PT2160367E - Processo de preparação de um enchimento para asfalto ou betão a partir de um material à base de escória - Google Patents

Description

ΡΕ2160367 1 DESCRIÇÃO "PROCESSO DE PREPARAÇAO DE UM ENCHIMENTO PARA ASFALTO OU BETÃO A PARTIR DE UM MATERIAL À BASE DE ESCÓRIA" O presente invento diz respeito a um processo para preparar, partindo de um material à base de escória, um enchimento para ser utilizado em materiais de construção que contêm um agente de ligação hidráulico ou betuminoso. Os materiais de construção são em particular composições de asfalto ou de argamassa hidráulica ou de betão.

Os enchimentos são utilizados em vários materiais de construção. Os diferentes tipos de asfalto, tais como betão asfáltico, asfalto para derramar, asfalto de drenagem e asfalto mástique dividido (pedra) (SMA do inglês "split mastic asphalt"), que contenham por exemplo quantidades de enchimento na gama entre 4 e 23% em peso. Os enchimentos podem também ser adicionados a argamassas hidráulicas ou composições em betão, em particular a composições de betão auto-compactante, a fim de melhorar a fluidez da mistura fresca.

As composições de betão auto-compactante (SCO do inglês "self-compacting concrete") são misturas de betão hidráulico caracterizadas por uma elevada fluidez, que tornam desnecessário fazer a vibração tanto na colocação 2 ΡΕ2160367 como na compactação. As composições SCC flúem em vez de se afundarem, enchendo mesmo formas complicadas com elevada densidade de reforços. 0 betão endurecido é particularmente denso e homogéneo, dando-lhe uma resistência particularmente boa e durável. As composições SCC têm relações particularmente elevadas em enchimento e têm uma elevada resistência à segregação. A sua elevada fluidez é obtida utilizando a adição de misturas super-plastificdoras, em particular poli-carboxilatos, enquanto limitam o teor em água a um mínimo de modo a manter a resistência do betão curado e evitando as segregações na mistura.

Até hoje, a pedra calcária triturada tem sido a principal fonte do enchimento para as composições de argamassa hidráulica ou de betão e também para as composições de asfalto. Contudo, a pedra calcária é um material natural e não renovável. Além disso, outros utilizadores, tais como a indústria alimentar, também consomem grandes quantidades dessa fonte limitada, aumentando ainda mais o seu custo. Por esta razão, têm sido procuradas alternativas às pedras de calcário, na forma de materiais de desperdício. 0 "European Guidelines for Self-Compacting Concrete", datado de Maio de 2005 divulga por exemplo diferentes adições (enchimentos) que podem ser incorporados em betões auto-compactantes a fim de melhorar certas propriedades ou para alcançar propriedades especiais. 3 ΡΕ2160367

Enchimentos minerais à base de carbonato de cálcio são descritos como sendo particularmente apropriados para os SCC quando comparados com outros materiais disponíveis mas, tal como se descreveu acima, o carbonato de cálcio ("limestone"), são materiais naturais não renováveis. De acordo com o "European Guidelines" cinzas flutuantes também serão apropriadas mas elevados níveis de cinzas flutuantes podem produzir uma fracção em pasta que sendo tão coesiva pode tornar-se resistente à fluição. Os vapores de sílica resultarão numa boa coesão e resultarão numa melhorada resistência à segregação mas também são muito eficazes na redução ou eliminação do sangramento que pode dar origem a problemas de rápido endurecimento superficial. A escória de altos-fornos granulada por trituração (GGBFS - do inglês "ground granulated blast furnace slag"), que normalmente é apropriada acima de 95% em peso de amorfos (devido ao arrefecimento rápido por mergulho em água) e que tem propriedades hidráulicas, também pode ser adicionada ao SCC mas uma elevada proporção de GGBFS pode afectar a estabilidade do SCC resultando na redução da robustez com problemas do controlo da consistência enquanto que o abrandamento da presa pode também aumentar o risco de segregação. Devido às suas propriedades hidráulicas a GGBFS é além disso uma valiosa matéria-prima para ser utilizada como um aditivo para o cimento ou para a produção de cimento clinker. A escória de altos-fornos granulada obtida por arrefecimento lento, de modo a ficar maioritariamente cristalizada, também é divulgada na "European Guidelines" como uma adição possível ao SCC. Contudo, a escória de 4 ΡΕ2160367 altos-fornos granulada também tem uma aplicação valiosa como agregado (gravilha de escória de altos-fornos) e pode por exemplo ser utilizada na construção de estradas, na engenharia civil, na construção de taludes para as linhas féreas, nos arranjos de terrenos, para se voltar a cultivar, etc. Para tais aplicações, a escória de altos-fornos será de preferência de elevada qualidade, isto é, não deverá ter sido pulverizada durante o processo de arrefecimento como resultado de uma conversão expansiva de cristais de silicato dicálcio β no seu polimorfo γ ("queda da escória") (do inglês "falling of the slag"). Tais silicatos dicálcio γ contidos na escória de altos-fornos são por isso menos apropriados para serem utilizados como agregados. 0 pedido de patente japonês JP 2004-051425 parece sugerir que o remanescente da porção do silicato dicálcio β na escória possa ser utilizado como um aditivo ao cimento, mas não divulga que quantidade desta porção é para ser separada do polimorfo γ. Em vez disso concentra-se num processo para tratar o silicato dicálcio γ de modo a utilizá-lo como um aditivo de cimento hidráulico. Além disso, contrariamente ao que parece ser sugerido nesse documento, os silicatos dicálcio cristalinos em geral, e os silicatos dicálcio β em particular, não possuem propriedades hidráulicas substanciais. As propriedades hidráulicas do que principalmente é divulgado dizem respeito à porção amorfa e à junção de escória pozolânica amorfa. 5 ΡΕ2160367

No artigo "The use of stainless Steel slag in concrete", A Kortbaoul, A Tagnit-Hamou, e P.C. Aitcin "Cement-Based Materials", p.77-90, 1993, era proposta a utilização de escória de aço inoxidável "tratada" (TSSS -do inglês "treated stainless Steel slag") como substituto para as areias nas misturas de betão. A escória de aço inoxidável "tratada" descrita era relativamente fina e também compreendia uma pequena porção de fracção de enchimento (cerca de 18% das partículas era mais pequena do que 63 ym) . Contudo, as experiências demonstraram que a quantidade de TSSS utilizada para substituir a areia natural ficava limitada pelo efeito negativo na possibilidade do betão fresco ser trabalhável. Além disso, não obstante o facto de uma quantidade bastante grande de super-plastificador ter sido adicionada para melhorar a possibilidade do betão ser trabalhável, o afundamento do fluxo ainda era reduzido. Este impacto negativo na possibilidade das composições de betão fresco serem trabalháveis tornava o TSSS inadequado para a utilização como enchimento para o betão e em particular para o betão auto-compactante, tal como é definido pelas "European Guidelines for Self-Compacting Concrete", de Maio de 2005. O pedido de patente japonesa JP 2002-211960 sugeria o tratamento da escória de aço inoxidável com um estabilizador mineralógico, de modo a pelo menos parcialmente impedir a conversão dos cristais de silicato dicálcio β. Contudo um tal processo implicava custos substanciais, tanto em termos de matérias-primas (o 6 ΡΕ2160367 estabilizador mineralógico) como em instalações e em energia.

Para o asfalto uma propriedade importante do enchimento consiste no teor em água. Na prática o teor em água no enchimento utilizado para a preparação do asfalto deveria ser menor do que 1% em peso (ver por exemplo a norma Europeia EN 13043: 2002) e de preferência mesmo menor do que 0,5% em peso. Teores em água mais elevados resultariam de facto na inclusão de água ou de vapor de água nas misturas betuminosas o que deve ser evitado a fim de impedir que fique com uma aparência demasiado oleosa e o risco da segregação ou da listagem da mistura durante a sua aplicação. Embora os enchimentos que contenham uma quantidade substancial de silicato dicálcio γ possam teoricamente ser secos até ficarem com um teor em água muito baixo, na prática a sua retenção da água é tão elevada, que o custo seria proibitivo. Além disso, logo que o material volte para a atmosfera e a temperatura normais, começaria rapidamente de novo a absorver a água, tornando a sua utilização impraticável em qualquer caso. A água retida forma uma película em torno das partículas de escória o que impede uma boa aderência das partículas ao ligador betuminoso fortemente hidrofóbico. Mesmo com o asfalto já aplicado, a água pode penetrar dentro do asfalto e dentro das partículas de enchimento o que causaria mais uma vez a possibilidade de listagem o que conduz à formação de sulcos (nas aplicações rodoviárias) e à formação de gotas. 7 ΡΕ2160367

Um objectivo do presente invento consiste em proporcionar um processo de preparar um enchimento para materiais de construção que permita que se parta de materiais alternativos à base de escória que, quando triturados como tal, resultarão num enchimento que será pouco ou mesmo não ser de todo apropriado para ser utilizado como enchimento em betuminosos ou materiais de construção hidráulicos.

