PT94525A

PT94525A - Processo para introduzir ar em misturas a base de cimentos hidraulicos

Info

Publication number: PT94525A
Application number: PT94525A
Authority: PT
Inventors: Donald R Lane; Jose A Melendez
Original assignee: Essroc Corp
Priority date: 1989-06-29
Filing date: 1990-06-28
Publication date: 1991-02-08
Also published as: EP0406072A2; EP0406072A3; CA2010182A1; US4913741A

Description

Descrição referente à patente de invenção de ESSROC corp, norte--americana, industrial e comercial estabelecida em Connell Corporate Center, 0. Two Oak Way, Berkeley Heights, NJ 07922, Estados Unidos da América, (inventores: Donald R. Lane e Jose A. Melendez, residentes nos E.U,A.) para "PROCESSO PARA INTRODUZIR AR EM MISTURAS A BASE DE CIMENTOS HIDRÁULICOS".

Descrição A presente invenção refere-se a composições de aditivos para o betão e o cimento, conhecidos sob o nome de aditivos introdutores de ar, para serem incorporados nas misturas destinadas ao fabrico de cimentos hidráulicos, tais como cimentos portland, betões e argamassas, mas não se limitando apenas a estes, com o fim de aumentar a conservação de longa duração destas misturas no estado endurecido, na presença dos ciclos de gelo-degelo no estado de saturação em água. A melhoria da conservação de longa duração das misturas à base de cimento em tais condições é resultante da formação, na mistura plástica à base de cimento portland, dum sistema de bolhas de ar que subsistem na mistura depois do seu endurecimento e que respondem às especificações da resistência ao gelo e ao degelo estipuladas na norma ASTM C-260. Esta norma exige que o sistema de cavidades cheias de ar represente, em volume, uma percentagem específica da massa endurecida à base de cimento, e que esta massa contenha bolhas de ar numa gama específica de tamanhos e de parâmetros de espaçamento tal como definido na norma ASTM * C-457, É bem conhecido na especialidade que, para satisfazer ANA— 1 estas exigências é necessário utilizar agentes tensio-activos para obter o grau desejado de introdução de ar.

Existem vários agentes químicos para obter o sistema de introdução de ar especificado. Em geral, trata-se de produtos químicos orgânicos que são classificados, duma maneira alargada, em sabões e detergentes. Um dos agentes químicos deste tipo , de entre os mais conhecidos, é conhecido na especialidade sob o nome de resina Vinsol, que é um sal de resina de madeira, e que é o padrão - com o qual são comparados os outros agentes introdutores de ar depois do seu ensaio segundo a norma ASTM NS. C-233. A resina Vinsol é normalmente utilizada sob a forma de uma solução aquosa alcalina que se junta a uma mistura plástica à base de cimento, só ou em combinação com outros aditivos químicos. Neste último caso a solução de resina Vinsol junta-se separadamente em virtude da sua incompatibilidade química com muitos dos outros aditivos, porque o pH e a presença de cálcio e de diversos outros iões tornam insolúveis os ácidos neutralisados por um alcali constituinte da resina Vinsol. É igualmente conhecido na técnica anterior a utilização dos vários agentes tensio-activos, tanto aniónicos como não-iónicos da classe geral dos detergentes para se obter o grau desejado de introdução de ar no cimento, na argamassa e no betão. Muitas vezes estes agentes são utilizados em várias combinações. Alguns destes agentes tensio-activos são sais de éster de amónio sulfatados de álcoois primários superiores (ou dos produtos de adição com o óxido de etileno), sais do ácido alquil-benzeno-sulfónico, sais dos ácidos do petróleo e ácidos gordos, e substâncias proteicas e sais orgânicos de hidrocarbo-netos sulfonados.

Por exemplo, a pedido de patente Norte Americana 4.249.948 descreve a utilização de um sulfonato de uma alfa-ole fina com um agente redutor de água na qual o sulfonato actua como agente introdutor de ar numa composição à base de cimento hidráulico. 0 pedido de patente Norte Americana 4.046.582 descreve a utilização como agente introdutor de ar de um sulfato

oxi-alquileno de um álcool secundário superior; o pedido internacional PCT N2. WO 85/01.500 (Pedido Norte Americano N2. 537.185 publicado a 29-9-1983) descreve a utilização de um aditivo introdutor de ar de tipo múltiplo para as misturas à base de cimento hidráulico, que inclui uma mistura de três constituintes, um sal do ácido alquil-aril-sulfónico, um sal alcanol--amina de um ácido gordo tal como óleo de polpa de madeira e um constituinte não iónico escolhido entre os derivados do poli--etileno-glicol e os produtos obtidos por adição de di-etanol-amina à cocamida proveniente do óleo de coco.

No entanto, estes aditivos introdutores de ar não satisfazem inteiramente em relação à estabilidade das bolhas de ar no betão à sua capacidade para desempenharem o seu papel na presença de cinzas volantes na mistura, ao seu efeito para melhorar a capacidade do betão para ser colocado em obra, à necessidade de utilização de dosagens mais elevadas dos aditivos dos tipos conhecidos, ou às tendências para perder o ar ou aumentar o teor em ar duma forma incontrolável, à medida que se prolonga o tempo de mistura. A perda da capacidade da colocação em obra é medida por meio do "slump cone" (cone de abaixamento) segundo a norma da American Society for Testing and Materials (ASTM) designada C-143. O principal incoveniente é a Redução das Resistências à compressão atingindo-se até 5% da perda da resistência para 1% de aumento de ar introduzido. Esta perda é devida, por um lado, às irregularidades nas dimensões das bolhas e à coalescência das bolhas na mistura provocando vazios maiores, o que reduz a resistência à compressão.

