BR112020017196A2 - Mitigação de corrosão em concreto carbonatado baseado em cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio - Google Patents
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Abstract
A invenção provê métodos e composições que evitam, mitigam ou atrasam o início da corrosão de componentes de ferro ou aço (por exemplo, aço carbono simples) usados como reforço ou que, de outra forma, estejam pelo menos parcialmente embutidos em materiais compostos de concreto carbonatado e em objetos baseados em cimento de silicato de cálcio carbonatável.
Description
[001] A invenção se refere geralmente a materiais compósitos.
[002] Nesta especificação, onde um documento, ação ou item de conhecimento é referido ou discutido, esta referência ou discussão não é uma admissão de que o documento, ação ou item de conhecimento, ou qualquer combinação dos mesmos, estava na data de prioridade, estava disponível publicamente, era conhecido pelo público, era parte do conhecimento geral comum, ou de outra forma constitui estado da técnica anterior sob as disposições legais aplicáveis; ou é conhecido por ser relevante como uma tentativa de resolver qualquer problema com o qual esta especificação esteja relacionada.
[003] O concreto é onipresente. Nossas casas provavelmente repousam sobre ele, nossa infraestrutura é construída a partir dele, assim como a maioria de nossos locais de trabalho. O concreto convencional é feito pela mistura de água e agregados, tais como areia e pedra triturada, com cimento Portland comum (CPC), um material sintético feito pela queima de uma mistura de calcário moído e argila, ou materiais de composição semelhante em um forno rotativo, sob temperatura de sinterização de cerca de 1.450 ºC. A fabricação de CPC não é apenas um processo que consome muita energia, mas também libera quantidades consideráveis de gases de efeito estufa (CO>). A indústria de cimento é responsável por aproximadamente 5% das emissões antropogênicas globais de CO. Mais de 60% desse CO; vem da decomposição química ou calcinação do calcário. A produção e o uso do concreto convencional não são ótimos em termos econômicos e de impacto ambiental. Essas tecnologias convencionais de produção de concreto envolvem grande consumo de energia e emissão de dióxido de carbono, levando a uma pegada ecológica de carbono desfavorável. Além disso, a crescente escassez de matéria prima de calcário também afeta negativamente a sustentabilidade do uso contínuo das formulações de cimento hidráulico comuns, tal como o cimento Portland.
[004] Este reconhecimento foi um dos fatores que levaram ao desenvolvimento de formulações de cimento carbonatável. Cimento carbonatável se refere a cimento que é curado principalmente através da reação com dióxido de carbono, CO, em qualquer uma das suas formas, tais como CO, gasoso na presença de água, CO> sob a forma de ácido carbônico, H2CO3, ou em outras formas que permitam a reação de CO; com o material de cimento não hidráulico. O processo de cura sequestra gás dióxido de carbono dentro do material curado, proporcionando benefícios ambientais óbvios. A título de exemplo, o cimento Solidia& foi anunciado como uma tecnologia inovadora, tendo sido reconhecida, por exemplo, pelo prêmio R&D 100, como uma das 100 melhores novas tecnologias. À produção do cimento Solidia& e seu uso em concreto reduzem a pegada ecológica de CO, desses materiais em até 70%, quando comparados ao cimento Portland e seu uso em concreto hidráulico tradicional. Além disso, 80% da água usada na fabricação de concreto baseado em cimento Solidia pode ser facilmente recuperada e reutilizada.
[005] Objetos de concreto pré-moldado formados a partir de CPC, tais como barras, vigas e dormentes de concreto protendido, normalmente incluem aço carbono simples embutido como reforço. Adicionalmente, os concretos moldados no local, tais como lajes e pavimentos de áreas cobertas de pontes, costumam ser reforçados com aço. Por exemplo, barras de reforço (vergalhões) são barras de aço comuns ou malhas de fios de aço regularmente usadas como dispositivos de tração em concreto armado e estruturas de alvenaria armada, para reforçarem e para manterem o concreto sob compressão. Aço revestido com epóxi, aço galvanizado e / ou aço inoxidável também podem ser usados como elementos de reforço.
[006] A hidratação de CPC na presença de água produz uma solução dentro do material poroso que consiste principalmente em hidróxidos alcalinos, tais como Ca(OH),, NaOH e KOH. Dependendo da composição do cimento e dos agregados, o pH da solução porosa fica normalmente entre 12,5 e 13,5. No entanto, o CPC também pode sofrer uma reação de carbonatação após a exposição a CO, sob certas condições. Por exemplo, Ca(OH), pode reagir com CO, para formar CaCO3 e H2O. Quando o concreto convencional sofre carbonatação, o pH de uma solução de água e íons dissolvidos do cimento (por exemplo, íons de cálcio, sódio e / ou potássio) residentes nos poros do material (“solução porosa”) cai para valores de pH próximos de 9, como consequência da redução drástica na concentração de íons hidroxila. A penetração de sais do meio ambiente também pode levar a uma mudança notável na composição da solução porosa.
[007] A corrosão do aço carbono simples no concreto convencional é iniciada quando uma película passiva na superfície do ferro ou do aço (por exemplo, aço carbono simples) é removida através da redução do pH da solução porosa, ou pela combinação de um pH baixo da solução porosa junto com a presença de cloretos. O CPC normalmente provê um valor inicial de pH da solução porosa superior a 12, ajudando o vergalhão a evitar ou retardar o processo de corrosão. No entanto, durante o tempo de vida de serviço útil, o CPC é afetado pela penetração de cloreto a partir de sais durante o inverno, e / ou por uma reação de carbonatação com dióxido de carbono atmosférico (CO) que reduz o pH da solução porosa do concreto convencional. Os produtos de corrosão formados devido à corrosão são volumetricamente expansivos por natureza. Esses produtos de corrosão provenientes da corrosão do vergalhão podem produzir tensões internas severas no CPC circundante, levando a rachaduras, fragmentação e, por fim, falha estrutural.
[008] Semelhantes ao concreto convencional baseado em CPC, os materiais de concreto não carbonatado baseado em cimento carbonatável com baixo teor de silicato de cálcio, tais como aqueles descritos acima (isto é, cimento Solidia& e concreto Solidia&), apresentam uma solução porosa tendo um valor de pH superior a 12 quando recentemente misturados. No entanto, após a carbonatação, o valor do pH da solução porosa diminui durante a cura. O endurecimento do material é facilitado através de um processo de cura no qual os silicatos de cálcio se carbonatam para formarem carbonato de cálcio. O valor do pH da solução porosa, em um concreto carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio totalmente reagido, tendo resistência à compressão de 10.000 psi (703 kgf/cm2) ou maior, é de cerca de 9,5. Com a solução porosa tendo um valor de pH tão baixo, uma película passiva sobre a superfície do aço de reforço ou embutido fica suscetível à corrosão, assim que água doce ou íons cloreto atinjam a superfície do material de reforço.
[009] Assim, há uma necessidade contínua por novas e melhores composições de materiais e por processos de produção que abordem as questões de corrosão de componentes de ferro ou aço (por exemplo, aço carbono simples) em produtos de concreto e de cimento não hidráulico carbonatável baseado em um baixo teor de silicato de cálcio.
[010] Embora certos aspectos das tecnologias convencionais tenham sido discutidos para facilitar a descrição da invenção, os Requerentes não negam de forma alguma esses aspectos técnicos, sendo contemplado que a invenção reivindicada pode abranger ou incluir um ou mais dos aspectos técnicos convencionais aqui discutidos.
[011] A invenção provê novos métodos e composições que previnem, mitigam ou atrasam o início da corrosão de componentes de ferro ou aço (por exemplo, aço carbono simples) usados como reforço ou, de outra forma, incorporados em materiais carbonatados, tais como concreto ou materiais compostos carbonatados baseados em um baixo teor de silicato de cálcio, e objetos feitos de cimento carbonatável baseado em um baixo teor de silicato de cálcio ("cimento de CSC”). A invenção inclui novos métodos de cura e formulações que proíbem ou atrasam a corrosão de aço carbono simples ou de aço revestido com epóxi, aço galvanizado, e / ou reforços de aço inoxidável em materiais baseados em cimento com baixo teor de silicato de cálcio, tais como objetos de concreto baseado em cimento de silicato de cálcio carbonatado (“concreto de CSC”).
[012] Por exemplo, a resistência à compressão do concreto de CSC é dependente da reação, e objetos de concreto carbonatado podem atingir uma resistência à compressão de 10.000 psi (703 kgf/cm2) ou mais. Conforme aqui descrito, com modificações do projeto da mistura, das condições de cura e / ou da duração do tempo de cura, uma resistência à compressão de aproximadamente 3.500 psi (246 kgf/cm2?) até cerca de
10.000 psi, ou maior, pode ser alcançada no CSC carbonatado, com valores de pH da solução porosa correspondente maiores do que aproximadamente 9,5, ou até mesmo valores próximos de 13,5. Este valor de pH favorável provê proteção ao ferro ou aço em contato com cimento de CSC ou concreto de CSC, e retarda sua corrosão.
[013] Uma série de aspectos da presente invenção serão agora descritos. Deve ser entendido que os inventores contemplam que qualquer uma das características ou aspectos da presente invenção listados abaixo, ou aqui descritos em qualquer outro lugar, podem ser combinados em qualquer ordem e em qualquer número com qualquer outra característica ou aspecto da presente invenção.
[014] Um material compósito carbonatado é provido, incluindo uma matriz de ligação que compreende uma pluralidade de elementos de ligação, e uma pluralidade de poros compreendendo uma solução porosa tendo um pH maior do que cerca de 9,5, em que cada elemento de ligação compreende um núcleo, com o núcleo compreendendo um material carbonatável, uma primeira camada rica em sílica que recobre pelo menos parcialmente alguma porção periférica do núcleo, e uma segunda camada rica em carbonato de cálcio e / ou de magnésio que recobre pelo menos parcialmente alguma porção periférica da primeira camada rica em sílica; e em que o material compósito carbonatado apresenta uma resistência à compressão de 3.500 psi (246 kgf/cm2) ou mais.
[015] No material compósito carbonatado, conforme aqui descrito, a solução porosa apresenta um pH de cerca de 10 a aproximadamente 13,5.
[016] A resistência à compressão pode ser de 4.000 psi (281,2 kgf/cm2) ou superior.
[017] A resistência à compressão pode ser de 5.000 psi (351,5 kgf/cm?) ou superior.
[018] A resistência à compressão pode ser maior do que cerca de 7.000 psi (492,1 kgf/cm?).
[019] A resistência à compressão pode ser maior do que cerca de 10.000 psi (703 kgf/cm2?).
[020] A matriz de ligação pode compreender ainda um ou mais aditivos de aumento de pH.
[021] Um ou mais aditivos de aumento de pH podem ser selecionados a partir do grupo consistindo de tetra-hidrato de nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, NaOH, bicarbonato de sódio, CPC, silicato de sódio, materiais reciclados de concreto (MRC) de alta alcalinidade, agregado de escória, CaO queimado, MgO queimado, e suas combinações.
[022] O corpo poroso pode compreender ainda um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água.
[023] Um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água podem ser selecionados a partir do grupo consistindo em cinzas volantes Classe C, cinzas volantes Classe F, escória de alto forno granulada moída (GGBFS - Ground Granulated Blast Furnace Slag), pó de vidro fino, aluminossilicato de cálcio vítreo, fumo de sílica, pó de calcário, e suas combinações.
[024] O corpo poroso pode ainda compreender um ou mais aditivos redutores de água, aditivos incorporadores de ar, retardadores de endurecimento, e suas combinações.
[025] Um objeto de concreto pode ser formado a partir do material compósito carbonatado conforme aqui descrito, e pode compreender ainda um ou mais componentes de ferro ou aço pelo menos parcialmente nele embutidos.
[026] Um ou mais componentes de ferro ou aço podem ser feitos de aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado, e / ou aço inoxidável.
[027] Um ou mais componentes de ferro ou aço podem ser uma barra ou malha de reforço.
[028] É provido um método de fabricação de um material baseado em cimento com baixo teor silicato de cálcio carbonatado, que inclui: misturar um cimento possuindo baixo teor de silicato de cálcio com água e partículas de enchimento compreendendo CaO ou SiO, tendo um tamanho de partícula de 0,1 um a 1.000 um, para formar uma mistura úmida; conformar a mistura úmida em um molde, com a mistura úmida moldada apresentando uma pluralidade de poros contendo pelo menos parte da água, em que a água dissolve pelo menos alguns elementos do cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio e / ou das partículas de enchimento, para produzir uma solução porosa, com a solução porosa na mistura úmida moldada tendo um pH de 11,5 ou superior; opcionalmente pré-curar a mistura úmida moldada; remover do molde a mistura úmida moldada ou a mistura úmida moldada pré-curada, para obter um corpo poroso compreendendo poros contendo a solução porosa; e curar o corpo poroso compreendendo poros contendo a solução porosa, sob as seguintes condições: uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kgf/cm2), uma temperatura na faixa de cerca de 30 ºC até aproximadamente 90 ºC, uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90%, uma atmosfera tendo uma concentração de gás CO, de cerca de 15% a aproximadamente 100%, e tendo uma duração de cerca de 8 horas até aproximadamente 14 dias, para formar o material carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio compreendendo poros contendo um solução porosa modificada, com a solução porosa modificada no material compósito carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio curado tendo um pH igual a pelo menos 9,5.
