ITUB20155221A1 - Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste from additivated marble silt, with waste of exhausted ground coffee - Google Patents
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Description
Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
CAMPO DELL’INVENZIONE FIELD OF THE INVENTION
La presente invenzione si riferisce al campo delle produzioni industriali di conglomerati cementizi non strutturali, secondo un procedimento, attuato a temperatura ambiente, che prevede l'impiego di componenti di tipo I, sia in eventuale sostituzione parziale del cemento sia in qualità di semplice riempitivo, e di componenti additivi di tipo II, secondo la classificazione UNI EN 206. The present invention relates to the field of industrial production of non-structural cementitious conglomerates, according to a process, carried out at room temperature, which provides for the use of type I components, both as a partial replacement of the cement and as a simple filler, and type II additive components, according to the UNI EN 206 classification.
STATO DELL’ARTE STATE OF THE ART
I conglomerati cementizi sono comunemente costituiti da questi componenti principali: Cement conglomerates are commonly made up of these main components:
- Legante, nel caso della composto cementizio è il cemento, - Binder, in the case of the cementitious compound is cement,
- Inerte, aggregato lapideo a grane fine come la sabbia e la ghiaia; - Additivo e aggiunte come microsilice anidra e super-fluidificante acrilico - Inert, fine-grained stone aggregate such as sand and gravel; - Additive and additions such as anhydrous microsilica and acrylic super-fluidifying agent
- Acqua - Waterfall
Il legante, preferibilmente cemento idraulico, è un materiale che con raggiunta di acqua dà luogo ad un impasto modellabile per effetto dell<'>idratazione del cemento, che, con tempi variabili, si consolida a temperatura ambiente. Il processo di irrigidimento {consolidamento) può a sua volta essere suddiviso in due fasi contigue. The binder, preferably hydraulic cement, is a material which, when water is reached, gives rise to a moldable mixture due to the hydration of the cement, which, with variable times, consolidates at room temperature. The stiffening (consolidation) process can in turn be divided into two contiguous phases.
Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
1. Presa, fase della durata di poche ore in cui l'impasto passa da una consistenza plastica ad una rigida che mantiene essenzialmente la forma; 1. Setting, a phase lasting a few hours in which the dough passes from a plastic consistency to a rigid one that essentially maintains its shape;
2. Indurimento, fase che si prolunga nel tempo per la durata di alcuni giorni in cui aumenta la resistenza meccanica per applicazioni nel settore delle costruzioni. 2. Hardening, a phase that is prolonged over time for a few days in which mechanical resistance increases for applications in the construction sector.
Con l'avvento delle regole comunitarie dell'Llnione Europea è entrata in vigore la specifica UNI EN 197-1, che raccoglie in un’unica classificazione tutte le tipologie di cemento prodotte fino ad allora nei vari Paesi membri Per la normativa europea i requisiti fondamentali dei cementi sono: With the advent of the Community rules of the European Union, the UNI EN 197-1 specification came into force, which collects in a single classification all the types of cement produced up to then in the various member countries. of the cements are:
- la composizione (in tipi e sottotipi); - the composition (in types and subtypes);
- la classe di resistenza normalizzata (a 28 gg) espressa in MPa con riferimento alla resistenza a compressione. - the normalized strength class (after 28 days) expressed in MPa with reference to the compressive strength.
La UNI EN 197-1 prevede 5 tipi di cemento, 27 sottotipi e 6 classi di resistenza, pertanto secondo la norma sono producibili 162 (27 * 6) cementi diversi. I diversi tipi di cemento, differiscono per la composizione, per le proprietà di resistenza e durevolezza, ciascuno preferito per la particolare destinazione d'uso Dal punto di vista chimico il cemento è una miscela di silicati e alluminati di calcio, ottenuti dalla cottura ad alta temperatura di calcare e argilla oppure di marna (in questo caso si parla di cementi naturali). UNI EN 197-1 provides for 5 types of cement, 27 subtypes and 6 resistance classes, therefore 162 (27 * 6) different cements can be produced according to the standard. The different types of cement differ in composition, resistance and durability properties, each preferred for the particular intended use From the chemical point of view, the cement is a mixture of silicates and calcium aluminates, obtained from high firing. temperature of limestone and clay or marl (in this case we speak of natural cements).
Il materiale così ottenuto, viene finemente macinato e addizionato con gesso nella misura del 4-6% con la funzione di ritardante di presa (ettringite primaria). Tale miscela è commercializzata col nome di cemento Portland: questo, una volta miscelato con acqua, si idrata e solidifica progressivamente. Il cemento Portland è alla base di quasi tutti i tipi di cemento attualmente utilizzabili in edilizia. L’unico che fa eccezione è il cemento alluminoso, che però non è preso in considerazione dalla UNI EN 197-1, Dal cemento Portland miscelato con le varie aggiunte disponibili sul mercato in proporzioni variabili ma fissate dalla suddetta norma si ottengono Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto The material thus obtained is finely ground and added with gypsum to the extent of 4-6% with the function of setting retardant (primary ettringitis). This mixture is marketed under the name of Portland cement: once mixed with water, it hydrates and solidifies progressively. Portland cement is the basis of almost all types of cement currently used in construction. The only exception is aluminous cement, which however is not taken into consideration by UNI EN 197-1, From Portland cement mixed with the various additions available on the market in variable proportions but fixed by the aforementioned standard, the production process is obtained of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with additives with waste ground coffee
tutti gli altri tipi e sottotipi di cemento, di cui la caratteristica principali ai fini industriali è la resistenza meccanica a compressione. all other types and sub-types of cement, of which the main characteristic for industrial purposes is the mechanical resistance to compression.
