PT89647B

PT89647B - Processo para acelerar a presa dos cimentos e suprimir as eflorescencias

Info

Publication number: PT89647B
Application number: PT89647A
Authority: PT
Inventors: Alain Mathieu
Original assignee: Lafarge Fondu Int
Priority date: 1988-02-08
Filing date: 1989-02-06
Publication date: 1994-02-28
Also published as: FR2626873B1; US4983220A; EP0328431A1; JPH0222160A; ZA89915B; FR2626873A1; AU616932B2; AU2855589A; PT89647A

Description

A presente invenção tem por objecto um processo para acelerar a presa dos cimentos Portland e suprimir a aparição de eflorescências devidas à carbonatação da Portlandite. Refere-se igualmente a uma composição para acelerar a presa sdos cimentos Portland e suprimir o aparecimentos das referidas eflorescências sobre as superfícies de betão, argamassas ou rebocos. De facto refere-se em particular à apli cação desta composição para a preparação de argamassas e de rebocos de fachadas.

Sabe-se que os cimentos Portland ao hidratarem-se libertam a cal apagada designada por Portlandite que é susceptível de se carbonatar rapidamente. A formação da Portlandite é devida à reacção de hidratação, seja dos silicatos tricálcicos õCaO.SiO^, seja dos silicatos bicálcicos 2CaO. Si0₂ (representados de acordo com a nomenclatura dos cimentos

pelas fórmulas respectivas C^S ou C^S). Esta reacção de hidratação conduz à formação da Portlandite Ca(OH)₂ que aparece após as primeiras horas de hidratação e que é abundante após 24 horas.

processo de hidratação é regido pela equação geral;

3CaO.SiO₂ + 3H₂0 --> (1,5-2)CaO.SiC>₂.H₂0 + (1,5-1 )Ca(0H)₂ ou de acordo com a nomenclatura cimenteira (na qual CaO = C,SiO₂= S e H₂0 = H)

C^S + 3H —> (1,5 a 2)SH + (1,5 a 1)CH

Esta Portlandite Ca(0H)₂, quando se reúnem certas condições de temperatura e de humidade, carbonata-se rapidamente provocando o aparecimento de eflorescências na superfície dos betões, argamassas e rebocos. Com efeito, a carbonatação e o aparecimento de eflorescências produzem-se principalmente em tempo frio e húmido. A humidade permite uma migração da cal à superfície, o que a torna muito sensível à carbonatação. As temperaturas exteriores são igualmente um fa£ tor favorável, dado que é bem conhecido que o frio retarda a presa dos ligantes hidráulicos o que permite, se as condições de humidade forem óptimas, a migração dos iões de cálcio em fase líquida, para a superfície do material.

Esta carbonatação é, de facto, produzida pela reacção da cal com o anidrido carbónico atmosférico Ca(0H)₂ + C0₂ --> CaCO^ + H₂0

A Ca(0H)₂ é muito reactiva, o que a toma muito sensível à carbonatação por reacção com o C0₂ atmos férlco, o que produz assim, na superfície das obras, colorações diferentes pouco estéticas.

A presente invenção tem por objecto um processo e uma composição que permite evitar esta formação de eflorescências, e evitar assim a produção de manchas de carbonataçao pouco esteticas na superfície dos betões, argamassas e rebocos.

processo de acordo com a invenção propõe-se acelerar a presa do cimento Portland, para diminuir a fase de migração dos iões de cálcio para a fase líquida e complexar a cal reactiva do cimento Portland por adição ao cimento Portland de uma composição, contendo um material à base de aluminatos de cálcio e de alumina hidratada, composição obti. da por moagem fina de dois constituintes, até à obtenção de uma finura tal que 85% das partículas apresenta uma dimensão inferior a 44 jum. De facto, a rejeição do peneiro de 44 jum é inferior a 15%.

De acordo com uma outra forma de execução da composição de acordo com a invenção, o material à base de aluminatos de cálcio utilizado a título de constituinte apresenta um teor em Àl^O^ combinado compreendido entre 35 e 72% e portanto um teor aluminato de cálcio compreendido entre 35 e 98%.

A proporção de alumina trihidratada na referida composição é, de preferência, entre 40 e 70%.

A alumina trihidratada pode ser obtida por via química ou consistir num trihidrato natural.

De preferência, a composição contem um ou vários adjuvantes reguladores de reologia; consistindo esses adjuvantes, de preferência, em carbonato de sódio ou em citrato trissódico.