No betão ou cimento portland, a finura da areia varia entre 2,2 e 3,5 do módulo de finura que é um número empírico para determinar a granulometria das areias de grão grosso. Quan to maior for o módulo de finura (MF) mais grossos são os grãos da areia. É bem conhecido que quando este módulo se afasta do valor 2,7 para mais ou para menos, torna-se cada vez mais difi-cil introduzir o ar no betão ou cimento portland. Quando as areias atingem um módulo de finura de 3,3, são necessárias grandes doses do aditivo introdutor de ar para dominar a introdução de ar. 3

Assim, existe uma necessidade permanente de descobrir novos agentes introdutores de ar aperfeiçoados e sobretudo agentes capazes de resolver os problemas descritos anteriormente.

Sumário da invenção A presente invenção refere-se a um aditivo químico destinado a ser combinado com misturas à base de cimento por-tland, tais como o betão, a argamassa e revestimento de cimento portland contendo diversas quantidades de cinzas volantes ou de escória, com o fim de aí introduzir o ar, assim como às misturas resultantes melhoradas às quais se incorpora uma composição aditivo.

Para os objectivos da presente invenção o termo "cimento hidráulico" refere-se a todas as composições à base de cimento, essencialmente, silicatos capazes de ganharem presa e de endurecerem por acção da água, tais como os cimentos portland o cimento resistente aos sulfatos, os cimentos de alto forno e os cimentos à base de pozolanas, e inclui as misturas de cimentos em que uma parte do cimento portland foi substituída por cinzas volantes ou escória. O termo "cimento portland" refere--se a todas as composições de cimentos tendo um forte teor em silicato tricálcico, conforme as especificações da norma ASTM NQ. C-150, e aos cimentos portland compostos, tais como os descritos na norma ASTM NQ. C-595.

Em geral, esta invenção compreende uma mistura de cimento portland contendo cinzas volantes e/ou cimento de escória com agregados, água suficiente para realizar a presa hidráulica do cimento e um aditivo introdutor de ar constituído essencialmente por um derivado.éster di-etanol-amida do ácido de coco, também conhecida sob o nome de coco-amida di-etanol-amina ou cocamida DEA, tal como se descreve completamente a seguir. A cocamida DEA pode juntar-se sob todas as formas convenientes mas é mais cómodo juntá-la sob a forma duma solução aquosa. A dosagem utilizada deve ser em quantidade eficaz para introduzir a quantidade de ar desejada, habitualmente medida sob a forma de uma percentagem, em volume, da mistura à base de 4

cimento hidráulico. Assim, como é sabido na especialidade, a quantidade de ar que se deseja introduzir é normalmente da ordem de 3% a 9% de ar em volume. Esta quantidade de ar obtem-se a partir da dosagem de derivado éster de cocamida DEA compreendida entre aproximadamente 0,001% e 0,01% em peso com base no peso do cimento. 0 resultado inesperado é de modo algum evidente obtido com a utilização do derivado éster da cocamida DEA sozinho num sistema à base de cimento sujeito a uma acção de mistura prolongada é o de fornecer com uma resposta favorável à dosagem, um sistema excelente de cavidades cheias de ar, que é estável no sistema à base de cimento, no estado plástico, e possui uma repartição de dimensões desejáveis e melhoradas no sistema que contem o cimento, depois do endurecimento, procurando uma resistência aumentada à compressão, relativamente as misturas de referência. É assim objectivo da presente invenção conseguir misturas melhoradas, à base de cimento portland com ar introduzido e incluindo o betão, a argamassa, os revestimentos e as misturas secas, contendo estas misturas uma composição aditiva capaz de introduzir com vantagem um sistema de vazios cheios de ar possuindo as características desejadas, quando este aditivo se utiliza numa gama de dosagens relativamente grande, ou possuindo uma resposta excelente à dosagem relativamente aos aditivos funcionalmente semelhantes, conhecidos na técnica anterior. É outro objectivo da presente invenção conseguir resultados de resistência melhorados, que inclui uma composição aditiva capaz de introduzir um sistema de cavidades cheias de ar e de aumentar as resistências à compressão relativamente aos agentes introdutores de ar conhecidos.

Descrição da forma de realização preferida O termo "cocamida DEA" é um nome que foi aplicado pela "Cosmetic, Toiletry and Fragrance Association" (CTFA) a uma grande diversidade de composições à base do ácido de coco inclu-• indo os produtos de adição da cocamida com a di-etanol-amina. 5

Embora todas sejam designadas por "cocamida DEA" elas são produzidas por toda a espécie de reacções. Num tipo de reacção, produz-se uma reacção equimolar entre a di-etanol-amina e um dos produtos seguintes: um ácido de coco igualmente conhecido como ácido gordo de coco; um éster de alquilo, habitualmente um éster metílico de um ácido de coco; ou um triglicírido à base do ácido de coco, tal como o óleo de coco. Num outro tipo de reacção, utiliza-se uma relacção molar de 2/1 no processo designado, processo Kritchevsky, que está descrito na patente Norte Americana NQ. 2.094.609 com o nome de W. Kritchevsky. A presente invenção é o resultado da descoberta inesperada de que a cocamida DEA produzida pelo processo do éster metílico, embora seja possível utilizar outros ésteres, é capaz de, utilizada apenas em quantidades eficazes nas misturas à base de cimento hidráulico, produzir volumes de ar estáveis, possuindo a dimensão e a repartição desejadas, tais como as que são utilizadas para aumentar a conservação de longa duração às alternâncias de gelo e degelo, ou para produzir misturas à base de cimento hidráulico com ar introduzido, por outras razões.

