BRPI0214493B1 - "acelerador para material de cimento aspergido, seus processos de preparação, e processo para aplicação de um material de cimento a um substrato por aspersão". - Google Patents

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Abstract

"acelerador de cimento e processo". a presente invenção refere-se a um acelerador isento de álcali para composição de cimento aspergido, tal como concreto, preparada por dissolução de sulfato de alumínio em água e hidróxido de alumínio amorfo em água, contendo opcionalmente amina e adicionando pelo menos um estabilizador que é ácido glicólico e, opcionalmente pelo menos um agente desespumante.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "ACELERADOR PARA MATERIAL DE CIMENTO ASPERGIDO, SEUS PROCESSOS DE PREPARAÇÃO, E PROCESSO PARA APLICAÇÃO DE UM MATERIAL DE CIMENTO A UM SUBSTRATO POR ASPERSÃO". A presente invenção se refere às composições de cimento e aos aceleradores para uso nas mesmas, para concreto aspergido. A aplicação de um material de cimento, tal como, concreto, a um substrato por aspersão de um bocal é uma tecnologia bem estabelecida e é amplamente usada em aplicações, tais como, revestimento de túneis. É importante que o concreto aspergido ajuste-se muito rapidamente no substrato e isto é obtido por adição ao concreto no bocal de um acelerador. Estes aceleradores são bem diferentes daqueles usados com concreto convencional e têm incluídos, tradicionalmente, materiais, tais como, hidróxidos de metal alcalino, aluminatos e silicatos. A natureza altamente alcalina destes materiais traz problemas de manuseio. Isto também significa que seu uso em espaços confinados, tais como, túneis, conduz a atmosferas de trabalho muito desagradáveis. Tentativas recentes de evitar-se tais materiais envolveram o uso de compostos de alumínio e exemplos típicos podem ser encontrados nas Patentes Européias 0.076.927, 0.775.097 e 0.742.179, Patente Australiana 706917 e Pedidos Europeus 0.812.812 e 0.946.451.
Foi verificado que é possível preparar um acelerador para concreto aspergido por um processo simples, o que o acelerador realiza especialmente bem. A invenção, portanto, provê um processo para preparação de um acelerador para material de cimento aspergido, consistindo essencial mente nas etapas de: (i) dissolução do sulfato de alumínio e hidróxido de alumínio em água, o que contém opcionalmente, pelo menos uma amina dissolvida, para fornecer uma solução límpida; e (ii) adição opcional de pelo menos um agente desespumante; as proporções dos ingredientes presentes sendo tal que, o produto final contém de 3% a 12% em peso de sulfato de alumínio (medido como AI2O3) até 30% em peso de hidróxido de alumínio amorfo, até 15% em peso de amina, até 3% em peso de agente desespumante e até 1,5 mol/kg de estabilizador, o estabilizador sendo ácido glicólico. A invenção provê, adicionalmente, um acelerador para uso com material de cimento aspergido preparado por tal processo. A invenção provê, adicionalmente, um acelerador para material de cimento consistindo essencialmente em uma solução de sulfato de alumínio, hidróxido de alumínio amorfo e ácido glicólico, opcionalmente contendo amina e agente desespumante, o acelerador contendo de 3%-12% em peso de sulfato de alumínio (medido como AI2O3), até 30% em peso de hidróxido de alumínio amorfo, até 15% em peso de amina, até 3% em peso de agente desespumante e até 1,5 mol/kg de ácido glicólico. O sulfato de alumínio usado pode ser qualquer material comercialmente disponível. Sulfatos de alumínio diferem em sua pureza e constituição, o mais comum sendo denominado "17%" porque contém 17% de AI2O3. Em termos práticos, a porcentagem em peso de sulfato de alumínio a 17%, AI2(S04)3. 14,3 H20, que seria usado no processo de acordo com a invenção, repousa na faixa de 30% a 60%, preferivelmente de 40%-54%. O hidróxido de alumínio pode ser hidróxido de alumínio amorfo comercialmente disponível. Embora tais hidróxidos de alumínio forneçam resultados satisfatórios, é geralmente verdade que quanto mais recente a data de fabricação, melhor 0 resultado. Além disto, hidróxidos de alumínio que, como resultado de sua maneira específica de fabricação, contêm uma pequena proporção de carbonato de alumínio (até 5%) são mais fáceis de dissolver e são materiais preferidos. Este comportamento não é obtido simplesmente por adição de carbonato de alumínio ao hidróxido de alumínio puro. Embora quantidades muito pequenas de hidróxido de alumínio possam ser usadas (menos que 0,1% sendo possível), um aperfeiçoamento significativo sendo observado a 5% ou mais. A faixa preferida de proporções de peso é de 4-25%, preferivelmente 6-18%.