Com esta finalidade o processo de acordo com o invento é caracterizado por a sua utilização ser feita com um material à base de escória que contenha silicato dicálcio γ e por o processo compreender a etapa de remoção de uma fracção mais fina, formada por partículas com uma dimensão entre 0 e y mm a partir do material à base de escória, sendo y maior ou igual a 0,75 mm, de preferência maior ou igual a 1,0 mm, mais preferencialmente maior ou igual a 1,5 mm e mais preferencialmente maior ou igual a 2,0 mm; e a etapa de triturar finamente pelo menos uma parte da fracção mais grosseira remanescente do material à base de escória a fim de obter um enchimento em que pelo menos 50% em peso, de preferência pelo menos 60% em peso, é formado por partículas que não sejam maiores do que 63 pm. Isto proporciona um enchimento suficientemente fino para ser utilizado em asfalto, betão e/ou argamassa, em particular betão auto-compactante, que necessita de tal enchimento fino de modo a preservar a fluidez no estado de fresco e obter superfícies macias depois da presa. ΡΕ2160367

Escórias que contenham silicatos dicálcio γ são por exemplo escórias de alto-forno arrefecidas por ar que se fragmentam devido ao facto delas conterem silicatos dicálcio β que se inverteram expansivamente para a sua forma γ, e escórias de aço inoxidável de arrefecimento relativamente lento, em particular escórias de aço inoxidável produzidas durante a produção de aço inoxidável cromo-níquel austenitico.

Os presentes inventores descobriram que a fracção fina de tais escórias que contêm silicatos dicálcio γ, que à primeira vista aparecerão como sendo preferidas para preparar um material de enchimento desde que, em contraste com a fracção agregada mais grosseira, não tem praticamente utilização e, sendo mais fina, necessita de ser menos moida, actualmente não sendo de todo apropriada para ser utilizada como enchimento em betuminosos ou em materiais de construção hidráulicos mas, bastante surpreendentemente, a fracção mais grosseira de tais escórias é um material muito apropriado para preparar um enchimento para tais materiais de construção.

Esta diferença nas propriedades do enchimento pode possivelmente ser explicada pelo facto da fracção fina da escória cristalina ter um teor de silicato dicálcio γ bastante mais elevado do que a fracção mais grosseira. A presença de duas quantidades muito elevadas de silicato dicálcio γ, que pode absorver grandes quantidades de água, terá efeitos deletérios, como por exemplo, na possibilidade 9 ΡΕ2160367 de ser trabalhável e na durabilidade da argamassa de betão. Uma escória de aço inoxidável seca que contenha dicálcio γ absorve e retém fortemente uma quantidade de água. Como resultado disto, mais água e aditivos que reduzam a água são necessários para manter um minimo de possibilidade da mistura de betão ser trabalhável. Quando se adiciona demasiada água a fim de melhorar a fluidez, a água contida na mistura formará pequenos vazios em detrimento da resistência e da durabilidade da argamassa ou do betão. Também para as aplicações como enchimento nas composições asfálticas, um enchimento que contenha uma quantidade demasiado elevada de silicato dicálcio γ não é apropriada tendo em vista as quantidades elevadas de água absorvidas da mistura de betão e fortemente retidas por estes silicatos dicálcio γ. Embora, a pulverização de silicato dicálcio γ fosse conhecida pelos especialistas nesta técnica, a partir do exemplo da JP 2004-051425, foi agora descoberto que um enchimento qualitativo pode ser obtido removendo primeiro uma fina fracção da escória de modo a que permaneça uma fracção comparativamente mais pobre de silicato dicálcio γ, e fazendo em seguida uma trituração final desta fracção remanescente em partículas de dimensão para o enchimento.

Num modelo de realização vantajoso do processo de acordo com o invento o material à base de escória compreende uma escória de aço, de preferência uma escória de aço inoxidável e mais de preferência uma escória produzida durante a produção de aço cromo-niquel 10 ΡΕ2160367 austenítico.

Para a produção de aço inoxidável é utilizado não só ferro mas adicionalmente também pelo menos crómio. Para os aços inoxidáveis do tipo martensítico, o conteúdo de crómio compreende por exemplo cerca de 13%, para o aço inoxidável do tipo ferrítico cerca de 17,5% e do aço inoxidável do tipo austenítico cerca de 17,5-18%. 0 aço inoxidável do tipo austenítico compreende além do mais o adicionamento de cerca de 9 a 12% de níquel. Para a produção de aço inoxidável é além disso normalmente utilizado fluoreto de cálcio que é adicionado mais particularmente para manter derretida a escória fluida. A escória de aço inoxidável contém consequentemente, de um ponto de vista de higiene ambiental, quantidades problemáticas de óxido de crómio (Cr203) e possivelmente de óxido de níquel e/ou de fluoretos. Uma vez que estas substâncias prejudiciais podem ser filtradas, a disposição da escória de aço inoxidável é complicada e dispendiosa.

Para corrigir estes problemas, a Patente Europeia EP 0 837 043 BI propõe utilizar uma fracção mais grosseira da escória de aço inoxidável cristalina triturada como um agregador mais grosseiro para as composições de betão hidráulico e de asfalto depois de terem sido recuperadas as partículas metálicas da escória triturada. Contudo, na prática o agregador mais grosseiro ainda contém uma quantidade significativa de metais valiosos (aço cromo-níquel). Economicamente, é vantajoso ser capaz de recuperar 11 ΡΕ2160367 uma quantidade tanto maior quanto possível deste metal, incluindo tal metal uma vez que pode estar presente em inclusões bastante pequenas. Embora seja por isso vantajoso, deste ponto de vista, ser-se capaz de triturar a escória tão finamente quanto possível a fim de recuperar uma elevada quantidade de metal, já há na prática uma grande quantidade da fracção fina de escória (0-0,5 mm) para a qual não existem aplicações práticas pelo que têm que ser descarregadas. Para a fracção de escória de aço inoxidável mais fina, a EP 0 837 043 divulga a possibilidade de triturar mais esta fracção fina (0-4 mm) e utilizar o pó obtido para a produção de cimento. Contudo, o teor em crómio da escória de aço inoxidável limita a aplicação deste pó de escória de aço inoxidável no cimento.

Produzindo enchimento a partir de escória de aço inoxidável com o processo do invento permite a reciclagem da escória de aço inoxidável de uma maneira ecologicamente responsável mas economicamente eficiente. Os materiais de construção endurecidos, que compreendem enchimentos preparados por este método, não apresentam uma filtragem significativa dos metais pesados ou de outras substâncias prejudiciais para o ambiente. Tratando a escória de aço inoxidável pelo processo do presente invento, nestas condições, não só se tem a vantagem de proporcionar enchimentos economicamente vantajosos para materiais de construção, mas também se proporciona métodos económica e ecologicamente vantajosos para se dispor de escória de aço inoxidável. 12 ΡΕ2160367

De preferência, o referido processo compreende adicionalmente a etapa de quebrar o material à base de escória em fragmentos mais pequenos do que uma dimensão x antes da remoção da fracção mais fina do material à base de escória. Ainda mais preferencialmente a referida dimensão x é no máximo de 50 mm, de preferência no máximo de 30 mm, e mais preferencialmente no máximo de 20 mm. Por "quebrar" o material à base de escória deve ser entendido por qualquer processo por meio do qual a dimensão das peças ou partículas de escória são reduzidas tais como por britagem, trituração, etc. Além de facilitar o manuseamento da escória para remover as fracções mais finas, e permitir a extracção de grandes quantidades de inclusões metálicas na escória para a sua reciclagem, esta etapa preliminar de quebra ajuda à separação adicional dos silicatos dicálcio γ dos maiores fragmentos de escória, resultando num enchimento com um teor inferior de silicato dicálcio γ. O material à base de escória deverá preferencialmente não ser contudo quebrado demasiado fino uma vez que deste modo isso iria complicar a remoção das fracções finas e uma vez que quanto mais material à base de escória, que é útil como enchimento, se iria perder. Consequentemente, o material à base de escória é quebrado de preferência em fragmentos mais pequenos do que x, sendo x de preferência maior do que 4 mm, mais preferencialmente maior do que 8 mm e ainda mais preferencialmente maior do que 10 mm.

De preferência, o referido processo compreende além disso a etapa de introduzir um estabilizador 13 ΡΕ2160367 mineralógico, tal como um borato, que estabilize os silicatos dicálcio β, na escória derretida antes de arrefecer a referida escória derretida a fim de proporcionar silicato dicálcio γ que contenha escória cristalina. A finalidade desta etapa adicional consiste em conter, pelo menos parcialmente, a transição de silicatos dicálcio β em silicato dicálcio γ, aumentando assim a relação do primeiro para o segundo na escória cristalina, e por último resultando num enchimento com um teor mais baixo em silicato dicálcio γ, enquanto se reduz a quantidade da fracção de escória cristalina fina que tem que ser removida.

