BR112020025474A2 - Composição de aglutinante de concreto técnico compreendendo componente mecano-quimicamente modificado e método de produção do mesmo - Google Patents

Composição de aglutinante de concreto técnico compreendendo componente mecano-quimicamente modificado e método de produção do mesmo Download PDF

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Abstract

a presente invenção refere-se a uma composição de aglutinante de concreto técnico altamente densa e compacta e a um método de produção da mesma. em particular, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende pelo menos um componente modificado mecano-quimicamente.

Description

1 / 20 “COMPOSIÇÃO DE AGLUTINANTE DE CONCRETO TÉCNICO COMPREENDENDO COMPONENTE MECANO-QUIMICAMENTE MODIFICADO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DO MESMO” CAMPO DE INVENÇÃO:
[001] A presente invenção refere-se a uma composição de aglutinante de concreto técnico altamente densa e compacta e a um método de produção da mesma. Em particular, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende pelo menos um componente modificado mecano-quimicamente. ANTECEDENTES DA INVENÇÃO:
[002] O concreto está entre os materiais de construção mais comumente e abundantemente usados em todo o mundo. É principalmente um compósito que compreende agregado grosso e fino com cimento. Água é então adicionada para obter uma pasta fluida e essa pasta fluida de concreto é usada para diferentes finalidades de construção. Os usos de concreto incluem, mas não estão limitados a, construção de estradas e calçadas, construção de prédios, arranha-céus, barragens, estacionamentos de vários andares e muitos outros.
[003] O uso de concreto, no entanto, é um processo prejudicial ao meio ambiente, pois a produção de cimento é um dos principais contribuintes para as emissões de gases de efeito estufa. Portanto, vários outros componentes são agora usados em substituição ao cimento, e esforços estão sendo feitos para obter misturas de concreto mais ecologicamente corretas, sem comprometer as propriedades do concreto.
[004] Entre os compostos usados como substitutos do cimento estão os materiais pozolânicos. Pozolanas incluem uma ampla classe de compostos de natureza siliciosa ou aluminosa. Alguns exemplos de materiais pozolânicos incluem cinzas volantes, vapores de sílica, escória de alto-forno granulada e metacaulim, entre outros. Embora esses materiais não contribuam com nenhuma propriedade para o concreto em si, quando os materiais pozolânicos são muito finamente triturados, eles são capazes de reagir com os componentes
2 / 20 do concreto (hidróxido de cálcio e água) e aumentar as propriedades cimentícias.
[005] As propriedades do concreto mais desejadas incluem durabilidade, que é a capacidade do concreto de resistir à deterioração causada com o tempo, praticabilidade, que é a facilidade de manipulação, fixação e acabamento, e resistência, que é a capacidade de suportar alta pressão e muito peso. A resistência do concreto é uma propriedade muito importante na determinação de seu uso. Por exemplo, os requisitos de resistência à compressão do concreto podem variar de 2500 psi (17 MPa) para concreto residencial a 4000 psi (28 MPa) ou mais em estruturas comerciais. Resistências mais altas, de 10.000 psi (70 MPa) ou maiores, são especificadas para certas aplicações.
[006] A propriedade de resistência do concreto se desenvolve à medida que o concreto endurece alguns dias após ter sido fixado. Durante a fase em que a resistência do concreto se desenvolve, ele não está disponível para uso livre, pois não é capaz de suportar os requisitos de pressão total exigidos sobre ele. Isso representa um problema, visto que os trabalhos de construção são retardados e o uso da construção é atrasado.
[007] A Patente US N 4.350.533 fornece um pó de cimento hidratável que durante os estágios iniciais de hidratação produz uma quantidade de etringita de cerca de 40% até cerca de 60% do peso da pasta de cimento/água, o referido pó compreendendo, em peso, de cerca de 18% a cerca de 65% de cimento de alto teor de alumina, de cerca de 16% a cerca de 35% de sulfato de cálcio, de 0% a cerca de 65% de cimento portland, e de 0% a cerca de 8,5% de cal estranha, o referido cimento Portland e a referida cal estranha sendo fontes alternativas ou complementares de cerca de 3,5% a cerca de 8,5% de óxido de cálcio durante a hidratação do pó de cimento.
[008] A Patente U.S. No. 5.352.288 fornece uma composição de concreto que compreende um material de óxido de cálcio, um material
3 / 20 pozolânico e um catalisador de metal alcalino para obter uma mistura de cimento de alta resistência à compressão e baixo custo.
[009] A Patente U.S. N 4.957.556 fornece métodos para formar cimento de fixação muito precoce e resistência ultra elevada. Os métodos compreendem a formação de uma mistura de matérias-primas contendo SiO2, Al2O3, CaO, Fe2O3 e SO3. Essa mistura é aquecida a uma temperatura elevada entre 1.000 °C e 1.200 °C por um período de tempo suficiente para produzir um clínquer contendo altas concentrações de C4A3S.
[0010] Em um esforço para obter fixação inicial e as misturas iniciais de concreto de alta resistência, foi proposta anteriormente na Patente Indiana N 292690 uma composição de aglutinante de concreto tendo fator de clínquer reduzido total, em que a referida composição de aglutinante de concreto compreende: pelo menos um aglutinante primário em uma razão de 10-60 porcento em peso, em que o aglutinante primário é selecionado de um grupo de material primário tendo propriedade de hidratação espontânea; pelo menos um aglutinante secundário em uma razão de 40-90 porcento em peso, em que o aglutinante secundário é selecionado de um grupo de material secundário tendo propriedade de hidratação induzida; em que o referido grupo de material primário e o referido grupo de material secundário formam um arranjo de rede de partículas Macro-Micro-Nano para aumentar as características de resistência e o índice de durabilidade do material de concreto final. Todo o conteúdo da Patente Indiana N 292690 é incorporado nesse documento.