L’altro componente della miscela per produrre composti cementizi è l'inerte, In genere si usa un aggregato lapideo a grana fine, formato da minerali inerti, che non partecipano alle reazioni di presa ed indurimento, di origine rocciosa, composti da una miriade di particelle di piccole dimensioni tra 0,06 e 2 millimetri. Il più comune di questi materiali è la sabbia che può essere sia naturale (sabbia di fiume o di lago), che artificiale (ottenuto da macinazione di rocce silicee), oppure la ghiaia. The other component of the mixture to produce cementitious compounds is the aggregate.In general, a fine-grained stone aggregate is used, formed by inert minerals, which do not participate in the setting and hardening reactions, of rocky origin, composed of a myriad of small particles between 0.06 and 2 millimeters. The most common of these materials is sand which can be either natural (river or lake sand), or artificial (obtained from the grinding of siliceous rocks), or gravel.
Comunemente il calcestruzzo non strutturale che si trova in commercio consiste in un conglomerato artificiale costituito da un legante, il cemento idraulico, acqua e aggregati fini e grossi (sabbia e ghiaia), con l'aggiunta, se necessario, di additivi e/o minerali che modificano le proprietà chimicofisiche sia del prodotto fresco sia dì quello indurito In particolare, la presente invenzione offre un metodo produttivo che è una valida sostituzione al calcestruzzo povero, detto anche magrone, avente proprietà meccaniche ridotte rispetto al calcestruzzo ordinario; il magrone, infatti, viene utilizzato come riempimento e per i getti di sottofondazione Commonly the non-structural concrete found on the market consists of an artificial conglomerate consisting of a binder, hydraulic cement, water and fine and coarse aggregates (sand and gravel), with the addition, if necessary, of additives and / or minerals which modify the chemical-physical properties of both the fresh and the hardened product. In particular, the present invention offers a production method which is a valid replacement for poor concrete, also called lean concrete, having reduced mechanical properties compared to ordinary concrete; in fact, the lean concrete is used as backfill and for foundation castings
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Il documento US201 5210592 (A1) descrive un procedimento sufficientemente simile alla presente invenzione per sostituire parzialmente il cemento con la polvere di pietra calcare (//mestone), resa reattiva dalla presenza di un composto di allumina, come il meta-caolino o o le ceneri volanti (fly-ashes). Document US201 5210592 (A1) describes a process sufficiently similar to the present invention to partially replace cement with limestone powder (// mestone), made reactive by the presence of an alumina compound, such as meta-kaolin or ash flying (fly-ashes).
L’invenzione si differenzia dal presente trovato perché i) la pietra calcare viene usata come legante che reagisce attivamente nel processo chimico di idratazione del cemento e non come semplice riempitivo, ii) affinché la pietra calcarea sia reattiva si devono aggiungere alla miscela sostanze come il meta-caolino o le ceneri volanti con aumento dei costi di produzione; iii) l’invenzione non usa matenale di scarto industriale, quindi non genera Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivatc con scarti di caffè macinato esausto The invention differs from the present invention because i) the limestone is used as a binder that reacts actively in the chemical hydration process of the cement and not as a simple filler, ii) in order for the limestone to be reactive, substances such as meta-kaolin or fly ash with increased production costs; iii) the invention does not use industrial waste material, therefore it does not generate a process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, additives with waste ground coffee waste
un beneficio ambientale indotto dal riciclo di scarti iv) per poter essere impiegata nel processo di sintesi si deve procedere alla frantumazione della pietra calcarea in polvere, e questa operazione richiede tempo e costi aggiuntivi, nel presente trovato gli inerti da scarti industriali sono già nella forma immediatamente cantierabile; v) la soluzione è un sostituto per calcestruzzi con resistenze a compressioni molto alte, e quindi non trova applicazione nei casi in cui si impiega cemento magro; vi) il procedimento aumenta i costi industriali di produzione del conglomerato cementizio. Non risulta nessun'altra soluzione che usi il caffè macinato esausto come inerte per la composizione di conglomerati cementizi che generi un trovato con saldo attivo per la carbon sequestration, da utilizzare nel settore costruzioni. an environmental benefit induced by the recycling of waste iv) in order to be used in the synthesis process, the limestone powder must be crushed, and this operation requires time and additional costs, in the present invention the aggregates from industrial waste are already in the form immediately can be set up; v) the solution is a substitute for concrete with very high compressive strength, and therefore does not find application in cases where lean concrete is used; vi) the process increases the industrial costs of producing the cement conglomerate. There is no other solution that uses exhausted ground coffee as an inert for the composition of cement conglomerates that generates an invention with active balance for carbon sequestration, to be used in the construction sector.
PROBLEMA TECNICO-ECONOMICO TECHNICAL-ECONOMIC PROBLEM
Il problema tecnico reale che l'invenzione vuole risolvere, consiste nel ridurre le quantità di scarti industriali, altrimenti destinati allo smaltimento in discarica, aggiungendoli all<'>interno di appositi mix-design (progetti di miscela) per conglomerati cementìzi. In particolare l'invenzione presenta una soluzione per sostituire il cemento e/o la sabbia con un materiale di scarto, il limo di marmo, arricchito da caffè macinato esausto, per ridurre in modo sensibile sia i costi di produzione dell’agglomerato cementizio finale sia i costi di smaltimento per il produttore dello scarto industriale ed, infine, ma non in ordine di importanza, cosi facendo si va ad abbattere in maniera importante l<’>impatto sull'ambiente riducendo il materiale portato in discarica. The real technical problem that the invention intends to solve consists in reducing the quantities of industrial waste, otherwise destined for disposal in landfills, by adding them to specific mix-designs (mixing projects) for cement conglomerates. In particular, the invention presents a solution for replacing cement and / or sand with a waste material, marble silt, enriched with used ground coffee, to significantly reduce both the production costs of the final cement agglomerate and the disposal costs for the producer of industrial waste and, finally, but not in order of importance, by doing so the impact on the environment is significantly reduced by reducing the material taken to landfills.