Além disso de preferência o referido processo compreende, em particular, a etapa de remover o metal que contiver ferro da porção finamente triturada da fracção de escória mais grosseira. Isto permite a extracção de quantidade significativa do metal que é deixado na escória, que pode então ser economicamente reciclado. Ainda mais preferencialmente, o referido metal é extraido por meio de um processo de separação a seco na porção mais finamente triturada da fracção de escória mais grosseira, em particular centrifugando esta porção mais finamente triturada. 0 invento também diz respeito a um enchimento produzido pelo processo de acordo com o invento.

De preferência, o enchimento compreende além 14 ΡΕ2160367 disso uma fase cristalina que contém menos do que 4% em peso, de preferência menos do que 3% em peso e mais preferencialmente menos do que 2% em peso de silicato dicálcio Y- Isto impede substancialmente os efeitos negativos da presença de silicato dicálcio γ em betuminosos ou nas argamassas hidráulicas ou nas composições de betão e permite mais particularmente baixar os teores em água muito mais facilmente. 0 enchimento de preferência tem um teor em água de menos do que 1,0% em peso e mais preferencialmente de menos do que 0,5% em peso. O invento também diz respeito a um enchimento para ser utilizado em materiais de construção que contêm betumes ou agentes de ligação hidráulicos, tais como o asfalto ou a argamassa ou o betão, em particular o betão auto-compactante, enchimento que é produzido de preferência por um processo de acordo com o invento e enchimento que compreende fases cristalinas que contêm, na totalidade, pelo menos 1% em peso de silicato dicálcio β e, por partes em peso de silicatos dicálcio β, menos do que 0,8% de partes em peso, de preferência menos do que 0,65 de partes em peso e mais preferencialmente menos do que 0,5 de partes em peso de silicatos dicálcio β, o teor de silicatos dicálcio β sendo menos do que 4% em peso, de preferência menos do que 3% em peso e mais de preferência menos do que 2% em peso da referida fase cristalina. Isto permite a reciclagem da escória conter silicato dicálcio cristalino no enchimento de adequada possibilidade de ser trabalhável. 15 ΡΕ2160367

De preferência, a fracçâo de material à base de escória mais grosseira é finamente triturada de modo a ser pelo menos 60% em peso, de preferência pelo menos 80% em peso, mais preferencialmente pelo menos 90% em peso do enchimento é formado por partículas que não sejam maiores do que 125 ym de preferência não maiores do que 63 ym. A dimensão das partículas do enchimento vai em particular ao encontro dos requisitos de dimensões do enchimento das Normas Europeias EN 12620: 2002 para o betão e as EN 13043: 2002 para as misturas betuminosas. De acordo com estas normas os 100% em peso do enchimento deverão passar por uma peneira de 2 mm, 85 a 100% em peso deverá passar através de uma peneira de 0,125 mm e 70 a 100% em peso através de uma peneira de 0,063 mm.

De preferência, o referido material à base de escória é menos do que 50% de amorfos em peso, de preferência menos do que 30% de amorfos em peso. Por isso, proporciona-se um processo que é apropriado para o tratamento do que é principalmente cristalino, e por isso essencialmente de escória não reactiva com utilização não significativa como substituto do cimento.

De preferência, o material à base de escória mais grosseiro é triturado tão finamente que o enchimento tem um valor Blaine de pelo menos 2000 cm2/g, de preferência de pelo menos 3000 cm2/g. Esta é uma medida alternativa da reduzida espessura e da densidade do enchimento 16 ΡΕ2160367

De preferência, o teor em cal livre (óxido de cálcio) é abaixo de 1% em peso. A cal livre também tem propriedades muito negativas em misturas de betão, porque aumenta quando ela se hidrata de modo a formar hidratos de cálcio (Ca (OH) 2). É por isso vantajoso reduzir o seu teor nos enchimentos.

De preferência, o teor de óxido de magnésio livre fica abaixo de 3% em peso, mais preferencialmente abaixo de 2,5% em peso. 0 óxido de magnésio tem, tal como a cal livre, propriedades negativas na hidratação/inchamento, e deve ser evitado. 0 invento também diz respeito à utilização de enchimentos obtidos pelo processo de acordo com o invento para preparar um material de construção que contenha betume ou um agente de ligação hidráulico tal como o asfalto e a argamassa hidráulica ou betão. Uma vez que o enchimento não absorve muita água, é fácil manter um teor em água que seja suficientemente baixo, por exemplo, mais baixo do que 0,5% em peso para as aplicações em asfalto é mais baixo do que 1% em peso para as aplicações em betão. Para as aplicações em betão, a exigência de água também é um parâmetro importante do enchimento, em particular o valor de β-Ρ. O valor β-Ρ é a quantidade de água que pode ser adicionada ao enchimento sem que se alcance uma mistura inundada. Este valor também é baixo para 0 enchimento de acordo com o invento. 17 ΡΕ2160367 0 invento, além disso, também diz respeito à composição em betão ou argamassa hidráulica que compreende um enchimento de acordo com o invento, de preferência numa quantidade de pelo menos 2% em peso, mais preferencialmente de pelo menos 3% em peso e mais preferencialmente de pelo menos 5% em peso de matéria seca no total da matéria seca da composição hidráulica. De preferência, a composição hidráulica é uma composição de betão com elevada fluidez, por exemplo uma composição de betão auto-compactante, que também compreenda um super-plastificador, por exemplo um poli-carboxilato. Uma tal composição de betão é particularmente vantajosa para a reciclagem de escória, e em particular para a escória de aço inoxidável, porque a elevada densidade e a homogeneidade do betão com presa feita, o que resulta numa melhor resistência às substâncias e aos meios ambientes agressivos, e por isso numa ainda mais baixa filtragem dos metais pesados, e uma vez que um aumento de quantidade relativamente grande do enchimento com escória de aço pode ai ser utilizada. Além disso, uma vez que o betão também será eventualmente colocado após uma demolição, a sua durabilidade também é vantajosa, uma vez que ele protelará o momento da referida colocação. Finalmente, não necessitando de vibração, o betão auto-compactante reduz a exposição dos trabalhadores à composição do betão e assim também a quaisquer substâncias prejudiciais nele contidas.

Finalmente o invento também diz respeito a uma composição de asfalto que contém uma fracção de agregado 18 ΡΕ2160367 que inclui principalmente partículas maiores do que 2 mm, uma fina fracção de agregado compreende principalmente partículas entre 0,63 e 2 mm, uma fracção de enchimento compreende principalmente partículas entre 0 e 0,63 mm e betume. A fracção de enchimento compreende um enchimento de acordo com o invento, a fracção de enchimento é de preferência constituída por pelo menos 20% em peso, de preferência por pelo menos 40% em peso e mais de preferência por pelo menos 60% em peso de enchimento de acordo com o invento. Uma vez que o enchimento não absorve muita água, é fácil manter ou baixar o seu teor em água abaixo de 1% em peso, o que é vantajoso para as composições hidráulicas, e mesmo abaixo de 0,5% em peso o que é vantajoso para as composições de asfalto.

Um modelo de realização em particular deste invento será agora descrito como ilustração, mas não restritivamente, com referência às seguintes figuras: A Figura 1 é um fluxograma que representa um modelo de realização do processo do invento; A Figura 2 é um diagrama que representa as transições de fase durante o arrefecimento do silicato dicálcio: A Figura 3a representa a estrutura cristalina do silicato dicálcio β; e A Figura 3b representa a estrutura cristalina do silicato dicálcio γ. O processo de acordo com o presente invento 19 ΡΕ2160367 permite preparar um enchimento válido a partir de diferentes tipos de materiais de escória que contêm silicato dicálcio γ. 0 material à base de escória utilizado como material de partida é cristalino, ou pelo menos parcialmente cristalino, e contém de preferência pelo menos 50% em peso de fases cristalinas. Tais materiais de escória essencialmente cristalinos são produzidos por um arrefecimento metalúrgico de escórias derretidas relativamente lento. As escórias são em particular escórias de ferro ou aço e compreendem por exemplo escórias de altos-fornos (não granuladas), as escórias de aço comum e de aço inoxidável, em particular escórias de aço cromo-níquel, uma vês que estas escórias são difíceis de reutilizar tendo em vista o seu elevado teor em materiais pesados e uma vez que elas contêm fracções de aço valiosas as quais podem efectivamente ser recuperadas por um processo de acordo com o invento. As escórias de aço cromo-níquel têm um teor relativamente elevado de níquel e em especial de crómio. Em particular um teor de crómio (Cr3+) que é mais elevado do que 1000 mg/kg e um teor de níquel (Ni2+) que é mais elevado do que 50 mg/kg. A descrição que se segue diz por isso respeito ao processo para tratar uma escória de aço cromo-níquel. Uma tal escória de aço cromo-níquel tem um teor de níquel relativamente alto e em especial um teor de crómio, em particular o crómio (Cr3+) que é mais elevado do que 1000 mg/kg e um teor de níquel que é mais elevado do que 50 mg/kg. A Figura 1 ilustra um modelo de realização em 20 ΡΕ2160367 particular do processo do invento. Neste modelo de realização em particular a escória derretida de silicato-cálcio de um forno 1 para aço inoxidável cromo-niquel é esvaziada para os baldes 2, e é transportada nestes baldes 2 para os buracos 3 para arrefecimento, nos quais são deixados a arrefecer lentamente e solidificar. Para acelerar o arrefecimento, uma quantidade controlada de água é espalhada sobre as escórias. Uma vez que o arrefecimento é comparativamente lento, a escória não solidificará inteiramente próximo de uma fase amorfa, semelhante a GBFS, mas em vez disso em grande medida numa fase cristalina. Um componente significativo da escória de aço inoxidável é o silicato dicálcio (Ca2Si04) . À medida que o silicato dicálcio cristalino arrefece, ele passa por diversas formas polimórficas tal como se ilustra na Figura 2: α com estrutura cristalina hexagonal, aH' com estrutura cristalina ortorrômbica, aL' com estrutura cristalina ortorrômbica, β com estrutura cristalina monoclinica, e γ com estrutura cristalina ortorrômbica dicálcio β, impedindo a

