BRPI0509621B1 - Aglutinante hidráulico - Google Patents
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Abstract
aglutinante hidráulico. a presente invenção refere-se a um aglutinante hidráulico contendo escórias, silicatos de alumínio e sulfato de cálcio, escória, em particular, escória de forno, em quantidades abaixo de 50% (peso/peso) bem como silicatos de alumínio, diferente de escória de forno, como, por exemplo, cinza de chaminé e silicatos de alumínio natural, como por exemplo, basalto ou andersita, em quantidades de 5 a 75% (peso/peso) respectivamente relacionadas com a mistura inteira com o requisito de que a soma de escória e silicatos de alumínio é entre 82 e 95,9% (peso/peso) e como um dos ativadores caso~ 4~ em quantidades entre 4 e 15% (peso/peso) como componentes essenciais está presente. adicionalmente, os ativadores de álcali, em particular, hidróxidos de álcali e/ou carbonatos de na e/ou k em quantidades de 0,1 a 3% (peso/peso) são dispostos.
Description
(54) Título: AGLUTINANTE HIDRÁULICO (51) lnt.CI.: C04B 7/21; C04B 28/08; C04B 28/14 (30) Prioridade Unionista: 05/04/2004 AT A 600/2004 (73) Titular(es): HOLCIM TECHNOLOGY LTD.
(72) Inventor(es): SUZ-CHUNG KO; MICHAEL ADLER; JURAJ GEBAUER
1/7
Relatório Descritivo da Patente de Invenção para AGLUTINANTE HIDRÁULICO.
[001] A presente invenção refere-se a um aglutinante hidráulico contendo escórias, silicatos de alumínio e sulfato de cálcio.
[002] A composição e produção de cimentos metalúrgicos supersulfatados é baseada na adição de sulfato de cálcio ao cimento. De acordo com a organização internacional para padronização (ISO) o cimento supersulfatado é definido como uma mistura de pelo menos 75% (peso/peso) de escória de forno granulado, fiado, grandes aditivos de sulfato de cálcio (> 5% (peso/peso) SO3) e no máximo 5% (peso/peso) de cal inativo, clínquer de cimento portland ou cimento portland.
[003] Para a produção de cimento supersulfatado, a escória granulada de acordo com a norma germânica deve conter pelo menos 13% (peso/peso) AI2O3 e deve corresponder à fórmula (CaO + MgO + AI2O3) / SiO2 > 1,6. De acordo com Keil uma quantidade de 15 a 20% de escória de alumina com um módulo mínimo de (CaO + CaS + 0,5 MgO + AI2O3) / (SiO2 + MnO) > 1,8 é preferida. De acordo com Blondiau, a relação de CaO / SiO2 deve ser entre 1,45 e 1,54 e a relação AI2O3 / SiO2 deve ser entre 1,8 e 1,9.
[004] Cal, clínquer ou cimento é adicionado a fim de aumentar o valor de pH na pasta de cimento e para realçar a solubilidade de solo de alumina na fase líquida durante a hidratização do cimento. O endurecimento de cimento metalúrgico supersulfatado pode ocorrer sem aditivos químicos ou um tratamento de formação específica.
[005] A US 5.626.665 descreve uma puzzolana mista para uso com o cimento portland para a produção de um sistema como cimento. A puzzolana mista contém argila queimada e pelo menos um componente escolhido do grupo que consiste em cerca de 2% a cerca de 30% de argamassa dura, em cerca de 0% a cerca de 25% de pó de forno hidratado, em cerca de 0% a cerca de 20% de cal hidratado, em
2/7 torno de 0% a cerca de 20% de pó de caieira hidratado, em torno de 0% a cerca de 50% de cinza de chaminé em cerca de 0% a cerca de 5% de plastificante orgânico. O cal queimado está presente em quantidades suficientes a fim de produzir uma puzzolana mista com um peso total final de 100%. A puzzolana mista é misturada com cimento portland em uma relação de peso de cerca de 1:20 a cerca de 1:1, preferivelmente em torno de 1:2 a cerca de 1:3.