BREVE DESCRIZIONE DELLE FIGURE BRIEF DESCRIPTION OF THE FIGURES
L'invenzione verrà descritta qui di seguito anche con riferimento alle annesse figure, in cui: The invention will be described hereinafter also with reference to the attached figures, in which:
- La figura 1 illustra lo schema funzionale del procedimento per la produzione del composto cementizio sintetizzata con la presente Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto - Figure 1 illustrates the functional scheme of the process for the production of the cementitious compound synthesized with the present Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
invenzione, secondo i quattro progetti di mix-design (MD1: ramo a, MD2: ramo b, MD3 ramo c e MD4; ramo d) invention, according to the four mix-design projects (MD1: branch a, MD2: branch b, MD3 branch c and MD4; branch d)
- La figura 2 riporta la curva granulometrica relativa al limo di marmo adoperato nella seguente invenzione, l'intervallo di analisi è 0.375 pm-948 3 pm, - Figure 2 shows the granulometric curve relating to the marble silt used in the following invention, the analysis interval is 0.375 pm-948 3 pm,
- La figura 3 presenta l'andamento della DTA-TG in funzione della temperatura per il limo di marmo; - Figure 3 presents the trend of the DTA-TG as a function of the temperature for the marble silt;
- La figura 4 riporta la curva granulometnca relativa al caffè esausto adoperato nella seguente invenzione, l'intervallo di analisi è 0.375 pm-948 3 pm; - Figure 4 shows the grain size curve relating to the exhausted coffee used in the following invention, the analysis interval is 0.375 pm-948 3 pm;
- La figura 5 presenta l'andamento della DTA-TG in funzione della temperatura per il caffè esausto. - Figure 5 presents the trend of the DTA-TG as a function of the temperature for exhausted coffee.
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DELL’INVENZIONE DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION
La presente invenzione si riferisce al campo delle produzioni di conglomerati cementizi, secondo un procedimento di sintesi attuato a temperatura ambiente, che prevede l’uso di componenti dì tipo I, sia in eventuale sostituzione parziale del cemento sia in qualità di semplice riempitivo, e di componenti additivi di tipo II, secondo la classificazione UNI EN 206. The present invention relates to the field of the production of cement conglomerates, according to a synthesis process carried out at room temperature, which provides for the use of type I components, both as a partial replacement of the cement and as a simple filler, and as type II additive components, according to the UNI EN 206 classification.
In particolare l’invenzione riguarda il progetto di miscela ( mix-design MD ) per l<’>individuazione della composizione ottimale di un trovato, ascrivibile ai composti cementizi che soddisfi le prescrizioni, previste dalla norma UNI EN 197-1. In particular, the invention concerns the mix design (MD mix-design) for the identification of the optimal composition of an invention, attributable to cementitious compounds that meet the requirements of the UNI EN 197-1 standard.
Specificamente, l'invenzione tratta di un trovato contenente almeno un composto aggiuntivo in cui sia presente del carbonato di calcio (CaCOs) in elevata concentrazione (>85%), come gli scarti industriali de! limo di marmo umido, che funga da riempitivo inerte, per applicazioni e prodotti a base cemento, ed un processo di miscelazione con un secondo scarto, il caffè macinato esausto (SCG) con umidità massima del 40%, sempre avente comportamento di inerte, per formare un composto che tende naturalmente Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Specifically, the invention deals with an invention containing at least one additional compound in which calcium carbonate (CaCOs) is present in a high concentration (> 85%), such as industrial waste. wet marble silt, which acts as an inert filler, for cement-based applications and products, and a mixing process with a second waste, the used ground coffee (SCG) with a maximum humidity of 40%, always having an inert behavior, for form a compound that naturally tends Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
a caturare te molecole di CO2 in forma gassosa, regolarmente presenti neU’aria, to capture the CO2 molecules in gaseous form, regularly present in the air,
Nel progetto di miscela oggetto del trovato il limo di marmo utilizzabile deve avere una concentrazione di carbonato di calcio (CaC03) compresa tra 85-95% della parte secca, ed avente una percentuale di acqua in peso di circa il 30-40%, inoltre deve essere costituito da particelle con diametro medio compreso tra 40 e 60 micrometri. Ai fini della presente invenzione, può essere aggiunto nella frazione percentuale richiesta dalla specifica applicazione per la sintesi di composti cementizi e calcestruzzi leggeri, L’SCG utilizzato nel progetto di miscela deve invece avere un contenuto d'acqua massimo del 20% ed essere formato da grani con una curva granulometnea suddivisa preferibilmente nei seguenti intervalli dimensionali-dio: 40-50 pm In the mixture project object of the invention, the usable marble silt must have a concentration of calcium carbonate (CaC03) comprised between 85-95% of the dry part, and having a percentage of water by weight of about 30-40%, moreover it must consist of particles with an average diameter between 40 and 60 micrometers. For the purposes of the present invention, it can be added in the percentage fraction required by the specific application for the synthesis of cementitious compounds and light concretes.The SCG used in the mixture project must instead have a maximum water content of 20% and be formed by grains with a grain size curve preferably divided into the following dimensional ranges: 40-50 µm
dso: 300-380 pm dso: 300-380 pm
dao: 600-680 pm dao: 600-680 pm
Al fine di avere buone resistenze meccaniche, bassi assorbimenti in acqua e lunga durabilità nella fase di miscelazione occorre aggiungere altri additivi, seppur in bassa percentuale, come la micro-sìlice anidra in polvere che, data la bassa dimensione del grano, va a riempire gli interspazi vuoti tra i grani di cemento, di limo di marmo e di sabbia (Fig 1, ramo a). Inoltre, per avere un prodotto similare, seppur a più basse prestazioni meccaniche e di più breve durata, al posto della micro-silice anidra in polvere è possibile adoperare il silicato di sodio con l'obbligo di aggiungere un ritardante di presa dal momento che il silicato di sodio velocizza il processo di consolidamento (Fig 1, ramo b). In order to have good mechanical strength, low water absorption and long durability in the mixing phase, it is necessary to add other additives, albeit in a low percentage, such as the anhydrous micro-silica powder which, given the low grain size, fills the empty spaces between the grains of cement, marble silt and sand (Fig 1, branch a). Furthermore, in order to have a similar product, albeit with lower mechanical performance and shorter duration, it is possible to use sodium silicate instead of anhydrous micro-silica with the obligation to add a setting retardant since the sodium silicate speeds up the consolidation process (Fig 1, branch b).
Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
DESCRIZIONE DETTAGLIATA DEL METODO. DETAILED DESCRIPTION OF THE METHOD.
Per poter rendere confrontabile un composto cementizio standard ed il presente trovato, il metodo prescelto per la determinazione del miglior mixdesign dei presente trovato é stato lo stesso di quello indicato nella normativa UNI EN 196-1 che integra un procedimento per la misurazione delle resistenze a compressione e flessione delle malte di cemento. In order to make a standard cementitious compound and the present invention comparable, the method chosen for determining the best mix design of the present invention was the same as that indicated in the UNI EN 196-1 standard which integrates a procedure for measuring compressive strengths and bending of cement mortars.
Il procedimento di preparazione del trovato secondo i quattro progetti di miscela (MD1, MD2, MD3, MD4) è illustrato nel diagramma di flusso di Fig. 1, dove sono rappresentate le attività, eventualmente raggruppabili in fasi, le azioni decisionali che permettono di scegliere un particolare ramo di Fig 1 e quindi di attuare un determinato progetto di miscela e i prodotti risultato, secondo uno schema semplificato di grafo orientato. The method of preparation of the invention according to the four mixture projects (MD1, MD2, MD3, MD4) is illustrated in the flow chart of Fig. a particular branch of Fig 1 and therefore to implement a specific mixture project and the result products, according to a simplified oriented graph scheme.
1. ACCETTAZIONE INERTI 1. INERT ACCEPTANCE
a. Verifica dimensioni e tasso di umidità limo di marmo b. Verifica dimensioni e tasso di umidità caffè macinato esausto c. Se accettati gli inerti superano il controllo di qualità sono immagazzinati in due tramogge distinte da quelle della sabbia e del cemento e si passa alla fase successiva to. Check dimensions and humidity rate of marble silt b. Check the size and humidity of the used ground coffee c. If accepted, the aggregates pass the quality control and are stored in two separate hoppers from those of the sand and cement and the next phase is passed.
2. MESCOLATURA INERTI 2. INERT MIXING
a. Nella camera di mescolatura si caricano il limo di marmo, il caffè macinato esausto e, se il progetto di miscela lo prevede, si aggiunge la sabbia, seguendo il ramo d) Fig, 1 , secondo le percentuali in peso dei rispettivi MDx (x=1, 2,3,4) b. Si misura l'umidità relativa del miscuglio e se non sono verificate le condizioni, si ripete l'operazione 2a, modificando le concentrazioni relative degli inerti, seguendo il ramo e) Fig, 1 , altrimenti si passa alla fase successiva to. The marble silt and the used ground coffee are loaded into the mixing chamber and, if the blend project foresees it, the sand is added, following branch d) Fig, 1, according to the weight percentages of the respective MDx (x = 1, 2,3,4) b. The relative humidity of the mixture is measured and if the conditions are not verified, operation 2a is repeated, modifying the relative concentrations of the aggregates, following branch e) Fig, 1, otherwise one moves on to the next phase
3. MISCELAZIONE 3. MIXING
a. Si provvede a versare nel mescolatore l’acqua pura (pari al 70% dell’acqua totale di impasto), to. Pure water (equal to 70% of the total mixing water) is poured into the mixer,
Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti dì caffè macinato esausto Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee waste
b. Quindi II mix di inerti preparato nella fase 2 b. Then the mix of aggregates prepared in phase 2
c. Si mescola finché non si è ottenuto una miscela uniforme d. Si aggiunge quindi il cemento idraulico secondo la concentrazione della MDx relativa c. It is mixed until a uniform mixture is obtained. D. The hydraulic cement is then added according to the relative MDx concentration
4. COMPLETAMENTO MISCELA 4. MIX COMPLETION
a. Si aggiunge come additivo la micro-silice anidra, seguendo il ramo a) Fìg. 1 to. Anhydrous micro-silica is added as an additive, following branch a) Fig. 1
b. Si aggiunge il super-fluidificante acrilico; b. The acrylic super-fluidifying agent is added;
c. Infine si aggiunge il 30% di acqua pura totale di impasto; d. Si mescola fino ad ottenere un impasto omogeneo; Oppure in alternativa c. Finally, 30% of total pure water of the mixture is added; d. It is mixed until a homogeneous mixture is obtained; Or as an alternative
a. Si aggiunge il 30% di acqua pura totale di impasto, seguendo il ramo £>) Fig. 1; to. Add 30% of total pure water of the mixture, following the branch £>) Fig. 1;
b. Si aggiunge come additivo il silicato di sodio b. Sodium silicate is added as an additive
c. Si aggiunge il super-fluidificante acrilico; c. The acrylic super-fluidifying agent is added;
d. Si aggiunge ritardante di presa; d. A setting retardant is added;
e. Si mescola fino ad ottenere un impasto omogeneo, 5. RILASCIO And. It is mixed until a homogeneous mixture is obtained. 5. RELEASE
a. La miscela cosi ottenuta è pronta per la successiva fase di stagionatura, come per i mix-design tradizionali. to. The mixture thus obtained is ready for the subsequent curing phase, as for traditional mix-designs.