[0011] O Requerente, além disso, propôs no Pedido de Patente Indiana Nº 201731027025 uma composição de aglutinante de concreto técnico compreendendo pelo menos um material hidráulico; pelo menos um material pozolânico; e opcionalmente pelo menos um aditivo; uma quantidade do material hidráulico (W1) estando em uma faixa de 20 a 60% em peso da composição; uma quantidade do material pozolânico (W2) em uma faixa de 40 a 90% em peso da composição; e uma quantidade de pelo menos um aditivo
4 / 20 (W3) em uma faixa de 0 a 15% em peso da composição; cada um do material hidráulico e do material pozolânico compreendendo uma primeira fração, uma segunda fração e uma terceira fração com: a primeira fração tendo finura Blaine em uma faixa de 3000 a 4000 cm2/g e tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 70 a 80 mícrons; a segunda fração tendo a finura Blaine em uma faixa de 10.000 a 15.000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20 a 30 mícrons; e a terceira fração tendo a finura Blaine em uma faixa de 40.000 a 50.000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 3 a 8 mícrons. Todo o conteúdo do pedido de patente indiana Nº 201731027025 é incorporado nesse documento.
[0012] Embora esforços tenham sido feitos para obter a fixação precoce, as misturas de concreto de alta resistência inicial ficaram aquém, pois muitas vezes envolvem etapas adicionais para a fabricação e a adição de vários outros componentes. Isso torna essas composições caras e difíceis de usar, especialmente nos casos em que é necessário concreto acondicionado a seco. Portanto, há uma necessidade de obter uma fixação inicial simplificada, mistura de concreto de alta resistência inicial que seja adequada para uso e barata.
SUMÁRIO DA INVENÇÃO
[0013] Tendo em vista as necessidades e as deficiências acima mencionadas no estado da técnica, em um aspecto, a presente invenção fornece uma composição e um processo de preparação de um material de construção compacto e altamente denso que tem propriedades de resistência inicial elevadas.
[0014] De acordo com um aspecto da presente invenção, é fornecida uma composição de aglutinante de concreto técnico, compreendendo: um primeiro conjunto de material cimentício compreendendo material hidráulico opcionalmente em conjunto com material pozolânico; e um segundo conjunto de material cimentício compreendendo material pozolânico e material ativador de pozolana, o segundo conjunto de material cimentício tendo um diâmetro
5 / 20 médio de partícula modal (D2) não maior do que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
[0015] Além disso, de acordo com um aspecto da presente invenção, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende o primeiro conjunto de material cimentício tendo a finura Blaine em uma faixa de 3000 a 4000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 70 a 80 mícrons, e o segundo conjunto de material cimentício tem finura Blaine em uma faixa de 10.000 a 15.000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20 a 30 mícrons.
[0016] De acordo com um aspecto da presente invenção, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende o segundo conjunto de material cimentício que compreende 70 a 97% em peso de material pozolânico e 3 a 30% em peso de material ativador de pozolana.
[0017] Adicionalmente, também é fornecido em um aspecto da presente invenção um processo para preparar uma composição de aglutinante de concreto técnico, o referido processo compreendendo: misturar uma primeira quantidade de um primeiro conjunto de material cimentício com uma segunda quantidade de um segundo conjunto de material cimentício para obter a composição de aglutinante de concreto técnico, em que o primeiro conjunto de material cimentício compreende material hidráulico opcionalmente em conjunto com material pozolânico; e o segundo conjunto de material cimentício compreende material pozolânico e material ativador de pozolana, o segundo conjunto de material cimentício tendo um diâmetro médio de partícula modal (D2) não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
[0018] A presente composição de aglutinante de concreto técnico e o processo de preparação da mesma satisfazem todas as propriedades mecânicas, propriedades químicas, propriedade de tempo de fixação, propriedade de resistência inicial, bem como o custo de produção conforme exigido nos vários
6 / 20 padrões da indústria de concreto. A presente invenção, portanto, fornece resistência melhorada e propriedades de fixação ao mesmo tempo em que fornece utilização máxima de materiais pozolânicos em vez do cimento Portland comum na indústria de concreto.
[0019] Isso, juntamente com os outros aspectos da presente invenção, juntamente com as várias características de novidade que caracterizaram a presente divulgação, é apontado com particularidade nas reivindicações anexas a esse documento e faz parte da presente invenção. Para uma melhor compreensão da presente divulgação, suas vantagens operacionais e o objetivo especificado alcançado por seus usos, deve ser feita referência ao material descritivo anexo, no qual há uma forma de realização exemplificativa ilustrada da presente invenção.
DESCRIÇÃO DETALHADA
[0020] A forma de realização exemplificativa descrita nesse documento em detalhes para finalidades ilustrativas é sujeita a muitas variações. Deve ser enfatizado, no entanto, que a presente invenção não está limitada ao método de produção de material(is) de construção compacto(s) e altamente denso(s). Entende-se que várias omissões e substituições de equivalentes são contempladas conforme as circunstâncias podem sugerir ou se tornarem vantajosas, mas essas se destinam a cobrir a aplicação ou implementação sem se afastar do espírito ou escopo da presente invenção.