Com silicato dicálcio puro sob condições laboratoriais, a transição de silicato dicálcio aL' para silicato dicálcio β ocorrerá a 675°C, sendo então seguida pela transição de silicato dicálcio β para silicato dicálcio γ a 490°C. Contudo, vários factores externos químicos e físicos podem pelo menos estabilizar parcialmente o silicato 21 ΡΕ2160367 transformação de pelo menos parte do silicato dicálcio β em silicato dicálcio γ. Assim, na escória, dependendo dos processos no forno 1 e a eventual junção de estabilizadores químicos, por exemplo um borato tal como o tetraborato de sódio Na2B407, que são conhecidos dos especialistas nesta técnica, uma fracção significativa do silicato dicálcio permanecerá na forma β. Isto é significativo, porque o silicato dicálcio β e o silicato dicálcio γ têm propriedades físicas muito diferentes. Uma vez que a transição de silicato dicálcio β para silicato dicálcio γ implica um aumento de 12% em volume devido às suas diferentes estruturas cristalinas, tal como pode ser visto nas Figuras 3a e 3b, o que fará quebrar os cristais de silicato dicálcio. Isto resulta em que os silicatos dicálcio γ se transformem numa fina poeira. A transição também provoca micro-fissuras nos finos grãos de silicato dicálcio γ, o que se apresenta como uma explicando porque é que esta fina poeira pode absorver grandes quantidades de água. Esta propriedade de absorção da água torna esta fina poeira de silicato dicálcio γ muito pouco apropriada para a maior parte das utilizações na construção, em particular na dos enchimentos. Contudo os inventores descobriram que não era este o caso para as fracções de silicato dicálcio β.

Uma vez que mesmo que com a adição de estabilizadores químicos e outras medidas conhecidas dos técnicos especialistas, se apresenta como muito difícil impedir completamente a formação de silicato dicálcio γ principalmente nas escórias de aço cristalinas, e uma vez 22 ΡΕ2160367 que em qualquer dos casos estas medidas podem interferir com o funcionamento económico do forno 1, o processo que se segue procura extrair os silicato dicálcio γ da escória para produzir um produto com uma elevada relação entre os silicatos dicálcio β e γ. Também é extraído metal da escória durante o processo para posterior exploração metalúrgica.

Neste processo, a escória derretida é extraída do forno 1 para aço inoxidável e levada para buracos para arrefecimento 3. Um arrefecimento comparativamente mais lento dentro destes buracos 3 para arrefecimento resultará numa extensa cristalização da escória, que termina com menos do que 40%, normalmente entre 20-30% de teor em peso de amorfos. A fim de impedir tanto quanto possível a transição γ-β durante este arrefecimento, pode ter sido adicionado tetraborato de sódio Na2B407 vendido sob a marca registada Dehybor®, ou um produto equivalente, à escória derretida no forno 1 ou posteriormente. A quantidade preferida de tetraborato de sódio adicionada dependerá do índice de basicidade da escória derretida e pode estar entre 1 e 2,5%. Depois do arrefecimento, a escória solidificada será desenterrada dos buracos de arrefecimento 3 e fornecida a uma tremonha 4. A tremonha 4 compreende uma grelha para parar todas as peças 6 de escória demasiado grandes, neste caso em particular aquelas que forem maiores do que 300 mm. As peças demasiado grandes podem danificar as britadeiras utilizadas nos processos posteriores, estas peças 6 demasiado grandes são removidas para um tratamento 23 ΡΕ2160367 particular posterior, tal como serem partidas com martelos e ser feita a extracção de grandes fragmentos metálicos antes de serem fornecidas de novo às tremonhas 4.

As partículas de escória menores do que 300 mm caem através da tremonha 4 para cima de uma primeira correia transportadora. Esta primeira correia transportadora transporta-as em seguida, através de uma primeira cabine para seleccionar cuidadosa e manualmente os metais, para uma primeira britadeira 9 e para um primeiro crivo 10. Na cabine 8 para seleccionar cuidadosa e manualmente os metais presentes , um operador remove as maiores peças metálicas 11 de entre as partículas de escória na correia transportadora 7. Antes das partículas de escória serem trituradas numa primeira britadeira 9, passam através do primeiro crivo 10 que as separa em três fracções: as partículas maiores do que 35 mm, as partículas entre 14 e 35 mm e as partículas mais pequenas do que 14 mm. A fracção das partículas maiores do que 35 mm é levada por uma segunda correia transportadora através de uma segunda cabine 13 para seleccionar cuidadosa e manualmente os metais presentes e de uma primeira correia de separação magnética 14 de metais, onde mais peças metálicas 15 e 16 são removidas. As partículas maiores do que 35 mm são levadas para trás para a primeira britadeira 9. A fracção das partículas entre 14 e 35 mm vai para uma segunda britadeira 17 e para um segundo crivo 18, onde depois de serem de novo trituradas são separadas em duas fracções: uma fracção de partículas mais pequenas do que 24 ΡΕ2160367 14 mm e uma fracção de partículas maiores do que 14 mm. A fracção de partículas maiores do que 14 mm é levada por uma terceira correia transportadora através de uma segunda correia de separação magnética 20 dos metais, onde mais metais 21 são removidos, e voltam para trás para a segunda britadeira 17. A fracção de partículas mais pequenas do que 14 mm provenientes do primeiro crivo 10, e a fracção de partículas mais pequenas do que 14 mm provenientes do segundo crivo 18 juntam-se de novo e são passadas em conjunto através do terceiro crivo 22, que as separa na fracção 23 de partículas mais pequenas do que 4 mm e na fracção de partículas entre 4 e 14 mm. A fracção 23 de partículas mais pequenas do que 4 mm é rica em areia e poeira fina de silicatos dicálcio γ. A fracção de areia pode ser utilizada para substituir a areia em determinadas aplicações mas a fracção fina (de 0-0,5 mm) tem que ser armazenada para uma posterior colocação. A fracção de 4-14 mm compreende na sua maioria silicato dicálcio γ, e pelo menos uma parte desta fracção é utilizada no processo de acordo com o invento para preparar um enchimento valioso.

De acordo com o modelo de realização do processo do invento que se ilustra na Figura 1, a fracção de 4-14 mm é levada para um aparelho de lavagem 24, onde as partículas metálicas 36 remanescentes serão separadas pela densidade 25 ΡΕ2160367 da fracção não metálica da escória. 0 aparelho de lavagem 24 também lavará a areia fina 25 e a poeira 26 remanescentes da fracção de partículas de 4-14 mm. Esta areia fina 25 e a poeira 26, também são ricas em silicato dicálcio γ, são levadas para buracos para a colocação de areia e poeira.

As partículas remanescentes de 4-14 mm são levadas por meio de uma terceira correia magnética 27 para a separação de metais a fim de separar as partículas de escória numa primeira porção gue tem um teor relativamente elevado de metal, isto é, as chamadas de qualidade média (middling) , e uma segunda porção 34 que tem um baixo teor em metal. Esta segunda porção pode ser utilizada como agregado no betão ou no asfalto tal como se divulgou no exemplo da EP-B-0 837 043.

No processo de acordo com o invento, o enchimento é de preferência feito com material de qualidade média uma vez que isso permite reciclar uma grande quantidade de metal do material à base de escória. Contudo, também é possível preparar o enchimento a partir da segunda porção 34 de escória de aço ou a partir de uma mistura de material de qualidade média e da segunda porção 34.