Per la presente invenzione, il diametro medio delle particelle di limo di marmo è definito come la dimensione delle particelle al 50% in peso della curva di distribuzione granulometrica ottenuta misurando le dimensioni delle particelle di limo di marmo tramite granulometria a diffrazione, che viene misurata utilizzando la Laser Diffraction Particie Size Analyzers CULTER LS 100). For the present invention, the average diameter of the marble silt particles is defined as the particle size at 50% by weight of the grain size distribution curve obtained by measuring the size of the marble silt particles by diffraction grain size, which is measured using the Laser Diffraction Particie Size Analyzers CULTER LS 100).
Più precisamente dall'analisi granulometrica del composto usato per la messa a punto del progetto di miscela finale, relativamente al limo di marmo, risulta che; More precisely, from the granulometric analysis of the compound used for the development of the final mixture project, relative to the marble silt, it appears that;
Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
La mediana (fig 2) della distribuzione (D50) o 50<®>percentile, ovvero il valore rispetto al quale la distribuzione è suddivisa in due metà, una più grossolana ed una più fine, è pari a 4649 pm ± 0.076 pm; The median (fig 2) of the distribution (D50) or 50 <®> percentile, that is the value with respect to which the distribution is divided into two halves, one coarser and one finer, is equal to 4649 pm ± 0.076 pm;
Il diametro medio o valore medio della distribuzione del campione è pari a 10.16 pm ± 0.540 pm, The mean diameter or mean value of the sample distribution is equal to 10.16 pm ± 0.540 pm,
La moda della distribuzione che rappresenta il diametro più frequente nella distribuzione è pari a 4.047 pm. The distribution mode that represents the most frequent diameter in the distribution is 4.047 pm.
Altri valori utili alla descrizione della curva granulometrica del limo di marmo sono i seguenti: Other useful values for the description of the granulometric curve of the marble silt are the following:
- D10: il 10% della popolazione si trova sotto tale valore, nel caso in oggetto è pari a 0.952 pm ± 0.0064 pm, - D10: 10% of the population is below this value, in this case it is equal to 0.952 pm ± 0.0064 pm,
- D90. il 90% della popolazione si trova sotto tale valore, nel caso in oggetto è pari a 29.98 ± 1 ,972 pm - D90. 90% of the population is below this value, in the present case it is equal to 29.98 ± 1, 972 pm
Altri valori misurati, di poca rilevanza ai fini dell’utilizzo del limo di marmo nella presente invenzione sono i seguenti: D25; 1.915 pm, D75- 12.75 pm. Mediamente il limo di marmo adoperato nella presente invenzione ha una umidità del 30-40%. Other measured values, of little relevance to the use of marble silt in the present invention are the following: D25; 1,915 pm, D75- 12.75 pm. On average, the marble silt used in the present invention has a humidity of 30-40%.
Per la determinazione della DTA-TG, il campione è stato essiccato a 1G5°C, La curva relativa alla DTA (fig. 3) presenta tre macro dislivelli ad ognuno dei quali corrisponde una perdita in peso del campione visibile attraverso la curva relativa alla TG, infatti: For the determination of the DTA-TG, the sample was dried at 1G5 ° C. The curve relating to the DTA (fig. 3) has three macro differences in level, each of which corresponds to a loss in weight of the sample visible through the curve relating to the TG , indeed:
DTA. 1003 °C umidità residua TG: -0.3% DTA: 370.8 “C sostanze organiche TG: -25% DTA: 877.6 °C decomposizione carbonato TG: -35.7% Risulta utile sottolineare al fine della caratterizzazione del componente che avendo il fango del limo di marmo una calcimetria del 63%, il CaO rimanente (35.7%) corrisponde circa al 56% del carbonato totale DTA. 1003 ° C residual humidity TG: -0.3% DTA: 370.8 "C organic substances TG: -25% DTA: 877.6 ° C carbonate decomposition TG: -35.7% It is useful to underline in order to characterize the component that having the mud of the silt of marble a calcimetry of 63%, the remaining CaO (35.7%) corresponds to approximately 56% of the total carbonate
Per quanto riguarda le analisi del caffè macinato esausto, usato per la messa a punto del progetto miscela finale del trovato, dall’analisi granulometrica è risultato che As for the analysis of the used ground coffee, used for the development of the final blend project of the invention, the particle size analysis showed that
Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
La mediana (fig. 4) della distribuzione (D50) o 50° percentile, ovvero il valore rispetto al quale la distribuzione è suddivisa in due metà, una più grossolana ed una più fine, è pari a 314,5 pm ± 18.8 pm; The median (fig. 4) of the distribution (D50) or 50th percentile, ie the value with respect to which the distribution is divided into two halves, one coarser and one finer, is equal to 314.5 pm ± 18.8 pm;
Il diametro medio o valore medio della distribuzione del campione è pari a 330.6 pm ± 10.7 pm; The mean diameter or mean value of the sample distribution is 330.6 pm ± 10.7 pm;
La moda della distribuzione che rappresenta il diametro più frequente nella distribuzione è pari a 471 1 pm. The distribution mode representing the most frequent diameter in the distribution is 471 1 pm.
