Mistura 1 conteve di-hidrato de sulfato de cálcio, a Mistura 2 conteve hemi-hidrato de sulfato de cálcio, ao passo que a Mistura 3 conteve sulfato de cálcio anidro. O superplastificante em todas as misturas foi BASF MELFLUX 6681 F.
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TABELA 12.1: Composições Investigadas no Exemplo 12
Matéria-Prima Mistura 1 Mistura 2 Mistura 3
Cimento de Sulfoaluminato de Cálcio, pbw 36,8 36,8 36,8
Cimento de Aluminato de Cálcio, pbw 13,2 13,2 13,2
Di-hidrato de Sulfato de cálcio, pbw 18,4 0,0 0,0
Hemi-hidrato de sulfato de cálcio, pbw 0,0 18,4 0,0
Sulfato de cálcio Anidro, pbw 0,0 0,0 18,4
Cimento Portland, pbw 31,6 31,6 31,6
Total de Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, pbw 100 100 100
Razão de Peso entre Carbonato de cálcio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 1,15 1,15 1,15
Razão de Peso entre Areia/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 2,75 2,75 2,75
Carbonato de lítio/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,69 0,69 0,69
Ácido Cítrico/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,25 0,25 0,25
AXILAT RH100 XP/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,083 0,083 0,083
Superplastificante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,41 0,41 0,41
Antiespumante/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,50 0,50 0,50
Sódio Gluconato/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 0,28 0,28 0,28
Pigmento de Cor/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico, % em peso 1,38 1,38 1,38
Razão de Peso entre Água/Pó Reativo à Base de Cimento Hidráulico 0,98 0,98 0,98
COMPORTAMENTO DE ASSENTAMENTO DE PASTA
FLUIDA
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95/97 [0259] A TABELA 12.2 mostra o assentamento de pasta fluida (que demonstra trabalhabilidade de mistura) diâmetro das composições investigadas no Exemplo 12. Todos os bolos tiveram um diâmetro relativamente grande que demonstra trabalhabilidade e comportamento de fluxo satisfatórios. Deve-se verificar que os materiais com trabalhabilidade e propriedades de fluxo suficientes produzem tipicamente um bolo de assentamento que tem um diâmetro maior que 15,24 cm (6 polegadas) nesse teste.
TABELA 12.2: Trabalhabilidade (Assentamento - Cilindro de 5,08 cm (2”) de diâmetro e 2,54 cm (1”) de altura)
Mistura nQ Assentamento (centímetros (polegadas))
1 16,83 (6 5/8”)
2 16,51 (6 1/2”)
3 16,35 (6 7/16”)
COMPORTAMENTO DE CONSOLIDAÇÃO [0260] A TABELA 12.3 também mostra os tempos de consolidação inicial e final das composições de mistura investigadas nesse exemplo. Todas as seis composições de mistura com diferentes tipos de sulfatos de cálcio obtiveram um rápido comportamento de consolidação. As composições com di-hidrato de sulfato de cálcio e sulfato de cálcio anidro tiveram particularmente, uma rápida consolidação que tem tempos de consolidação finais iguais a ou inferiores a 60 minutos. Além disso, todas as composições investigadas nesse exemplo também exibiram um comportamento de autodessecamento extremamente rápido. Para a Mistura 1 e Mistura 3, a superfície do material vertido secou em menos de uma hora e meia após a vertedura, ao passo que o mesmo para a Mistura 2 ocorreu em menos de duas horas após a vertedura.
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TABELA 12.3: Tempo de Consolidação (Vicat)
Mistura n- Consolidação Inicial (min) Consolidação Final (min)
1 55 59
2 92 103
3 52 58
COMPORTAMENTO DE RESISTIBILIDADE À COMPRESSÃO [0261] TABELA 12.4 mostra a idade precoce (4 horas e 24 horas) e o comportamento de resistibilidade à compressão (28 dias) das composições cimentícias investigadas nesse exemplo. Todas as misturas investigadas demonstraram um rápido desenvolvimento de resistibilidade em idades precoces. Convém observar que a resistibilidade à compressão de 4 horas para todas misturas excederem 11,03 Mpa (1.600 psi), ao passo que a resistibilidade de à compressão 24 horas para todas misturas excedeu 15,17 MPa (2.200 psi). A resistibilidade à compressão de 28 dias para todas misturas excederam 24,13 Mpa (3.500 psi). Desse modo, pode-se concluir que as composições de cimento aluminosas da presente invenção que compreendem diferentes tipos de sulfatos de cálcio têm capacidade para produzir um desenvolvimento extremamente rápido de endurecimento e de resistibilidade precoce.
TABELA 12.4: Resistibilidade à Compressão (MPa (psi))
Mistura n- 4 horas 24 horas 28 dias
1 11,54 (1.659) 15,69 (2.276) 25,22 (3.658)
2 11,05 (1.603) 15,68 (2.274) 25,32 (3.672)
3 11,43 (1.658) 17,22 (2.497) 29,64 (4.343)
MOVIMENTO LINEAR [0262] A Figura 11 mostra o comportamento de movimento linear das composições da invenção investigadas no Exemplo 12. O
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97/97 teste de comportamento de movimento linear foi conduzido conforme ASTM C1708-13 com exceção de que as amostras prismáticas foram retiradas do molde no tempo de consolidação inicial, sendo que a medição de comprimento de espécime inicial foi obtida logo após retirar o espécime do molde. As medições de comprimento de amostra continuaram até a idade de 63 dias. Convém observar que todas as composições de mistura da presente invenção investigadas nesse exemplo demonstraram características de expansão até a idade de 63 dias. As composições com características de baixo movimento dimensional e de expansão, conforme exibido nesse exemplo, são desejáveis quando se trata de resistência a ruptura e estabilidade mecânica geral.