Os aluminatos de cálcio podem ser obti dos a partir de bauxites ou de alumina química obtida pelo processo Bayer, por exemplo.

De acordo com uma forma de execução da invenção, a proporção da referida composição no cimento Port land esta compreendida entre 15 e 40% expressos em proporções em peso.

A presente invenção tem igualmente por objecto uma composição que permite acelerar a presa do cimento Portland, de reduzir a fase de migração dos iões cálcio na fase líquida e de complexar a cal reactiva libertada duran- 3 -

te a hidratação do cimento Portland, sendo a referida composição essencialmente formada pelos constituintes seguintes: um material à base de aluminatos de cálcio e de alumina trihidratada, e com a finura dos constituintes tal que 85$ da composição passa no peneiro de 44 yUm.

De facto, esta composição finamente moida acelera a presa dos cimentos Portland e complexa a Portlandite reactiva libertada durante a hidratação para formar hidratos complexos do tipo 3CaO. A^O^. óH^O ou 4CaO. AlgO^. nH^O (ou seja C^AH6 ou AH_n de acordo com a nomenclativa cimenteira) que se produz instantaneamente logo que aparece o Ca(0H)₂.

De preferência, a proporção de alumina trihidratada na referida composição está compreendida entre 40 e 70$, e a proporção de material à base de aluminatos de cálcio apresenta uma teor em AlgO^ combinado de 35 a 72$, e portanto um teor em aluminato de cálcio compreendido entre 35 e 98$.

De facto a composição de acordo com a invenção tem por objectivo:

- acelerar a presa do cimento Portlanc

- dar lugar a uma reacção da alumina com a cal hidratada à medida que a formação desta última ocorre de forma a que a migração dos ides Ca⁺ em fase líquida para a superfície, migração que normalmente é a fonte da eflorescências, seja impedida.

A composição de acordo com a presente invenção é assim particularmente destinada à preparação de argamassas ou de rebocos de fachadas.

estado da técnica na matéria não refere esta composição nem esta aplicação. Assim a patente FR-A-2 295 prevê, contrariamente ao processo da invenção um tratamento a quente e presa e endurecimento em atmosfera de óxido de carbono em apenas uma fracção da sílica formada apresenta uma finura inferior a 50yim. Assim igualmente a patente DE-A-2

518 799 refere um ligante de presa rápida em que a granulometria não é definida e que pode conter um halogenoaluminato de cálcio.

Outras características e vantagens da invenção aparecerão com a leitura da descrição seguinte dada a título ilustrativo e não limitativo. Salvo indicações em contrário, as proporções indicadas são proporções em peso.

As medidas de determinação da presença de cal apagada Ca(OH)g são efectuadas por análise termodiferencial e exames dos produtos de hidratação das pastas de cimento podendo ser completadas com o estudo dos espectros de difracção de raios X.

Os cimentos Portland utilizados nos exemplos 1 a 4 são cimentos do tipo CPA, contendo pelo menos 97% de clinquer, sulfato de cálcio não compreendido (de acordo com a norma francesa NPP 15301) e no exemplo 5 de tipo CPJ, cimento em que o teor em clinquer é de pelo menos 65% (sulfato de cálcio não compreendido), sendo a parte restante constituída por um ou vários constituintes como por exemplo escórias de alto forno, pozolanas, cinzas volantes, enchimentos calcários (de acordo com a norma francesa NPP 15301). Pelo o termo aluminatos de cálcio, entende-se matérias contendo aluminatos de cálcio.

EXEMPLO 1

Uma mistura de 38% de aluminato de cálcio com a composição seguinte:

. Al^O^ combinada ............................... 70,4% . CaO .............................. 28,6% . SiOg .......................................... 0,8% • ^Ti0 ₂ .......................................... 0,1% . FeO^ + FeO .................................... 0,1%

e 62% de alumina trihidratada obtida pelo processo Bayer, isto é contendo 100% de Al(OH)^ é moida num moinho de bolas. 0 tempo de moagem é ajustado para que a finura da mistura final seja tal que a rejeição no peneiro de 44% seja inferior a 15%.

Misturam-se 23% da mistura assim obti da, formando a composição de acordo com a invenção, com 77% de cimento Portland contendo pelo menos 97% de clinquer com a composição seguinte:

. SiC>2 .......................................

. FeO^ .......................................

o Al^O^ ................................... . .

. CaO ........................................

. MgO ........................................

• so₃ ........................................

. C0₂ ........................................

. P.F........................................