Altri valori utili alla descrizione delia curva granulometrica sono i seguenti: Other useful values for the description of the granulometric curve are the following:
- D10: il 10% della popolazione si trova sotto tale valore, nei caso in oggetto è pari a 53.40 pm ± 0.262 pm, - D10: 10% of the population is below this value, in this case it is equal to 53.40 pm ± 0.262 pm,
- D90: il 90% della popolazione si trova sotto tale valore, nel caso in oggetto è pari a 672.3 ± 4.87 pm. - D90: 90% of the population is below this value, in the present case it is equal to 672.3 ± 4.87 pm.
Altri valori misurati, di poca rilevanza ai finì dell’utilizzo del caffè macinato esausto nella presente invenzione sono i seguenti: D25: 99.05 pm; D75: 507.2 pm Other measured values, of little relevance for the purpose of using the used ground coffee in the present invention are the following: D25: 99.05 pm; D75: 507.2 pm
La prova DTA-TG riportata in Figura 4 mostra che nel caffè esausto adoperato preventivamente essiccato a 105 °C si ha una perdita di umidità residua pari a circa il 5% fino a circa 150 °C, The DTA-TG test shown in Figure 4 shows that in the used coffee previously dried at 105 ° C there is a loss of residual moisture equal to about 5% up to about 150 ° C,
La curva relativa alla DTA presenta tre macro dislivelli ad ognuno dei quali corrisponde una perdita in peso de! campione visibile attraverso la curva relativa alla TG, infatti: The curve relating to the DTA has three macro differences in level, each of which corresponds to a loss in weight of! sample visible through the TG curve, in fact:
DTA 100 °C umidità residua TG: -5.09% DTA: 300 °C sostanze organiche: cellulosa TG: -62.61% DTA<*>600<e>C decomposizione lignina TG; - 32.5% Pertanto queste specifiche sono usate al momento dell’accettazione del limo di marmo e polvere di caffè esausto come controllo di qualità (passi 1a e 1b del procedimento di fig. 1) DTA 100 ° C residual humidity TG: -5.09% DTA: 300 ° C organic substances: cellulose TG: -62.61% DTA <*> 600 <e> C lignin decomposition TG; - 32.5% Therefore these specifications are used when accepting the marble silt and exhausted coffee powder as quality control (steps 1a and 1b of the procedure in fig. 1)
Al fine di aumentare compattezza e impermeabilità, incidere positivamente sull'indurimento, non influenzando in maniera critica la lavorabilità dell'impasto viene aggiunta la micro-silice anidra in polvere. Infatti, Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto In order to increase compactness and impermeability, positively affect hardening, not critically influencing the workability of the mixture, anhydrous micro-silica powder is added. In fact, Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee waste.
considerato che le particelle di micro silice anidra in polvere hanno un diametro medio compreso tra 0,01-1 micron, sicuramente più fine rispetto alle particelle del clinker, aventi il diametro medio delle particelle di circa 15 micrometri, la micro-silice riesce quindi ad entrare nelle lacune presenti tra i granuli di cemento rendendo la matrice cementizia più compatta. considering that the particles of powdered anhydrous micro silica have an average diameter between 0.01-1 micron, certainly finer than the clinker particles, having an average particle diameter of about 15 micrometers, the micro-silica is therefore able to enter the gaps between the cement granules making the cement matrix more compact.
La presente invenzione comprende esplicitamente quattro mix-design equivalenti dal punto di vista produttivo, anche se diversi dal punto di vista meccanico-fisico, differenziandosi per l<'>additivo adoperato {la microsilice anidra o il silicato di sodio in soluzione acquosa al 35%) e se si è proceduto alla sostituzione totale della sabbia con il limo di marmo. Ciascun mixdesign è completamente caratterizzato dalla composizione espressa in kg/m<3>o Lt/m<3>dei vari componenti. The present invention explicitly includes four equivalent mix-designs from the production point of view, although different from the mechanical-physical point of view, differing in the additive used {anhydrous microsilica or sodium silicate in 35% aqueous solution ) and if the sand has been completely replaced with marble silt. Each mixdesign is completely characterized by the composition expressed in kg / m <3> or Lt / m <3> of the various components.
Nelle tabelle seguenti si forniscono i dettagli per i quattro progetti di miscela, denominati rispettivamente MD1, MD2, MD3 e MD4 che costituiscono il corpo delle presente invenzione. The following tables provide the details for the four mix designs, respectively called MD1, MD2, MD3 and MD4 which constitute the body of the present invention.
Tafanila 1 Mix-designJ (MD1) Tafanila 1 Mix-designJ (MD1)
Cemento Limò di Micio silice Super-liudificanla Cement Limò di Micio Super-liudifying silica
Sabbia SCO Acqua 32 5N marmo anidra acrilico Sabbia SCO Acqua 32 5N anhydrous acrylic marble
(kg/m') (Lt/m<J>) (UTn<1>) 152-210 693-912 1 627-1008 84 114 8 4 152 1 05-4 8 ~~ 9Ì-Ì09 (kg / m ') (Lt / m <J>) (UTn <1>) 152-210 693-912 1 627-1008 84 114 8 4 152 1 05-4 8 ~~ 9Ì-Ì09
La percentuale di limo di marmo utilizzata dipende dall'applicazione finale desiderata, perché ne determina le caratteristiche fisico-meccaniche. The percentage of marble silt used depends on the desired final application, because it determines its physical-mechanical characteristics.