Por outro lado, descobriu-se que se obtinham, com vantagem, resistências maiores à compressão, utilizando o aditivo de acordo com esta invenção. Por comodidade, a cocamida DEA obtida pelo processo do éster será designada como a cocamida DEA obtida do éster. A cocamida DEA obtida do éster está disponível no comércio sob a marca Comperlan KD e Standamid KD da Henkel International GmbH, Dusseldorf, Alemanha, e Ninol 49 CE de Stepan Company, Northfield, Illinois, EUA. O termo "ácido de coco" significa habitualmente uma mistura de ácidos gordos obtidos por hidrólise do óleo de coco e possuindo comprimentos de cadeias ácidas variando entre 6 e 18 átomos de carbono, mas sobretudo 10, 12 e 14 átomos de carbono. Um ácido de coco preferido é um ácido composto aproxima-damente pela gama seguinte de ácidos gordos: 46-58 % 15-23 % Ácido Laúrico Ácido mirístico 6 8-14 % 7-24 % Ácido palmitico Ácidos esteárico e oleico

Por outro lado o ácido de coco deve possuir, de preferência, um índice de acidez compreendido entre aproximadamente 246 e 260, e um índice de saponificação compreendido entre aproximadamente 247 e 262, e um índice de iodo entre aproximadamente 10 e 20. O produto de reacção cocamida DEA resultante da reac-ção do éster de coco e da di-etanol-amina tem, de preferência, aproximadamente, a composição seguinte e possui um pH (em solução a \%) compreendido entre 8 e 10 e possui uma densidade da ordem de 0,99 a 1,0185 kg/litro e, de preferência, próxima de 1,0101 kg/litro:

Amido de coco 85-90 % Éster de coco 0-10 % Ácido de coco livre 0-0,5 %

Di-etanol-amina livre 0-5 % Água 0-0,5 %

Na prática da presente invenção o aditivo é incorporado nas misturas à base de cimento hidráulico, tais como, betões e argamassas do cimento portland, em quantidades suficientes para fornecer um sistema de cavidades com ar retido em quantidade suficiente e qualidade conveniente. Na prática o aditivo é incorporado na mistura sob a forma de uma solução aquosa podendo ser de qualquer concentração conveniente. O aditivo pode ser incorporado nas misturas sob a forma de uma parte da água de mistura, mas pode também ser incorporado de qualquer outra forma conveniente, incluindo por adição na mistura seca ou ao agregado seco antes de se lhe adicionar a água. O termo "ar introduzido" deve receber aqui o sentido usual da técnica, ou seja, utilizando um agente para este fim, a quantidade de ar prevista e desejável, quer dizer de 3% a 9% em volume, relativamente ao volume total da mistura à base de • cimento hidráulico, é incorporada nesta mistura que se encontra 7

no estado plástico e em definitivo no betão endurecido. Isto permite melhorar a duração ou a capacidade de utilização de um betão ou argamassa normais, sem ar introduzido. Por outro lado, os materiais que compõem uma mistura de betão e a própria acção de mistura, podem introduzir um pouco de ar na mistura e muitas vezes este ar é designado por ar preso. 0 aditivo de acordo com a presente invenção é vantajoso no sentido em que ele produz, de maneira inesperada, a introdução de ar nas quantidades previstas e desejadas e, por outro lado, revela-se estável durante uma acção de mistura prolongada e benéfica para o betão endurecido porque tem como resultado o aumento da resistência à compressão. 0 termo "agregado" deve entender-se aqui como incluindo simultaneamente os agregados grosseiros, tais como a brita ou o seixo, e os agregados finos tais como a areia, como é corrente na especialidade. Em geral, o agregado nas argamassas pode ser areia ou um outro agregado fino que responda às especificações da norma ASTM NQ. C-33. As proporções entre o agregado grosso e o agregado fino podem variar de acordo com as propriedades e utilização do betão ou da argamassa. Na maior parte dos casos, mas não limitativamente, o agregado grosseiro situa-se numa gama larga que vai de 7,6 cm até à malha 4, enquanto que a do agregado fino se situa na gama larga de aproximadamen-te malha + 4 à malha - 200 do peneiro US. Standard (ASTM C-ll). O agregado grosso é habitualmente de origem mineral, como o seixo ou a brita calcária, mas pode ser também um agregado fabricado, tal como uma escória. A quantidade de agregado pode ir até 80% em peso, relativamente ao peso total da mistura com cimento hidráulico, sendo preferível a gama de 20% a 80% em peso.

Tanto para as argamassas como para os betões a quantidade de água utilizada deve ser suficiente para realizar a presa hidráulica do cimento na mistura e para se conseguir uma capacidade conveniente para a trabalhabilidade no estado plástico. Esta quantidade situa-se numa gama larga de aproximadamente 15% a 30% em peso do cimento nas argamassas e de aproximadamente 50% a 85% em peso do cimento nas misturas de betão. A proporção precisa da água dependerá da utilização final da mistura à base 8 de cimento assim como da sua composição.