[0021] A menos que especificado de outra forma, os termos, que são usados na relatório descritivo e nas reivindicações, têm os significados comumente usados no campo de infraestrutura de construção e indústria de cimento/concreto. Especificamente, os termos a seguir têm os significados indicados abaixo.
[0022] Os termos “um” e “uma” nesse documento não denotam uma limitação de quantidade, mas sim denotam a presença de pelo menos um dos itens referenciados.
7 / 20
[0023] Os termos “tendo", “compreendendo", “incluindo” e variações dos mesmos significam a presença de uma forma de realização.
[0024] O termo “partícula modificada mecanicamente” é entendido nesse documento como uma partícula de um material modificado mecanicamente em um tamanho de partícula pré-estabelecido pela aplicação de uma força e uma energia desejadas.
[0025] O termo “processo de peneiração” significa aqui um processo de peneiração física da matéria-prima de construção selecionada. Especificamente, na presente invenção, tal “processo de peneiração” é adaptado para produzir a menor fração de agregado fino.
[0026] O termo “enchimento de vazios de rede” é entendido como significando nesse documento uma partícula que age como enchimentos que podem encher os vazios de uma rede na mistura de material de construção.
[0027] O termo “resistência” ou “resistência à compressão” do concreto é a medida de desempenho mais comum usada pelo engenheiro no projeto de edifícios e outras estruturas. A resistência à compressão é medida quebrando corpos de prova cilíndricos de concreto em uma máquina de teste de compressão. A resistência à compressão é calculada a partir da carga de falha dividida pela área da seção transversal que resiste à carga e relatada em unidades de libra-força por polegada quadrada (psi) em unidades usuais dos EUA ou megapascais (MPa) em unidades SI.
[0028] Deve ser notado que o termo material pozolânico, como referido abaixo, significa material tendo capacidade de ligação na presença de água, como entendido na técnica.
[0029] O diâmetro médio de partícula modal, como fornecido nesse documento, é entendido como o pico da curva de distribuição de frequência de partícula, obtida a partir da análise de PSD. Em palavras simples, a moda é o pico mais alto visto na curva de distribuição de frequência de partículas. A moda representa o tamanho de partícula (ou faixa de tamanho) mais comumente
8 / 20 encontrado na curva de distribuição de frequência de partícula.
[0030] O diâmetro médio de partícula modal do agregado mais fino é denominado nesse documento como diâmetro médio de partícula modal das menores partículas finas presentes no material de construção bruto. O diâmetro médio de partícula modal do agregado mais fino fornece uma ideia clara de que os enchimentos de vazios de rede são a menor partícula do material de construção bruto.
[0031] Além disso, a análise de distribuição de tamanho de partícula (PSD) é denominada nesse documento como a expressão matemática para descobrir sobre a razão/proporção de várias faixas de tamanho de partícula que estão presentes em determinado material de construção bruto. Geralmente, volume, área, comprimento e quantidade são usados como dimensões padrão para determinar a quantidade de partículas presentes no material de construção bruto. No entanto, o volume da amostra do material de construção bruto é considerado como a dimensão e/ou maneira mais fácil de descobrir a razão de várias faixas de tamanho de partículas presentes na amostra de construção bruta considerada.
[0032] O material pozolânico é adicionado como parte das misturas de concreto em substituição à fração de cimento. Esses materiais não têm propriedades de ligação como o cimento, no entanto, quando são triturados em níveis muito finos, as pozolanas começam a reagir com o hidróxido de cálcio e a água no concreto. No entanto, essa reação é um processo muito lento e só pode ser vista ocorrendo em estágios posteriores da fixação do concreto. Isso significa que uma grande proporção do material pozolânico permanece em um estado inativo durante as fases iniciais de fixação do cimento, devido às suas partículas de tamanho relativamente maiores e menor potencial de utilização da fase de Ca(OH)2 disponível liberada pela hidratação primária de material hidráulico. Portanto, a proporção de cimento usada nas misturas de concreto também aumenta, pois as propriedades dos materiais da pozolana permanecem
9 / 20 sem uso.
[0033] A presente invenção fornece uma solução para esse problema ao adotar uma modificação mecano-química do concreto para melhor utilizar as propriedades do componente pozolana das misturas de concreto. A composição e o processo divulgados na presente invenção auxiliam na intensificação das propriedades de resistência inicial de misturas de aglutinante de concreto usando uma menor quantidade de cimento, tendo, assim, as vantagens de ser econômica, ecologicamente correta e ter propriedades superiores em comparação com concreto sem modificação mecano-química.
[0034] A presente invenção apresenta uma composição específica compreendendo um componente de material hidráulico, um componente de pozolana e um ativador de pozolana, de modo que o componente de pozolana seja obtido com um tamanho de partícula específico por meio de um processo de peneiração.
[0035] Em uma forma de realização da presente invenção, é fornecida uma composição de aglutinante de concreto técnico, compreendendo: um primeiro conjunto de material cimentício constituído de material hidráulico opcionalmente em conjunto com material pozolânico; e um segundo conjunto de material cimentício compreendendo material pozolânico e material ativador de pozolana, o segundo conjunto de material cimentício tendo um diâmetro médio de partícula modal (D2) não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
[0036] Além disso, em outra forma de realização da presente invenção, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende o primeiro conjunto de material cimentício tendo a finura Blaine em uma faixa de 3000 a 4000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 70 a 80 mícrons.