As partículas de escória utilizadas para produzir o enchimento são em seguida processadas por trituração fina num moinho seco 29 em partículas mais finas. Neste modelo de realização em particular, acima de 98% em peso das 26 ΡΕ2160367 partículas são mais pequenas do que 63 ym (isto é, passam através de um crivo de 63 ym). Esta trituração seca permitirá recuperar mesmo inclusões metálicas 30 muito pequenas numa centrifugadora 31. A trituração seca também tem a vantagem do enchimento não ter que ser seco antes de ser utilizado. A Tabela 1 mostra os resultados de uma análise difractométrica das partículas 32 remanescentes finamente trituradas comparadas com as de uma análise difractométrica da fracção de 0-0,5 mm separada da fracção 23 de 0-4 mm previamente extraída. 27 ΡΕ2160367

Tabela 1: Composição mineralógica da fracção fina 23 rejeitada e das _partículas 32 finamente trituradas__

Fases cristalinas % em peso na fracção 0-0,5 mm da fracção 23 rejeitada % em peso do enchimento 32 Portlandite 6,05 Merwinite 20, 98 48,93 Akermanite 7,87 11,44 Bredigite 12,32 10,15 Calcio-olivine(silicato dicálcio γ) 14, 84 1,59 Larnite (silicato dicálcio β) 4,27 3,76 Cuspidine 17,56 13,20 MgCr204 4,96 8,82 Periclase 5,76 2,11 Quartzo 0,40 _ Fluorite 1,64 _ Yavapaite 1,90 _ Thaumasite 1,45 _

Tal como pode ser visto a partir destes resultados, as partículas 32 finamente trituradas remanescentes, cujo principal componente cristalino é a merwinite, tem cerca de dez vezes menos silicato dicálcio γ do que a fracção fina 23, enquanto que mantêm aproximadamente o mesmo teor de silicato dicálcio β. 0 óxido de cálcio livre não foi encontrado uma vez que às escórias de aço lhes era permitido serem submetidas a tratamento térmico sob condições húmidas, pelo que era 28 ΡΕ2160367 transformado em hidróxido de cálcio (portlandite). 0 teor de periclase (MgO livre) na porção 32 de escória de aço finamente triturada também era significativamente baixo. Como resultado, as partículas 32 finamente trituradas mostram boas qualidades como enchimento para o material de construção. A Tabela 2 enumera algumas das suas propriedades fisicas básicas.

Tabela 2: Propriedades físicas de enchimento de escória de aço inoxidável

Teste Método Resultado Densidade real Picnometria a hélio 3390 kg/m3 Aumento de caudal EN 1744-1 <0,4% e/vol Partículas abaixo de 63 pm Peneirar em húmido >98% Teor em água NBN EN 1097-5 0,30% Necessidade de água β-Ρ 0,29 índice de actividade NF P18-508 0,74 Superfície específica Blaine NBN EN 196-6 3840 cm2/g Espaço vazio NBN EN1097-4 e NBN EN1097-7 33% Número do betume NBN EN 13179-2 26 0 teor em água de 0,30% permite a utilização do enchimento em composições com asfalto, nas quais, de acordo com a norma Europeia EN 13043 (2002), o teor em água do enchimento pode não ser mais elevado do que 1% em peso; e torna o enchimento também apropriado para argamassas e composições de betão. Ambos de acordo com a norma Francesa NF P18-508 e de acordo com a norma Alemã BRL 1804 o teor em 29 ΡΕ2160367 água das adições de inertes ao betão hidráulico deverá certamente ser mais pequeno do que 1%. A necessidade de água (valor β-Ρ) é também um parâmetro importante para determinar quando é que o enchimento está apropriado para ser utilizado em composições hidráulicas.

Uma vez que a escória solidificada a partir da qual o enchimento 32 foi obtido é sobretudo cristalina, ele não mostra propriedades hidráulicas significativas. Os testes de hidratação a quente levados a cabo de acordo com a norma NBN EN 196-9 (2003) em composições de argamassa que correspondem às que são prescritas na norma NBN EN 196-1 (2005), em que 25% em volume da quantidade prescrita de cimento (quer CEM I 42,5 R quer CEM I 52,5 R) foi substituído pelo enchimento não mostravam um significativo aumento de actividade com a utilização deste enchimento 32 em comparação com os enchimentos inertes normalmente de pedras de calcário e silício. A Tabele 3 mostra a ausência de impacto com a utilização do enchimento 32 na hidratação a quente da argamassa.

Tabela 3: Emissões de após de 41 horas (em J/g de cimento) CEM I 42,5 R CEM I 52,5 R Enchimento 32 de aço inoxidável 348 439 Enchimento de silício (>99% em peso de Si02) 341 433 Enchimento de pedras de calcário (>97% em 343 441 peso de CaC03) 30 ΡΕ2160367

Exemplos de argamassas 0 enchimento 32 de escória de aço inoxidável acima descrito é mais do que adequado para ser utilizado em argamassas. A Tabela 4 mostra as composições de quatro argamassas diferentes que compreendem quer o enchimento 32 de escória de aço inoxidável quer enchimento de pedras de calcário trituradas, quer com um cimento Portland convencional (CEM I 42,5 R HES) quer com uma composição de cimento que contenha GGBFS (CEM III/A 42,5 N LA).

Tabela 4: Composições de argamassas

Argamassa A B C D Enchimento de escória de aço inoxidável (g) 375 375 0 0 Enchimento de pedras de calcário (g) 0 0 300 300 Cimento Portland (g) 450 0 450 0 Cimento GGBFS (g) 0 450 0 450 Areia normalizada NBN EN 196-1 (g) 1350 1350 1350 1350 Água (g) 270 270 260 280 Relação água/cimento 0,60 0,60 0,58 0,62

Nas argamassas A e B, o enchimento com pedras de calcário das argamassas convencionais C e D foi substituído pelo equivalente em volume de enchimento 32 de escória de aço inoxidável. Uma vez que a densidade real deste último é 3390 kg/m3, comparada com a de 2700 kg/m3 do enchimento com pedras de calcário, isto resulta numa massa maior de enchimento na mistura de betão. A quantidade de água foi ajustada para cada mistura de modo a obter uma consistência 31 ΡΕ2160367 semelhante nas argamassas frescas, medida segundo a NBN EN 1015-3: 1999 com um espalhamento de (200+5) mm numa mesa vibratória. Tornou-se visivel que as composições de argamassas com enchimento de escória de aço inoxidável não requeriam mais água para se alcançar a mesma fluidez. A densidade, a consistência e o teor em ar resultantes das quatro argamassas foram listadas na Tabela 5.

Tabela 5: Propriedades das argamassas frescas

Argamassa A B C D Densidade (kg/m3) 2300 2298 2260 2265 Espalhamento na mesa vibratória (mm) 202 197 197 205 Teor em ar (%) 3,5 3,3 3,2 3,0

Os tempos de presa das quatro argamassas foram medidos de acordo com a NBN EN 480-2 e foram representados na Tabela 6. As argamassas A e B que contêm o enchimento 32 de escória de aço inoxidável em vez de enchimento de pedras de calcário têm presas mais lentas do que as das misturas convencionais C e D o que é vantajoso para a maioria das aplicações.

Tabela 6: Tempos de presa (média de 4 amostras para cada mistura)

Argamassa A B C D Tempo da presa inicial (min) 355 480 245 295 Tempo da presa final (min) 485 640 360 410

Mais importante, as resistências à dobragem e à compressão das quatro argamassas depois da presa também 32 ΡΕ2160367 foram medidas de acordo com a NBN EN 196-1 (2005) depois de 28 dias em prismas de argamassa com as dimensões de 40x40x160 mm3 e estão representadas na Tabela 7. A carga que aumenta a velocidade foi estabelecida para 3 kN/min para o teste de dobragem e para 144 kN/min para o teste à compressão. Tal como se mostra a partir destas medições, as misturas de argamassa A e B que utilizaram o enchimento 32 de escória de aço inoxidável apresentaram uma resistência à compressão ligeiramente mais alta e uma resistência à dobragem ligeiramente mais baixa do que a das misturas de betão C e D convencionais que utilizam um enchimento de pedras de calcário.

Tabela 7: Resistências à dobragem e à compressão

Argamassa A B C D Resistência à dobragem Rn (N/mm2) 8 10 12 11 Resistência à compressão Rc (N/mm2) 53 56 49 48

Finalmente, também foram levados a cabo testes de encolhimento em prismas de argamassa depois da presa, assim como para o aumento sob água (medidos de acordo com a NBN EN 480-3: 1991). O encolhimento depois de 7 meses das argamassas feitas com as composições A e C (ambas com cimento Portland) eram o mesmo (cerca de 900 ym/m) enquanto que para as argamassas B e D contendo cimento GGBFS, o encolhimento após 7 meses na composição B (com enchimento de escória de aço inoxidável) era algo mais elevado do que o encolhimento das composições D (com enchimento de pedras de calcário), nomeadamente respectivamente 750 ym/m e 33 ΡΕ2160367 550 ym/m. A substituição do enchimento de pedras de calcário por enchimento de escória de aço inoxidável não mudava o aumento sob água: o aumento era igual a 100 ym/m para as composições A e C à base de cimento Portland e apresentava cerca de 200 ym/m para as composições B e D com base em cimento GGBFS.