Para ilustrar a eficácia da cocamida DEA obtida do éster para a produção das bolhas de ar, comparando-a com a de outros agentes introdutores de ar, conhecidos e potenciais, os agentes escolhidos foram ensaiados num ensaio de espuma Henkel, designado "Henkel Foam Test". 0 que se segue é a "Foam Test Methodology11 enunciada num boletim técnico da Henkel International GmbH para as alcanolamidas da marca "Standamid". "Metodologia do ensaio de espuma" "0 procedimento do ensaio que se segue, realizado pela Henkel, é uma forma simples de fazer uma determinação exacta do volume de espuma e da drenagem da espuma: "Prepara-se uma solução aquosa a 10% do produto a determinar. Juntam-se seis (6) gramas desta solução a 144 gramas de água, dureza 50 ppm, aquece-se a 29°C + 1°C. Agita-se durante dez (10) segundos num misturador do tipo "Osterizer". Agita-se a uma velocidade média. Mede-se o volume inicial da espuma a aproximadamente 5 ml, e verifica-se a posição da interface espu-ma/água depois de 3,5 minutos. Esta última leitura representa a drenagem da espuma". O ensaio foi modificado utilizando soluções aquosas 3 a 5% e colocando 300 cm de cada solução num recipiente graduado em milímetros, para utilizar com o misturador do tipo "Oste-rizer". Como no ensaio Henkel, agita-se a solução durante dez (10) segundos a uma velocidade média. A agitação produz uma certa quantidade de espuma que flutua sobre uma interface líquida e que é medida como a interface inicial, deixa-se depois o recipiente em repouso durante uma (1) hora. Depois disto, a totalidade ou parte da espuma volta à fase líquida. Este regresso é designado "drenagem da espuma", e ele estabelece uma nova interface líquido-espuma, ou interface final, algures entre a o interface inicial e o nível de 300 cm no qual começava o líquido. Mede-se então o nível da interface final líquido-espuma. Calcula-se a percentagem de espuma drenada dividindo a diferença entre o nível de 300 cm3 de cada solução e a interface inicial, e multiplicando por 100,. Os resultados para cada agente ensaia- 9

do são representados na Tabela I. Considera-se a quantidade de espuma drenada como reflectindo a estabilidade das bolhas produzidas .

Encontra-se igualmente registado na Tabela I os pesos unitários das bolhas produzidas, designados "densidade das bolhas". Para obter estes pesos unitários, realizou-se um ensaio suplementar utilizando a mesma metodologia do ensaio de espuma Henkel. Colocaram-se 300 cm3 de cada solução no misturador do tipo "Osterizer", agitaram-se durante dez (10) segundos à velocidade média, e em seguida deixou-se repousar durante uma (1) hora. As bolhas ou a espuma restantes foram então retiradas do misturador, colocaram-se num dispositivo de medida volumétrico e pesaram-se. Os valores foram então convertidos em peso por pé cúbico.

TABELA I

Agente ensaiado Drenagem da espuma(%) Densidade das Bolhas lb/ft3 g/litro Cocamida DEA (obtida pelo éster)* 16,7 22,9 352 Cocamida DEA (procedimento Kritchevsky) 96,6 10,4 166 Cocamido-propil-bétaina 99,4 1,4 22,4 Cocamida DEA (obtida pelo éster)** 86,0 12,6 202 Cocamida DEA (proveniente do óleo) 97,3 4,8 77 Sulfato de lauril-sódio 99,3 1,5 24 Sulfato de lauril-amonio 98,0 1,7 27 Sulf.de lauril-tri-etanolamina 99,8 1,3 21 Sulfata d'octil-sódio 99,2 0,9 14 Mono-oléamida-di-sódio 98,3 1,7 27 Sulfósuccinato de di-glicol Sais de resina de madeira 98,1 1,8 29 Alquil-fénoxi-poli-etoxi-etanol 98,0 1,9 30,4 - 10 -

** Fornecida pela Fonte II (Stepan)

Estes resultados demonstram que a cocamida DEA obtida a partir de um éster tem uma capacidade notável de retenção do volume das bolhas, como medido pela menor drenagem da espuma e os pesos unitários mais elevados. Tem particular interesse o melhor resultado obtido relativamente aos sais de resina de madeira, uma vez que eles são utilizados nas misturas de introdução de ar à base de resina vinsol, por comparação com a cocamida DEA obtida a partir dum éster. A cocamida DEA proveniente da Fonte I apresentou os melhores resultados, com apenas 16,7% de drenagem da espuma, contra 98,1% para os sais da resina de madeira. Por outro lado, a cocamida DEA (Fonte I) apresentou, nos ensaios uma densidade de bolhas de 352 gramas/litro contra 29 g/litro para os sais da resina de madeira. A cocamida DEA da Fonte II não possuia características tão boas como as da Fonte I, mas possuia ainda uma combinação aceitável de drenagem da espuma (86,0%) e de densidade das bolhas de 202 g/1, sobretudo por comparação, por exemplo, com a cocamida DEA obtida pelo procedimento Kritchevsky, que possuia uma densidade de bolhas relativamente elevada, de 116/1, mas possuia uma drenagem da espuma muito elevada de 96,6%. Assim, uma cocamida DEA obtida a partir de um éster que possua uma drenagem de espuma que atinja no máxima cerca de 86% ou menos e uma densidade das bolhas de 192 g/1 é preferida.