[0037] Em uma implementação, a composição de aglutinante de
10 / 20 concreto técnico compreende o primeiro conjunto de material cimentício tendo finura Blaine em uma faixa de pelo menos um de: 3000-3500 cm2/g, 3500-4000 cm2/g, 3000-3200 cm2/g, 3200-3400 cm2/g, 3200-3800 cm2/g ou 3800-4000 cm2/g. Além disso, o primeiro conjunto de material cimentício do aglutinante de concreto técnico compreende um tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de pelo menos um de: 70-80 mícrons, 75-80 mícrons, 70-75 mícrons ou 72-80 mícrons.
[0038] Em uma implementação adicional da presente invenção, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende um segundo conjunto de material cimentício tendo a finura Blaine em uma faixa de 10.000 a 15.000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20 a 30 mícrons . O segundo conjunto de material cimentício pode compreender adicionalmente a finura Blaine em uma faixa de 10000-12000 cm2/g, 12000-15000 cm2/g, ou 13000-15000 cm2/g e um tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20-25 mícrons, 25-20 mícrons, 22- 28 mícrons ou 24-29 mícrons.
[0039] Em uma implementação da presente matéria, a composição de aglutinante de concreto técnico conforme descrita nesse documento compreende o segundo conjunto de material cimentício compreendendo 70 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 30% em peso de material ativador de pozolana. Em uma implementação adicional, o segundo conjunto de material cimentício pode compreender pelo menos um de: 75 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 25% em peso de ativador de pozolana; 80 a 97% em peso de material pozolânico e 3 a 20% em peso de material ativador de pozolana; 90 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 10% em peso do material ativador de pozolana.
[0040] O segundo conjunto de material cimentício pode ter um diâmetro médio de partícula modal (D2) na faixa de 1/3 a 1/5 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
11 / 20 Além disso, em uma implementação, o diâmetro médio de partícula modal do material do ativador de pozolana é menor que o diâmetro médio de partícula modal do material pozolânico.
[0041] Adicionalmente, o material pozolânico pode estar presente em uma quantidade na faixa de 24 a 80% em peso da composição de aglutinante de concreto técnico. Em outra implementação, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende o material pozolânico em uma quantidade na faixa de 24-70% em peso, 24-50% em peso, 24-30% em peso ou 50-30% em peso da composição.
[0042] Em uma forma de realização da presente invenção, o material pozolânico é selecionado de um grupo que compreende cinzas volantes, escória de alto-forno, material de cinza vulcânica, um material de quartzo, cinza de tanque, cinza volante quimicamente modificada, escória de alto-forno quimicamente modificada, quartzo quimicamente modificado, e combinações dos mesmos. Além disso, o material pozolânico é de preferência cinza volante.
[0043] Em uma forma de realização da presente invenção, o material ativador de pozolana é selecionado de um grupo que compreende sulfato de sódio, areia de escória, cal e uma combinação dos mesmos. O material ativador de pozolana é fornecido como um revestimento em uma superfície externa do material pozolânico em uma implementação da presente matéria.
[0044] Além disso, a composição de aglutinante de concreto, como divulgada nesse documento, também compreende o material hidráulico que está presente em uma quantidade na faixa de 20 a 60% em peso da composição. Em outra implementação, a composição de aglutinante de concreto compreende o material hidráulico em uma quantidade na faixa de 20-30% em peso, 20-40% em peso, 20-50% em peso ou 30-60% em peso da composição de aglutinante.
[0045] Adicionalmente em uma implementação da presente matéria, a composição de aglutinante de concreto técnico compreende material hidráulico selecionado do grupo que compreende cimento Portland, cimento Portland
12 / 20 modificado ou cimento de alvenaria, escória de alto-forno granulada triturada, cal hidratada hidráulica, cimento branco, cimento de aluminato de cálcio, cimento de silicato, cimento de fosfato, cimento de alto teor de alumina, cimento de oxicloreto de magnésio, cimentos de poços de petróleo e combinações dos mesmos.
[0046] Além disso, a composição como descrita nesse documento compreende pelo menos um aditivo selecionado de um grupo constituido de aditivos à base de microssílica, nanossílica, metacaulim, nanotubo de carbono (CNT) e combinações dos mesmos.
[0047] Portanto, a composição de aglutinante de concreto técnico, em que um material pozolânico compreendendo um conjunto secundário de materiais cimentícios, é obtida por ativação mecano-química, onde um aglutinante é submetido à trituração por um período designado em um moinho de bolas, em combinação com produtos químicos introduzidos no processo, durante a trituração. Esse é um tipo de mecanismo de intertrituração da pozolana em conjunto com os produtos químicos. A adição de ativadores de pozolana (tal como sulfato de sódio - Na2SO4, ou cal ou escória), ativa o material de pozolana, tal como cinza volante, para desencadear sua reação pozolânica, tal como com hidróxido de cálcio, e o produto químico não concebido para reagir por si só com a cinza volante/pozolana).