Embora os testes acima referidos tenham sido levados a cabo em composições de argamassas convencionais, o enchimento 32 de escória de aço inoxidável é particularmente vantajoso nas composições de Betão Auto-Compactador (SCC do inglês "Self-Compacting Concrete").

Exemplos de Betão

As composições SCC são composições de betão que, no estado de fresco, apresentam uma fluidez particularmente elevada, permitindo assim encher completamente mesmo moldes complexos com elevada densidade de reforços sem requerer vibração, ao mesmo tempo que apresentam suficiente resistência à segregação. Para obter isto, as composições SCC contêm uma elevada proporção de pasta (cimento + enchimento + água + ar) e uma pequena proporção de agregado mais grosseiro, de modo a evitar um forte atrito entre os fragmentos de agregado mais grosseiro. Também a relação água/cimento está tipicamente abaixo de 0,60, de modo a impedir a segregação. Uma relação água/cimento típica de SCC pode ser de 0,45. Super-plastificadores, tais como os poli-carboxilatos, mantêm a elevada fluidez da composição 34 ΡΕ2160367 SCC apesar de um baixo teor de água. A dosagem de água, e de super-plastificadores e, eventualmente, de elevadores da viscosidade, tais como os derivados da celulose, polissacáridos ou soluções coloidais podem ser variáveis a fim de ajustar as propriedades dos SCC tanto frescos como com presa.

As composições frescas de SCC diferem fisicamente de outras composições de betão primeiramente por três propriedades: A fluidez do SCC fresco num espaço não restringido (afundamento do fluxo), que pode ser medido pela expansão de uma quantidade predeterminada de SCC fresco numa placa de base. A fluidez do SCC fresco num espaço restringido, o que pode ser medido pelo fluxo de SCC fresco através de um funil em V, numa caixa em L e/ou numa caixa em U. A resistência à segregação do SCC fresco, o que pode ser medido num teste de resistência à segregação num crivo. São conhecidas pelos especialistas desta técnica várias normas pormenorizando como realizar estas medições para qualificar uma composição de betão tal como a composição SCC, tais como as que são propostas na acima referida "European Guidelines for Self-Compacting Concrete" ou na proposta de norma Europeia prEN 206-100 e nas normas Europeias EN 12350-8 a -12. 35 ΡΕ2160367

Após a presa, o Betão Auto-Compactante (SCC) resulta num produto denso com uma superfície lisa normalmente desprovida de uma maneira geral de grandes poros, fissuras ou outras aberturas que permitam a infiltração de água ou outros fluidos. Isto reduz significativamente a filtragem, enquanto que aumenta a durabilidade do produto, ambos os factores reduzindo o impacto ambiental do enchimento 32 de escória de aço inoxidável.

A Tabela 8 mostra as composições de quatro diferentes misturas de SCC que compreendem quer o enchimento 32 de escórias de aço inoxidável quer o enchimento com pedras de calcário trituradas quer com cimento Portland convencional (CEM I 52,5 N) quer com um composto de cimento que contenha GGBFS (CEM III/A 42,5 NLA). O super-plastificador utilizado nestas misturas de cimento auto-compactante é um poli-carboxilato à base do super-plastificador vendido sob a marca registada Glenium® da BASF Admixtures®. 36 ΡΕ2160367

Tabela 8; Composições de SCC para 1 m3 SCC A' B' C' D' Enchimento de escória de aço inoxidável (kg) 0 0 226 226 Enchimento de pedras de calcário (kg) 180 180 0 0 Cimento Portland (kg) 200 360 200 360 Cimento GGBFS (kg) 160 0 160 0 Areia do rio 0/5 (kg) 789 789 789 789 Agregado de pedras de calcário 4/7 (kg) 218 218 218 218 Agregado de pedras de calcário 7/10 (kg) 218 218 218 218 Agregado de pedras de calcário 10/14 (kg) 201 201 201 201 Agregado de pedras de calcário 14/20 (kg) 252 252 252 252 Super-plastificador (% em peso de cimento) 0,45 0,45 0,45 0,45 Água (kg) 180 180 180 180 Relação água/cimento 0,50 0,50 0,50 0,50 A densidade resultante e o teor de ar das quatro misturas de betão fresco A', Br , C' e D', assim como as suas classes de afundamento e fluição, determinadas de acordo com as normas NBN EN 12350-2 e NBN 1230-5 são expostos na Tabela 8. Na Tabela 9 também são expostos os resultados do teste de afundamento/fluição realizado utilizando o mesmo cone Abrams utilizado como no teste de afundamento segundo a NBN EN 12350-2. Neste teste afundamento-fluição, o cone Abrams é colocado numa superfície plana nivelada e cheia com a mistura de betão fresco. Uma vez que o cone Abrams esteja cheio, ele é levantado, e depois de ter parado a expansão do nível do betão fresco, a superfície plana resultante indica o 37 ΡΕ2160367 diâmetro da expansão que é medido.

Tabela 9: Propriedades da mistura fresca de SCC SCC A' B' C' D' Densidade (kg/m3) (NBN EN 12350-6) 2375 2389 2399 2376 Classe de afundamento (NBN EN 12350-2) S5 S5 S5 S5 Classe de fluição (NBN 12350-5) F6 F6 F6 F6 Expansão do Afundamento-Fluição (mm) 730 650 590 480 Teor em ar (% vol.) (NBN EN 12350-7) 1,1 1,0 2,7 3,1

Tal como se pode ver nestes resultados, a utilização do enchimento 32 de escória de aço inoxidável em vez do enchimento convencional de pedras de calcário não afecta significativamente a consistência, a densidade e a viscosidade, e por conseguinte a possibilidade dos betões auto-compactantes frescos C e D' serem trabalháveis. A Tabela 10 mostra a densidade média de três cubos de betão de 15x15x15 cm3 e a sua resistência média à compressão, depois de 2 dias, 28 dias e 90 dias de presa. Os cubos são retirados dos seus moldes depois de 24 horas e mantidos a 20°C e acima de 95% de humidade relativa. Tal como se pode ver nesta tabela, a utilização de enchimento de escória de aço inoxidável não é determinante da resistência à compressão do produto acabado. 38 ΡΕ2160367

Tabela 10: Densidade e resistência à compressão scc A' B' C' D' Densidade após 28 dias (kg/m3) 2370 2360 2400 2380 Resistência à compressão Rc depois de 2d. (N/mm2) 28 30 27 30 Resistência à compressão Rc depois de 28d.(N/mm2) 67 64 67 68 Resistência à compressão Rc depois de 90d. (N/mm2) 75 74 74 75

As misturas de betão também foram testadas à resistência a ciclos de congelação/descongelação (de acordo com a NBN B 15-231) . Foram moldados cubos de betão de 15x15x15 cm3 que foram em seguida conservados durante 14 dias a 20°C e acima de 95% de humidade relativa, a seguir a 20°C e 60% de humidade relativa. A Tabela 11 compara a densidade e a resistência de tais cubos (média de três cubos) antes e depois de terem sido submetidos a 14 ciclos de congelação/descongelação de 24 horas cada um, de acordo com a norma NBN B 05-203. Tal como é evidente a partir destes resultados, a utilização de enchimento 32 de escória de aço inoxidável não prejudica a resistência do betão aos ciclos de congelação e descongelação. 39 ΡΕ2160367

Tabela 11: Densidade e resistência à compressão antes/depois dos _ciclos de congelação/descongelação_ scc A' B' C' D' Densidade inicial (kg/m3) 2350 2340 2370 2360 Densidade final (kg/m3) 2360 2350 2390 2380 Resistência inicial à compressão Rc (N/mm2) 65 67 61 69 Resistência final à compressão Rc (N/mm2) 69 68 69 71

Exemplos comparativos de betões

Nestes exemplos, a fracção fina 23 de aço inoxidável contendo partículas de 0-4 mm foram em seguida divididas em fracções de 0-0,5 mm e em fracções de 0,5-4 mm. Os testes foram em seguida realizados com as fracções de 0-0,5 mm.