Supõe-se que a razão para o peso unitário (das bolhas) mais elevado para a cocamida DEA resultante de um éster tem a ver com a maior espessura das paredes das bolhas. Quando uma parte das bolhas produzidas no ensaio de espuma Henkel modificado é colocada sobre uma lâmina que possui uma depressão esférica e é examinada ao microscópio normal, vêem-se as bolhas da cocamida DEA da Fonte I como bolhas esféricas possuindo paredes mais espessas, enquanto que as bolhas da resina de madeira possuem paredes relativamente finas e têm tendência para se afastarem da forma esférica, sendo algumas oblongas. Este género de diferenças deve produzir uma estrutura de bolhas de ar mais estável e mais uniforme no interior duma mistura à base de cimento 11

hidráulico A fim de ilustrar os resultados vantajosos que podem ser obtidos pela prática da presente invenção, nas misturas à base de cimento hidráulico, prepararam-se misturas de betão de acordo com as normas ASTM c-494 e c-233. Fizeram-se misturas contendo os aditivos da presente invenção e aditivos da resina Vinsol, A sequência das operações neste procedimento foram: prepararam-se misturas de betão com um abaixamento nominal de 50,8 + 12,7 mm e uma dosagem de mistura de introdução de ar, por (100 lbs) 45,36 kg de cimento susceptível de produzir um teor em ar de 5,5% + 0,5% em volume de betão. Definiu-se cada mistura para um total de 306 kg/m3 de cimento portland, uma relação areia-agregado de 0,89 e a mesma relação água/cimento (0,31) Misturou-se então o betão, com uma quantidade de água adequada para se obter o índice de abaixamento especificado, numa betoneira com a capacidade de 170 litros. Em seguida, retiraram-se provetes cilíndricos de 152 x 304 mm para as determinações posteriores da resistência à compressão e dos parâmetros do sistema de bolhas de ar depois do endurecimento. Determinou-se o teor em ar inicial de uma amostra do betão plástico pelo método do manómetro tal como descrito no método normalizado ASTM C-231 e o índice de abaixamento, que é um índice de capacidade de acabamento, determinou-se segundo o método normalizado ASTM C-143.

Apresentam-se os resultados dos ensaios na Tabela II e faz-se uma comparação entre uma cocamida DEA obtida a partir de um éster (da Fonte I) e um agente de introdução de ar à base da resina Vinsol. Em cada caso a velocidade de endurecimento estava de acordo com a especificação ASTM C-233. Pode ver-se a partir da Tabela II que a cocamida DEA obtida a partir de um éster produzia a quantidade de ar prevista e desejada, assim como uma retenção favorável do ar e que, por outro lado, apresentava aumentos apreciáveis da resistência à compressão, em comparação com o betão contendo a resina Vinsol. 12

TABELA II

RESULTADOS DOS ENSAIOS

Resina Cocamida DEA Diferença em %

Vinsol obtida a partir com o (controlo) de um éster controlo

Ar introduzido (%) 6 5,7

Resistência à compressão (PSI) (MPA) PSI MPa PSI MPa 1 dia 1950 13,43 2360 16,26 121 % 3 dias 3410 23,50 3950 27,21 116 % 7 dias 4140 28,52 4530 31,21 109 % 28 dias 5235 36,07 5640 38,86 108 %

A fim de calcular o ar introduzido no betão endurecido, examinou-se um dos provetes do betão produzido com a cocamida DEA obtida a partir de um éster, e produzido nos ensaios anteriormente discutidos, ao microscópio, segundo o método ASTM C-457, e os resultados apresentam-se na Tabela III

TABELA III

ANÁLISE DAS CAVIDADES DE AR

A

Teor em ar Teor Superfície Factor de % em volume em pasta específica espaçamento (Plástico) (Endurecido) % em volume Polegadas "''m-'1 2· L,polegada L,mm 5,7 6,7 23,83 500 12,7 0,007 0,17í - 13 - 1

Total dos volumes de cimento portland e de água de mistura

Como se pode ver, o factor de espaçamento L é igual a 0,178 mm, o que é menor do que o factor de 0,203 mm e maior 2 do que 0,102 mm que são os limites usuais recomendados para um

betão durável, isto é, resistente ao gelo e ao degelo.

Num outro ensaio, fez-se uma comparação entre o betão maciço, que era o controlo e não continha agente introdutor de ar, uma mistura com resina Vinsol, e uma mistura contendo uma cocamida DEA obtido a partir de um éster (Fonte I). As especificações da mistura eram semelhantes à da Tabela II excepto que os cones de abaixamento eram de 101,6 mm + 12,7 mm. Como se pode ver na Tabela IV a cocamida DEA do éster apresentou resistências à compressão nitidamente mais elevadas do que a resina Vinsol e do que a mistura de controlo, e produziu a introdução de ar desejada.

TABELA IV

Controlo Resina Vinsol Cocamida DEA (éster) PSI MPa PSI MPa PSI MPa Dosagem {% em peso do cimento Teor em ar (% em vol. 0,0087 0,0039 10 minutos depois) Resistência PSI e MPa — 5,1 % 5,8 % - a 7 dias 3497 24,1 3520 24,25 3820 26,3 (%, comparada ao controlo) (100,7) (109,2) - a 28 dias 4400 30,32 4316 29,74 4733 32,61 {%, comparada à controlo) (98,1) (107,2)

Num outro ensaio, prolongou-se a mistura com uma série de misturas de betão contendo uma cocamida DEA obtida a partir do éster, da Fonte I (dit Mix A), uma cocamida DEA, obtida a partir do éster, da Fonte II (Mix B), e uma cocamida DEA obtida pelo procedimento Kritchevsky (Mix C) tal como utilizadas nos ensaios apresentados na Tabela I. Este teste realizou-se para estabelecer as características da estabilidade das bolhas de ar ao longo do tempo de mistura comparáveis à do betão em estaleiro. A especificação da mistura está indicada na Tabela V. con- - 14 -

tinuou-se a mistura durante 50 minutos, excepto para a recolha de provetes para medição do teor de ar. Em seguida juntou-se água para restabelecer o índice de abaixamento, tão próximo quanto possível do valor inicial.

