BRPI0817394B1 - Método para processamento de pozolanas - Google Patents

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Abstract

método para processamento de pozolanas método para processamento de pozolanas compreendendo cinza volante, tal como cinza volante classe f ou classe c, usado para preparação de argamassas e betões, caracterizado por as pozolanas estarem sujeitas a um processamento mecânico de alta energia por meio da pulverização em um equipamento de pulverização até uma fineza do produto final com a retenção em uma peneira de 30 mim sendo menor que 5%, sendo que as partículas de pozolanas recebem impulsos mecânicos quando não-cenosfera na forma de partículas de escoria grossas são desintegradas e por meio disso a superfície das partículas pulverizadas de cenosfera é ativada.

Description

“MÉTODO PARA PROCESSAMENTO DE POZOLANAS
Campo da invenção [0001] A presente invenção refere-se a um método para processamento de pozolanas na forma de cinza volante. Antecedentes da invenção [0002] Cinza volante é útil para produção de concreto, argamassa e outras misturas compreendendo cimento. A cinza volante é um subproduto das usinas de energia a base de queima de carvão e é produzido mundialmente em grandes quantidades cada ano.
[0003] O presente método elimina flutuações na qualidade da cinza volante devidas a variações nas composições químicas do carvão e dos parâmetros do processo de queima de carvão. O processamento de pozolanas, ou seja, cinzas volantes de acordo com o presente método melhoram significativamente o desempenho do concreto e prove um nível mais alto de reposição do cimento padrão Portland, o qual leva a benefícios econômicos e ambientais significativos.
[0004] Cinza volante usualmente contém aproximadamente 85% de componentes amorfos opacos na forma de partículas de cenosfera. De acordo com ASTM C 618 a cinza volante é classificada em duas classes, Classe CE Classe F. A cinza volante classe F tipicamente contém mais de 70% por peso de sílica, alumina, e hematitas, enquanto a cinza volante classe C tipicamente contém entre 70% e 50%. A classe F é produzida como um subproduto da combustão de carvão betuminoso. A cinza volante classe C tem um conteúdo de cálcio mais alto e é produzida como um subproduto da combustão de carvão subbetuminoso.
[0005] De acordo com a American Coal Ash Association
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2/8 (Associação Americana de Cinza Volante) , aproximadamente 73 milhões de toneladas de cinzas de carvão foi produzida nos E.U.A na forma de cinzas volantes em 2006 e somente aproximadamente 45% foi usada para diferentes aplicações industriais enquanto a porção remanescente é maiormente depositada como lixo em aterros sanitários.
[0006] Uma ampla pesquisa tem demonstrado que betão com um alto volume de cinza volante, onde o cimento Portland foi substituído pela cinza volante em um novel acima de 50% mostrou um desenvolvimento de resistência em longo prazo superior, uma permeabilidade à água e gás inferior. Uma alta resistência ao cloreto, etc. Em comparação com o betão de cimento Portland sem cinza volante.
[0007] Ao mesmo tempo um cimento com um alto volume de cinza volante tem desvantagens significativas. Uma desvantagem é os tempos muito longos de configuração e um desenvolvimento de resistência muito lento durante o período de 0 a 28 dias, especialmente com taxas água-cimento superiores a 0,50. Estes efeitos negativos reduzem o nível de cinza volante usado para substituição do cimento Portland em uma media de 15 - 20%.
[0008] Problemas sérios têm sido também relacionados à estabilidade da qualidade da cinza volante. Usualmente variações na composição química do carvão usado e os parâmetros de operação frequentemente mudados das caldeiras causam a formação de fases cristalinas e quase cristalinas, a chamada escória, que leva à redução na reatividade de cinza volante, a chamada atividade de pozolanas.
[0009] Vários esforços tem sido feitos para melhorar o desempenho de betões com alto volume de cinza volante,
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3/8
Malhotra, Concrete International J., vol. 21, No 5, Maio 1999, pp.61-66. De acordo com Malhotra o desenvolvimento de resistência de tais betões poderia ser melhorado aumentando significativamente o conteúdo aglutinante, por exemplo, cimento e micro-enchimento, e diminuindo vastamente a quantidade de água, porem uma abordagem tal requer uma dosagem aumentada de água reduzindo misturas adicionais para manter uma consistência adequada das misturas de betão, o qual aumenta significativamente o custo do betão.
[0010] Um número de métodos relacionados à pulverização de cinza volante têm sido desenvolvidos visando melhorar sua atividade de pozolanas por meio de pulverização, a qual aumenta a quantidade de partículas de cinza volante de tamanho aproximadamente igual a 11 gm e pela introdução simultânea de oxido de cálcio. Tais métodos são descritos nas patente americanas U.S. Patent Nos. 6,818,058, 6,038,987, 5,714,002, 5,714,003, 5,383,521 e 5,121,795. Todos os métodos mencionados conhecidos ou não podem prover melhoria significativa do desempenho da cinza volante como um componente de betão, ou não podem evitar flutuações das propriedades da cinza volante e garantir a qualidade constante do produto final.
[0011] A presente invenção soluciona os mencionados problemas.
Sumário da invenção [0012] A presente invenção refere-se a um método para processamento de pozolanas compreendendo cinza volante, tal como cinza volante classe F ou classe C, usado para preparação de argamassas e betões, caracterizado pelo fato das pozolanas estarem sujeitas a um processamento mecânico de