Al posto della micro-silice anidra in polvere è possibile adoperare il silicato di sodio, Na2Si03, aggiungendo un ritardante di presa in quantità pari a 0.2-0 5 Lt per 100 kg di cemento per un mantenimento della lavorabilità dell’impasto in fase di lavorazione. Instead of powdered anhydrous micro-silica it is possible to use sodium silicate, Na2Si03, by adding a setting retardant in a quantity of 0.2-0 5 Lt per 100 kg of cement to maintain the workability of the mixture during processing. .
Tabella 2 Mnt-design_2 (MD2) Table 2 Mnt-design_2 (MD2)
Cemento Limo di I Silicato di Snpe riedificante 1 Limo cement of I Silicate of Snpe rebuilding 1
I Sabbia SCG Acqua Ritardante di presa 32 5N J marno j Sodio acrilico I Sand SCG Water Setting retardant 32 5N J marno j Sodium acrylic
(kg/m’) (Lt/m<5>) {kg/m’) 152-171 6 j 656-10428 j 7084 948 94-101 2 46.8-506 1 033 J 103 134 0 33-0 8 Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto (kg / m ') (Lt / m <5>) {kg / m') 152-171 6 j 656-10428 j 7084 948 94-101 2 46.8-506 1 033 J 103 134 0 33-0 8 Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
Sostituendo integralmente la sabbia con il limo di marmo dalla formulazione MD1 e dalla formulazione MD2 si ottengono rispettivamente le formulazioni MD3 e MD4, che presentano caratteristiche di resistenza meccanica sempre nell'intervallo 5-10 MPa, come le MD1 e MD2. By completely replacing the sand with the marble silt from the MD1 formulation and from the MD2 formulation, the MD3 and MD4 formulations are obtained, respectively, which have mechanical resistance characteristics always in the 5-10 MPa range, such as MD1 and MD2.
Tabella 3 Mix-design^ (MD3) Table 3 Mix-design ^ (MD3)
Cemento Ltmo dt Micro-silice Super-fludiftcante Ltmo dt Micro-silica Super-fludifcante cement
Sabbia SCG Acqua 32 5N marmo anidra acrilico Sabbia SCG Acqua 32 5N anhydrous acrylic marble
(Kg7m<3>) (Lt/nì*) pm<5>) 152-210 | 1639-1701 0 84-114 8 4*15.2 1 05-4 8 Variabile (Kg7m <3>) (Lt / nì *) pm <5>) 152-210 | 1639-1701 0 84-114 8 4 * 15.2 1 05-4 8 Variable
Tabella 4 Mix-design 4 (MD3) Table 4 Mix-design 4 (MD3)
Cemento Limo di Silicato di Superfludificante Superfludifying silicate lime cement
Sabbia SCG Acqua Ritardante di presa 32 5N marmo Sodio acrilico Sand SCG Water Setting retardant 32 5N marble Sodium acrylic
(Kgftii’i<">piò*) (Kg/rti’} 1G04 (Kgftii'i <"> piò *) (Kg / rti '} 1G04
152-171 f> o 94-101 2 4Θ 8-506 1 0-33 Variabile 033*0 a 1764 4 152-171 f> o 94-101 2 4Θ 8-506 1 0-33 Variable 033 * 0 to 1764 4
Le masse volumiche del prodotto fresco e di quello secco, insieme alla resistenza media a compressione, al 28-esimo giorno di curìng, delle quattro diverse miscelazioni sono riportate in tabella qui sotto: The density of the fresh and dry product, together with the average compressive strength, on the 28th day of curing, of the four different mixes are shown in the table below:
Tabella 5 Masse volu niche e Resistenza a compressione media a 28gg. Table 5 Density and average compressive strength at 28 days.
Mix-Design Densitàjresco Densità secco Resistenza compressione (Kg/m<3>) (MPa) Mix-Design Fresh density Dry density Compressive strength (Kg / m <3>) (MPa)
MD1 1*9-2.1 1.8-2.0 5-15 MD1 1 * 9-2.1 1.8-2.0 5-15
MD2 2.0 2.2 1.7-1.9<‘>5-10 MD2 2.0 2.2 1.7-1.9 <'> 5-10
MD3 1.9-2.1 8 2.0 5-10 MD3 1.9-2.1 8 2.0 5-10
MD4 2 0 2.2 7-1.9 5-10 MD4 2 0 2.2 7-1.9 5-10
I composti cementizi, ottenuti alle varie concentrazioni dei componenti, nel rispetto dei limiti previsti, sono stati validati verificando i seguenti parametri fisico-meccanici: The cementitious compounds, obtained at the various concentrations of the components, in compliance with the established limits, were validated by verifying the following physical-mechanical parameters:
Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee
« Resistenza a compressione, resistenza a flessione, porosimetria ad intrusione di Hg, assorbimento percentuale in acqua a 24h, "Compressive strength, flexural strength, Hg intrusion porosimetry, percentage absorption in water at 24h,
- Resistenza ai cicli gelo ed al disgelo, cessione in ambiente alcalino e acido, secondo le prescrizioni della UNI EN 197 1. - Resistance to freeze and thaw cycles, release in an alkaline and acid environment, according to the requirements of UNI EN 197 1.
CARATTERIZZAZIONE OPERATIVA DELL’IMPIANTO DI SINTESI Come per la sintesi delle composti cementizi tradizionali, la confezione della miscela secondo il mix-design MD1, MD2, MD3, MD4 allo stato fresco avviene con: OPERATIONAL CHARACTERIZATION OF THE SYNTHESIS PLANT As for the synthesis of traditional cementitious compounds, the packaging of the mixture according to the mix-design MD1, MD2, MD3, MD4 in the fresh state takes place with:
Impianti di dosaggio di calcestruzzo per via secca; Dry concrete batching plants;
- Impianti di betonaggio dotati di mescolatori per via umida - Concrete mixing plants equipped with wet mixers
Tali impianti possono essere sia a schema verticale che a schema orizzontale, purché le tramogge di contenimento del limo di marmo e del caffè siano dotate di vibratori aggiuntivi posizionati in più punti per evitare intasamenti che possono derivare dalla granulometria molto fine e l'elevato grado di umidità di questi componenti. These systems can be both vertical and horizontal, provided that the hoppers for containing the marble silt and coffee are equipped with additional vibrators positioned in several points to avoid clogging that can derive from the very fine grain size and the high degree of humidity of these components.