[029] No método conforme aqui descrito, a solução porosa modificada no material compósito carbonatado baseado em cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio curado pode ter um pH de cerca de 10 a aproximadamente 13,5.
[030] O método conforme aqui descrito pode ainda incluir, antes da etapa de cura, cortar ou de outra forma manipular o corpo poroso em um formato de produto desejado.
[031] No método conforme aqui descrito, o corpo poroso pode incluir ainda um ou mais aditivos de aumento de pH.
[032] No método conforme aqui descrito, um ou mais aditivos de aumento de pH podem ser selecionados a partir do grupo consistindo em tetra-hidrato de nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, NaOH, bicarbonato de sódio, CPC, silicato de sódio, CaO queimado, MgO queimado, materiais reciclados de concreto (MRC) de alta alcalinidade, agregado de escória, e suas combinações.
[033] O método conforme aqui descrito pode ainda incluir a adição de um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água ao formar a mistura úmida.
[034] No método conforme aqui descrito, um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água podem ser selecionados a partir do grupo consistindo em cinzas volantes Classe C, cinzas volantes Classe F, escória de alto forno granulada moída (GGBFS), pó de vidro fino, aluminossilicato de cálcio vítreo, fumo de sílica, pó de calcário, e suas combinações.
[035] O método conforme aqui descrito pode ainda incluir a adição de um ou mais agentes redutores de água, agentes incorporadores de ar, retardadores de endurecimento, ou combinações dos mesmos, ao formar a mistura úmida.
[036] O método conforme aqui descrito pode ainda incluir, pelo menos parcialmente, a incorporação de um ou mais componentes de ferro ou aço dentro da mistura úmida moldada.
[037] No método conforme aqui descrito, um ou mais componentes de ferro ou aço podem ser feitos de aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado, e/ou aço inoxidável.
[038] No método conforme aqui descrito, um ou mais componentes de ferro ou aço podem ser uma barra ou malha de reforço.
[039] No método conforme aqui descrito, a pré-cura opcional pode ser realizada sob uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kg/cm?), uma temperatura de aproximadamente 30 ºC até cerca de 90 ºC, uma umidade relativa de aproximadamente 10% até cerca de 90%, uma atmosfera tendo concentração de ar e / ou de gás CO, de aproximadamente 15% até cerca de 100%, e tendo uma duração de aproximadamente 3 horas a cerca de 14 dias.
[040] No método conforme aqui descrito, a cura pode ser realizada sob uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kg/cm?º), uma temperatura de cerca de 30 ºC a aproximadamente 90 ºC, uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90 %, uma atmosfera tendo uma concentração de gás CO, de cerca de 15% a aproximadamente 100%, e tendo uma duração de cerca de 8 horas até aproximadamente 28 dias.
[041] No método conforme aqui descrito, a solução porosa na mistura úmida moldada pode apresentar um pH de cerca de 12 ou maior.
[042] No método conforme aqui descrito, a solução porosa modificada pode apresentar um pH de cerca de 10 a aproximadamente 13,5.
[043] No método conforme aqui descrito, a cura pode ser realizada sob condições nas quais o material compósito carbonatado resultante apresente uma resistência à compressão pelo menos aproximadamente igual a 3.500 psi (246 kg/cm?).
[044] No método conforme aqui descrito, a resistência à compressão pode ser de 4.000 psi (281,2 kg/cm?) ou superior.
[045] No método conforme aqui descrito, a resistência à compressão pode ser de 5.000 psi (351,5 kg/cm?) ou superior.
[046] No método conforme aqui descrito, a resistência à compressão pode ser maior do que cerca de 7.000 psi (492,1 kg/cm?).
[047] No método conforme aqui descrito, a resistência à compressão pode ser maior do que cerca de 10.000 psi (703 kg/cm?).
[048] No método conforme aqui descrito, a pré-cura opcional é realizada durante pelo menos 3 horas.
[049] No método conforme aqui descrito, a pré-cura opcional pode ser realizada durante pelo menos 20 horas
[050] No método conforme aqui descrito, a pré-cura opcional pode ser realizada em menos de aproximadamente 7 dias.
[051] No método conforme aqui descrito, a pré-cura opcional pode ser realizada em menos de aproximadamente 14 dias.
[052] No método conforme aqui descrito, a cura pode ser realizada durante pelo menos 8 horas.
[053] No método conforme aqui descrito, a cura pode ser realizada durante pelo menos horas
[054] No método conforme aqui descrito, a cura pode ser realizada em menos de aproximadamente 7 dias.
[055] No método conforme aqui descrito, a cura pode ser realizada em menos de aproximadamente 14 dias.
[056] No método conforme aqui descrito, a cura pode ser realizada em menos de aproximadamente 28 dias.
[057] Um material compósito carbonatado pode ser produzido por um método conforme aqui descrito.
[058] Um objeto de concreto pode ser formado compreendendo o material compósito carbonatado conforme aqui descrito.
[059] Vários aspectos e características da presente invenção serão agora referenciados abaixo, e explicados posteriormente na Descrição Detalhada. Deve ser entendido que o Requerente prevê que quaisquer das características ou aspectos individuais da presente invenção podem ser combinados com quaisquer número de características ou aspectos adicionalmente descritos ou identificados da presente invenção, e que quaisquer e todas essas combinações são contempladas dentro do escopo da presente invenção.
[060] Os objetos e características da invenção podem ser melhor entendidos com referência aos desenhos descritos abaixo e às reivindicações. Os desenhos não estão necessariamente em escala, e em vez disso a ênfase está geralmente colocada na ilustração dos princípios da invenção. Nos desenhos, números semelhantes são usados para indicarem partes semelhantes em todas as vistas.
- A fia. 1 é um diagrama de fase de pressão e temperatura que mostra as fases presentes na reação reversível CaCO3 + SiO7 <> CaSiO; (silicato de cálcio) + CO»;
- A fia. 2 é um diagrama de fase de pressão e temperatura que mostra as fases presentes na reação reversível 3CaCO3 + 2CaSiO3 <> 2Ca2SiO4 e CaCO3 + CO»;
- A fig. 3 é um diagrama de fase do sistema CaO-SiO2-CO> a uma pressão de 1 kilobar
(1019,72 kg/cm?);
- A fig. 4 é um diagrama de fase de pressão e temperatura que mostra as fases presentes na reação reversível MgO + CO; <> MgCO;3;
- A fig. 5 é um diagrama de fase de pressão e temperatura que mostra as curvas de equilíbrio para a reação reversível MgO + CO; <> MgCO;3 em uma função da proporção de
CO, em um gás inerte;
- A fig. 6 é um diagrama de fase de composição e temperatura que ilustra as regiões de estabilidade para várias fases no sistema CaCO3-MgCO3;
- A fig. 7 é um diagrama de tetraedro ilustrando as relações de fase entre os compostos
CaO, MgO, SiO,? e CO», e mostrando a região deficiente de CO? abaixo dos planos Cc-Di-
Wo e Cc-Wo-Mo (sombreado), onde Cc denota Calcita, Wo denota Wollastonita, AKk denota
Akermanita, Di denota Diopsida, e Mo denota Monticelita (CaMgSiO4);
- A fig. 8 é um diagrama de fase de pressão e temperatura que ilustra as relações de fase entre os compostos CaO, MgO, SiO7 e CO>, com curvas univariantes emanando a partir do ponto invariante quaternário envolvendo as fases calcita (Cc), diopsida (Di), forsterita
(Fo), monticelita (Mo), akermanita (Ak) e CO>; o detalhe no canto inferior direito da figura é o diagrama de fases para os três sistemas compostos de CaCO3, MgO e SiO>;
- A figa. 9 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura de material compósito com
CO, que provê umidificação de acordo com os princípios da invenção;
- A figa. 10 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura com múltiplos métodos de controle de umidade tendo a capacidade de controlar e reabastecer CO, usando fluxo constante ou regulação de pressão, e que podem controlar a temperatura;
- As figs. 11A a 11B são corpos porosos exemplificativos de cimento baseado em um baixo teor de silicato de cálcio, tendo elementos de reforço de metal dispostos nos mesmos;
- A fig. 12 é um gráfico da relação entre pH, resistência à compressão e duração para o concreto carbonatado do Exemplo 1 - Mistura 1; - A fia. 13 é um gráfico da relação entre pH, resistência à compressão e duração para o concreto carbonatado do Exemplo 1 - Mistura 2; - A fig. 14 é um gráfico da relação entre pH, resistência à compressão e duração para o concreto carbonatado do Exemplo 1 - Mistura 3; - A fig. 15 é um gráfico da relação entre pH, resistência à compressão e duração para o concreto carbonatado do Exemplo 1 - Mistura 4; - A fig. 16 é um gráfico de permeabilidade ao ar para os concretos do Exemplo 2, Misturas 1a3; - A fig. 17 é um gráfico de absorção para os concretos do Exemplo 2, Misturas 1 a 3; - A fia. 18 é um gráfico de porosidade para os concretos do Exemplo 2, Misturas 1 a 3; - A fig. 19 é um gráfico do pH da solução de concreto de CSC do Exemplo 1, Misturas 1 a 4, antes e depois do tratamento; - A fig. 20 é um gráfico dos valores potenciais de meia-célula para amostras ASTM G109 tratadas e não tratadas com 1M de KOH, antes de serem umedecidas com solução salina, e após serem umedecidas com solução salina; - A fig. 21 é um gráfico dos valores potenciais de meia-célula ao longo do tempo para os concretos do Exemplo 4, Misturas 1 a 3, após exposição a água doce; - A fig. 22 é um gráfico dos valores potenciais de meia-célula ao longo do tempo para os concretos do Exemplo 4, Misturas 1 a 3, após exposição a água salgada; - A fig. 23 é um gráfico do módulo de elasticidade dinâmica relativa para as amostras dos concretos do Exemplo 4, Misturas 1 a 3; - A fig. 24 é um gráfico de valores médios de pH e da resistência à compressão para os concretos do Exemplo 5, Misturas 1 e 2; - A fig. 25 é um gráfico das condições de cura para o Exemplo 5, Misturas 1 e 2.
[061] Conforme aqui utilizado, as formas singulares "um", "uma" e "o / a" estão destinadas a incluíem também as formas plurais, a menos que o contexto indique claramente o contrário. O uso de "ou" pretende incluir "e / ou", a menos que o contexto indique claramente o contrário. Além disso, o uso de "e" está destinado a abranger "e/ou",
a menos que o contexto indique claramente o contrário.
[062] Conforme aqui utilizado, "cerca de" ou “aproximadamente” é um termo de aproximação que está destinado a incluir pequenas variações nas quantidades literalmente declaradas, como deve ser entendido por aqueles versados na técnica. Tais variações incluem, por exemplo, desvios padrão associados a técnicas comumente usadas para medir os valores recitados.
[063] Todos os valores numéricos contidos nesta descrição devem ser interpretados como sendo caracterizados pelo modificador acima descrito "cerca de" (ou “aproximadamente”), onde também estão destinados a incluírem os valores numéricos exatos aqui descritos. As faixas aqui descritas devem ser interpretadas como abrangendo todos os valores dentro dos limites superior e inferior das faixas, a menos que seja indicado de outra forma. Além disso, todas as faixas incluem os limites superior e inferior.
[064] Conforme aqui utilizado, cimento baseado em um baixo teor de silicato de cálcio, ou "cimento de CSC", significa um material composto principalmente por silicatos de cálcio e tendo uma proporção atômica de Ca para Si de 0,8 a 2,0. “Concreto de CSC” significa um compósito formado a partir de cimento de CSC carbonatado.
[065] Conforme utilizado neste documento, "solução porosa" significa uma solução de água e íons dissolvidos dos componentes do compósito, tais como, porém sem estar limitado a, cimento (por exemplo, íons de cálcio, sódio e / ou de potássio), agregados, e outros aditivos, e residindo em um ou mais poros presentes em um cimento ou corpo ou massa de concreto verde, parcialmente curado ou totalmente curado.
[066] Conforme aqui utilizado, "material cimentício" significa um material que inclui um material de enchimento reativo como alumino silicato de cálcio vítreo, cinzas volantes, escória e cimento Portland comum (CPC), um material de enchimento não reativo como pó de calcário fino, fumo de sílica e pó de vidro. O conteúdo cimentício é a quantidade total de cimento e de materiais cimentícios aqui descritos.
[067] Conforme aqui utilizado, "materiais reciclados de concreto de alta alcalinidade" ou "MRC" significa agregados recuperados da trituração de antigos elementos de concreto baseados em CPC, tais como lajes, pavimentos, vigas e colunas, e tendo uma solução porosa com pH superior a 11,5.
[068] Conforme aqui utilizado, "agregado de escória" significa agregados recuperados da trituração de escória de alto forno em uma forma grosseira e tendo uma solução porosa com pH superior a 11,0.