Deve estar sempre presente um estabilizador, que pode ser adicionado ao final do processo. Este é um material que impede que a solução de hidróxido de alumínio/sulfato de alumínio precipite ou forme um gel. Sem o estabilizador, a solução funcionará bem como um acelerador, porém ela não terá estabilidade e portanto a vida útil em prateleira, necessitando de ser usada pouco após a fabricação, algo pouco prático. O estabilizador para uso nesta invenção é ácido çjlicólico (ácido hidroxiacético). Foi anteriormente proposto usar ácidos hidroxicarboxílicos como estabilizadores no Pedido Internacional PCT/EPOOO/12216, porém não houve menção específica de ácido glicólico e o ácido preferido naquele pedido era ácido cítrico. Foi proposto surpreendentemente que o ácido glicólico forneça estabilidade ressaltada, melhor do que os outros ácidos hidroxicarboxílicos. Preferivelmente, o estabilizador está presente a um grau de 0,1 - 1 mol./kg. Como uma regra geral, quanto mais ácido glicólico presente, melhor a estabilidade. Contudo, há um ponto em que a adição de ácido glicólico adicional não traz aperfeiçoamento. Assim, embora o máximo afirmado de 1,5 mol./kg possa ser excedido, isto não traz benefício. Os melhores resultados são obtidos por uso de quantidades na região de 1 mol./kg.
As propriedades dos aceleradores providos por esta invenção podem ser melhoradas por uso de um ou ambos componentes opcionais, porém preferidos. O primeiro é a amina. Ela deve ser solúvel em água, de outra forma, não há restrição na escolha da amina. As aminas preferidas são al-canolaminas, tais como, diglicolamina, dietanolamina e trietanolamina, dieta-nolamina sendo especificamente preferida. Até 12% em peso de amina podem ser usados, porém a quantidade preferida é de 1 a 4%. O segundo componente adicional preferido, agente desespu-mante, pode ser qualquer material conhecido na técnica. A maioria destes são materiais de propriedade industrial, cuja composição precisa nunca é revelada, porém qualquer tal material conhecido da técnica é apropriado. Exemplos típicos incluem tipos de silicone, tais como, AGITAN (marca registrada) e poliéter de ácido graxo do tipo tal como, LUMITEN (marca registrada) EL. O agente desespumante pode ser usado em uma razão de até 5% (sólidos em peso da composição total), preferivelmente de 0,5% a 3%. O uso do agente desespumante torna o uso de hidróxidos de alumínio menos frescos mais fácil. Acredita-se, sem restrição do escopo da invenção, de qualquer forma, que sua presença ajude na remoção de dióxido de carbono, o que acumula-se na superfície do hidróxido de alumínio com o tempo. Surpreendentemente, contanto que o desespumante não contenha silicone e que não esteja Dresente a uma extensão superior a 3%, fornecendo um aperfeiçoamento apreciável no ajuste de tempo em relação a uma composição idêntica, sem agente desespumante ou com tipos de silicone. O processo da invenção é prontamente realizado com equipamento padrão e o versado não terá dificuldades. Será apreciado que, a fim de obter soluções nos vários estágios, algum aquecimento pode ser necessário, tipicamente cerca de 50-60°C.