[006] Em cimentos portland normais e cimentos metalúrgicos, em que a hidratização ocorre na fase líquida livre de alumina solubilizada, o conteúdo de sulfato de cálcio é restrito a uma menor percentagem a fim de evitar um declínio interno potencial devido à formação de cálciosulfo-aluminato (candlot bacillí) como uma conseqüência da alumina não-solubilizada. Nestes cimentos a principal influência de sulfato de cálcio consiste na ação de retardamento, que ela exerce sobre o tempo de fixação. A basicidade dos aluminatos de cálcio hidratados bem como a insolubilidade da alumina contida nos aluminatos depende da concentração de cal na fase líquida do cimento e isto independentemente de se os aluminatos de cálcio hidratados no cimento endurecido estão presentes na forma cristalina ou na forma amorfa. A concentração de cal na fase líquida determina o tipo de influência do sulfato de cálcio sobre o tempo de fixação do cimento e a quantidade de sulfato de cálcio máxima, que o cimento pode conter sem resultar na decadência interna para a formação retardada de ettringite.
[007] Em cimentos metalúrgicos supersulfatados, a concentração de cal na fase líquida é abaixo do limite de insolubilidade da alumina. Adições maiores de sulfato de cálcio para a ativação de reações de escória de forno determinam a formação de tricálcio-sulfo-aluminato com atividade hidráulica maior com base na cal solubilizada e a alumina solubilizada sem resultar em decadência potencial. A adição de sulfato de cálcio à escória de forno granulada não cria expansão do ci3/7 mento, porém age como agente de aceleração na formação de compostos hidratados. Em cimento supersulfatado, porções maiores de sulfato de cálcio não devem ser consideradas como importunas. O tricálcio-sulfo-aluminato, em que eles resultam, de fato de preferência contribuem para um aumento da atividade hidráulica em vez de causar a decadência, como é o caso para o cimento-portland e cimento metalúrgico normal.
[008] A fixação inicial e endurecimento de cimento supersulfatado acompanha a formação da forma de sulfato elevada de cálcio-sulfoaluminato dos componentes de escórias e o sulfato de cálcio adicionado. A adição de cimento portland ao cimento é requerida para o ajuste da alcalinidade adequada a fim de prover a formação de ettríngite. Os mais importantes produtos de hidratização são a fase como mono- e trissulfo-aluminato-tobermorita e alumina.
[009] O cimento supersulfatado no curso da hidratização liga-se a mais água do que o cimento-portland. Ele satisfaz todas as exigências da norma de cimento como para a fineza de moagem. Ele é considerado como cimento com baixo valor calorífico. Como qualquer cimento portland ou metalúrgico, ele pode ser empregado na forma de concreto, argamassa de fixação ou argamassa de entalhe. As condições a serem consideradas para o uso de cimento supersulfatado são idênticas àquelas que são decisivas para as misturas e a aplicação de outros cimentos.
[0010] Para a melhora de aglutinantes de alumino silicato já foi sugerido ativá-los com álcali e em particular soda-salmoura ou salmoura de hidróxido de potássio.
[0011] Os aglutinantes de alumino silicato ativado por álcali (AAAS) são materiais tipo cimento que são formados pela reação de sólidos de sílica-e alumina com uma solução de sal de álcali ou álcali para a produção de géis e compostos cristalinos. A tecnologia de ati4/7 vação de álcali foi originalmente desenvolvida por Purdon de 1930 a 1940 que descobriu que a adição de álcali à escória produz um aglutinante de rápido endurecimento.
[0012] Ao contrário do cimento supersulfatado uma grande variedade de materiais (cal natural ou queimada, escória, cinza de chaminé, belita, alluvia, pedra moída, etc.) pode ser empregada como uma fonte para materiais de alumino silicato. Diferentes soluções de álcali podem ser empregadas para a produção de reações de endurecimento (hidróxido de álcali,silicato, sulfato e carbonato, etc.). O que significa que as fontes para os aglutinantes AAAS são praticamente ilimitadas.