TABELA V

Composição da mistura de betão

Cimento Pedra (2% H20) Areia (6% E^O Água Aditivo 255,83 kg 831,89 kg 624,60 kg 91,63 kg 0,0039 %

Medusa Type 1 Calcáreo de Sandusky Twin Lakes em peso do cimento

Mix. A

Mix. B

Mix. C

Duração da mistura Abaixamento Ar % Abaixamento Ar % Abaixamento Atc% 4 minutos 114,3 mm 4,5 15 minutos 101,6 mm 6,5 30 minutos 76,2 mm 6,5 45 minutos 63,5 mm 6,5 50 minutos (remistura) 95,25 mm 6,6 101,6 mm 6,5 114,3 mm 3,5 101,6 mm 7,0 76,2 mm 3,0 76,2 mm 5,5 25,4 mm 2,5 38,1 mm 4,0 - 120,65 mm 4,5 - -

Juntou-se água para restablecer o valor inicial aproximado do abaixamento.

Como se pode ver na Tabela V o aditivo de acordo com esta invenção, isto é, uma cocamida DEA obtida a partir de um éster, proporcionou uma quantidade desejável de introdução de ar, que se revelou relativamente estável com uma acção misturadora prolongada. Esta contrasta com a Mix. C que continha uma cocamida DEA obtida pelo procedimento Kritchevsky e que apenas produziu uma introdução minima de ar e que apresentou uma má retenção do ar. De facto, o ensaio foi interrompido ao fim de 30 minutos porque o ar descer abaixo do mínimo desejável de 3% . de ar introduzido. 0 teor em ar e os valores da retenção pare- - 15 - cem, certamente, estar em correlacção com a drenagem da espuma e os dados da densidade das bolhas indicados na Tabela I e demostram que a cocamida DEA obtida a partir de um éster é um agente introdutor de ar superior.

Executaram-se outros ensaios para abordar o problema da manutenção dum teor estável em ar na presença da variação do módulo de finura de um agregado fino utilizado num betão. Constatou-se que com a cocamida DEA obtida a partir de um éster e com as areias que possuem módulos de finura na gama de 3,2 a 3,5, é necessário utilizar doses superiores à normal para obter uma introdução de ar satisfatória. Obtiveram-se resultados ines perados juntando percentagens variáveis de capramida DEA à cocamida DEA obtida a partir de um éster. Segundo as percentagens de capramida relativamente à cocamida DEA, os teores em ar continuaram a aumentar nas areias grosseiras quando se aumentava a dose de capramida DEA. Fizeram-se os ensaios seguintes, com areias que possuiam um módulo de finura de 3,3 e os resultados foram os seguintes. TABELA VI: Teores em ar

Duração da 6 % Éster 5,5 % Éster 5 % Éster 4 % Éster mistura 0 % Capr. 0,5 % Capr. 1 % Capr. 2 % Capr. 8 minutos 3,5 4,2 4,6 5,1 18 minutos 3,5 4,5 5,1 5,6 28 minutos 3,75 4,5 5,2 6,2 38 minutos 3,7 4,2 5,3 6,4

Nota: Abaixamento inicial: 63,5 - 76,2 mm

Nota: Juntou-se água aos 28 minutos para restablecer o abaixamento inicial.

Os resultados não evidentes obtidos misturando a capramida DEA à cocamida DEA mostram uma retenção de ar acrescida para as areias dando lugar a problemas na industria do betão. A capamida DEA é fabricada principalmente a partir de ácidos gordos cápricos (C^q). É essencialmente um intensificador da 16

formação de espuma com muito menos efeitos no aumento da viscosidade do que as alcanol-aminas superiores. Isto facilita o reforço do volume de espuma, a densidade, a lubrificação e a estabilidade. Conforme as variações da areia, a mistura de uma di-etanol-amina do ácido de coco (produzida pela reacção dum éster de alquilo e dum ácido de coco com uma di-etanol-amina) e uma di-etanol-amina de capramida, ajuda à produção de volumes de ar estáveis. A adição da capramida DEA anterior resolveu o problema da obtenção dum introdutor de ar que satisfaz quando as areias utilizadas possuem um módulo de finura entre 2,4 e 3,0, mas a introdução de ar diminui quando se introduzem na mistura cinzas volantes ou uma areia que possua um módulo de finura nitidamente inferior. Este problema foi resolvido juntando-se o ácido ricinoléico à capramida DEA e à cocamida DEA obtida a partir de um éster. Fizeram-se ensaios sobre as misturas utilizando 14% de cinzas volantes do tipo "F" com o aditivo precipitado, e os resultados foram os seguintes:

TABELA VII

Duração da mistura 4.0 % Éster 2,5 % Caprico 1.0 % Ac.Ricinoléico Abaixamento Ar % Mistura de Resina Vinsol Abaixamento Ar % 18 minutos 152,4 mm 8,5 161,93 mm 7,5 36 minutos 107,95 mm 7,75 114,3 mm 6,5 54 minutos 69,85 mm 6,25 76,2 mm 5,25 72 minutos 50,8 mm 5,5 31,75 mm 4,75 83 minutos (remistura) 120,65 mm 6,0 76,2 mm 5,25

Juntaram-se 355 mililitros de água para aumentar o abaixamento.