[069] A invenção provê composições, processos de produção e sistemas que tratam da corrosão de componentes de ferro ou aço em objetos de concreto, especialmente corpos de material compósito baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio. Os métodos descritos permitem a prevenção, mitigação ou atraso da corrosão de componentes de ferro ou aço (por exemplo, aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado, e / ou aço inoxidável, barras ou malhas de reforço) usados com, ou pelo menos parcialmente embutidos em, materiais compósitos de concreto e objetos feitos de cimento e de concreto baseado em um baixo teor de silicato de cálcio carbonatável (“cimento de CSC” e “concreto de CSC”).
[070] Assim, o material baseado em cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio carbonatado, de acordo com certos aspectos da presente invenção, apresenta uma pluralidade de poros tendo uma solução porosa modificada localizada em um ou mais dos poros, possuindo um pH maior do que aproximadamente 9,5, de preferência maior do que aproximadamente 10, de preferência maior do que aproximadamente 11, de preferência maior do que aproximadamente 11,5, de preferência maior do que aproximadamente 12,0, de preferência maior do que aproximadamente 12,5, de preferência maior do que aproximadamente 13,0, e de preferência igual a aproximadamente 13,5. A solução porosa modificada pode ter um pH de cerca de 9,5 à aproximadamente 13,5, incluindo esses limites superior e inferior, e todos os números inteiros incluídos na faixa.
[071] Esses materiais e objetos compósitos carbonatados não só provêêm um ambiente de pH benéfico que previne, mitiga ou retarda a corrosão, mas também provêem uma resistência à compressão adequada necessária para as condições de serviço, maior resistência à água, tudo sem afetar a durabilidade e a adequação ao congelamento e descongelamento do material para aplicações em climas frios. Esta característica permite uma melhora significativa da vida de serviço e da utilidade do material compósito fabricado baseado em cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio e dos objetos formados a partir desse material.
[072] O material compósito baseado em cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio carbonatado tendo pelo menos um poro, ou uma pluralidade de poros, com a solução porosa modificada tendo um valor de pH conforme descrito acima, também pode ter uma resistência à compressão adequada, por exemplo, de 3.500 psi (246 kg/cm?) ou superior, superior a aproximadamente 4.000 psi (281,2 kg/cm?), superior a cerca de 5.000 psi (351,5 kg/cm2?), superior a aproximadamente 6.000 psi (421,8 kg/cm2), superior a cerca de 7.000 psi (492,1 kg/cm2), superior a aproximadamente 8.000 psi (562,5 kg/cm2), superior a cerca de 9.000 psi (632,8 kg/cm?), ou igual ou superior a aproximadamente
10.000 psi (703 kg/cm?). A resistência à compressão pode ser de cerca de 3.500 psi (246 kg/cm?) até cerca de 10.000 psi (703 kg/cm?), incluindo esses limites superior e inferior, e todos os números inteiros incluídos na faixa. Essas resistências à compressão podem ser obtidas por um tempo total de cura de menos de 7 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Em certas formas de incorporação, tais resistências à compressão podem ser obtidas por um tempo de cura total de menos de aproximadamente 14 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Em outras formas de incorporação, essas resistências à compressão são obtidas por um tempo de cura total de menos de aproximadamente 28 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Assim, os tempos de cura totais podem variar desde cerca de 8 horas até aproximadamente 28 dias. Os tempos totais de cura incluem os limites superior e inferior mencionados acima, bem como todos os valores de tempo dentro da faixa especificada. Os tempos totais de cura incluem quaisquer tempos de pré-cura opcionais, conforme descrito aqui.
[073] Em certas formas de incorporação, os materiais compósitos de concreto e objetos feitos de cimento com baixo teor de silicato de cálcio compreendem um corpo poroso. O corpo poroso pode ainda incluir um ou mais aditivos de aumento de pH. Aditivos de aumento de pH exemplificativos incluem tetra-hidrato de nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, NaOH, bicarbonato de sódio, CPC, silicato de sódio, CaO queimado, MgO queimado, material reciclado de concreto (MRC) de alta alcalinidade, agregado de escória, e combinações dos mesmos. Conforme aqui utilizado, CãaO e MgO "queimados" são óxidos de cálcio e magnésio com pouca ou nenhuma reatividade, como resultado de serem calcinados a altas temperaturas. O(s) aditivo(s) de aumento de pH pode(m) ser adicionado(s) à formulação na dosagem de cerca de 1% a aproximadamente 20% em massa, em relação à quantidade total de materiais cimentícios. Esses aditivos são adicionados à mistura seca em um misturador junto com cimento com baixo teor de silicato de cálcio. Conforme aqui utilizado, CãaO e MgO "queimados" são óxidos de cálcio e magnésio com pouca ou nenhuma reatividade, como resultado de serem calcinados a altas temperaturas.
[074] Em certas formas de incorporação, o corpo poroso pode ainda incluir um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água. Aditivos exemplificativos para melhorar a resistência à água são selecionados a partir do grupo consistindo em cinzas volantes Classe C, cinzas volantes Classe F, escória de alto forno granulada moída (GGBFS), pó de vidro fino, aluminossilicato de cálcio vítreo (VCAS), fumo de sílica, pó de calcário, e suas combinações. Os aditivos de resistência à água são incluídos na dosagem de cerca de 1% a aproximadamente 20% em massa, em relação à quantidade total de materiais cimentícios. Esses aditivos podem ser adicionados à mistura seca em um misturador junto com cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio.
[075] O corpo poroso pode ainda incluir um ou mais agentes redutores de água, agentes incorporadores de ar, retardadores de endurecimento, e / ou combinações dos mesmos, cada um a uma dosagem de 1 a 15 ml por kilograma de materiais cimentícios. Esses aditivos são adicionados à mistura seca em um misturador junto com cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio.
[076] Em um aspecto, o material compósito baseado em cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio possuindo uma pluralidade de poros com uma solução porosa modificada inclui uma matriz de ligação, com tal matriz de ligação compreendendo uma pluralidade de elementos de ligação, e cada elemento de ligação compreendendo um núcleo, em que o núcleo compreende um material carbonatável, uma primeira camada contendo sílica que recobre pelo menos parcialmente pelo menos alguma porção periférica do núcleo, e uma segunda camada contendo carbonato de cálcio e / ou de magnésio que recobre pelo menos parcialmente alguma porção periférica da primeira camada contendo sílica. Em certas formas de incorporação, o núcleo compreende pelo menos uma formulação sintética compreendendo cálcio ou magnésio, silício e oxigênio. Em outras formas de incorporação, a matriz de ligação é preparada a partir de um corpo poroso, em que o corpo poroso compreende uma pluralidade de partículas precursoras, e as partículas precursoras são transformadas nos elementos de ligação.
[077] Em outro aspecto, conforme ilustrado nas figs. 11A a 11B, a invenção se refere geralmente a um objeto de concreto (110, 130) compreendendo um material compósito baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio, tendo uma solução porosa modificada e um ou mais componentes de ferro ou aço (120, 140) pelo menos parcialmente embutidos nele. Em certas formas de incorporação, um ou mais componentes de ferro ou aço são feitos de aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado, e / ou aço inoxidável. Em certas formas de incorporação, um ou mais componentes de ferro ou aço são uma barra ou malha de reforço (140).
[078] Em ainda outro aspecto, a invenção se refere geralmente a métodos de fabricação de materiais compósitos de cimento com baixo teor de silicato de cálcio e objetos feitos a partir dos mesmos. Um método para fazer um material baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio carbonatado inclui: misturar um cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio com água e partículas de enchimento compreendendo CaO ou SiO> tendo um tamanho de partícula de 0,1 um a 1.000 pum, para formar uma mistura úmida; conformar a mistura únida em um molde, com a mistura úmida moldada apresentando uma pluralidade de poros contendo pelo menos parte da água, em que a água dissolve pelo menos alguns elementos do cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio e / ou das partículas de enchimento, para produzir uma solução porosa, com a solução porosa na mistura úmida moldada tendo um pH de 11,5 ou superior; opcionalmente pré-curar a mistura úmida moldada; remover do molde a mistura úmida moldada ou a mistura úmida moldada pré-curada, para obter um corpo poroso compreendendo poros contendo a solução porosa; e curar o corpo poroso compreendendo poros contendo a solução porosa, sob as seguintes condições: uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kgf/cm2), uma temperatura na faixa de cerca de 30 ºC até aproximadamente 90 ºC, uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90%, uma atmosfera tendo uma concentração de gás CO, de cerca de 15% a aproximadamente 100%, e tendo uma duração de cerca de 8 horas até aproximadamente 14 dias, para formar o material carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio compreendendo poros contendo um solução porosa modificada, com a solução porosa modificada no material compósito carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio curado tendo um pH igual a pelo menos 9,5.
[079] Em certas formas de incorporação, o método inclui ainda opcionalmente pré-curar a mistura moldada, para formar um corpo poroso tendo uma dureza suficiente para permitir que seja retirado do molde, movido e subsequentemente curado. A pré-cura opcional da mistura moldada pode ser realizada sob as seguintes condições: uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kg/cm?º), uma temperatura de aproximadamente 30 ºC até cerca de 90 ºC (por exemplo, aproximadamente 30 ºC até cerca de 80 ºC, aproximadamente 30 ºC até cerca de 70 ºC, aproximadamente 30 ºC até cerca de 60 ºC, aproximadamente 30 ºC até cerca de 50 ºC, aproximadamente 40 ºC até cerca de 90 ºC, aproximadamente 50 ºC até cerca de 90 ºC, aproximadamente 60 ºC até cerca de 90 ºC), uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90% (por exemplo, cerca de 10% a aproximadamente 70%, cerca de 10% a aproximadamente 50%, cerca de 10% a aproximadamente 30%, cerca de 20% a aproximadamente 90%, cerca de 40% a aproximadamente 90%, cerca de 60% a aproximadamente 90%), uma atmosfera compreendendo ar ambiente, gás CO; ou uma combinação dos dois, sequencialmente ou em uma mistura ambiente contendo ambos, com uma concentração de CO> (quando presente) de cerca de 15% a aproximadamente 100% (por exemplo, cerca de 15%, aproximadamente 15% até cerca de 90%, aproximadamente 15% até cerca de 80%, aproximadamente 15% até cerca 70%, aproximadamente 30% até cerca de 90%, aproximadamente 30% até cerca de 80%, aproximadamente 30% até cerca de 70%, aproximadamente 40% até cerca de 100%, aproximadamente 50% até cerca de 100%, aproximadamente 60% até cerca de 100%), e tendo uma duração de cerca de 3 horas a aproximadamente 14 dias (por exemplo, cerca de 3 horas até 7 dias, aproximadamente 3 horas até 4 dias, cerca de 3 horas até 3 dias, aproximadamente de 3 horas até 2 dias, cerca de 3 horas até 36 horas, aproximadamente 3 horas até 24 horas, cerca de 3 horas até 12 horas, aproximadamente 6 horas até 14 dias, cerca de 12 horas até 14 dias, aproximadamente 20 horas até 14 dias, 1 a 14 dias, cerca de 3 até 14 dias, aproximadamente 7 até 14 dias). Todos os valores acima incluem os limites superior e inferior especificados, bem como todos os números inteiros incluídos dentro das faixas.
[080] Em algumas formas de incorporação, antes da etapa de cura, a mistura moldada pré-curada é cortada ou de outra forma manipulada em um formato de produto desejado.
[081] Em certas formas de incorporação dos métodos, os métodos incluem adicionar um ou mais aditivos de aumento de pH durante o processo de formação de um corpo poroso. Tais aditivos de aumento de pH incluem: tetra-hidrato de nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, NaOH, bicarbonato de sódio, CPC, silicato de sódio, CaO queimado, MgO queimado, material reciclado de concreto (MRC) de alta alcalinidade, agregado de escória e combinações dos mesmos. O(s) aditivo(s) de aumento de pH pode(m) ser adicionado(s) à formulação na dosagem de cerca de 1% a aproximadamente 20% em massa, em relação à quantidade total de materiais cimentícios. Esses aditivos são adicionados à mistura seca em um misturador junto com cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio. Conforme aqui utilizado, CãO e MgO "queimados" são óxidos de cálcio e magnésio com pouca ou nenhuma reatividade, como resultado de serem calcinados a altas temperaturas.
[082] Em certas formas de incorporação dos métodos, o corpo poroso inclui ainda a adição de um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água [por exemplo, cinzas volantes Classe C, cinzas volantes Classe F, escória de alto forno granulada moída (GGBFS), pó de vidro fino, aluminossilicato de cálcio vítreo, fumo de sílica, pó de calcário, e suas combinações]. Os aditivos de resistência à água são incluídos na dosagem de cerca de 1% a aproximadamente 20% em massa, em relação à quantidade total de materiais cimentícios. Esses aditivos podem ser adicionados à mistura seca em um misturador junto com cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio.
[083] Em certas formas de incorporação dos métodos, um ou mais agentes redutores de água, agentes incorporadores de ar, retardadores de endurecimento, e suas combinações, podem ser adicionados durante o processo de formação do corpo poroso.