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4/8 alta energia por meio da pulverização em um equipamento de pulverização para uma fineza do produto final com a retenção em uma peneira de 30 pm sendo menor que 5%, por meio do qual as partículas de pozolana recebem impulsos mecânicos quando não-cenosfera na forma de partículas de escoria grossas são desintegradas e por meio disso a superfície das partículas pulverizadas de cenosfera é ativada.
[0013] A presente invenção pode ser realizada com o uso de diferentes tipos de equipamento de pulverização tal como equipamento de moagem médio, por exemplo, equipamento de moagem por agitação, centrífugo, queda de esfera ou equipamento de não moagem, por exemplo, a jato, de impacto, com cilindro com impulsos mecânicos de cisalhamento dominantes aplicados a partículas sujeitas ao processamento e combinado com classificação de ar.
[0014] De acordo com uma concretização preferida da presente invenção, a pozolana é submetida a uma préclassificação para separar a fração com uma retenção na peneira de 45 pm a qual é pelo menos de 90% e sendo que as partículas com tamanho maior são pulverizadas até uma fineza com uma retenção na peneira de 30 pm menor que 5% para alcançar uma resistência de acordo com um índice de pozolana ASTM C 618 depois de 28 dias o qual é > 75%.
[0015] De acordo com outra concretização preferida da presente invenção, a pozolana é submetida a uma préclassificação para separar a fração com uma retenção na peneira de 45 pm que é de pelo menos 95% e sendo que as partículas de tamanho maior são pulverizadas até uma fineza com uma retenção na peneira de 30 pm que é menor que 5%.
[0016] De acordo ainda com outra concretização preferida
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5/8 da presente invenção, a pozolana é submetida a uma préclassificação para separar a fração com uma retenção na peneira de 45 gm que é de pelo menos 99% e sendo que as partículas de tamanho maior são pulverizadas até uma fineza com uma retenção na peneira de 30 gm que é menor que 5%.
[0017] De acordo com uma outra concretização preferida da invenção, a pozolana, depois da mencionada pré-classificação, é submetida a uma inter-pulverização até uma fineza com uma retenção na peneira de 30 gm que é menor que 5%.
[0018] De acordo com uma concretização ainda mais preferida da invenção, a pozolana é submetida a uma pulverização de modo que o produto final tenha a seguinte distribuição de tamanho de partícula:
£ 5 gm 15-25%, £ 10 gm 30-40%, £ 30 gm 90-95%.
[0019] A pozolana tratada segundo a invenção pode ser ainda tratada adicionando-lhe cimento Portland. De acordo com uma concretização preferida da invenção, o cimento Portland é adicionado em uma quantidade de até 10% por peso à mencionada pozolana durante ou depois do mencionado processamento da pozolana.
[0020] É também preferido adicionar agentes redutores de água, reguladores de tempo de pega, e/ou misturas adicionais aceleradoras de resistência em forma de pó à mencionada pozolana durante ou depois do mencionado processamento da pozolana.
[0021] A principal vantagem da presente invenção é que o processamento proposto da cinza volante minimiza os efeitos das variações de carvão e das condições da caldeira nas
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6/8 propriedades da cinza volante. Outra vantagem é a possibilidade de aumentar a substituição de cimento Portland em betão, o qual reduz significativamente emissões de gás verde e o consumo de energia associado com a produção de cimento Portland.
Exemplos:
[0022] Cinza volante classe F de acordo com ASTM C com composição química e distribuição de tamanho de partículas (PSD) representadas nas tabelas 1 e 2 foi testada de acordo com esta invenção.
Tabela 1: composição química
Componente Cinza volante10
CaO 15, 0%
SiO2 49, 4%
Al2O3 19, 6%
F e2O3 5, 2%
SO3 0, 8%
Na2o 0, 3%
K2O 1, 2%
Tabela 2: Distribuição de tamanho de partículas
Parâmetro Cinza volante
Tamanho médio de partícula (gm) 25 15,2
Tamanho Maximo de Partícula (gm) 120
Retidas em 325 Malha (45 gm) , % 22 30
[0023] A tabela 3 abaixo representa o desenvolvimento de resistência de acordo com a ASTM C 109 de 50/50 por peso combinado com cimento Portland (tipo 1 de acordo com ASTM C 150) e materiais suplementares parecidos com cimento (SCM) não processados e processados de acordo com a presente invenção.
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7/8
Tabela 3: desenvolvimento de resistência global MPa (psi)
Tipo de SCM Tempo de cura, dias
1 3 7 28
1. Escoria não processada depois da classificação (95% mais grossas que 45 mm) 2,5 (364) 4,3 (630) 5, 8(842) 9.0 (1315)
2. Escoria processada depois da classificação (95% mais fina que 30 mm) 6,6(962) 14,3 (2079) 20, 1(2903) 28,9(4158)
3. Cinza volante processada com escoria processada (produto final 95% mais fino que 30 mm) 8, 8(1269) 19, 1 (2769) 27,0(3911) 35, 2 (5108)
4. 50/50 mistura de cimento tipo 1 e escoria de alto forno, (Blaine 4000 cm2/g) 25-28 Mpa 30-38 MPa
[0024] Os resultados dos testes obtidos mostram que a presente invenção transforma uma fração grossa completamente inerte da cinza volante, com zero atividade de pozolana em uma parte reativa, a qual tem uma contribuição significativa para a resistência. Cimento misturado contendo 50% de cimento Portland e 50% de cinza volante processada de acordo com a presente invenção demonstrou com 28 dias de tempo de cura uma resistência em linha com as resistências médias experimentadas com cimentos de tipo I a qual é de 35 MPa - 40 MPa, e sua mistura 50/50 com escoria de alto forno de alta qualidade.
significativos de etc., a presente ambiental [0025] Em adição aos benefícios desempenho como grande durabilidade, invenção também tem um grande impacto disponibilizando para a produção de betão cinzas de baixa
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8/8 atividade as quais são usualmente aterradas.
[0026] Várias concretizações da invenção têm sido descritas acima. Entretanto, a presente invenção não está restrita às concretizações exemplificadas descritas acima, mas pode ser variada dentro do escopo das reivindicações.