Com base nas formulações de betão do conhecido betão auto-compactante feito com enchimento de pedras de calcário, foram feitas as seguintes composições de betão auto-compactante: 40 ΡΕ2160367

Tabela 12; Composições de SCC para 1 m3 SCC A'' B'' C'' Fracção de escória de aço inoxidável de 0-0,5mm (kg) 203 203 203 Cimento Portland (kg) 360 360 360 Areia do rio 0/5 (kg) 790 790 790 Agregado de pedras de calcário 2/8 (kg) 234 234 234 Agregado de pedras de calcário 8/16 (kg) 543 543 543 Super-plastificador (glenium) (1) 6,0 8,6 2,6 Água (1) 197 179 197 Relação água/cimento 0,50 0,45 0,50 Factor cimento/pó 0,62 0,62 0,62

Na tabela acima, é indicado o teor actual de água na mistura. A fracção fina de aço inoxidável foi armazenada sob condições secas mas ainda contendo cerca de 8,5% em peso de água. Consequentemente, na prática 220 kg da fracção de escória de aço inoxidável foram utilizados nas composições A'', B'' e C'' e respectivamente só 180, 162 e 180 litros de água.

Na composição A'' foi necessária uma elevada quantidade de super-plastificador para se alcançar uma fluidez suficientemente elevada. Devido à baixa relação água/cimento na composição B foi ainda necessária nesta composição uma quantidade elevada de super-plastificador. Por razões económicas, a quantidade de super-plastificador foi limitada na composição C'' a uma quantidade habitual nos SCC convencionais, mas isto resulta num betão não auto- 41 ΡΕ2160367 compactante que requer uma compactaçâo mecânica.

Embora as composições A'' e B' ’ fossem bastante fluidas, a sua possibilidade de serem trabalháveis reduzia-se rapidamente com o tempo.

Foram feitos mais testes com a fracção de enchimento (<0,063 mm) que foi peneirada por meio de um processo de crivagem húmida da fracção de escória fina de 0-0,5 mm. Foi feita a mesma composição que a composição A'', isto é, uma composição contendo a mesma quantidade de substância de enchimento seco. Contudo, uma vez que o enchimento continha cerca de 57% de água, a relação água/cimento era sempre mais elevada do que 0,5 devido à água contida no enchimento. Mesmo depois de adicionar uma grande quantidade de super-plastificador, a mistura permaneceu pegajosa, má de ser trabalhada e as propriedades de auto-compactação não foram alcançadas. Além disso, a resistência à compressão do betão obtido era muito má e só tinha, depois de 28 dias, cerca de metade da resistência à compressão obtida com as composições de betão auto- compactante A' a D' de acordo com o invento. As fracções finas de escória de aço inoxidável claramente não são assim de todo apropriadas para serem utilizadas como enchimento.

Composições com asfalto O enchimento de escória de aço inoxidável produzido de acordo com o processo do invento pode ser 42 ΡΕ2160367 usada em diferentes composições com asfalto, em particular nas composições com asfalto utilizadas nas camadas do topo e de base das construções rodoviárias.

Testes comparativos de acordo com a norma Europeia EN 13043 foram levados a cabo em amostras de enchimento 32 de aço inoxidável e em amostras da fracção de enchimento acima referida (<0,063 mm) peneirada por um processo de peneiramento húmida da fracção 23 de escória fina rica em silicato dicálcio γ de 0-0,5 mm, e subsequentemente seca para 1% em peso de teor de água. A Tabela 13 mostra os resultados destes testes.

Tabela 13: Testes comparativos de acordo com a EN 13043

Enchimento 32 de Fracção da escória aço inoxidável peneirada fina Espaço vazio (% do volume) 33 40 Massa volumétrica (Mg/m3) 3,418 2,951 Número do betume 26 37 Teor do CaO livre (% em peso) ^> i—1 5,74

Estes testes mostraram, em particular, um número de betume consideravelmente mais baixo para o enchimento 32 de aço inoxidável produzido de acordo com o processo acima mencionado, comparado com o enchimento rico em silicato dicálcio γ. Isto também é consistente com uma percentagem muito mais elevada de espaços ocos e uma densidade mais baixa do enchimento rico em silicato dicálcio γ. Uma vez que o enchimento 32 de aço inoxidável tem também um teor em 43 ΡΕ2160367 calcário livre consideravelmente mais baixo, e além disso, uma absorção bastante mais baixa de água, o que resulta em este enchimento 32 ser muito apropriado para as composições asfálticas.

Um exemplo de asfalto que incorpora o enchimento 32 de aço inoxidável é um betão asfáltico do tipo AB-3B para camadas de base rodoviária. A Tabela 14 mostra a composição das amostras de betão asfáltico preparadas com o enchimento 32 de aço inoxidável de acordo com esta especificação.

Tabela 14: Composição das amostras de asfalto

Teor (% em peso do agregado seco) Pedras de calcário 6,3/14 33,03 Pedras de calcário 2/6,3 22,13 Areia de pedras de calcário 0/2 21,62 Areia de poço 0/1 17,34 Enchimento 32 de aço inoxidável 5,88 Betume B35/50 4,6

Amostras de uma tal composição de betão asfáltico mostram uma média de espaços ocos de 4,1% em volume. Elas também mostram uma muito baixa sensibilidade à água: a média da resistência à tracção indirecta (ITS do inglês "indirect tensile strength") de amostras não tratadas é de 3,41 MPa, sendo que nestas amostras, tratadas de acordo com a EN 12697-12 por saturação por vácuo primeiro e em seguida 44 ΡΕ2160367 72 horas de imersão em água, só é reduzida para 2,88 MPa resultando numa excelente relação ITS (ITSR) de 85%, especialmente com vista à relativamente pequena quantidade de betume na composição. As amostras tratadas expandem-se apenas 0,5% em média.

Esta composição de betão asfáltico também apresenta uma boa resistência à formação de sulcos. Apresentam-se na Tabela 15 valores proporcionais da profundidade dos sulcos num teste de acordo com EN 12697-22 utilizando um dispositivo de grande dimensão com uma carga axial vertical de 5 kN, uma pressão de pneus de 600 kPa a 50°C.

Tabela 15: Teste de acordo com a EN-12697-22 de resistência à formação de sulcos. Número de ciclos Média proporcional da profundidade dos sulcos (em % da espessura nominal da amostra) 1000 3,6 3000 4,3 10 000 5,3 20 000 5,7 30 000 5,8 50 000 6,4

Estes resultados mostram a boa rigidez das camadas de betão asfáltico produzidas com o enchimento 32 de aço inoxidável. 45 ΡΕ2160367

Teor de metais pesados/testes de filtragem

As composições de argamassas A e B acima descritas com o titulo "Exemplos de argamassas" foram feitas com enchimentos de escória de aço inoxidável que resulta da produção de aço cromo-niquel austenitico e por isso contêm quantidades relativamente elevadas de níquel e crómio. Os resultados na Tabela 16 indicam contudo que quando se utiliza este enchimento em composições de argamassas hidráulicas, as norma de filtragem, tal como são estabelecidas em particular pelas autoridades Flemish e Walloon, não eram excedidas pelo que os enchimentos de escória de aço inoxidável podem ser utilizadas com segurança em materiais de construção hidráulicos ou betuminosos. Alguns resultados da filtragem eram mesmo melhores do que os resultados das argamassas de referência o que pode ser explicado pela variação relativamente ampla nas medições (os testes foram feitos sem repetições). Os testes com composições de asfalto também demonstraram que as normas de filtragem não eram excedidas quando o enchimento de acordo com o invento era utilizado nestas composições. - 46 - ΡΕ2160367

Tabela 16: Teores de metais pesados e resultados da filtragem de prismas de composições de argamassas A a D da Tabela 3 comparadas com as normas de Flemish e Walloon

Composições de argamassa Método Parâmetro Elemen Unida Norma Norma A B C D to de Walloon Flemish Análises totais Cr mg/kg 1250 1060 1060 28 30,8 Cr(VI) mg/kg <0,4 <0,4 <0,4 <0,4 Ni mg/ kg 250 190 181 13,8 7,6 Teste das Cr mg/1 0,02 0,02 0,04 0,02 fendas Cr(VI) mg/1 0,1 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 DIN 38414-S4 Ni mg/1 0,2 <0,005 <0,005 <0,005 <0,005 Teste das Cr mg/ kg 0,5 0,5 0,2 0,4 0,4 0,1 colunas Cr(VI) mg/1 0,05 <0,02 <0,02 <0,02 <0,02 NEN 7343 Ni mg/ kg 1,8 0,75 <0,05 <0,05 <0,05 <0,05 Teste do tanque Emissão total Cr mg/m2 0,53 0,34 2,86 1,82 de difusão Ni mg/m2 0,24 0,24 1,52 1,52 - 47 - ΡΕ2160367 NEN 7345 Emissão acima de 100 anos Cr mg/m2 555 197 período 3-6 Não mitigável 14,78 Período 1-3 Não mitigável Ni mg/m2 136 Não mitigável Não mitigável Não mitigável Não mitigável Teste de Validade Cr mg/kg 1,92 1,26 13,89 6,30 validade máxima Ni mg/kg 15,66 29,20 10,19 5,04 NEN 7341 48 ΡΕ2160367

Embora o presente invento tenha sido descrito com referência a modelos de realização específicos de exemplo, será evidente que várias modificações e alterações podem ser feitas a estes modelos de realização sem se sair do alcance mais amplo do invento tal como se expõe nas reivindicações. Consequentemente, a descrição e os desenhos devem ser vistos com um sentido ilustrativo em vez de com um sentido restritivo. 0 enchimento de acordo com o invento pode, por exemplo, ser utilizado em diferentes quantidades para preparar a argamassa ou o betão. As composições da argamassa ou do betão compreendem contudo, de preferência, pelo menos 2% em peso, mais de preferência pelo menos 3% em peso e ainda mais de preferência pelo menos 5% em peso de enchimento com material seco no total do material seco da composição. Nas composições de asfalto a fracção de enchimento de asfalto compreende de preferência pelo menos 20% em peso, mais de preferência pelo menos 40% em peso e ainda mais de preferência pelo menos 60% em peso de enchimento de acordo com o invento.