[084] Em certas formas de incorporação dos métodos, o corpo poroso possui, total ou parcialmente embutido nele, um ou mais componentes de ferro ou aço (por exemplo,
feitos de aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado ou aço inoxidável), tais como barras ou malhas de reforço.
[085] Em certas formas de incorporação dos métodos, a cura é realizada sob as seguintes condições para formar os materiais compósitos de cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio carbonatado, e os objetos feitos a partir dos mesmos: uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kg/cm?), uma temperatura de aproximadamente 30 ºC até cerca de 90 ºC, uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90%, e uma atmosfera compreendendo gás CO, a uma concentração de cerca de 15% a aproximadamente 100%. O tempo total de cura é inferior a 7 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Em certas formas de incorporação, o tempo total de cura é inferior a cerca de 14 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Em outras formas de incorporação, o tempo total de cura é inferior a cerca de 28 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Assim, os tempos de cura totais podem variar de cerca de 8 horas a aproximadamente 28 dias. Os tempos e condições de cura totais incluem os limites superior e inferior mencionados acima, bem como todos os inteiros dentro da faixa especificada. Os tempos totais de cura incluem quaisquer tempos de pré-cura opcionais, conforme descrito aqui. A cura pode ser realizada como uma única etapa de cura na mistura moldada. Alternativamente, a cura pode ser realizada em duas ou mais etapas. Por exemplo, a mistura moldada pode ser pré-curada, com o corpo pré- curado sendo removido de seu molde e subsequentemente curado em uma fase adicional. As condições de cura descritas acima se aplicam à etapa de cura obrigatória que confere carbonatação e resistência final adequadas. As mesmas condições podem ser usadas para a pré-cura, exceto que a atmosfera de pré-cura pode compreender ar ambiente, gás CO», ou uma combinação dos dois, sequencialmente ou em uma mistura ambiente contendo ambos. Alternativamente, embora cada fase de cura seja conduzida dentro das faixas de pressão, temperatura e concentração de dióxido de carbono descritas acima, o tempo total de cura possui uma duração não maior do que 28 dias, uma duração não maior do que 14 dias, uma duração não maior do que 7 dias, uma duração não maior do que 24 horas, uma duração não maior do que 20 horas.
[086] Em outras formas de incorporação do método, o corpo poroso verde (não carbonatado) feito de cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio é caracterizado por uma pluralidade de poros, tendo em um ou mais poros uma solução porosa com um pH inicial (isto é, antes da cura ou da pré-cura) maior do que cerca de 12 (por exemplo, maior do que aproximadamente 12,5, ou maior do que aproximadamente 13).
[087] Em outras formas de incorporação dos métodos, o corpo poroso de cimento com baixo teor de silicato de cálcio é carbonatado, incluindo quaisquer fases opcionais de pré- cura e de cura nas condições aqui descritas, para obter materiais de cimento com baixo teor de silicato de cálcio e objetos feitos a partir dos mesmos tendo uma pluralidade de poros, com uma solução porosa modificada em um ou mais poros tendo um pH maior do que cerca de 9,5, de preferência maior do que aproximadamente 10, preferivelmente maior do que cerca de 11, de preferência maior do que aproximadamente 11,5, preferencialmente maior do que cerca de 12,0, de preferência maior do que aproximadamente 12,5, preferencialmente maior do que cerca de 13,0, e de preferência igual a aproximadamente 13,5. A solução porosa modificada pode ter um pH de cerca de 9,5 a aproximadamente 13,5, incluindo esses limites superior e inferior, e todos os números inteiros incluídos na faixa.
[088] Em certas formas de incorporação dos métodos, os materiais de cimento com baixo teor de silicato de cálcio e os objetos feitos a partir dos mesmos aqui descritos podem ser ainda caracterizados por proverem um corpo carbonatado tendo uma resistência à compressão, por exemplo, de 3.500 psi (246 kg/cm?) ou superior, maior que aproximadamente 4.000 psi (281,2 kg/cm?), maior do que cerca de 5.000 psi (351,5 kg/cm?), maior do que aproximadamente 6.000 psi (421,8 kg/cm?), maior do que cerca de
7.000 psi (492,1 kg/cm?), maior do que aproximadamente 8.000 psi (562,5 kg/cm?), maior do que cerca de 9.000 psi (632,8 kg/cm?), ou igual ou superior a aproximadamente
10.000 psi (703 kg/cm?). A resistência à compressão pode ser de cerca de 3.500 psi até cerca de 10.000 psi (703 kg/cm?), incluindo esses limites superior e inferior, e todos os números inteiros incluídos na faixa. Essas resistências à compressão podem ser obtidas a partir de um tempo total de cura de menos de 7 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Em certas formas de incorporação, essas resistências à compressão são obtidas a partir de um tempo de cura total de menos de cerca de 14 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Em outras formas de incorporação, essas resistências à compressão são obtidas a partir de um tempo de cura total de menos de cerca de 28 dias a partir da data de início da carbonatação, e cerca de 8 horas ou mais. Assim, os tempos de cura totais podem variar de cerca de 8 horas a aproximadamente 28 dias. Os tempos totais de cura incluem os limites superior e inferior mencionados acima, bem como todos os valores de tempo dentro da faixa especificada. Os tempos totais de cura incluem quaisquer tempos de pré- cura opcionais, conforme descrito aqui. As condições de cura e de pré-cura opcional já foram aqui descritas anteriormente,
[089] Em certas formas de incorporação, o método inclui ainda o tratamento de materiais de cimento com baixo teor de silicato de cálcio carbonatado e de objetos feitos a partir deles com uma solução de alto pH (por exemplo, água com cal saturada), durante um período de tempo suficiente para aumentar o pH da solução porosa. Em algumas formas de incorporação, a exposição à solução de alto pH aumenta o pH da solução porosa em um concreto baseado em um baixo teor de silicato de cálcio. A solução de alto pH pode ser feita com materiais como hidróxido de sódio, hidróxido de cálcio, e hidróxido de potássio. A dosagem desses materiais pode ser de 0,01 Na 1 N. A água saturada com cal pode ser feita, por exemplo, colocando mais do que 2 g de hidróxido de cálcio em 1 L de água desionizada. Essas soluções de alto pH podem ser usadas para submergirem completamente o material baseado em um baixo teor de silicato de cálcio.
[090] Em outro método, uma solução de alto pH pode ser infiltrada nesse cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio, criando-se diques com cerca de 2 polegadas (5 cm) de altura, e acumulando-se a solução de alto pH em uma superfície do corpo de cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio durante um período de tempo suficiente para aumentar o pH da solução porosa para um valor conforme aqui descrito. Os períodos de tempo adequados para a exposição não são particularmente limitados, mas podem ser, por exemplo, da ordem de pelo menos uma semana. Em algumas formas de incorporação, a exposição à solução de alto pH é preferivelmente de duas semanas ou mais.
[091] Em ainda outro aspecto, a invenção se refere geralmente a um material compósito de cimento com baixo teor de silicato de cálcio carbonatado produzido pelos métodos aqui descritos. Conforme ilustrado nas figs. 11A a 11B, os métodos podem produzir um objeto de concreto (110, 130) compreendendo um material compósito baseado em cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio com uma solução porosa modificada, e um ou mais componentes de ferro ou aço (120, 140) pelo menos parcialmente embutidos nele. Em certas formas de incorporação, um ou mais componentes de ferro ou aço são feitos de aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado e / ou aço inoxidável. Em certas formas de incorporação, um ou mais componentes de ferro ou aço são uma barra ou malha de reforço (140). Os elementos de reforço são introduzidos por qualquer maneira convencional, por exemplo, sendo colocados junto com um molde antes da mistura de cimento úmido ser introduzida nesse molde.
[092] Os materiais compostos de concreto e objetos feitos de cimento com baixo teor de silicato de cálcio da invenção exibem uma melhora significativa da vida de serviço e da utilidade dos objetos de concreto manufaturados. Os materiais compostos de concreto e objetos feitos de cimento de silicato de baixo teor de cálcio produzido de acordo com o método descrito apresentam excelente desempenho em ambientes de água doce e água salgada. Em certas formas de incorporação, a corrosão de um cimento carbonatado tendo baixo teor de silicato de cálcio reforçado que é iniciada em um ambiente de água doce, não é iniciada durante pelo menos 50 dias, ou pelo menos 60 dias, ou pelo menos em 90 dias, ou pelo menos em 180 dias, ou pelo menos durante 360 dias, ou pelo menos durante 720 dias, ou pelo menos durante 1,440 dias, ou pelo menos durante 3.600 dias, ou pelo menos durante 7.200 dias, ou pelo menos durante 11.000 dias. Em outras formas de incorporação, a corrosão em um cimento carbonatado tendo baixo teor de silicato de cálcio reforçado que é iniciada em um ambiente de água salgada, não é iniciada durante pelo menos 50 dias, ou pelo menos durante 60 dias, ou pelo menos durante 90 dias, ou pelo menos durante 180 dias, ou pelo menos durante 360 dias, ou pelo menos durante 720 dias, ou pelo menos durante 1.440 dias, ou pelo menos durante 3.600 dias, ou pelo menos durante 7.200 dias, ou pelo menos durante 11.000 dias. OBJETOS PRÉ-MOLDADOS DE CIMENTOS CARBONATÁVEIS TENDO BAIXO TEOR DE
[093] O termo "baixo teor de silicato de cálcio" já foi aqui definido anteriormente. "Carbonatável", conforme aqui utilizado, se refere a um material que é reativo com CO, por meio de uma reação de carbonatação sob uma condição aqui descrita. Um material é "não carbonatável" se não for reativo com CO, por meio de uma reação de carbonatação sob uma condição aqui descrita. Fases exemplificativas de silicato de cálcio carbonatável incluem CS (wollastonita ou pseudowollastonita, às vezes formuladas como CaSiO3 ou CaOeSiO7), C3S2 (rankinita, às vezes formulada como Ca3Si2O; ou 3CaO e 2SiO>), C2S (belita, B-Ca2SiO4, ou larnita, Ca; Mg(SiO4)4, ou bredigita, a-Ca2SiO4 ou y-Ca2SiO4, às vezes formulada como CarSiOs ou 2CaO e SiO»). As fases amorfas também podem ser carbonatáveis, dependendo de sua composição. Cada um desses materiais pode incluir um ou mais outros óxidos e íons de metal (por exemplo, óxidos de alumínio, magnésio, ferro ou manganês), ou suas misturas, ou pode incluir uma quantidade de silicato de magnésio em forma(s) de ocorrência natural ou sintética, variando desde uma quantidade vestigial (1%) até cerca de 50% ou mais em peso. Exemplos de fases não carbonatáveis ou inertes incluem melilita ((Ca,Na,K)2[(Mg,Fe?*,Fe3*,Al,Si);O7]) e sílica cristalina (SiO>).
[094] Deve ser entendido que as fases, métodos e composições tendo baixo teor de silicato de cálcio aqui descritos podem ser adaptados para usarem fases de silicato de magnésio no lugar ou em adição às fases de silicato de cálcio. Conforme aqui utilizado, o termo "silicato de magnésio" se refere a minerais de ocorrência natural ou materiais sintéticos constituídos por um ou mais de um grupo de compostos contendo magnésio- silício, incluindo por exemplo Mg2SiOs (também conhecido como "fosterita"), e Mg3Si4O010(OH)> (também conhecido como "talco"), e CaMgSiO« (também conhecido como "monticelita"), cada um desses materiais podendo incluir um ou mais outros óxidos e íons metálicos (por exemplo., óxidos de cálcio, alumínio, ferro ou manganês), ou suas misturas, ou podendo incluir uma quantidade de silicato de cálcio na(s) forma(s) de ocorrência natural ou sintética, variando desde uma quantidade vestigial (1%) até cerca de 50% ou mais em peso.
[095] Em formas de incorporação exemplificativas, uma composição de silicato de cálcio moído é usada. A composição de silicato de cálcio moído pode ter um tamanho médio de partícula, medido através do uso de um analisador de tamanho de partícula disponível comercialmente, tal como o Mastersizer 2000, de cerca de 1 um até aproximadamente 100 um (por exemplo, cerca de 1 um a aproximadamente 80 um, cerca de 1 um à aproximadamente 60 um, cerca de 1 um a aproximadamente 50 um, cerca de 1 um a aproximadamente 40 um, cerca de 1 um a aproximadamente 30 um, cerca de 1 um à aproximadamente 20 um, cerca de 1 um a aproximadamente 10 um, cerca de 1 um à aproximadamente 5 um, cerca de 5 um a aproximadamente 90 um, cerca de 5 um à aproximadamente 80 um, cerca de 5 um a aproximadamente 70 um, cerca de 5 um à aproximadamente 60 um, cerca de 5 um a aproximadamente 50 um, cerca de 5 um à aproximadamente 40 um, cerca de 10 um à aproximadamente 80 um, cerca de 10 um à aproximadamente 70 um, cerca de 10 um a aproximadamente 60 um, cerca de 10 um à aproximadamente 50 um, cerca de 10 um a aproximadamente 40 um, cerca de 10 um à aproximadamente 30 um, cerca de 10 um a aproximadamente 20 um, cerca de 1 um, 10 um, 15 um, 20 um, 25 um, 30 um, 40 pum, 50 pum, 60 um, 70 um, 80 um, 90 um, 100 um). A composição de silicato de cálcio moído pode ter uma densidade aparente de cerca de 0,5 g/mL a aproximadamente 3,5 g/mL (por exemplo, 0,5 g/mL, 1,0 g/mL, 1,5 g/mL, 2,0 g/mL, 2,5 g/mL, 2,8 g/mL, 3,0 g/mL, 3,5 g/mL), uma densidade compactada de cerca de 1,0 g/mL à aproximadamente 1,2 g/mL, e uma área de superfície de Blaine de cerca de 150 m?/kg a aproximadamente 700 m?/kg (por exemplo, 150 m?/kg, 200 m?/kg, 250 m?/kg, 300 m?/kg, 350 m?/kg, 400 m2/kg, 450 m?2/kg, 500 m2/kg, 550 m?2/kg, 600 m2?/kg, 650 m2/kg, 700 m?/kg). A “área de superfície de Blaine” é uma medida da finura do cimento, e é medida pelo método ASTM C204.