[0013] Durante a ativação de álcali, uma concentração elevada de íons de OH age sobre a mistura dos alumino silicatos. Enquanto em pasta de cimento portland ou supersulfatado um pH > 12 é gerado devido à solubilidade de hidróxido de cálcio, o valor de pH no sistema de AAAS é além de 13,5. A quantidade de álcali, que é em geral entre 2 a 25% (peso/peso) de álcali (> 3% de Na2O), depende da alcalinidade dos alumino silicatos.
[0014] A reatividade de um aglutinante AAAS depende de sua composição química e mineral, o grau de vitrificação e a fineza de moagem. Em geral, os aglutinantes AAAS podem começar a fixar dentro de 15 minutos e continuar ao longo do funcionamento oferecendo um rápido endurecimento e um considerável aumento em resistência. A reação de fixação e o processo de endurecimento não são ainda completamente entendidos. Eles seguem juntamente com o lixiviamento inicial de álcali e a formação de hidrossilicatos de cálcio cristalino insignificante do grupo de tobermorita. Os alumino silicatos de cálcio começam a cristalizar para formar produtos como o zeólito e consequentemente zeólito de álcali.
[0015] Os valores de resistência no sistema AAAS são contribuídos para o contato de cristalização intensa entre os zeólitos e hidrossi5/7 licatos de cálcio. A atividade hidráulica é melhorada por um aumento das doses de álcali. A relação entre a atividade hidráulica e a quantidade de álcali bem como a presença de zeólito no produto hidratado tem revelado que o álcali não apenas age como catalisador simples, porém também participa em reações da mesma maneira como a cal e argamassa dura e caracteriza uma resistência relativamente elevada devido a uma considerável influência de cátions [0016] Em numerosos estudos concernindo à atividade de materiais de silico-aluminato com álcali e seus sais têm sido reportados. [0017] Na WO 00/00447, um aglutinante supersulfatado já foi sugerido, no qual o sulfato de cálcio em quantidades maiores do que 5% (peso/peso) foi disposto. Juntamente com silicatos de alumínio sob os quais na definição da WO 00/00447 também a escória de forno foi submetida, foi essencial na modalidade anterior do aglutinante hidráulico, que o pó de forno de cimento fosse adicionado em quantidades de 3 a 10% (peso/peso) como o ativador. Adicionalmente foi essencial nesta modalidade anterior que pelo menos 35% (peso/peso) de escória de forno fossem dispostos a fim de possibilitar salvaguardar os valores de resistência adequados em um estágio precoce. Acima de tudo, entretanto, uma resistência relativamente baixa em um estágio precoce resultou com conteúdo diminuído de escória de forno, pelo qual ao mesmo tempo devido à adição de pó de forno de cimento o fator de água/cimento elevou-se e o risco de retração e em conseqüência, a formação de fissuras aumentaram.
[0018] A invenção, desse modo, objetiva substituir quantidades maiores de escória de forno por silicatos de alumínio diferentes de escória de forno, como por exemplo, cinza de chaminé e ao mesmo tempo, obter uma resistência melhorada em um estágio precoce e um desempenho de retração melhorado com uma tendência reduzida à formação de fissuras.
6/7 [0019] Para solucionar este objetivo, o aglutinante hidráulico de acordo com a presente invenção geraimente consiste no fato de que escória e, em particular, escória de forno, em quantidades de 7 a 50% (peso/peso) bem como silicatos de alumínio diferentes de escória de forno, preferivelmente cinza de chaminé e silicatos de alumínio naturais, preferivelmente basalto ou andesita, em quantidades de 5 a 75% (peso/peso) com os requisitos de que a soma de escória e os silicatos de alumínio é entre 82 e 95,9% (peso/peso) e CaSO4 em quantidades entre 4 e 15% (peso/peso) estão presentes e que adicionalmente ativadores de álcali e, em particular, hidróxido de álcali e/ou carbonato de Na e/ou K em quantidades de 0,1 a 3% (peso/peso) são dispostos. De acordo com a invenção, a adição de pó de forno de cimento pode ser totalmente abandonada, o que é como o fator de água/cimento pode ser reduzido e o risco da formação de fissuras pode ser minimizado. Uma adição respectivamente menor de um ativador de álcali induz a valores de resistência fortemente favoráveis em um estágio precoce, pelo qual no caso do uso de pó de forno de cimento como ativador de álcali bem como no caso de outros ativadores de álcali, a quantidade aqui é explicitamente confinada a valores sob 3% (peso/peso) a fim de não deteriorar o desempenho de retração positivo.