No processo, a solução límpida pode ser produzida por qualquer processo conveniente. É também possível adicionar sulfato de alumínio e hidróxido de alumínio seqüencialmente em qualquer ordem à água. É também possível adicionar os mesmos em conjunto com a água, ou dissolver ou dispersar os mesmos individualmente em duas quantidades diferentes de água e então combinar estas quantidades.
Preferivelmente, o sulfato de alumínio e o hidróxido de alumínio são adicionados seqüencialmente à água. Preferivelmente, o sulfato de alumínio é dissolvido primeiro em água; sulfato de alumínio dissolverá com o aquecimento. A esta solução, hidróxido de alumínio é então adicionado. Uma solução límpida é obtida. É possível, embora menos preferível, primeiro adicionar o hidróxido de alumínio à água. O hidróxido de alumínio não dissolve prontamente em água, porém fornece uma suspensão fina. A esta suspensão é adicionado sulfato de alumínio. Uma solução límpida é obtida. O estabilizador é adicionado a esta solução e agitado lá. A natureza precisa do produto do processo não é conhecida. Certamente, não é uma mera mistura de componentes originais (o fato de que o produto é uma solução límpida ou ligeiramente turva e não uma suspensão opaca típica de hidróxido de alumínio é evidência disto) e sem restringir a invenção de que forma for, acredita-se que seja de natureza oligo- mérica ou polimérica. O acelerador assim preparado fornece excelentes resultados, quando usado como um acelerador para material de cimento aspergido, especialmente concreto. Concreto aspergido tratado com este acelerador enrijece rapidamente e possui boa resistência final. O acelerador possui uma vida em prateleira longa, é resistente a alterações em temperatura e é completamente não alcalino, assim levando a ambientes de trabalho melhores. A invenção portanto, provê um processo de aplicação de uma mmnoRinão da cimento a jjm substrato por aspersão, compreendendo o transporte da composição para um bocal de aspersão, sendo adicionada ao bocal uma composição de aceleração do tipo descrito aqui anteriormente. A invenção é adicionalmente ilustrada pelos exemplos não limi-tantes que se seguem.
Um acelerador é feito dos ingredientes que se seguem: Sulfato de alumínio (17%) 42 partes (peso) Hidróxido de alumínio 18 partes Ácido glicólico 4 partes Dietanolamina 1 parte Água 35 partes A água é aquecida a 55 a 60°C, e o sulfato de alumínio é adicionado com agitação. Quando ele dissolve, o hidróxido de alumínio é adicionado, seguido por ácidos glicólicos e a amina. A mistura é então deixada resfriar. A solução final é uma solução amarelo pálido, ligeiramente turva.
Esta composição de acelerador é denominada Acelerador A. Outro acelerador (Acelerador B) é preparado da mesma maneira, porém substituindo ácido fórmico, um estabilizador bem conhecido, por ácido glicólico. A quantidade de água é reduzida, de modo que mais ácido fórmico pode ser adicionado, a quantidade de ácido fórmico no Acelerador B sendo duas vezes aquela do ácido glicólico no Acelerador A.