[0048] Também é fornecido um processo para preparar uma composição de aglutinante de concreto técnico que compreende misturar uma primeira quantidade de um primeiro conjunto de material cimentício com uma segunda quantidade de um segundo conjunto de material cimentício para obter a composição de aglutinante de concreto técnico, em que, o primeiro conjunto de material cimentício compreende material hidráulico opcionalmente em conjunto com material pozolânico; e o segundo conjunto de material cimentício compreende material pozolânico e material ativador de pozolana, o segundo conjunto de material cimentício tendo um diâmetro médio de partícula modal
13 / 20 (D2) não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
[0049] Além disso, o método inclui as etapas de obtenção do segundo conjunto de material cimentício tendo o diâmetro médio de partícula modal (D2). Por conseguinte, um diâmetro médio de partícula modal do segundo conjunto de material cimentício é determinado através de uma interpretação de análise de curva PSD. O segundo conjunto de material cimentício é então submetido a um processo de modificação mecânica de maneira controlada até que seu diâmetro médio de partícula modal (D2) esteja na faixa de 1/3 a 1/5 do diâmetro médio de partícula modal (D1) do primeiro conjunto de material cimentício.
[0050] Em tais processos de modificação mecânica, o tamanho de partícula pode ser modificado em um tamanho de partícula pré-estabelecido aplicando uma força e uma energia desejadas. Mais especificamente, modificar o tamanho de partícula para um nível de tamanho desejado por meio de qualquer processo envolvendo a aplicação de máquinas, tais como, mas não se limitando a, trituração, esmagamento, moagem, moagem a jato de vapor com vapor superaquecido, decomposição de partículas por força elétrica, decomposição de partículas por força magnética devem ser considerados como exemplos de aplicação de máquinas para modificar o tamanho de partícula do material para o nível de tamanho desejado.
[0051] Em uma implementação de exemplo, o primeiro conjunto de material cimentício compreende a finura Blaine em uma faixa de 3000 a 4000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 70 a 80 mícrons. Além disso, o primeiro conjunto de material cimentício compreende a finura Blaine em uma faixa de pelo menos um de: 3000-3500 cm2/g, 3500- 4000 cm2/g, 3000-3200 cm2/g, 3200-3400 cm2/g, 3200-3800 cm2/g ou 3800- 4000 cm2/g. Além disso, o primeiro conjunto de material cimentício do aglutinante de concreto técnico compreende um tamanho médio de partícula
14 / 20 modal (MAPS) em uma faixa de pelo menos um de 70-80 mícrons, 75-80 mícrons, 70-75 mícrons ou 72-80 mícrons.
[0052] No método descrito nesse documento, o segundo conjunto de material cimentício compreende a finura Blaine em uma faixa de 10.000 a
15.000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20 a 30 mícrons. Adicionalmente, em uma forma de realização da presente matéria, o segundo conjunto de material cimentício pode compreender adicionalmente a finura Blaine em uma faixa de 10000-12000 cm2/g, 12000- 15000 cm2/g, ou 13000-15000 cm2/g e um tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20-25 mícrons, 25-20 mícrons, 22-28 mícrons ou 24- 29 mícrons.
[0053] Em uma implementação da presente matéria, a composição de aglutinante de concreto técnico como descrito nesse documento compreende o segundo conjunto de material cimentício compreendendo 70 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 30% em peso de material ativador de pozolana. Em uma implementação adicional, o segundo conjunto de material cimentício pode compreender pelo menos um de: 75 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 25% em peso de ativador de pozolana; 80 a 97% em peso de material pozolânico e 3 a 20% em peso de material ativador de pozolana; 90 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 10% em peso de material ativador de pozzolana.
[0054] Em uma forma de realização exemplificativa, o material pozolânico é selecionado de um grupo que compreende cinzas volantes, escória de alto-forno, material de cinza vulcânica, um material de quartzo, cinza de tanque, cinza volante quimicamente modificada, escória de alto-forno quimicamente modificada, quartzo quimicamente modificado e combinações dos mesmos. Além disso, o material pozolânico é de preferência cinza volante.
[0055] Além disso, o material ativador de pozolana é selecionado de um grupo que compreende sulfato de sódio, areia de escória, cal e uma
15 / 20 combinação dos mesmos. O material ativador de pozolana é fornecido como um revestimento em uma superfície externa do material pozolânico em uma implementação da presente matéria.
[0056] Em uma implementação, o processo de preparação de uma composição de aglutinante de concreto técnico compreende que o material hidráulico está presente em uma quantidade na faixa de 20 a 60% em peso da composição. Em outra implementação, a composição de aglutinante de concreto compreende o material hidráulico em uma quantidade na faixa de 20- 30% em peso, 20-40% em peso, 20-50% em peso ou 30-60% em peso da composição de aglutinante.
[0057] Além disso, em uma forma de realização da presente invenção, o material hidráulico selecionado do grupo que compreende cimento Portland, cimento Portland modificado ou cimento de alvenaria, escória de alto-forno granulada moída, cal hidratada hidráulica, cimento branco, cimento de aluminato de cálcio, cimento de silicato, cimento de fosfato, cimento de alto teor de alumina, cimento de oxicloreto de magnésio, cimentos de poços de petróleo e combinações dos mesmos.
[0058] O método, como divulgado nesse documento, também compreende a etapa de adicionar pelo menos um aditivo selecionado de um grupo que compreende microssílica, nanossílica, metacaulim, aditivos à base de nanotubo de carbono (CNT) e combinações dos mesmos para obter a composição de aglutinante de concreto técnico.