Os dados da Tabela anterior indicam que a mistura do ácido ricinoléico, da capramida DEA e da cocamida DEA originou 17

uma introdução de ar acrescida nas misturas contendo cinzas volantes. Verificou-se não só um aumento da introdução do ar com a adição do ácido ricinoléico, mas também esta adição não teve efeito desfavorável sobre as resistências à compressão; pelo contrário, elas aumentaram mais depressa como o mostra a Tabela seguinte:

TABELA VIII RESISTÊNCIA A COMPRESSÃO (psi e MPa) Duração 4,0 % Éster Mistura de da 2,5 % Capramida Resina Secagem 1,0 % Ac.Ricinoléico Vinsol psi MPa psi MPa 1 dia 1256 8,65 1094 7,54 Com Com 3 dias 2484 17,11 8,5% de ar 2158 14,86 7,5% de ar 7 dias 2740 18 g7 152,4 mm ' de abaixamento 2536 17,47 161,93 mm de abaixamento 28 dias 4628 31,88 4518 31,13

Este aumento da resistência à compressão, com um aumen to da retenção de ar, foi inesperado, sendo certo que normalmente um aumento da retenção de ar tem por efeito uma diminuição da resistência à compressão. Assim, a mistura do ácido ricino-leíco, capramida DEA e da cocamida DEA, obtida a partir de um éster, proporciona duas vantagens significativas, um acréscimo da retenção de ar e da resistência à compressão.

Obtiveram-se resultados semelhantes utilizando uma mistura do ácido ricinoléico, da capramida DEA e da cocamida DEA com uma areia possuindo um módulo de finura de 2,26. Normalmente com uma areia possuindo um módulo de finura tão baixo é difícil obter uma introdução de ar de 4,0% ou mais com as dosagens normais. É de notar que se a introdução de ar baixa para 3% ou menos, admite-se que o cimento não contém ar introduzido. Fizeram-se os ensaios sobre misturas utilizando areias que possuíam . um módulo de finura de 2,26 com uma mistura do ácido ricinoléico, * da capramida DEA e da cocamida DEA obtida a partir de um éster, - 18 -

e os resultados foram os seguintes:

TABELA IX 4.0 % Éster Mistura 2,5 % Capramida de resina 1.0 % Ac. Ricinoleíco Vinsol

Duração da mistura Abaixamento Ar % Abaixamento Ar % 18 minutos 127,0 mm 5,0 101,6 mm 4,75 36 minutos 69,85 mm 4,5 63,5 mm 4,0 54 minutos 57,15 mm 4,0 31,75 mm 3,5 72 minutos 38,1 mm 3,75 19,05 mm 3,0 83 minutos (remistura) 114,3 mm 4,50 82,55 mm 3,75 juntaram-se 384 mililitros de água para aumentar o abaixamento.

Assim, a mistura do ácido ricinoleíco com a capramida DEA e a cocamida DEA aumentou a percentagem de introdução de ar até níveis aceitáveis nas misturas que utilizam areias possuindo um módulo de finura extremamente baixo. Além do mais, como no caso precedente das cinzas volantes, a mistura do ácido ricinoleíco com a capramida DEA e a cocamida DEA aumentou também notavelmente a resistência à compressão da mistura obtida como o mostra a Tabela seguinte:

TABELA X RESISTÊNCIAS A COMPRESSÃO (psi e MPa) 4,0 % Éster Mistura 2,5 % Capramida de resina

Secagem 1,0 % Ac.ricinoleíco Vinsol psi MPa psi MPa 1 dia 1463 10,08 1252 8,62 3 dias 2318 15,97 Com 5,0% de ar 2130 14,67 7 dias 3628 25,00 127,0 mm 3439 23,69 28 dias 4886 33,66 abaixamento 4492 30,95

Com 4,75% de ar 101,6 mm abaixamento 19

Os resultados anteriores para a resistência à compressão proporcionam ainda um outro resultado inesperado, um aumento da resistência à compressão e um maior abaixamento. Assim, neste caso, a mistura do ácido ricinoléico, da capramida DEA e da cocamida DEA do éster aumentou a introdução de ar, a resistência à compressão e o abaixamento.

Para continuar a determinar os efeitos da mistura do ácido ricinoléico com a capramida DEA e a cocamida DEA, fizeram--se ensaios deste aditivo com uma areia possuindo um módulo de finura de 3,0. Os resultados destes ensaios, que se realizaram a 134° F (56,6°C), são indicados na Tabela seguinte:

TABELA XI 4,0 % Éster Mistura 2,5 % Capramida de resina Duração da 1,0 % Ac.ricinoléico Vinsol mistura Abaixamento Ar % Abaixamento Ar % 18 minutos 177,8 mm 7,2 184,15 mm 6,8 36 minutos 139,7 mm 7,3 107,95 mm 6,5 54 minutos 76,2 mm 6,5 50,8 mm 5,25 72 minutos 57,15 mm 5,6 34,93 mm 4,5 83 minutos 152,4 mm 6,75 152,4 mm 5,0 (remistura) * Juntaram i-se 384 mililitros de água à mistura a 4,0% do éster 2,5% de capramida e 1,0% de ácido ricinoléico para aumentar o abaixamento, e 690,2 mililitros de água à mistura de resina Vinsol para aumentar o abaixamento.