[0263] Embora as modalidades tenham sido descritas para implantar a presente invenção, as pessoas versadas na técnica, às quais a presente revelação se refere, entenderão que as modificações e adições podem ser feitas à presente invenção sem haver afastamento do escopo da mesma.

Claims (10)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1= Composição cimentícia caracterizada pelo fato de que compreende um produto de reação de uma mistura de:
    um pó reativo à base de cimento hidráulico que compreende:
    um cimento de aluminato selecionado a partir de pelo menos um membro do grupo que consiste em cimento de aluminato de cálcio e cimento de sulfoaluminato de cálcio em uma quantidade de 25 a 80 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico, cimento Portland em uma quantidade de 2,5 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico, um sulfato de cálcio selecionado a partir do grupo que consiste em di-hidrato de sulfato de cálcio, hemi-hidrato de sulfato de cálcio, sulfato de cálcio anidro e misturas dos mesmos, sendo que o sulfato de cálcio em uma quantidade de 15 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um agente de controle de fluxo inorgânico em uma razão de peso entre o agente de controle de fluxo inorgânico e o pó reativo à base de cimento hidráulico de 0,25:1 a 3,0:1, sendo que o controle de fluxo Inorgânico compreende pelo menos um membro selecionado a partir do grupo que consiste em cinza volante e carbonato de cálcio e em que tamanho médio de partícula das faixas de carbonato de cálcio de cerca de 10 a 150 microns;
    um agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal em uma quantidade igual a 0 a 5,0 por cento em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico, sendo que o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal compreende um composto de lítio selecionado a partir de pelo menos um membro do grupo de sal de lítio e base de lítio, sendo que o sal de lítio é peto menos um membro do grupo de carbonato de lítio, sulfato de lítio, nitrato de lítio, nitreto de lítio e silicate de lítio, sendo que a base é hidróxido de lítio;
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  2. 2/4 uma carga em uma razão de peso entre carga e pó reativo à base de cimento hidráulico de 0:1 a 5,0:1; e água em uma razão de peso entre água e pó reativo à base de cimento hidráulico de 0,5:1 a 1,4:1.
    2. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pó reativo à base de cimento hidráulico compreende:
    cimento de aluminato a 30 a 70 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    7,5 a 25 partes em peso cimento Portland a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    25 a 35 partes em peso sulfato de cálcio a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    em que a razão de peso entre o agente de controle de fluxo inorgânico e pó reativo à base de cimento hidráulico é igual 0,75:1 a 1,5:1;
    a quantidade do agente estabilizante de movimento dimensionai à base de metal é igual a 1,5 a 3,5 por cento em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    a razão de peso entre carga e pó reativo à base de cimento hidráulico é igual a 1,0:1 a 2,5:1; e a razão de peso entre água e pó reativo à base de cimento hidráulico é 0,7:1 a 1,2:1.
  3. 3. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o pó reativo à base de cimento hidráulico compreende: cimento de suifoaluminato de cálcio a 25 a 75 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; e cimento de aluminato de cálcio a 2,5 a 45 partes em peso a cada 100 partes em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico.
  4. 4= Composição, de acordo com a reivindicação 1,
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    3/4 caracterizada pelo fato de que compreende:
    um modificador orgânico de reologia em uma quantidade igual a 0,02 a 1% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um agente intensífícador de viscosidade inorgânica em uma quantidade igual a 0 a 1% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um superplastificante em uma quantidade igual a 0,3 a 3,5% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um antiespumante em uma quantidade igual a 0 a 2,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um agente de retardamento de consolidação em uma quantidade igual a 0 a 2,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um pigmento de cor em uma quantidade igual a 0 a 8,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um agente de inserção de ar em uma quantidade igual a 0 a 1,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico;
    um polímero de formação de filme orgânico em uma quantidade Igual a 0 a 15,0% em peso do pó reativo à base de cimento hidráulico; e uma pozolana diferente do cinza volante em uma razão de peso entre pozolana e pó reativo à base de cimento hidráulico de 0 a 1.
  5. 5. Composição de acordo, com a reivindicação 1, caracterizada peto fato de que o agente de controle de fluxo inorgânico é um cinza volante na ausência de carbonato de cálcio.
  6. 6. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o controle de fluxo Inorgânico é carbonato de cálcio na ausência de cinza volante.
  7. 7= Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a mistura tem uma ausência de hidróxido de metal alcalino e tem uma ausência de sal de metal alcalino diferente de carbonato de
    Petição 870190048047, de 22/05/2019, pág. 109/242
    4/4 lítio.
  8. 8= Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a mistura tem uma ausência de citrato de metal alcalino.
  9. 9. Composição, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a mistura tem uma ausência de vidro.
  10. 10. Método caracterizado pelo fato de que compreende: produzir uma mistura misturando-se a composição, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 9, que compreende:
    o pó reativo à base de cimento hidráulico que compreende:
    o cimento de aluminato, o cimento Portland, o sulfato de cálcio;
    o agente de controle de fluxo inorgânico;
    o agente estabilizante de movimento dimensional à base de metal;
    a carga; e a água;
    reagir a mistura; e permitir que a mistura se consolide.
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