[0059] O presente processo para preparar a composição de aglutinante de concreto técnico compreende um método de modificação mecano-química em que as propriedades de resistência iniciais da composição de concreto são significativamente intensificadas e, subsequentemente, a durabilidade e a longevidade da composição são significativamente melhoradas. Para iniciar as propriedades de resistência iniciais da presente composição, o processo divulgado nesse documento compreende adicionalmente as etapas de misturar
16 / 20 material pozolânico e material de ativador de pozolana para obter uma mistura; e triturar a mistura assim obtida para obter o segundo conjunto de material cimentício tendo o diâmetro médio de partícula modal (D2) não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
[0060] O segundo material cimentício também pode ser obtido pela mistura de material pozolânico com material ativador de pozolana, o material pozolânico e o material ativador de pozolana tendo diâmetro médio de partícula modal não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de cimento material (D1). Adicionalmente, o segundo conjunto de material cimentício pode ser obtido fornecendo um revestimento de material ativador de pozolana em uma superfície externa do material pozolânico.
[0061] Embora a matéria tenha sido descrita em detalhes consideráveis com referência a certas formas de realização preferidas do mesmo, outras formas de realização são possíveis. A divulgação agora será ilustrada com exemplos operacionais, que se destinam a ilustrar a operação da divulgação e não se destinam a implicar de forma restritiva em quaisquer limitações no escopo da presente divulgação. A menos que definido de outra forma, todos os termos técnicos e científicos usados nesse documento têm o mesmo significado conforme comumente entendido por alguém habilitado na técnica à qual essa divulgação pertence. Embora métodos e materiais similares ou equivalentes aos descritos nesse documento possam ser usados na prática dos métodos e composições divulgados, os métodos, dispositivos e materiais exemplificativos são descritos nesse documento. Deve ser entendido que esta divulgação não está limitada a métodos particulares e condições experimentais descritas, uma vez que tais métodos e condições podem variar.
[0062] Em uma implementação exemplificativa, a modificação mecano-química da composição de aglutinante de concreto técnico é
17 / 20 realizada usando o material hidráulico PCE/PCP, cal, areia de escória e as cinzas volantes de material de pozolana e o sulfato de sódio ativador de pozolana. Os materiais são triturados a 40 RPM por 2 horas. O tamanho de partícula para cada uma das frações é determinado de modo que o material hidráulico que compreende o PCE/PCP tenha a finura Blaine em uma faixa de 3000 a 4000 cm 2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 70 a 80 mícrons. A fração que compreende o material de pozolana e o ativador tem a finura Blaine em uma faixa de 10.000 a 15.000 cm2/g e o tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20 a 30 mícrons. A composição foi então moldada em cubos e depois testada quanto à resistência e durabilidade por um período de 1, 3, 7, 14, 28 e 56 dias.
[0063] Em uma implementação exemplificativa, a proporção de material hidráulico, material de pozolana e ativador de pozolana é variada em cada cubo de amostra moldado com a composição de aglutinante de concreto técnico. Por exemplo, um cubo pode conter 50% de material hidráulico e 50% de material de pozolana sem ativador de pozolana, enquanto outro cubo pode conter 50% de material hidráulico e 50% de derivados de pozolana de modo que os derivados de pozolana compreendam 96% de material de pozolana e 3% de ativador de pozolana. Isso é ilustrado na Tabela 1 e Tabela 2, em que a composição da composição de aglutinante de concreto técnico é variada, por exemplo, as composições de controle contêm principalmente a cinza volante de pozolana e OPC, mas não contêm material ativador de pozolana sulfato de sódio. As composições CA1-CA4 podem conter cinzas volantes, sulfato de sódio em proporções variáveis juntamente com outros componentes e também conter proporções variáveis de OPC, como ilustrado na Tabela 1. Todas as composições são então testadas quanto à penetração e consistência, e a resistência testada periodicamente conforme mostrado na Tabela 2. Tabela 1
18 / 20 Mistura % de % de Areia % de Sulfato % de % de Cinzas de Escória de Sódio Cal PCE/PCP Volantes Controle 1 50 Controle 2 60 Controle 3 70 CA1 96,17 0 3,66 0 0,5 CA2 8 12 CA3 50 50 CA4 49 49 2 Tabela 2 Resistência (Mpa) Mistura % de % de Consistência Penetração Dia Dia 3 Dia 7 Dia Dia Dia N CA OPC (mm) 1 14 28 56 Controle 1 50 50 32 6,5 6,38 12,78 17,69 22,68 29,81 35,93 Controle 2 60 40 33,5 6,5 4,44 9,80 12,53 17,45 23,90 28,98 Controle 3 70 30 34 6 3 6,15 8,21 12,03 16,53 22,55 CA1-50 50 50 30,5 6 9,44 17,19 25,16 34,02 38,97 42,77 CA1-60 60 40 31 7 7,38 13,62 26,09 30,79 33,73 36,51 CA1-70 70 30 30 6,5 5,40 12,60 19,91 25,24 27,88 28,60 CA2-50 50 50 33 7 6,64 14,66 22,38 31,09 39,32 39,92 CA2-60 60 40 34 7 5,02 10,95 15,49 21,57 28,9 36,43 CA2-70 70 30 35,5 7 2,91 6,05 12,98 16,49 21,53 29,47 CA3-50 50 50 32 6,5 7,36 17,62 24,50 34,30 37,30 44,5 CA3-60 60 40 32,5 7 5,59 13,83 20,37 27,72 32,43 40,70 CA3-70 70 30 33,5 6 3,77 10,73 17,29 22,74 30,12 34,16 CA4-50 50 50 32 6,5 7,19 17,13 22,65 27,45 36,35 39,35 CA4-60 60 40 32,5 6,5 5,82 14,78 21,60 27,76 32,57 34,23 CA4-70 70 30 33 6 3,81 12,60 19,08 22,34 26,49 28,62
[0064] Como visto na Tabela 2, a consistência das misturas não varia apesar da adição de materiais ativadores de pozolana, que é o indicador chave de desempenho de que a consistência não desempenha um papel na(o) diminuição/aumento da resistência nesse caso. Curiosamente, há uma diferença significativa nas propriedades iniciais de resistência das amostras de teste (CA) em relação aos controles. As propriedades de resistência das amostras de teste no dia 1, e particularmente no dia 3 e no dia 7, são muito maiores do que as amostras de controle (Tabela 2, colunas 6, 7, 8). Por exemplo, comparando o Controle 1 com CA-150, ambos os quais compreendem 50% de OPC e 50% de
19 / 20 CA, CA1-50 mostra 25,16 MPa de resistência à compressão no Dia 7, enquanto o Controle 1 mostra apenas 17,69 MPa de resistência. Isso representa um aumento de 42,2% nas propriedades de resistência inicial em CA1-50 em comparação com a amostra 1 de controle.