Aqui, uma vez mais, a adição do ácido ricinoléico à capramida DEA e à cocamida DEA do éster aumentou notavelmente a introdução de ar, mesmo com areias possuindo um módulo de finura médio, quer dizer de 3,0. Como nos exemplos anteriores, a mistura do ácido ricinoléico com a capramida DEA e a cocamida DEA do éster deu também lugar a um aumento notável da resistência à compressão da mistura resultante como indicado na Tabela 20

TABELA XII RESISTÊNCIAS A COMPRESSÃO (psi e MPa) 4,0 ? í Éster Mistura 2,5 5 í Capramida de resina 1,0 ? í Ac.ricinoleíco Vinsol Secagem psi MPa psi MPa 1 dia 1556 10,72 _ Com 1314 9,05 Com 3 dias 3034 20,90 7,2% de ar 2632 18,13 6,8% de ar 7 dias 4248 29 27 177'8 mm ' abaixamento 3688 2541 184,15 mm abaixamento 28 dias 8434 37,44 4806 33,41

Neste caso a mistura do ácido ricinoleíco com a ca-pramida DEA e a cocamida DEA do éster proporcionou um aumento muito notável da resistência à compressão, cerca de 15%.

Depois do anteriormente referido, é evidente que a mistura do ácido ricinoleíco com a capramida DEA e a cocamida DEA do éster proporciona vários resultados desejáveis. Por exemplo, a utilização do ácido ricinoleíco como parte do aditivo aumenta a introdução de ar, qualquer que seja o módulo de finura da areia utilizada e quer haja ou não introdução de cinzas volantes na mistura. Mesmo com durações prolongadas da acção de mistura, a percentagem de introdução de ar permanece acima dos limites aceitáveis. Assim as misturas contendo o ácido ricinoleíco, a capramida DEA e a cocamida DEA do éster podem tolerar um tempo de transporte maior e um tempo de mistura mais longo até à utilização final no estaleiro. BNo estalei ro, o utilizador juntará normalmente água para aumentar o abaixamento, o que pode aumentar a introdução de ar, mas constatou--se que este aumento é geralmente insignificante. Com a adição do ácido ricinoleíco à capramida DEA e à cocamida DEA do éster a introdução de ar permanece dentro dos níveis aceitáveis, mesmo com duração de misturas prolongadas, e não é necessário re-. correr à adição de água para aumentar ligeiramente a introdução 21

Claims

de ar. Por outro lado constatou-se que as misturas contendo o ácido ricinoleíco, capramida DEA e cocamida DEA obtida a partir do éster podem tolerar temperaturas relativamente elevadas durante longos períodos. Por exemplo, a temperatura utilizada para o ensaio das Tabelas XI e XII foi de 134°F (56,6°C). Assim, as temperaturas elevadas não têm efeito desfavorável sobre as misturas que utilizam o ácido ricinoleíco em combinação com a capramida DEA e a cocamida DEA do éster. Este não é o caso das misturas que utilizam outros tipos de aditivos. Em resumo, a mistura do ácido ricinoleíco com a capramida DEA e a cocamida DEA do éster apresenta resultados desejáveis e benéfi· cos. Sem sair do quadro da presente invenção, é possível, em particular, juntar às soluções aquosas dos constituintes, descritos anteriormente, pequenas quantidades de agentes de quelação compatíveis para catiões alcalino-terrosos tais como o magnésio ou o cálcio que estão normalmente presentes na água normal mas que têm também tendência para precipitar os agentes tensio-activos. Por outro lado, pode-se também juntar pequenas quantidades de corantes compatíveis ou de biocidas ou outros ingredientes semelhantes. Por outro lado, o aditivo de acordo com a presente invenção pode ser utilizado com outros aditivos que se adicionam para outros fins que lhes são próprios, por exemplo a utilização de aditivos redutores da água para aumentar a resistência à compressão, ou aditivos aceleradores ou retardadores para modificar a velocidade da presa das misturas que contêm cimento hidráulico. REIVINDICAÇÕES - lã - Processo para introduzir ar numa mistura à base de cimento hidráulico constituída por cimento hidráulico, agregado e água suficiente para efectuar a presa hidráulica do 22

cimento, caracterizado por se adicionar um aditivo constituído essencialmente por di-etanol-amida de ácido de noz de coco produzida fazendo reagir um éster alquílico do ácido de noz de coco com a di-etanol-amida, estando o referido aditivo presente numa quantidade eficaz compreendida entre 0,0013% e 0,004%, uma capramida-di-etanol-amina numa quantidade eficaz compreendida entre 0,0008% e 0,0024% e ácido ricinoleíco numa quantidade eficaz compreendida entre 0,0003% e 0,001% em peso relativamente ao peso do cimento, pelo que o ar será introduzido na referida mistura numa quantidade de 3% a 9% em volume da referida mistura. - 21 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o cimento hidráulico ser constituído por cimento portland. - 3a - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido agregado estar presente numa quantidade inferior ou igual a 80%, em peso, relativamente ao peso total da mistura à base de cimento hidráulico. - 4a - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o ácido de noz de coco ter a seguinte composição: ácido laurico - 46 - 58% ácido mirístico - 15 - 23% ácido palmítico - 8 - 14% ácido esteárico ou oleico- 7 - 24% - 5S - 23 Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o produto da reacção que forma a di-etanol--amida de ácido de noz de coco ser constituído por: di-etanol-amida de ácido de alquil-ácido de noz de coco ácido de noz de coco di-etanol-amina noz de coco - 85 - 90% 0 - 10% 0 - 0,5% 0 - 5% Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por se efectuar a reacção com igual número de moles de éster alquílico de noz de coco e de di-etanol-amina. - 75 - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a capramida-di-etanol-amina ser constituída por: ácido octanóico em Cg - 0,5-1,5% ácido caprico em C1Q - 94 -98% ácido laurico em C- 1,5-2,5% - 8ã - Processo de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o referido ácido ricinoleico ser constituído por: ácido 12-hidroxi-9-octadecenoico. A requerente reivindica a prioridade do pedido norte-americano apresentado em 29 de Junho de 1989, sob o número de série 372,919. 24