All'interno della tramoggia del limo di marmo e del caffè spento si può eventualmente installare un mescolatore ad elica che faciliti il trasporto fino alla bocchetta di carico Le tramogge sono dotate di sonde di umidità che rilevano l'umidità dei componenti. A propeller mixer can be installed inside the hopper of the marble silt and of the extinguished coffee to facilitate transport to the loading nozzle. The hoppers are equipped with humidity probes that detect the humidity of the components.
lì ricalcolo del dosaggio del limo di marmo e del caffè (effettuato da un opportuno sistema computerizzato di controllo in funzione dell’umidità rilevata nei due componenti avviene con lo stesso criterio che l'impianto tradizionale adotta per la sabbia ed influenza la percentuale finale dì cemento utilizzato. Pertanto il sistema di produzione risulta praticamente lo stesso di quello tradizionale, fatta eccezione delle due tramogge aggiuntive a quella del cemento che contengono rispettivamente il limo di marmo e la polvere di caffè esausto. the recalculation of the dosage of the marble silt and of the coffee (carried out by an appropriate computerized control system according to the humidity detected in the two components takes place with the same criterion that the traditional plant adopts for the sand and influences the final percentage of cement Therefore the production system is practically the same as the traditional one, with the exception of the two additional hoppers to that of the cement which contain respectively the marble silt and the exhausted coffee powder.
Le tolleranze di dosaggio dei componenti ammissibili in impianto sono: Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto The dosage tolerances of the admissible components in the plant are: Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with the addition of waste ground coffee waste
Tabella 6 Tolleranze componenti miscela. Table 6 Tolerances of mixture components.
Materiale Tolleranza Material Tolerance
Cemento Concrete
Microsilice Microsilica
Limo marmo ± 3% Marble silt ± 3%
Sabbia Sand
Caffè Coffee
Silicato (<*>) Silicate (<*>)
Super-fluidificante ± 5% Super-fluidifying ± 5%
Acqua Waterfall
Per garantire una corretta omogeneità del prodotto, nel caso di utilizzo di impianto di dosaggio a secco, la sequenza di carico è la seguente: To ensure correct homogeneity of the product, in the case of using a dry dosing system, the loading sequence is as follows:
Tabella 7 Sequenza di carico dei componenti per MD1 Table 7 Component loading sequence for MD1
Passo Componente/i (%) 1 Acqua 70 2 Limo marmo sabbia caffè 100 Step Component (s) (%) 1 Water 70 2 Silt marble sand coffee 100
esausto exhausted
3 Cemento 100 4 Microsilice anidra in polvere 100 5 Super-fluidificante acrilico 100 6 Acqua 30 3 Cement 100 4 Anhydrous microsilica powder 100 5 Acrylic super-fluidifying agent 100 6 Water 30
Qualora si utilizzasse il silicato di sodio allora la sequenza di carica diverrebbe la seguente: If sodium silicate was used then the loading sequence would become the following:
Tabella 8 Sequenza di carico dei componenti per MD2 Table 8 Component loading sequence for MD2
Passo Componente/i (%) 1 Acqua 70 2 Limo marmo sabbia caffè 100 3 Cemento 100 4 Acqua 30 5 Silicato di Sodio Super-fluidificante acrilico 100 Processo per la produzione di conglomerati cementizi a base di scarti industriali di limo di marmo, additivate con scarti di caffè macinato esausto Step Component (s) (%) 1 Water 70 2 Silt marble sand coffee 100 3 Cement 100 4 Water 30 5 Sodium silicate Acrylic super-fluidifying agent 100 Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste of marble silt, with additives waste ground coffee
VANTAGGI E BENEFICI DELLA SOLUZIONE ADVANTAGES AND BENEFITS OF THE SOLUTION
Il beneficio economico per la presente invenzione deriva dalla riduzione dei costi, sostenuti dal soggetto produttore, per l’acquisizione dei singoli componenti relativi ad uno dei quattro progetti di miscela rispetto ad un composto cementizio tradizionale, comunque paragonabile per la bassa resistenza a compressione (<15MPa). Si stima un risparmio medio di riferimento tra il 10% ed il 50%, The economic benefit for the present invention derives from the reduction in costs, incurred by the producer, for the acquisition of the individual components relating to one of the four mixture projects compared to a traditional cementitious compound, however comparable for its low compressive strength (< 15MPa). An average saving of reference is estimated between 10% and 50%,
Claims (1)
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| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| ITUB2015A005221A ITUB20155221A1 (en) | 2015-10-02 | 2015-10-02 | Process for the production of cement conglomerates based on industrial waste from additivated marble silt, with waste of exhausted ground coffee |
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|---|---|
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Citations (1)
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|---|---|---|---|---|
| US20130139729A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | Construction Research & Technology Gmbh | Providing Freeze-Thaw Durability to Cementitious Compositions |
-
2015
- 2015-10-02 IT ITUB2015A005221A patent/ITUB20155221A1/en unknown
Patent Citations (1)
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| US20130139729A1 (en) * | 2011-12-02 | 2013-06-06 | Construction Research & Technology Gmbh | Providing Freeze-Thaw Durability to Cementitious Compositions |
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