Ambos os aceleradores são submetidos ao teste de estabilidade a longo prazo a 5°C, 20°C e 40°C. O período de teste específico é de 70 dias. Os critérios de avali- ação e os resultados são como se seguem: a) Alteração na Turbidez - Ambos os aceleradores não mostram alteração em relação a todo o período a 5°C e 20°C. Contudo, a 40°C, o Acelerador A mostra uma alteração de turbidez (indicando o início da instabilidade) em 31 dias, considerando-se que o Acelerador B mostrou esta alteração nos 13 dias. b) Gelificacão - Um acelerador gelificado não pode ser usado. Ambos os aceleradores não mostram gelificação em relação a todo o período a 5o e 20°C, porém o Acelerador A gelificou em 59 dias e o Acelerador B em 27 dias. (c) Separação - A separação da solução do acelerador em camadas de líquido separadas indica que ele não pode mais ser usado. Os aceleradores não mostram separação superior ao período. (d) Sedimentação - Sedimentação excessiva (superior a 1 mm) significa que um acelerador não pode mais ser usado. Nenhum acelerador possui sedimentação excessiva em um período superior ao do teste. O desempenho do Acelerador B é típico de um acelerador comercial de alto desempenho. Pode ser visto prontamente que o Acelerador A, de acordo com a invenção, possui uma margem significante no desempenho de estabilidade, mesmo que ele possua apenas metade da quantidade do estabilizador. 40°C é típico de temperaturas geralmente encontradas em túneis e é freqüentemente necessário que os aceleradores prontos para uso sejam armazenados em tais condições. O aperfeiçoamento no desempenho mostrado pelo Acelerador B é portanto de significado comercial importante, uma vez que ele não requer aceleradores menos estáveis, que precisam ser armazenados em condições refrigeradas.

Claims (7)

1. Processo para preparação de um acelerador para material de cimento aspergido, caracterizado pelo fato de que consiste essencialmente nas etapas de: (i) dissolução de sulfato de alumínio e hidróxido de alumínio em água, que contém, opcionalmente, pelo menos uma amina dissolvida, para fornecer uma solução límpida; (ii) adição de ácido glicólico à solução límpida; e (iii) adição opcional de pelo menos um agente desespumante; sendo que as proporções dos ingredientes presentes são tais que o acelerador contenha, ao final de sua preparação, de 3% a 12% em peso de sulfato de alumínio medido como AI2O3, até 30% em peso de hidróxido de alumínio amorfo, até 15% em peso de amina, até 3% em peso de agente desespumante e de 0,52 até 1,5 mol/kg do estabilizante ácido glicólico.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que pelo menos uma amina solúvel em água está adicionalmente presente em água.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que é adicionado pelo menos um agente desespumante.
4. Processo, de acordo com a reivindicação 3, caracterizado pelo fato de que o agente desespumante não contém silicone e está presente a uma extensão máxima de 3%.
5. Processo para preparação de um acelerador para material de cimento aspergido, caracterizado pelo fato de que consiste essencialmente nas etapas de: (i) dissolução de sulfato de alumínio em água, contendo opcionalmente pelo menos uma amina dissolvida; (ii) dissolução de hidróxido de alumínio amorfo na solução de (i) até uma solução límpida ser obtida; (iii) adição de ácido glicólico à solução límpida; e (iv) adição opcional de pelo menos um agente desespumante, sendo que as proporções dos ingredientes presentes são tais que o acelerador contenha, ao final de sua preparação, de 3% a 12% em peso de sulfato de alumínio medido como AI2O3, até 30% em peso de hidróxido de alumínio amorfo, até 15% em peso de amina, até 3% em peso de agente desespumante e de 0,52 até 1,5 mol/kg do estabilizante ácido glicóli-co.
6. Acelerador para material de cimento aspergido, caracterizado pelo fato de que consiste essencialmente em uma solução de sulfato de a-lumínio, hidróxido de alumínio amorfo e ácido glicólico, opcionalmente contendo amina e agente desespumante, e de conter de 3% a 12% em peso de sulfato de alumínio (medido como AI2O3), até 30% em peso de hidróxido de alumínio amorfo, até 15% em peso de amina, até 3% em peso de agente desespumante e de 0,52 mol/kg até 1,5 mol/kg de ácido glicólico.
7. Processo para aplicação de um material de cimento a um substrato por aspersão, caracterizado pelo fato de que compreende o transporte do material para um bocal de aspersão, sendo adicionado ao bocal um acelerador conforme definido na reivindicação 6.
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