[096] Em formas de incorporação exemplificativas da composição de baixo teor de silicato de cálcio da invenção, silicato de cálcio moído tendo tamanho de partícula dio maior que 1 um é utilizado na composição.
[097] Qualquer agregado adequado pode ser usado para formar materiais compósitos a partir da composição carbonatável da invenção, como por exemplo materiais contendo óxido de cálcio e / ou sílica. Os agregados exemplificativos incluem materiais inertes, tais como rochas ígneas, areia de construção, cascalho. Em certas formas de incorporação preferidas, agregados leves, tais como perlita ou vermiculita, também podem ser usados como agregados. Materiais como materiais residuais industriais (por exemplo, cinzas volantes, escória, fumo de sílica) também podem ser usados como enchimentos finos.
[098] A pluralidade de agregados pode ter quaisquer tamanho de partícula médio e distribuição de tamanho adequados. Em certas formas de incorporação, a pluralidade de agregados apresenta um tamanho médio de partícula na faixa de cerca de 0,25 mm até aproximadamente 25 mm [por exemplo, aproximadamente 5 mm até cerca de 20 mm, aproximadamente 5 mm até cerca de 18 mm, aproximadamente 5 mm até cerca de 15 mm, aproximadamente 5 mm até cerca de 12 mm, aproximadamente 7 mm até cerca de mm, aproximadamente 10 mm até cerca de 20 mm, aproximadamente 1/8" (3,175 mm), cerca de 1/4" (3,35 mm), aproximadamente 3/8" (9,525 mm), cerca de 1/2”, (12,7 mm) aproximadamente 3/4" (19,05 mm)].
[099] Aditivos químicos podem também ser incluídos no material compósito, como por exemplo plastificantes, retardadores, aceleradores, dispersantes e outros agentes modificadores de reologia. Certos aditivos químicos comercialmente disponíveis, tais como GleniumG& 7500 da empresa BASF& Chemicals, e Acumer& da empresa Dow Chemical Company, também podem ser incluídos. Em certas formas de incorporação, um ou mais pigmentos podem ser uniformemente dispersos, ou dispersos substancialmente de maneira desigual, nas matrizes de ligação, dependendo do material compósito desejado. O pigmento pode ser qualquer pigmento adequado, incluindo, por exemplo, óxidos de metais variados (por exemplo, óxido de ferro negro, óxido de cobalto e óxido de cromo). O pigmento pode ser de qualquer cor, ou cores, como por exemplo selecionado a partir de preto, branco, azul, cinza, rosa, verde, vermelho, amarelo e marrom. O pigmento pode estar presente em qualquer quantidade adequada, dependendo do material compósito desejado, por exemplo, em uma quantidade variando de cerca de 0,0% até aproximadamente 10% em peso.
[0100] Uma utilidade principal da composição de CSC carbonatável é que ela pode ser carbonatada para formar materiais compósitos que são úteis em uma variedade de aplicações.
[0101] Acredita-se que as seguintes reações ocorram durante a carbonatação do silicato de cálcio conforme aqui descrito.
CaSiO3 (s) + CO? (g) > CaCO; (s) + SiO2 (s) (1) Ca3Si2O07 (s) + 3CO> (g) > 3CaCO; (s) + 2SiO> (s) (2) Ca2SiO,4 (s) + 2CO> (g) > 2CaCO; (s) + SiO> (s) (3)
[0102] Geralmente, o CO, é introduzido como uma fase gasosa que se dissolve em um fluido de infiltração, tal como água. A dissolução de CO, forma espécies carbônicas ácidas (tal como ácido carbônico, H2CO3), o que resulta em uma diminuição do pH da solução. À solução fracamente ácida dissolve incongruentemente as espécies de cálcio das fases de silicato de cálcio. O cálcio pode ser lixiviado a partir de cálcio contendo fases amorfas através de um mecanismo similar. Os cátions de cálcio liberados e as espécies de carbonato dissociadas levam à precipitação de carbonatos insolúveis. Acredita-se que as camadas ricas em sílica permaneçam nas partículas minerais como camadas depletadas de cálcio.
[0103] O CaCO3z produzido a partir dessas ou de quaisquer outras reações de carbonatação de CO, aqui descritas pode existir como um ou mais de um dentre vários polimorfos de CaCO;3 (por exemplo, calcita, aragonita e vaterita). As partículas de CaCO;3 estão preferencialmente na forma de calcita, mas também podem estar presentes como aragonita ou vaterita, ou como uma combinação de dois ou três dos polimorfos (por exemplo, calcita/aragonita, calcita/vaterita, aragonita/vaterita ou calcita/aragonita/vaterita).
[0104] Qualquer grau adequado de CO, pode ser usado, dependendo do resultado desejado da carbonatação. Por exemplo, pode ser utilizado CO7 de grau industrial com uma pureza de cerca de 99%, que está comercialmente disponível a partir de uma variedade de diferentes empresas de gás industrial, tais como Praxair Inc., Linde AG, Air Liquide, e outras. O suprimento de CO; pode ser mantido em grandes tanques de contenção pressurizados, na forma de dióxido de carbono líquido regulado a uma temperatura de modo a ser mantida uma pressão de vapor desejada, por exemplo, de aproximadamente 300 PSIG (21,1 kgf/cm?). Este gás é então canalizado para um recipiente ou câmara de cura de CO, (carbonatação). No sistema mais simples, o CO, flui através do recipiente a uma taxa controlada suficiente para deslocar o ar ambiente dentro do recipiente. Em geral, o tempo de purga dependerá do tamanho do recipiente e da taxa em que o gás CO, é fornecido. Em muitos sistemas, esse processo de purgar o ar do recipiente pode ser realizado em tempos medidos em minutos, para levar a concentração de CO, até um nível razoável para que, depois disso, a cura possa ser realizada. Em sistemas simples, o gás CO», é então alimentado no sistema a uma taxa pré-definida de modo a manter uma concentração de CO,» suficiente para conduzir a reação de cura.
[0105] A carbonatação, por exemplo, pode ser realizada reagindo-a com CO, através de um processo controlado de Sinterização Hidrotérmica de Fase Líquida (HLPS - Hydrothermal Liquid Phase Sintering) para criar elementos de ligação que mantêm juntos os vários componentes do material compósito. Por exemplo, em formas de incorporação preferidas, o CO, é utilizado como uma espécie reativa, resultando no sequestro de CO, e na criação de elementos de ligação nos materiais compósitos produzidos, com uma pegada ecológica de carbono inigualável por qualquer tecnologia de produção existente. O processo de HLPS é conduzido termodinamicamente pela energia livre de uma ou mais reações químicas e pela redução da energia de superfície (área) causada pelo crescimento de cristais. A cinética do processo de HLPS ocorre a uma taxa razoável a baixa temperatura, porque uma solução (aquosa ou não aquosa) é usada para transportar espécies reativas em vez de usar um fluido de alto ponto de fusão ou um meio de estado sólido de alta temperatura.
[0106] Discussões sobre várias características da HLPS, sobre cimentos baseado em silicato de cálcio carbonatável, carbonatação e formação de elementos de ligação, seus aparelhos e processos, e tópicos relacionados, podem ser encontrados na patente Nº U.S.
8.114.367, no documento publicado Nº U.S. 2009 / 0.143.211 (Nº de série de depósito 12/271.566), no documento publicado Nº U.S. 2011 / 0.104.469 (Nº de série de depósito 12/984.299), no documento publicado Nº U.S. 2009 / 0.142.578 (Nº de série de depósito 12/271.513), no documento publicado Nº U.S. 2013 / 0.122.267 (Nº de série de depósito 13/411.218), no documento publicado Nº U.S. 2012 / 0.312.194 (Nº de série de depósito 13/491.098), nas patentes WO 2009 / 102.360 (PCT / US2008 / 083.606), WO 2011/053.598 (PCT / US2010 / 054.146), WO 2011 / 090.967 (PCT / US2011 / 021.623) no pedido de patente provisório Nº U.S. 61 / 708.423, depositado em 1 de outubro de 2012, no documento publicado Nº U.S. 2014 / 0.127.450 (Nº de série de depósito
14/045.758), no documento publicado Nº U.S. 2015 / 0.266.778 (Nº de série de depósito 14/045.519), no documento publicado Nº U.S. 2014 / 0.127.458 (Nº de série de depósito 14/045.766), no documento publicado Nº U.S. 2014 / 0.342.124 (Nº de série de depósito 14/045.540), no documento publicado Nº U.S. 2014 / 0.272.216 (Nº de série de depósito 14/207.413), no documento publicado Nº U.S. 2014 / 0.263.683 (Nº de série de depósito 14/207.421), na patente publicada Nº U.S. 2014 / 0.314.990 (Nº de série de depósito 14/207.920), na patente publicada Nº U.S. 9.221.027 (Nº de série de depósito 14/209.238), na patente publicada Nº U.S. 2014 / 0.363.665 (Nº de série de depósito 14/295.601), na patente publicada Nº U.S. 2014 / 0.361.471 (Nº de série de depósito 14/295.402), na patente publicada Nº U.S. 2016 / 0.355.439 (Nº de série de depósito 14/506.079), na patente publicada Nº U.S. 2015 / 0.225.295 (Nº de série de depósito 14/602.313), na patente publicada Nº U.S. 2015 / 0.056.437 (Nº de série de depósito 14/463.901), na patente publicada Nº U.S. 2016 / 0.168.720 (Nº de série de depósito 14/584.249), na patente publicada Nº U.S. 2015 / 0.336.852 (Nº de série de depósito 14/818.629), na patente publicada Nº U.S. 2016 / 0.031.757 (Nº de série de depósito 14/817.193), na patente publicada Nº U.S. 2016 / 0.272.544 (Nº de série de depósito 15/074.659), na patente publicada Nº U.S. 2016 / 0.096.773 (Nº de série de depósito 14/874.350), na patente publicada Nº U.S. 2016 / 0.340.261 (Nº de série de depósito 14/715.497), na patente publicada Nº U.S. 2016 / 0.272.545 (Nº de série de depósito 15/074.692), na patente publicada Nº U.S. 2017 / 0.102.373 (Nº de série de depósito 15/290.328), na patente publicada Nº U.S. 2017 / 0.121.223 (Nº de série de depósito 15/335.520), no pedido de patente Nº U.S. 2017 / 0204010 (Nº de série de depósito 15/409.352), no pedido de patente Nº U.S. 2017 / 0253530 (Nº de série de depósito 15/449.736), no pedido de patente Nº U.S. 2017 / 0260096 (Nº de série de depósito 15/451.34), no pedido de patente Nº U.S. 2017 / 0320781 (Nº de série de depósito 15/587.705), no pedido de patente Nº U.S. 2017 / 0341989 (Nº de série de depósito 15/609.908), no pedido de patente Nº de série U.S. 15 / 716.392, depositado em 26 de setembro de 2017, no pedido de patente Nº de série de série 15 / 831.135, depositado em 4 de dezembro de 2017, cada um dos quais estando aqui expressamente incorporado como referência em sua totalidade, para todos os propósitos.
[0107] As figuras 1 a 8 são diagramas de fase que mostram diversas inter-relações de fase entre alguns dos materiais aqui descritos.