[0020] Como o acelerador de fixação, vantajosamente também o clínquer de cimento portland em quantidades entre 0,1 e 5% (peso/peso) pode ser disposto.
[0021] Acima de tudo é praticável com o aglutinante hidráulico de acordo com a invenção, essencialmente abandonar CaO, de modo que a produção do aglutinante torne-se mais ambientalmente agradável por causa da emissão de CO2 reduzida pelo abandono da queima de calcário. De uma maneira particularmente vantajosa, entretanto, a mistura pode conter calcário e/ou areias ou quartzos com o requisito de que o conteúdo de AI2O3 da mistura seja > 5% (peso/peso).
7/7 [0022] Os agentes super plastificadores ou de plastificação respectivamente podem ser adicionados para a melhora da processabilidade e/ou para a redução da relação de água/cimento de uma maneira convencional, pelo qual preferivelmente o agente de plastificação e/ou super plastificadores é adicionado ao aglutinante em quantidades de 0,1 a 1% (peso/peso) relacionado com a substância seca para a redução da relação de água/cimento.
[0023] Acima de tudo, pela praticabilidade para substituir também a escória de forno pelos silicatos de alumínio, diferente de escória de forno, sem o abandono de resistência em um estágio precoce, a possibilidade é aberta para melhorar o desempenho de retração em um estágio precoce e para reduzir a demanda de água. A conseqüência é uma permeabilidade reduzida e maior resistência à fadiga.
[0024] Nos seguintes, a invenção será explicada por meio de modalidades exemplares como listado na tabela 1. A tabela 1 ao mesmo tempo mostra também os respectivos valores de resistência (CS) após um dia, após dois dias e após 28 dias.
| Exemplo | 1 | 2 | 3 | |
| Escória de forno | % | 41,9 | 42 | 25,5 |
| Cinza de chaminé | % | 41,9 | - | 58,65 |
| Andesita | % | - | 42 | |
| Anidrita | % | 15 | 15 | 15 |
| KOH | % | 0,5 | 0,3 | 0,5 |
| Agente de plastificação | % | 0,7 | 0,7 | 0,7 |
| Água/cimento | 0,26 | 0,29 | 0,29 | |
| 1 dia CS | mPa | 13,2 | 10,9 | - |
| 2 dias CS | mPa | 27,4 | 23,7 | 16,7 |
| 28 dias CS | mPa | 97,4 | 61,3 | 46,1 |
1/1
Claims (4)
- REIVINDICAÇÕES1. Aglutinante hidráulico contendo escórias, silicatos de alumínio e sulfato de cálcio, em que a escória em particular, a escória de forno, está presente em quantidades de 7 a 50% (peso/peso) bem como silicatos de alumínio diferentes de escória de forno, preferivelmente cinza de chaminé e silicatos de alumínio natural, preferivelmente basalto ou andesita, em quantidades de 5 a 75% (peso/peso) com o requisito de que a soma de escória e silicatos de alumínio seja entre 82 e 95,9% (peso/peso) e CaSO4 em quantidades entre 4 e 15% (peso/peso), e que são dispostos ativadores de álcali adicionais, em particular, hidróxidos de álcali e/ou carbonatos de Na e/ou K em quantidades de 0,1 a 3% (peso/peso), caracterizado pelo fato de que o clínquer de cimento portland é disposto como acelerador de fixação em quantidades entre 0,1 e 5% (peso/peso).
- 2. Aglutinante hidráulico de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que a escória de forno é empregada em quantidades entre 20 e 35% (peso/peso).
- 3. Aglutinante hidráulico de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a mistura adicionalmente contém calcário e/ou quartzos com o requisito de que o conteúdo de AI2O3 da mistura seja > 5% (peso/peso).
- 4. Aglutinante hidráulico de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, caracterizado pelo fato de que o agente de plastificação e/ou super plastificadores são adicionados em quantidades de 0,1 a 1% (peso/peso) relacionadas à substância seca.
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