[0065] Conforme demonstrado pelos exemplos acima, a presente composição de aglutinante de concreto e o processo de preparação do acima foram obtidos após extensa experimentação. A composição aglutinante acima, possuindo tamanhos de partícula específicos dos vários componentes e os constituintes químicos específicos de pozolana e ativadores de pozolana, foram obtidos não sem experimentação e observações indevidas. Essa série contínua de diferentes tamanhos de partícula tendo um diâmetro médio de partícula modal definido é obtida por meio de vários processos mecânicos de modificação de tamanho de partícula. Essa otimização de diferentes tamanhos de partícula tendo uma série contínua de diferentes diâmetros modais médios de partícula fornece enchimentos compactos de vazio de rede da estrutura de rede de partícula variando de nível Micro a Nano. Essa mistura fornece uma química de partícula perfeita para encher os vazios máximos da estrutura da rede de partículas e também melhora a química relacionada às configurações iniciais e posteriores do material de concreto.
[0066] Além disso, a modificação química da composição do concreto intensifica as propriedades contribuídas pelo tamanho de partícula fina, em que o ativador, tal como sulfato de sódio, inicia a reação do material de pozolana, tal como cinza volante, com a fase de Ca(OH)2 liberada devido ao processo de hidratação primária, para intensificar a resistência inicial da composição do concreto em até 1 dia após a fixação.
[0067] Portanto, além da modificação mecânica da composição do concreto como descrito nesse documento, a modificação química usando ativadores de pozolana específicos garante que as reações entre a pozolana e a fase de Ca(OH)2 ocorram precocemente e a fixação precoce da composição do
20 / 20 concreto seja iniciada. Isso não é possível apenas com a modificação mecânica, como demonstrado pelas amostras de controle, que não exibem propriedades de fixação inicial.
[0068] Embora a invenção tenha sido descrita em relação ao método específico que inclui modos presentemente preferidos de realizar a invenção, aqueles habilitados na técnica apreciarão que existem inúmeras variações e permutações da forma de realização acima descrita que se encontram dentro do espírito e do escopo da invenção. Deve ser entendido que a invenção não está limitada em sua aplicação aos detalhes de construção e arranjos dos componentes estabelecidos nesse documento. Variações e modificações dos anteriores estão dentro do escopo da presente invenção. Consequentemente, muitas variações dessas formas de realização são consideradas dentro do escopo da presente invenção.
[0069] As descrições anteriores da forma de realização específica da presente invenção foram apresentadas para finalidades de descrição. Não pretendem ser exaustivos ou limitar a presente invenção às formas precisas divulgadas e, obviamente, muitas modificações e variações são possíveis à luz dos ensinamentos acima. As formas de realização foram escolhidas e descritas a fim de melhor explicar os princípios da presente invenção e sua aplicação prática e, assim, permitir que outros habilitados na técnica utilizem da melhor forma a presente invenção e várias formas de realização com várias modificações conforme sejam adequadas para o uso particular contemplado. Entende-se que várias omissões e substituições de equivalentes são contempladas conforme as circunstâncias podem sugerir ou tornar expediente, mas tais omissões e substituições se destinam a cobrir a aplicação ou implementação sem se afastar do espírito ou escopo da presente invenção.

Claims (28)

REIVINDICAÇÕES
1. Composição de aglutinante de concreto técnico, caracterizada pelo fato de compreender: um primeiro conjunto de material cimentício que compreende material hidráulico opcionalmente em conjunto com material pozolânico; e um segundo conjunto de material cimentício que compreende material pozolânico e material ativador de pozolana, o segundo conjunto de material cimentício tendo um diâmetro médio de partícula modal (D2) não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1)
2. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o primeiro conjunto de material cimentício tem finura Blaine em uma faixa de 3000 a 4000 cm2/g e tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 70 a 80 mícrons.
3. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício tem finura Blaine em uma faixa de 10.000 a 15.000 cm 2/g e tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20 a 30 mícrons.
4. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício compreende 70 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 30% em peso de material ativador de pozolana.
5. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material ativador de pozolana é selecionado de um grupo que compreende sulfato de sódio, areia de escória, cal e uma combinação dos mesmos.
6. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material hidráulico está presente em uma quantidade na faixa de 20 a 60% em peso da composição de aglutinante de concreto técnico.
7. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material pozolânico está presente em uma quantidade na faixa de 24 a 80% em peso da composição de aglutinante de concreto técnico.
8. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material pozolânico é selecionado de um grupo que compreende cinzas volantes, escória de alto- forno, material de cinza vulcânica, um material de quartzo, cinza de tanque, cinza volante quimicamente modificada, escória de alto-forno quimicamente modificada, quartzo quimicamente modificado e combinações dos mesmos.
9. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material hidráulico é selecionado de um grupo que compreende cimento Portland, cimento Portland modificado ou cimento de alvenaria, escória de alto-forno granulada moída, cal hidratada hidráulica, cimento branco, cimento de aluminato de cálcio, cimento de silicato, cimento de fosfato, cimento de alto teor de alumina, cimento de oxicloreto de magnésio, cimentos de poços de petróleo e combinações dos mesmos.
10. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que compreende adicionalmente pelo menos um aditivo selecionado de um grupo que compreende microssílica, nanossílica, metacaulim, aditivos à base de nanotubos de carbono (CNT) e combinações dos mesmos.
11. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício tem um diâmetro médio de partícula modal (D2) na faixa de 1/3 a 1/5 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
12. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o material ativador de pozolana é fornecido como um revestimento de uma superfície externa do material pozolânico.
13. Composição de aglutinante de concreto técnico, de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que um diâmetro médio de partícula modal do material ativador de pozolana é menor do que o diâmetro médio de partícula modal do material pozolânico.
14. Processo para a preparação de uma composição de aglutinante de concreto técnico, o referido processo caracterizado pelo fato de que compreende: misturar uma primeira quantidade de um primeiro conjunto de material cimentício com uma segunda quantidade de um segundo conjunto de material cimentício para obter a composição de aglutinante de concreto técnico, em que: o primeiro conjunto de material cimentício compreende material hidráulico opcionalmente em conjunto com material pozolânico; e o segundo conjunto de material cimentício compreende um material pozolânico e um material ativador de pozolana, o segundo conjunto de material cimentício tendo um diâmetro médio de partícula modal (D2) não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
15. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o primeiro conjunto de material cimentício tem finura Blaine em uma faixa de 3000 a 4000 cm2/g e tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 70 a 80 mícrons.
16. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício tem finura Blaine em uma faixa de 10.000 a 15.000 cm2/g e tamanho médio de partícula modal (MAPS) em uma faixa de 20 a 30 mícrons.
17. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício compreende 40 a 97% em peso do material pozolânico e 3 a 60% em peso de material ativador de pozolana.
18. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material ativador de pozolana é selecionado de um grupo que compreende sulfato de sódio, areia de escória, cal e uma combinação dos mesmos.
19. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material hidráulico está presente em uma quantidade na faixa de 20 a 60% em peso da composição de aglutinante de concreto técnico.
20. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material pozolânico está presente em uma quantidade na faixa de 24 a 80% em peso da composição de aglutinante de concreto técnico.
21. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material pozolânico é selecionado de um grupo que compreende cinzas volantes, escória de alto-forno, material de cinza vulcânica, um material de quartzo, cinza de tanque, cinza volante quimicamente modificada, escória de alto-forno quimicamente modificada, quartzo quimicamente modificado e combinações dos mesmos.
22. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o material hidráulico é selecionado de um grupo que compreende cimento Portland, cimento Portland modificado ou cimento de alvenaria, escória de alto-forno granulada triturada, cal hidratada hidráulica, cimento branco, cimento de aluminato de cálcio, cimento de silicato, cimento de fosfato, cimento de alto teor de alumina, cimento de oxicloreto de magnésio, cimentos de poços de petróleo e combinações dos mesmos.
23. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que compreende adicionalmente adicionar pelo menos um aditivo selecionado de um grupo que compreende microssílica, nanossílica, metacaulim, aditivos à base de nanotubo de carbono (CNT) e combinações dos mesmos para obter a composição de aglutinante de concreto técnico.
24. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício tem um diâmetro médio de partícula modal (D2) na faixa de 1/3 a 1/5 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
25. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício é obtido por: • misturar material pozolânico e material ativador de pozolana para obter uma mistura; e • triturar a mistura assim obtida para obter o segundo conjunto de material cimentício tendo o diâmetro médio de partícula modal (D2) não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
26. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício é obtido por: • misturar material pozolânico com material ativador de pozolana, o material pozolânico e o material ativador de pozolana tendo diâmetro médio de partícula modal não maior que 1/3 do diâmetro médio de partícula modal do primeiro conjunto de material cimentício (D1).
27. Método, de acordo com a reivindicação 14, caracterizado pelo fato de que o segundo conjunto de material cimentício é obtido por: • fornecer uma revestimento de material ativador de pozolana em uma superfície externa do material pozolânico.
28. Método, de acordo com a reivindicação 27, caracterizado pelo fato de que um diâmetro médio de partícula modal do material ativador de pozolana é menor do que o diâmetro médio de partícula modal do material pozolânico.
BR112020025474-6A 2018-06-15 2018-08-30 Composição de aglutinante de concreto técnico compreendendo componente mecano-quimicamente modificado e método de produção do mesmo BR112020025474B1 (pt)

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