Lisboa, 16 de Dezembro de 2010

Claims (26)

1. ΡΕ2160367 1 REIVINDICAÇÕES 1. Processo para preparar, a partir de um material à base de escória, um enchimento (32) para ser utilizado como material de constrição que contém um agente de ligação hidráulico ou betuminoso, caracterizado por se utilizar um material à base de escória que contenha silicato dicálcio γ; e por o processo compreender as etapas de: retirar uma fracção mais fina (23, 25, 26), formada por partículas de uma dimensão entre 0 e y mm, do material à base de escória, sendo y maior do que ou igual a 0,75 mm, de preferência maior do que ou igual a 1,0 mm, mais preferencialmente maior do que ou igual a 1,5 mm e ainda mais preferencialmente maior do que ou igual a 2,0 mm; e triturar finamente pelo menos uma parte da fracção restante mais grosseira do material à base de escória a fim de obter um enchimento (32) em que pelo menos 50% em peso, de preferência pelo menos 60% em peso, é formado por partículas que não são maiores do que 63 ym.
2. 2. Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido material à base de escória compreender uma escória de aço, de preferência escória de aço inoxidável e mais preferencialmente escória produzida 2 ΡΕ2160367 durante a produção de aço cromo-níquel.
3. 3. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizado por ele além do mais compreender a etapa de quebrar o material à base de escória em fragmentos mais pequenos do que uma dimensão x antes de remover a referida fracção de material à base de escória mais fina, em que a referida dimensão x é no máximo de 50 mm, de preferência no máximo de 30 mm, mais preferencialmente no máximo de 20 mm, mas maior do que y, de preferência maior do que 4 mm, mais preferencialmente maior do que 8 mm e ainda mais preferencialmente maior do que 10 mm.
4. 4. Processo de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por compreender além do mais a etapa de remover o metal (11, 15, 16, 21, 22) , em particular um metal que contenha ferro, dos fragmentos de escória, de preferência por meio de uma selecção manual cuidadosa, por separação magnética e/ou por um processo de separação por densidade executado em água.
5. 5. Processo de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por depois de ter removido o referido metal e a referida fracção mais fina do material à base de escória quebrada, o material à base de escória quebrada é dividido em pelo menos uma primeira porção e numa segunda porção que tenha um teor de metal mais pequeno do que a primeira porção, o enchimento sendo preparado pelo menos 3 ΡΕ2160367 parcialmente a partir da referida primeira porção do material à base de escória quebrada.
6. 6. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a referida fracção mais fina (23, 25, 26) ser removida do material à base de escória peneirando a fracção mais fina de material à base de escória e/ou eliminando-o por lavagem do material à base de escória.
7. 7. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por além do mais compreender a etapa de introdução de um estabilizador mineralógico, que estabilize o silicato dicálcio β tal como um borato, na escória derretida antes de arrefecer a referida escória derretida a fim de fornecer o referido material à base de escória que contém o silicato dicálcio γ.
8. 8. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por além disso compreender a etapa de remover o metal (30), em particular o metal que contém ferro, da referida porção da fracção de material à base de escória mais grosseira depois da referida etapa de trituração mais fina.
9. 9. Processo de acordo com a reivindicação 8, caracterizado por o referido metal ser removido da porção triturada mais finamente da fracção de material à base de 4 ΡΕ2160367 escória mais grosseira por meio de um processo de separação a seco, em particular por meio de um processo de centrifugação.
10. 10. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a etapa de trituração ser efectuada por meio de uma trituração a seco.
11. 11. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por o referido enchimento ter menos do que 50% de amorfos em peso, de preferência menos do que 30% de amorfos em peso.
12. 12. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a referida porção de fracção mais grosseira do material à base de escória ser finamente triturada de modo a que o referido enchimento tenha um valor Blaine de pelo menos 2000 cm2/g, de preferência de pelo menos 3000 cm2/g.
13. 13. Processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado por a referida porção da fracção mais grosseira de material à base de escória ser finamente britada de modo a que pelo menos 60% em peso, de preferência pelo menos 80% em peso do enchimento seja formado por partículas que não sejam maiores do que 125 pm.
14. 14. Enchimento (32) para ser utilizado em 5 ΡΕ2160367 materiais de construção que contenham um agente de ligação betuminoso ou hidráulico, tal como o asfalto, a argamassa ou o betão, enchimento que compreende um material à base de escória, caracterizado por o enchimento (32) ser obtido por meio de um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes.
15. 15. Enchimento (32) de acordo com a reivindicação 14, caracterizado por ele compreender as etapas cristalinas que contêm menos do que 4% em peso, de preferência menos do que 3% em peso e mais de preferência menos do que 2% em peso de silicato dicálcio γ.
16. 16. Enchimento (32) de acordo com a reivindicação 14 ou 15, caracterizado por conter silicatos dicálcio β por parte em peso de silicato dicálcio β, menos do que 0,8 por partes em peso, de preferência menos do que 0,65 por partes em peso e mais preferencialmente menos do que 0,5 por parte em peso de silicato dicálcio γ.
17. 17. Enchimento (32) para ser utilizado nos materiais de construção que contenham um agente de ligação hidráulico ou betuminoso, tal como o asfalto, a argamassa e o betão, em particular um enchimento obtido pelo processo de acordo com qualquer uma das reivindicações de 1 a 13, enchimento que compreende um material à base de escória, caracterizado por o enchimento (32) compreender fases cristalinas que contêm pelo menos 1% em peso de silicato dicálcio β e, por parte em peso de silicatos dicálcio β, 6 ΡΕ2160367 menos do que 0,8 partes em peso, de preferência menos do que 0,65 partes em peso e mais preferencialmente menos do que 0,5 parte em peso de silicato dicálcio γ, o teor de silicato dicálcio γ sendo inferior a 4% em peso, de preferência menos do que 3% em peso e mais preferencialmente menos do que 2% em peso das referidas fases cristalinas.
18. 18. Enchimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 17, caracterizado por o material à base de escória do enchimento compreender uma escória de aço inoxidável, em particular uma escória de aço inoxidável produzida durante a produção de um aço cromo-níquel austenitico e contendo pelo menos 50 mq/kg de níquel e pelo menos 1000 mg/kg de crómio.
19. 19. Enchimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 18, caracterizado por ter um teor em água de menos do que 1% em peso, de preferência menos do que 0,5% em peso.
20. 20. Enchimento (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 19, caracterizado por ele conter menos do que 1% em peso de óxido de cálcio livre.
21. 21. Enchimento (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 20, caracterizado por ele conter menos do que 3% em peso, de preferência menos do que 2,5% em peso de óxido de magnésio livre. 7 ΡΕ2160367
22. 22. Utilização de um enchimento que compreende um material à base de escória para preparar um material de construção que contenha um betume ou agente de ligação hidráulico, caracterizado por o enchimento ser preparado por meio de um processo de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 13.
23. 23. Uma composição de betão ou de argamassa que compreende um agente de ligação hidráulico, caracterizado por ele compreender um enchimento (32) de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 21, de preferência numa quantidade de material seco de pelo menos 2% em peso, mais de preferência de pelo menos 3% em peso e mais de preferência 5% em peso num de material seco total da composição.
24. 24. Uma composição de acordo com a reivindicação 23, caracterizada por ser uma composição de betão de elevada fluidez, em particular uma composição de betão auto-compactante que compreende um super-plastificador, por exemplo um poli-carboxilato.
25. 25. Uma composição de asfalto que compreende fracções de agregado mais grosseiras, fracções de agregado finas, uma fracção de enchimento e betume, caracterizada por a referida fracção de enchimento compreender um enchimento de acordo com qualquer uma das reivindicações 14 a 21. ΡΕ2160367
26. 26. Uma composição de asfalto de acordo com a reivindicação 25, caracterizada por pelo menos 20% em peso, de preferência pelo menos 40% em peso e mais de preferência pelo menos 60% em peso da fracção de enchimento ser constituída pelo referido enchimento. Lisboa, 16 de Dezembro de 2010