. k₂o ........................................

. NagO .......................................

22,65%

0,26%

2,95%

67,32%

0,54%

2,51%

0,77%

1,07%

0,70%

0,26%

A composição mineralógica deste clinquer de cimento Portland é a seguinte:

. 3CaO, Si0₂ (C₅S) ........................... 53,3% . 2CaO, Si0₂ (C₂S) ........................... 24,6% . 3CaO, Al₂0₃ (C^A) .......................... 7,4% . 4CaO, Al₂0₃ (C₄AF) ......................... 0,8% . Outros Compostos ........................... 13,9%

Prepara-se uma argamassa de areia siliciosa contendo uma parte de mistura de cimento Portland e da composição assim obtida com duas partes de areia e mede-se a

presa do argamassa com auxílio do método da agulha VICAT; obtêm -se os resultados seguintes para uma relação água/ligante de 0,4.

- Tempo de presa:

. início de presa ....................... 14 mn . fim de presa .......................... 19 mn

- Resistências mecânicas à compressão ao fim de minutos ............................ 1,3 MPa

De facto, o exame por análise termodiferencial na pasta pura do cimento constituída por 23^ da mistura do material à base de aluminato de cálcio e de alumina hidratada e de 77^ de cimento Rortland precipitado, misturado com 20^ de água, não mostra qualquer presença de CaíOH)^ ao fim de duas horas e ao fim de 24 horas após amassagem.

EXEMPLO 2

Este exemplo é conduzido com os mesmos materiais que os utilizados no exemplo 1 mas utilizados nas proporçães seguintes, nomeadamente 40$> da mistura de aluminato de cálcio e de alumina trihidratada e 60% de cimento Portland.

Os ensaios realizados de acordo com os mesmos procedimentos que os definidos no exemplo 1 deram os resultados seguintes:

- presa:

. início ................................ 6 mn . fim ................................... 9 mn

- resistência à compressão ao fim de 30 minutos

2,1 MPa

Do mesmo modo, a análise termodiferencial não mostrou a presença de Ca(OH)g ao fim de duas horas e de 24 horas após amassagem.

EXEMPLO 3

Opera-se nos mesmos materiais que os utilizados nos Exemplos 1 e 2 mas ajustando os adjuvantes re guladores de reologia seguintes;

. carbonato de sódio ................ 0,3% . citrato trissódico ................ 0,20%

Os ensaios realizados nas mesmas condições que nos exemplo 1 e 2 conduziram aos resultados seguin tes :

- presa:

. início ............................ 15 mn . fim ............................... 19 mn

- resistência mecânica à compressão num período de 2 horas ............ 5,8 MPa

A análise termodiferencial não permitiu detectar traços de Portlandite ao fim de 2 horas após amassagem.

EXEMPLO 4

Moeu-se uma mistura de 42% de alumina tos de cálcio com a composição seguinte:

. Al^O^ combinada ..................................

. CaO ..............................................

. SiO........................

......................................

39,0%

37,5%

4,3%

e de 58% de bauxite trihidratada seca bauxite australiana de

Weipa com a composição seguinte:

. trihidrato de alumina .......................... 61,9% . monohidrato de alumina ........................ 14,9% . impurezas ...................................... 23,2% até uma finura tal que a rejeição no peneiro de 44 /im seja inferior a 15%.

Misturam-se 25% da mistura assim obti da formando a composição de acordo com a invenção, com 75% de cimento Portland em que a composição química é a seguinte:

. Si0₂ ...........................................

. Fe^O^ ..........................................

. AlgO^ ..........................................

. CaO ............................................

. MgO ............................................

. so₅ ............................................

. co₂ ............................................

. P.F............................................

. K₂0 ............................................

. Na₂0 ...........................................

A composição mineralógica de cimento Portland é a seguinte:

23,78%

2,22%

2,71%

66,78%

0,81%

2,02%

0,36%

0,89%

0,31%

0,12% do clinquer . 3CaO, SiO₂ (C^S) ............................... 62,1% . 2CaO, Si0₂ (C₂S) ............................... 21,9% . 3CaO, Al₂0₅ (C^A) _.............................. 3,4%

. 4CaO, A1₂O₅, Pe₂O₅ (C^F) ....................... 6,8% . Outros compostos ................................ 5,8%

Adicionam-se em seguida 0,5% de citra. to trissódico expresso em relação à soma ponderai da referida composição e do cimento Portland.