Claims (6)

  1. REIVINDICAÇÕES
    1. Método para processamento de pozolanas, compreendendo cinza volante, tal como cinza volante classe F e/ou classe C usada para preparação de argamassas e betões, onde a pozolana está sujeita a um processamento mecânico de alta energia por meio da pulverização em um equipamento de pulverização, sendo que as partículas de pozolanas recebem impulsos mecânicos, caracterizado pelo fato de partículas não-cenosfera na forma de partículas grossas de escória estão sendo desintegradas e sendo que a superfície de partículas pulverizadas de cenosfera ser ativada e onde a pozolana é sujeita a uma pulverização, de modo que o produto final tenha a seguinte distribuição de tamanho de partícula:
    £ 5 mm 15-25%, £ 10 mm 30-40%, £ 30 mm 90-95%.
  2. 2. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pozolana ser submetida a uma pré-classificação para separar a fração com uma retenção na peneira de 45 mm a qual é pelo menos de 90% e sendo que as partículas com tamanho maior são pulverizadas até uma fineza com uma retenção na peneira de 30 mm menor que 5% para alcançar uma resistência de acordo com um índice de pozolana ASTM C 618 depois de 28 dias o qual é > 75%.
  3. 3. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pozolana ser submetida a uma pré-classificação para separar a fração com uma retenção na peneira de 45 mm que é de pelo menos 95% e sendo que as partículas de tamanho maior são pulverizadas até uma fineza com uma retenção na peneira de 30 mm que é menor que 5%.
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  4. 4. Método, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de a pozolana ser submetida a uma pré-classificação para separar a fração com uma retenção na peneira de 45 gm que é de pelo menos 99% e sendo que as partículas de tamanho maior são pulverizadas até uma fineza com uma retenção na peneira de 30 Um que é menor que 5%.
  5. 5. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 4, caracterizada pelo fato de cimento Portland ser adicionado em uma quantidade de até 10% por peso à mencionada pozolana durante ou depois do mencionado processamento da pozolana.
  6. 6. Método, de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 5, caracterizado pelo fato de os agentes redutores de água, reguladores de tempo de pega, e/ou misturas adicionais aceleradoras de resistência em forma de pó serem adicionados à mencionada pozolana durante ou depois do mencionado processamento da pozolana.
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