[0108] O processo de carbonatação produz um material compósito carbonatado e objetos que incluem microscopicamente uma pluralidade de elementos de ligação tendo um ou mais tipos de micro-estruturas. Coletivamente, a pluralidade de elementos de ligação forma uma matriz de ligação interconectada, criando força de ligação e mantendo unido o material compósito. Por exemplo, os elementos de ligação micro-estruturados podem ser: um elemento de ligação compreendendo um núcleo de uma fase não reagida de silicato de cálcio carbonatável, totalmente ou parcialmente envolvido por uma camada rica em sílica de espessura variável, que é totalmente ou parcialmente envolvida por partículas de CaCO3; um elemento de ligação compreendendo um núcleo de sílica formado por carbonatação de uma fase de silicato de cálcio carbonatável, totalmente ou parcialmente envolvida por uma camada rica em sílica de espessura variável, que é totalmente ou parcialmente envolvida por partículas de CaCO3; um elemento de ligação compreendendo um núcleo de sílica formado por carbonatação de uma fase de silicato de cálcio carbonatável, totalmente ou parcialmente envolvido por partículas de CaCO3; um elemento de ligação compreendendo um núcleo de uma fase não carbonatável, totalmente ou parcialmente envolvido por partículas de CaCO3; um elemento de ligação compreendendo um núcleo de múltiplas fases constituído por sílica formada por carbonatação de uma fase de silicato de cálcio carbonatável e silicato de cálcio parcialmente reagido, cujo núcleo de múltiplas fases é totalmente ou parcialmente envolvido por uma camada rica em sílica de espessura variável, que é totalmente ou parcialmente envolvida por partículas de CaCO;3; ou um elemento de ligação compreendendo partículas de silicato de cálcio parcialmente reagido, sem um núcleo distinto e uma camada de sílica envolta por partículas de CaCO;; e um elemento de ligação compreendendo partículas porosas sem uma camada de sílica distinta envolta por partículas de CaCO;.
[0109] A camada rica em sílica geralmente exibe uma espessura variável dentro de um elemento de ligação, e de elemento de ligação para elemento de ligação, tipicamente variando de cerca de 0,01 um até aproximadamente 50 um. Em certas formas de incorporação preferidas, a camada rica em sílica possui uma espessura que varia de aproximadamente 1 um até cerca de 25 um. Conforme utilizado aqui, “rica em sílica” se refere geralmente a um teor de sílica significativo entre os componentes de um material, com a sílica, por exemplo, sendo superior a aproximadamente 50% em volume. O restante da camada rica em sílica compreende, em grande parte, CaCO3, por exemplo, com 10% a cerca de 50% de CaCO; em volume. A camada rica em sílica também pode incluir partículas inertes ou não reagidas, por exemplo, com 10% a cerca de 50% de melilita em volume. Uma camada rica em sílica geralmente exibe uma transição a partir de ser principalmente sílica para ser principalmente CaCOsz. A sílica e o CaCO3 podem estar presentes como áreas intermisturadas ou discretas.
[0110] A camada rica em sílica também é caracterizada por um teor variável de sílica, de elemento de ligação para elemento de ligação, variando tipicamente de cerca de 50% até aproximadamente 90% em volume (por exemplo, de aproximadamente 60% até cerca de 80%). Em certas formas de incorporação, a camada rica em sílica é geralmente caracterizada por um teor de sílica variando de cerca de 50% até aproximadamente 90% em volume, e um teor de CaCO;3 variando de cerca de 10% até aproximadamente 50% em volume. Em certas formas de incorporação, a camada rica em sílica é caracterizada por um teor de sílica variando de aproximadamente 70% até cerca de 90% em volume, e um teor de CaCO;3 variando de cerca de 10% até aproximadamente 30% em volume. Em certas formas de incorporação, a camada rica em sílica é caracterizada por um teor de sílica variando de cerca de 50% até aproximadamente 70% em volume, e um teor de CaCO; variando de cerca de 30% até aproximadamente 50% em volume.
[0111] A camada rica em sílica pode envolver o núcleo em diversos graus de cobertura, desde cerca de 1% até aproximadamente 99% (por exemplo, cerca de 10% até aproximadamente 90%). Em certas formas de incorporação, a camada rica em sílica envolve o núcleo com um grau de cobertura inferior a cerca de 10%. Em certas formas de incorporação, a camada rica em sílica de espessura variável envolve o núcleo com um grau de cobertura superior a cerca de 90% da área da superfície externa do núcleo.
[0112] Um elemento de ligação pode exibir qualquer tamanho e qualquer morfologia sólida ou oca, regular ou irregular, que pode ser favorecida de um modo ou de outro pela seleção de matérias primas e pelo processo de produção, tendo em vista a aplicação pretendida. Morfologias exemplificativas incluem: cubos, cubóides, prismas, discos, pirâmides, poliedros ou partículas multifacetadas, cilindros, esferas, cones, anéis, tubos, crescentes, agulhas, fibras, filamentos, flocos, esferas, sub-esferas, contas, “uvas”, grânulos, oblongos, hastes, ondulações, etc..
[0113] A pluralidade de elementos de ligação pode ter qualquer tamanho médio de partícula e distribuição de tamanho adequados, dependendo das propriedades e das características de desempenho desejadas do produto compósito. Em certas formas de incorporação, por exemplo, a pluralidade de elementos de ligação possui um tamanho médio de partícula na faixa de cerca de 1 um até aproximadamente 100 um (por exemplo, cerca de 1 um até aproximadamente 80 um, cerca de 1 um até aproximadamente 60 um, cerca de 1 um até aproximadamente 50 um, cerca de 1 um até aproximadamente 40 um, cerca de 1 um até aproximadamente 30 um, cerca de 1 um até aproximadamente 20 um, cerca de 1 um até aproximadamente 10 um, cerca de 5 um até aproximadamente 90 um, cerca de 5 um até aproximadamente 80 um, cerca de 5 um até aproximadamente 70 um, cerca de 5 um até aproximadamente 60 um, cerca de 5 um até aproximadamente 50 um, cerca de 5 um até aproximadamente 40 um, cerca de 10 um até aproximadamente 80 um, cerca de 10 um até aproximadamente 70 um, cerca de 10 um até aproximadamente 60 um, cerca de 10 um até aproximadamente 50 um, cerca de 10 um até aproximadamente 40 um, cerca de 10 um até aproximadamente 30 um, cerca de 10 um até aproximadamente 20 um).
[0114] A rede interconectada de elementos de ligação (uma matriz de ligação) também pode incluir uma pluralidade de partículas de enchimento grossas ou finas que podem ser de qualquer material adequado, ter qualquer tamanho de partícula adequado e qualquer distribuição de tamanho. Em certas formas de incorporação preferidas, por exemplo, as partículas de enchimento são feitas de um material rico em carbonato de cálcio, tal como calcário (por exemplo, calcário triturado). Em certos materiais, as partículas de enchimento são feitas de um ou mais materiais baseados em SiO, ou baseados em silicato, tais como quartzo, mica, granito e feldspato (por exemplo, quartzo triturado, mica triturada, granito triturado, feldspato triturado).
[0115] Em certas formas de incorporação, as partículas de enchimento podem incluir materiais naturais, sintéticos e reciclados, tais como vidro, vidro reciclado, escória de carvão, cinzas volantes, um material rico em carbonato de cálcio, e um material rico em carbonato de magnésio.
[0116] Em certas formas de incorporação, a pluralidade de partículas de enchimento possui um tamanho médio de partícula na faixa de cerca de 5 um até aproximadamente 7 mm (por exemplo, cerca de 5 um até aproximadamente 5 mm, cerca de 5 um até aproximadamente 4 mm, cerca de 5 um até aproximadamente 3 mm, cerca de 5 um até aproximadamente 2 mm, cerca de 5 um até aproximadamente 1 mm, cerca de 5 um até aproximadamente 500 um, cerca de 5 um até aproximadamente 300 um, cerca de 20 mm até aproximadamente 5 mm, cerca de 20 um até aproximadamente 4 mm, cerca de 20 um até aproximadamente 3 mm, cerca de 20 um até aproximadamente 2 mm, cerca de um até aproximadamente 1 mm, cerca de 20 um até aproximadamente 500 um, cerca de 20 um até aproximadamente 300 um, cerca de 100 um até aproximadamente 5 mm, cerca de 100 um até aproximadamente 4 mm, cerca de 100 um até aproximadamente 3 mm, cerca de 100 um até aproximadamente 2 mm, cerca de 100 pm até aproximadamente 1 mm).
[0117] A proporção em peso entre elementos de ligação e partículas de enchimento pode ser qualquer proporção adequada, dependendo da aplicação pretendida para o produto de material compósito. Por exemplo, a proporção em peso entre elementos de ligação e partículas de enchimento pode estar na faixa de cerca de (5 a 99) : aproximadamente (1 a 95); por exemplo, de cerca de (10 a 99) : aproximadamente (1 a 90); de cerca de (20 a 99) : aproximadamente (1 a 80); de cerca de (30 a 99) : aproximadamente (1 a 70); de cerca de (50 a 90) : cerca de (10 a 50); de cerca de (70 a 90) : aproximadamente (10 a 30); de cerca de (5 a 90) : aproximadamente (10 a 95); de cerca de (5 a 80) : cerca de (20 a 95); de cerca de (5 a 60) : aproximadamente (40 a 95). Em certas formas de incorporação, dependendo da aplicação, a proporção em peso entre elementos de ligação e partículas de enchimento pode estar na faixa de cerca de (10 a 50) : aproximadamente (50 a 90); por exemplo, de cerca de (30 a 50) : aproximadamente (50 a 70); de cerca de (40 a 50) : aproximadamente (50 a 60).
[0118] Um elemento de ligação pode apresentar qualquer tamanho e qualquer morfologia regular ou irregular, sólida ou oca, dependendo da aplicação pretendida. Morfologias exemplificativas incluem: cubos, cubóides, prismas, discos, pirâmides, poliedros ou partículas multifacetadas, cilindros, esferas, cones, anéis, tubos, crescentes, agulhas, fibras, filamentos, flocos, esferas, subesferas, contas, “uvas”, grânulos, oblongos, hastes, ondulações, etc..
[0119] Em geral, conforme aqui discutido em mais detalhes, um elemento de ligação é produzido a partir de materiais precursores reativos (por exemplo, partículas precursoras) através de um processo de transformação. As partículas precursoras podem ter qualquer tamanho e formato, desde que atendam às necessidades da aplicação pretendida. O processo de transformação geralmente leva aos elementos de ligação correspondentes tendo tamanhos e formatos semelhantes àqueles das partículas precursoras.
[0120] Em certas formas de incorporação preferidas, as partículas de enchimento são feitas de um material rico em carbonato de cálcio, tal como calcário (por exemplo, calcário moído). Em certos materiais, as partículas de enchimento são feitas de um ou mais materiais baseados em SiO, ou baseados em silicato, tais como quartzo, mica, granito e feldspato (por exemplo, quartzo moído, mica moída, granito moído, feldspato moído).
[0121] Em certas formas de incorporação, as partículas de enchimento podem incluir materiais naturais, sintéticos, e reciclados, tais como vidro, vidro reciclado, escória de carvão, material rico em carbonato de cálcio, e material rico em carbonato de magnésio.
[0122] Em certas formas de incorporação, esses materiais compósitos podem exibir vários padrões, texturas e outras características, tais como padrões visuais de várias cores. Além disso, os materiais compósitos da invenção exibem resistência à compressão, resistência à flexão e propriedades de absorção de água semelhantes àquelas do concreto convencional ou dos materiais naturais correspondentes.
[0123] Em certas formas de incorporação, o composto inclui ainda um pigmento. O pigmento pode estar uniformemente disperso ou substancialmente disperso de maneira desigual nas matrizes de ligação, dependendo do material compósito desejado. O pigmento pode ser qualquer pigmento adequado incluindo, por exemplo, óxidos de vários metais (por exemplo, óxido de ferro, óxido de cobalto, óxido de cromo). O pigmento pode ser de qualquer cor ou cores, por exemplo, selecionado dentre preto, branco, azul, cinza, rosa, verde, vermelho, amarelo e marrom. O pigmento pode estar presente em qualquer quantidade adequada, dependendo do material compósito desejado, por exemplo, em uma quantidade de cerca de 0,0% a aproximadamente 10% em peso (por exemplo, cerca de 0,0% a aproximadamente 8%, cerca de 0,0% a aproximadamente 6%, cerca de 0,0% a aproximadamente 5%, cerca de 0,0% a aproximadamente 4%, cerca de 0,0% a aproximadamente 3%, cerca de 0,0% a aproximadamente 2%, cerca de 0,0% a aproximadamente 1%, cerca de 0,0% a aproximadamente 0,5%, cerca de 0,0% a aproximadamente 0,3%, cerca de 0,0% a aproximadamente 2%, cerca de 0,0% a aproximadamente 0,1%).
[0124] Em certas formas de incorporação, o material compósito é caracterizado pela absorção de água ser inferior a cerca de 10%, que é medida embebendo-se o material em água durante 24 horas. A diferença de massa entre a massa do material embebido durante 24 horas e a massa seca do forno (quando secada durante 24 horas a 105 ºC) é dividida pela massa seca do forno para obter a absorção de água. Em algumas outras formas de incorporação, o material compósito é caracterizado pela absorção de água ser inferior a cerca de 8%. Em algumas outras formas de incorporação, o material compósito é caracterizado pela absorção de água ser inferior a cerca de 5%. Em algumas outras formas de incorporação, o material compósito é caracterizado pela absorção de água ser inferior a cerca de 4%. Em algumas outras formas de incorporação, o material compósito é caracterizado pela absorção de água ser inferior a cerca de 3%. Em algumas outras formas de incorporação, o material compósito é caracterizado pela absorção de água ser inferior a cerca de 2%. Em algumas outras formas de incorporação, o material compósito é caracterizado pela absorção de água ser inferior a cerca de 1%,
[0125] O material compósito pode exibir uma ou mais texturas, padrões e propriedades físicas desejadas, em particular aquelas que são características da pedra natural. Em certas formas de incorporação preferidas, o material compósito exibe um padrão visual semelhante ao da pedra natural. Outras características incluem cores [por exemplo, preto, branco, azul, rosa, cinza (claro a escuro), verde, vermelho, amarelo, marrom, ciano (verde azulado) ou roxo], e texturas.