Prepara-se uma argamassa de areia con tendo uma parte da mistura da referida composição, do cimento acima referido e citrato trissódico nas proporções acima referidas com duas partes de areia e determinam-se as propriedades seguintes:

- presaí „ início ............................. 60 mn

- resistência:

. às 6 horas ......................... 4,5 MPa . às 24 horas ........................ 16 MPa

A análise termodiferencial não revela qualquer traço de Portlandite Ca(0H)₂ ao fim de 2 horas após amassagem.

EXEMPLO 5

Faz-se a moagem de uma mistura de 42% de aluminatos de cálcio com a composição seguinte:

. Al₂0^ combinada ................................. 50,5% . CaO ............................................. 37,6% • Si0₂ ............................................ 5,1% • Ti0₂ ............................................ 2,6% . FeO^ + FeO ...................................... 2,5% . Outros compostos .............,.................. 1,7% de 58% de trihidrato de alumina Bayer com 100% de

À1(OH)₃

fim de que a finura do produto moído seja tal que 85% da mistura passe através do peneiro de 44 /im.

Misturam-se 18% da mistura assim obti da formando uma composição de acordo com a invenção com 82% de cimento Portland contendo no máximo 55% de uma carga de enchimento calcária. A composição química de cimento Portland sem enchimento calcário é a seguinte:

. Si0₂ ..........................................

• ^?e2°3 .........................................

. ai₂o₃ .........................................

. CaO ...........................................

. MgO ...........................................

. so₃ ...........................................

. co₂ ...........................................

. P.F...........................................

. k₂o ...........................................

. Na₂0 ..........................................

26,37%

1,68%

4,75%

56,84%

1,60%

2,79%

1,53%

3,12%

0,85%

0,47%

A composição mineralógica dos clinqueres do cimento Portland é a seguinte:

. 3CaO, Si0₂ .................................... 60,3% . 2CaO, SiO₂ .................................... 24 % . 3CaO, Al₂0^ ................................... 5,9% . 4CaO, Al₂0₅, Fe₂0₅ ............................ 2,3% . Outros compostos .............................. 7,5%

As propriedades hidráulicas determina das numa argamassa formada duma parte da mistura da referida composição e do cimento Portland acima citados e de duas partes de areia são as seguintes:

- início da presa .................. 30 mn

- resistência mecânica:

. às 6 horas ....................... 4,8 MPa . às 24 horas ...................... 12 MPa

Nao foi detectado qualquer traço de CaíOH)^ por análise termodiferencial ao fim de 2 horas.

A presente invenção não é, bem entendido , limitada aos modos de realização prática descritos e apresentados, mas é susceptível de numerosas variantes acessíveis aos especialistas sem que se afaste do espírito da invenção .

Claims

Processo para acelerar a presa do ci mento Portland, reduzir a fase de migração dos iões cálcio na fase líquida e complexar a cal reactiva libertada durante a hidratação do cimento Portland, caracterizado por se incorporar no cimento Portland uma composição contendo um material à base de aluminatos de cálcio e de alumina trihidratada, sendo a referida composição constituída por moagem intensa dos dois constituintes até à obtenção duma finura tal que 85% das partículas apresentam uma dimensão inferior a 44 um.

Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material à base de aluminatos de cálcio apresentar um teor em Al^O^ combinada de 35 a 72%, a assim um teor em aluminatos de cálcio compreendido entre 35 e 98%.

- 3^ê -

Processo de acordo com a reivindicação 1 caracterizado por proporção de aluminatos de cálcio na referida composição estar compreendida entre 30 e 60%.

_ 4ê _

Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2 caracterizado por a proporção da referida composição no cimento Portland estar compreendida entre 5 e 40% em peso.

- 5â Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 4 caracterizado por a alumina trihidratada poder ser obtida por via química ou consistir num trihidrato natural.

- 6& Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 5 caracterizado por os aluminatos de cálcio poderem ser obtidos a partir de bauxites ou de alumina química

-

Processo de acordo com qualquer das reivindicações 1 a 6 caracterizado por a referida composição contar adjuvantes reguladores da reologia.

- 8& Processo de acordo com as reivindicações 1 ou 2 caracterizado por a proporção de alumina trihidratada na referida composição estar compreendida entre 40 e 70%.

_ gs _

Processo de acordo com a reivindicação 7 caracterizado por os referidos adjuvantes consistirem em carbonato de sódio ou em citrato trissódico.

A requerente declara que o primeiro pedido desta patente foi apresentado na França em 8 de Feverei ro de 1988, sob o n° 88 01 430.