[0126] Nas formas de incorporação descritas, CO7r de grau industrial com cerca de 99% de pureza é usado, fornecido por uma variedade de empresas de gás industrial diferentes, tais como Praxair Inc., Linde AG, Air Liquide, e outras. Esse suprimento pode ser mantido em grandes tanques de contenção pressurizados na forma de dióxido de carbono líquido, regulado a uma temperatura de modo a manter uma pressão de vapor de aproximadamente 300 psig (21,1 kgf/cm2). Esse gás é então canalizado para um compartimento ou câmara de cura de CO. No sistema mais simples, CO, flui através do compartimento a uma taxa suficiente para deslocar o ar ambiente no compartimento. Em geral, o tempo de purga dependerá do tamanho do compartimento e da taxa de fornecimento de gás CO». Em muitos sistemas, esse processo de purga do ar do compartimento pode ser realizado em tempos medidos em minutos, para elevar a concentração de CO, a um nível razoável de modo a que a cura possa ser realizada posteriormente. Em sistemas simples, o gás CO, é então alimentado no sistema a uma taxa predefinida, de modo a manter uma concentração de CO, suficiente para conduzir a reação de cura.
[0127] Em algumas formas de incorporação, o gás CO, é misturado com ar dentro da câmara de cura para manter a concentração de CO, em cerca de 30%, ou aproximadamente 40%, ou cerca de 45%, ou aproximadamente 50%, ou cerca de 60%, ou aproximadamente 65%, ou cerca de 70%, ou aproximadamente 75%, ou cerca de 80%, ou aproximadamente 85%, ou cerca de 90%, ou aproximadamente 95%, ou cerca de 99%.
[0128] Como um exemplo, será descrito agora um método para sustentar concentrações de dióxido de carbono durante a reação que é bastante adequado para manter uma concentração altamente consistente, embora seja um processo de “circuito fechado” que compreende a técnica mais cara. Esse método usa a medição da concentração de CO, diretamente no sistema, e emprega um controlador tal como um PLC (Programmable Logic Controller - Controlador Lógico Programável) para controlar a concentração de CO, em um ponto definido, com uma válvula de controle eletrônico / automatizado. Uma técnica de medição para medir diretamente CO,, tal como com NDIR (Won Dispersive
Infrared Sensor - Sensor Infravermelho Não Dispersivo), deve ser preferencialmente empregada. No método de medição com NDIR, uma amostra do fluxo de gás é retirada do sistema através de uma bomba de baixo fluxo. Um resfriador é usado para remover a umidade do fluxo de gás antes da amostra ser usada pelo instrumento com NDIR. Portanto, a medição provida pelo analisador está ausente do componente de vapor de água do fluxo de gás, e precisa ser ajustada para levar em consideração a umidade que foi removida da amostra de teste. Uma medição da umidade no fluxo de gás do sistema pode ser realizada usando uma técnica psicrométrica de bulbo seco - bulbo úmido, usando um dispositivo de medição de umidade do tipo de bulbo seco - bulbo úmido, ou usando um tipo diferente de sensor de umidade. A verdadeira concentração de CO, pode ser calculada usando o sistema de controle do computador ou do PLC. Uma vez que a verdadeira concentração de CO, é conhecida, a válvula de controle de proporção atuada pode adicionar CO, seco no sistema quando ele tiver sido consumido e estiver abaixo do ponto de ajuste desejado naquele momento. Em várias formas de incorporação, o ponto de ajuste pode variar com o tempo, se necessário, com base na experiência na cura de composições específicas, formato e tamanhos de amostras de material compósito.
[0129] A fig. 9 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura de material compósito por CO, que provê umidificação de acordo com os princípios da invenção. Conforme ilustrado, o arranjo 10 inclui uma câmara de cura de dióxido de carbono 12, um trocador de calor 14, um ventilador 16, uma linha de recirculação de gás 18, uma linha de água 20, uma atomizador de água ou gerador de vapor 22, uma fonte de dióxido de carbono 24, e uma válvula de dosagem 26. Na fig. 9, é provido um suprimento de água 20, e vapor de água é adicionado à atmosfera que circula dentro da câmara de cura 12. À água pode ser de qualquer fonte conveniente de água potável. Em algumas formas de incorporação, água de torneira comum é usada. Em algumas formas de incorporação, a água pode ser convertida em vapor fazendo-a fluir através de um bico de nebulização ou de um bico de pulverização atomizador, através de um gerador de vapor elétrico, de um gerador de vapor aquecido a gás, ou aquecendo-a acima da temperatura do gás na câmara, de modo a causar a evaporação a partir de um suprimento de água líquida, onde um exemplo é um reator de tambor com um aquecedor de imersão. Em ainda outra forma de incorporação, o suprimento de CO, 24 pode fluir para os sistemas depois de ter sido borbulhado através de um suprimento de água aquecida, a fim de aumentar a umidade relativa do fluxo de gás de entrada, onde um exemplo é um reator de tambor configurado para processamento para "passagem de fluxo" ou em "circuito aberto”.
[0130] A umidade relativa é um parâmetro importante tanto na cura tradicional de concreto quanto na cura por CO, de material compósito. Em uma câmara de cura tradicional, existe uma atmosfera de ar úmido composta principalmente por nitrogênio, oxigênio e vapor de água. Nesses sistemas, a umidade relativa é mais frequentemente medida através de uma tecnologia de sensor capacitivo padrão. No entanto, as câmaras de cura por CO, apresentam uma atmosfera de gás composta predominantemente por dióxido de carbono, que é incompatível com alguns tipos desses sensores. Tecnologias de sensoreamento como técnicas de bulbo úmido - bulbo seco que utilizam as proporções psicrométricas para dióxido de carbono e vapor de água, ou instrumentos de medição de vapor de água por polarização de dipolo, ou higrômetros de espelho resfriado, ou sensores de umidade capacitiva, podem ser usadas nos sistemas de cura de material compósito por CO, aqui descritos.
[0131] Dependendo do tipo e da geometria do produto que está sendo curado, da concepção da câmara, e da eficiência de embalamento do produto na câmara, pode ser necessário que a umidade seja diminuída, aumentada e regulada para um ponto de ajuste especificado. Os pontos de ajuste podem variar desde 1% até 99% de umidade relativa. Três métodos diferentes para controle de umidade podem existir nos processos de cura de material compósito por CO», que podem ser combinados em um único sistema. Um método para umidificação em uma forma de incorporação de um sistema de cura por CO, é representado na fig. 9. Outro método permite remover a umidade do sistema para curar os produtos de material compósito com CO7. Um método simples para reduzir a umidade relativa consiste em deslocar o gás úmido no sistema com um gás seco, tal como dióxido de carbono. Em ainda outra forma de incorporação, pode-se reduzir a umidade relativa e, portanto, remover o vapor de água do gás através de um método sem purga, que em uma forma de incorporação preferida utiliza um trocador de calor resfriado que executa a extração de água.
[0132] A fig. 10 é um diagrama esquemático de uma câmara de cura com múltiplos métodos de controle de umidade, bem como tendo a capacidade de controlar e reabastecer CO, usando regulação de pressão ou fluxo constante, que pode controlar a temperatura de acordo com os princípios da invenção. Conforme ilustrado, o arranjo 40 inclui uma câmara de cura de dióxido de carbono 42, um aquecedor de tubo fino 44, uma ventoinha ou ventilador 46, uma bobina de resfriamento 48, um atomizador de água 50, uma válvula de purga / exaustão 52, uma válvula de sangramento 54, um dreno de condensado 56, uma linha de descarga de condensado 58, um condensador resfriado a ar 60, uma linha de refrigerante resfriado 62, uma válvula amortecedora de ar fresco 64, uma ventoinha ou ventilador de entrada de ar fresco 66, uma linha de ventilação de ar fresco / atmosfera 68, um solenóide de alto fluxo de dióxido de carbono 70, uma fonte de dióxido de carbono 72, um regulador de pressão 74, um regulador de baixa pressão 76, um controlador medidor de fluxo 78, um solenóide de baixo fluxo de dióxido de carbono 80, um solenóide de pulverização de água 82, e uma entrada de água 84. Esse sistema é um exemplo de um sistema que pode prover controle de circuito fechado ou controle usando realimentação (feedback), em que é provido um conjunto valores de parâmetros operacionais que são desejados em momentos específicos no ciclo do processo, tais como a concentração de CO», a umidade e a temperatura, com medições sendo feitas para verificar se o valor real do parâmetro sendo controlado apresenta o valor desejado. Se um desvio do valor desejado for medido, ações corretivas serão tomadas para tornar o valor do parâmetro concordante com o valor desejado. Tais sistemas de controle podem ser caros e complexos, e podem ser úteis com relação a produtos de alto valor ou produtos que exigem condições de processo muito precisas.
[0133] Em algumas formas de incorporação a temperatura é medida utilizando um sensor, tal como um termopar ou um RTD (Resistance Temperature Detector - Detector de Temperatura por Resistência). O sinal de medição é direcionado de volta para um controlador ou computador capaz de regular a energia no trocador de calor, e assim ajustar a temperatura do sistema inteiro ao longo do tempo. O ventilador é um componente importante do sistema de aquecimento, pois é capaz de ajudar a transferir a energia térmica para o gás, que a transfere para os produtos e para a própria câmara, e que é uma parte importante da umidade controlada das amostras. O método de aquecimento pode ser elétrico ou a gás. Aquecedores do tipo com camisa de aquecimento podem ser utilizados para controlar a temperatura do CO, que flui através de uma câmara em contato com a camisa, mas qualquer fonte conveniente de calor pode ser usada. Os meios de aquecimento externo podem incluir, entre outros, aquecimento elétrico, aquecimento por água quente ou aquecimento por óleo quente. Para as câmaras de cura por CO», sistemas indiretos de queima de gás têm sido utilizados até o momento, com queimadores de gás de chama direta sendo evitados porque eles puxam ar e produtos de combustão para o sistema, diluindo assim CO, e tornando problemático o controle da concentração de CO». Alguns sistemas de menor escala, tais como reatores de tambor, utilizam aquecedores do tipo com camisa de aquecimento elétrica para aquecerem a superfície inteira da câmara, em vez de usarem um elemento de aquecimento dentro da câmara.
[0134] Outro parâmetro de controle é a velocidade do gás através do material a ser curado no sistema. A velocidade do gás pode ser muito dependente das variáveis do equipamento do processo, incluindo, sem limitações, a concepção da câmara, a concepção do defletor, o tamanho do(s) ventilador(es), a velocidade / potência do(s) ventilador(s), o número de ventiladores, o gradiente de temperatura dentro do sistema, a concepção das prateleiras dentro do sistema, e a geometria da amostra o sistema. O método mais simples para controlar a velocidade do gás dentro da câmara consiste em ajustar a velocidade do ventilador (RPMs), normalmente através da utilização de um acionador de frequência variável para permitir o controle da velocidade do motor do ventilador. O ventilador pode ser usado para fazer o gás circular a uma velocidade desejada na câmara de cura. A velocidade do gás no sistema é medida no sistema através de uma variedade de técnicas diferentes, incluindo, entre outros, sistemas de medição com tubos de Pitot e detecção do tipo Doppler a /aser. O sinal de medição da velocidade do gás pode ser enviado de volta a um sistema de computador ou controlador lógico programável, para ser utilizado como um parâmetro de controle no perfil de cura.
[0135] Esta descrição não está limitada ao conteúdo exato aqui incluído. Combinações e/ou modificações aparentes para um indivíduo versado na técnica são consideradas como estando dentro do escopo desta descrição. Alguns exemplos não limitativos são descritos abaixo para ilustrar certos aspectos da invenção.
EXEMPLOS EXEMPLO 1 - RELAÇÃO ENTRE pH, DURAÇÃO DA CARBONATAÇÃO E RESISTÊNCIA À
[0136] No primeiro método para mitigar o início da corrosão em materiais compósitos baseados em cimento com baixo teor de silicato de cálcio carbonatado, conforme aqui definido, e em seus objetos (comercialmente produzidos como concreto Solidia& pela empresa Solidia Technologies Inc.), o pH final de uma solução porosa presente dentro dos poros do concreto é aumentado por métodos que incluem a otimização da duração da cura. Isto é importante para atrasar o início da corrosão. O concreto Solidia& pode ser feito com diversas proporções de mistura, dependendo da resistência, durabilidade e finalidade para a qual o concreto é usado. O cimento em combinação com outros materiais de enchimento, tais como cinzas volantes, escória, VCAS, pó de calcário, também denominado como conteúdo de material cimentício, para um metro cúbico de concreto Solidia&, pode estar entre 250 e 500 kg, preferencialmente entre 350 e 450 kg. Para um metro cúbico de concreto Solidia&, o conteúdo de areia está entre 700 e 1.000 kg, o conteúdo de agregado de 14” (6,35 mm) está entre 500 e 600 kg, e o conteúdo de agregado de 3/8" (9,5 mm) está entre 400 e 550 kg. Além desses materiais sólidos, foram usados aditivos redutores de água, incorporadores de ar e retardantes de solidificação comerciais, em diferentes níveis de dosagem. O material cimentício incluiu cimento Solidia&, que é um cimento com baixo teor de silicato de cálcio, materiais de enchimento reativos como cinzas volantes, escória, alumino silicato de cálcio vítreo (VCAS) e cimento Portland comum (CPC), e materiais de enchimento não reativos como pó de calcário fino, fumo de sílica e pó de vidro. O aditivo redutor de água pode estar na forma de um líquido, sendo adicionado em quantidades de cerca de 3 ml/kg a aproximadamente 12 ml/kg de conteúdo cimentício; o agente incorporador de ar pode estar na forma de um líquido,
sendo adicionado em quantidades de cerca de 1 ml/kg a aproximadamente 7 ml/kg de conteúdo cimentício. O agente retardador de endurecimento também pode estar na forma de um líquido, sendo adicionado em quantidades de cerca de 3 ml/kg a aproximadamente ml/kg, e um aditivo inibidor de corrosão também pode estar na forma líquida, sendo adicionado a um nível de dosagem de cerca de 10 ml/kg a aproximadamente 30 ml/kg de conteúdo cimentício.
[0137] Para o Exemplo 1, a quantidade real de todos os ingredientes usados para 4 tipos diferentes de misturas de concreto Solidia& é mostrada na Tabela 1. Ex-1-Mix-2 é o controle de concreto Solidia&, e Ex-1-Mix-1 é uma mistura ternária que substitui o cimento Solidia& por 20% de CPC e 6% de VCAS em massa. Ex-1-Mix-3 e Ex-1-Mix-4 são concretos com maior conteúdo cimentício total de 450 kg/m?, com substituição de 10% do cimento por pó de calcário fino e CPC, respectivamente. Apesar disso, em algumas formas de incorporação, a substituição do cimento pôde ser tão alta quanto 50%, usando qualquer um desses materiais de enchimento reativos ou não reativos.
[0138] O seguinte procedimento de mistura padrão foi usado para formar as misturas de concreto Solidia&: a. Despejar toda a areia no misturador. Misturar durante 30 segundos. b. Despejar 10% da água de mistura no misturador enquanto ele estiver funcionando. Cc. Adicionar toda a mistura incorporadora de ar e misturar durante 1 minuto. d. Adicionar 50% dos agregados grossos no misturador. e. Adicionar todos os materiais cimentícios, incluindo cimento Solidia, no misturador. f. Adicionar os 50% restantes dos agregados grossos no misturador. g. Adicionar 50% da água de mistura seguido pelo aditivo de redução de água, e misturar durante 30 segundos para produzir a mistura de concreto parcialmente úmida. h. Adicionar o retardador de endurecimento à mistura de concreto parcialmente úmida e acionar o misturador durante 30 segundos. i. Adicionar a água restante à mistura de concreto úmida com base na observação visual da mistura. Se estiver muito úmida, não colocar a água restante. j. Misturar a mistura de concreto úmida durante 3 minutos em um misturador. k. Deixar a mistura de concreto úmida descansar no misturador durante 1 minuto.
|. Misturar a mistura de concreto úmida durante 1 minuto adicional.
[0139] A indústria de concreto usa redução de água e agentes de redução de água de grande alcance, tais como policarboxilatos, lignossulfonatos, e redutores de água orgânicos, para, entre outras coisas, melhorar a trabalhabilidade e o fluxo da mistura com melhores propriedades curadas finais, enquanto usa menores quantidades de água. Agentes redutores de água exemplificativos incluem: MasterGlenium 1466, MasterGlenium 3030, MasterGlenium 3400, MasterGlenium 7500, MasterGlenium 7511, MasterGlenium 7700, MasterGlenium 7710, MasterGlenium 7920, MasterGlenium 7925 (da empresa BASF Chemicals); Eucon 1037, Eucon 37, Eucon 537, Eucon SP, Eucon SPJ, Plastol 5000, Plastol 5700, Plastol 6200EXT, Plastol 6400, Plastol 6425, Plastol SPC, Plastol Ultra 109, Plastol Ultra 209, Eucon X-15, Eucon X-20, Eucon MR, Eucon MRX, Plastol 341, Plastol 341 S, Plastol 6420 (da empresa Euclid Chemicals); e Sikament SPMN, Sikament 475, Sikament 610, Sikament 686, Sika Viscorete 1000, Sika Viscocrete 2100, Sika Viscorete 2110, Sika Viscocrete 4100 e Sika Viscocrete 6100 (da empresa Sika Corporation).
[0140] A indústria de concreto usa agentes incorporadores de ar, tais como resina de vinsol, resinas à base de madeira, e alquil aril sulfonatos, para melhorar o desempenho e a durabilidade, tal como, mas não se limitando a, a resistência à deterioração em ciclos de congelamento e descongelamento, etc.. Agentes incorporadores de ar exemplificativos incluem: Eucon AEA-92S, Eucon AEA-92, Eucon Air 30, Eucon Air 40, Eucon Air MAC6, Eucon Air MAC12, Eucon Air Mix 200, Eucon Air Mix 250, Eucon Air Mix (da empresa Euclid Chemicals); MasterAir AE 200, MasterAir AE 400, MasterAir AE90, MasterAir VR 10 (da empresa BASF Master Builders); e Sika AEA-14, Sika Air 260, Sika Air 360, Sika Air, Sika Multi Air 25 (da empresa Sika Corporation).
[0141] A indústria de concreto usa agentes à base de sacarose, glicose ou gluconato de sódio. Retardadores de endurecimento exemplificativos incluem: MasterSet R100, MasterSet R 122, MasterSet R 300, MasterSet R 961 (da empresa BASF Master Builders); Eucon HC, Eucon LR, Eucon NR, Eucon Retarder 75, Eucon Retarder 100 (da empresa
Euclid Chemicals); e Plastiment, Plastiment ES e Plastiment XR (da empresa Sika Corporation). TABELA 1 - PROPORÇÕES DE MISTURA PARA O EXEMPLO 1 (EM kg) | angregientes = | cipa | ci-mbe2 | cambios | ca-mpea| ves O | | ereto ao az | | Pódecatcámo mo ae a |
[0142] Amostras cilíndricas de concreto (18) foram moldadas com concreto Solidia&, que foi misturado em um misturador de tanque seguindo o procedimento de mistura padrão de acordo com as proporções de mistura descritas anteriormente. As amostras cilíndricas de concreto (4” de diâmetro x 8” de altura, ou 10,16 cm x 20,32 cm) foram colocadas em uma câmara ambiental durante 4 horas com molde a 70 ºC e 50% de umidade relativa. As amostras foram removidas do molde e colocadas em uma câmara de cura por CO; com uma concentração de CO maior do que 95% à pressão ambiente e 70 ºC, para cura por carbonatação durante 20 horas no dia 1.
[0143] Seis das amostras dentre os lotes de concreto na câmara de carbonatação foram removidas após 20 horas de carbonatação, seis amostras adicionais foram removidas após 44 horas, e seis amostras foram removidas após 65 horas de carbonatação. Foram avaliados o pH, a resistência à compressão e inspeção visual do concreto Solidia& curado com CO, durante 20, 44 e 65 horas, com testes indicadores de fenolftaleína.
[0144] A resistência à compressão do concreto foi medida de acordo com à norma ASTM C39 após as amostras serem curadas durante um certo período na câmara de carbonatação.
[0145] O procedimento para medição de pH de concreto verde não curado foi o seguinte:
1. Primeiramente obter a fração de argamassa de concreto, fazendo vibrar uma amostra representativa através do próximo grau de peneira menor do que o tamanho nominal do menor agregado grosso. No caso desses lotes, a peneira nº 4 é suficiente.
2. Encher um tubo de teste apenas pequeno o suficiente para que a sonda de pH possa penetrar no tubo com argamassa.
3. Adicionar água desionizada até um nível cerca de um centímetro acima da argamassa, e misturar completamente. Encher novamente o tubo com água desionizada ou argamassa se o nível cair abaixo de um centímetro acima da argamassa.
4. Deixar a amostra se acomodar durante 1 minuto, e fazer a medição do pH. Alternativamente, a sonda pode ser colocada imediatamente no tubo de teste, mas será necessário aguardar algum tempo para que a leitura se estabilize.
[0146] O procedimento para medição de pH de concreto Solidia& após carbonatação em uma câmara de cura por CO, foi o seguinte:
1. Apanhar os restos do cilindro depois do teste de compressão, e coletar os detritos. Se os detritos coletados forem somente de uma determinada parte do cilindro, quebrar o cilindro com um martelo até que detritos representativos sejam coletados, suficientes para o teste.
2. Peneirar os detritos através de uma peneira nº 30 para obter uma amostra. A amostra conterá pó cimentício, material silicioso e fragmentos de agregado grosso.
3. Encher um tubo de teste apenas pequeno o suficiente para que a sonda de pH possa penetrar no tubo com argamassa. 4, Adicionar água desionizada até um nível cerca de um centímetro acima da argamassa, e misturar completamente. Encher novamente o tubo com água desionizada se o nível cair abaixo de um centímetro acima da amostra.
5. Deixar a amostra se acomodar durante 1 minuto, e fazer a medição do pH. Alternativamente, a sonda pode ser colocada imediatamente no tubo de teste, mas será necessário aguardar algum tempo para que a leitura se estabilize.
[0147] O pH e as resistências à compressão das Misturas 1 a 4 foram avaliados em função do tempo de carbonatação, e os seguintes dados gerados.
| 20 horas | 44 horas | 65 horas | | 20 horas | 44 horas | 65 horas |
[0148] As figuras 12 a 15 ilustram duas relações para o concreto de CSC, a primeira entre a duração da carbonatação e o pH (linha contínua), e a segunda entre a duração da carbonatação e a resistência à compressão (linha pontilhada). Cada um dos três pontos de dados da tabela acima aparecem nas curvas de pH e resistência à compressão de cada figura. As duas curvas demonstram que o pH do concreto Solidia& pode ser manipulado alterando-se a duração da cura. O pH também pode ser manipulado alterando-se as condições de cura na câmara de carbonatação. Além disso, alterações nas composições da mistura, tais como o tipo e a quantidade de materiais cimentícios, também podem ser usadas como parâmetros de influência. A relação entre essas curvas provê a base para determinar as condições desejáveis para um concreto atingir a resistência adequada, bem como a resistência à corrosão (ou seja, o pH da solução porosa modificado desejado). Outro fator é a espessura da seção transversal do corpo sendo curado. Membros mais grossos levam mais tempo para que a cura alcance o centro da seção transversal e proveja a resistência adequada. Devido aos vários fatores em jogo, atingir todos os objetivos desejados no material carbonatado final é um desafio complexo.
[0149] Por exemplo, a figura 12 (Exemplo 1, Mix 1) ilustra que se o objetivo é manter um pH de 11,5 ou superior, a duração da cura deve ser da ordem de 20 até pouco mais de 30 horas. A cura por este período de tempo resulta em uma resistência à compressão de aproximadamente 5.000 a 6.000 psi (351,5 a 421,8 kgf/cm?).
[0150] A figura 13 (Exemplo 1, Mistura 2) mostra que se o pH deve ser mantido em 11,5 ou maior, a duração da cura para essa mistura deve ser limitada a aproximadamente 20 a horas. A cura durante esse período de tempo resulta em uma resistência à compressão da ordem de 4.000 a 5.000 psi (281,2 a 351,5 kg/cm?).
[0151] No exemplo ilustrado na figura 14 (Exemplo 1, Mix 3), um pH de 11,5 ou superior aparece apenas inicialmente, em um tempo de cura de cerca de 20 horas. O pH então diminui para um valor abaixo de 11,5 com a cura subsequente. A resistência à compressão obtida através da cura dessa mistura durante aproximadamente 20 horas fica pouco acima de 2.000 psi (140,6 kgf/cm2).
[0152] Na figura 15, pode-se observar que essa mistura apresentou um valor de pH acima de 11,5 ao longo de toda a cura (20 a 65 horas). No entanto, uma resistência à compressão de pelo menos 3.500 psi (246 kg/cm?) não foi alcançada até um tempo de cura de cerca de 50 horas. Quando curada durante cerca de 50 a aproximadamente 65 horas, o pH foi mantido em um valor acima de 11,5 (ou até acima de 12,0), e uma resistência à compressão de aproximadamente 3.500 a 5.000 psi (246,1 a 351,5 kg/cm?) foi alcançada. EXEMPLO 2 - REDUÇÃO DE POROSIDADE, ABSORÇÃO E PERMEABILIDADE
[0153] De acordo com um segundo método para mitigar o início da corrosão para concreto de CSC reforçado com aço carbono simples, a melhor resistência à água do concreto retarda o início da corrosão.
[0154] O concreto Solidia& pode ser feito com diversas proporções de mistura, com base na resistência, durabilidade e finalidade para a qual o concreto é usado. O cimento em combinação com outros materiais de enchimento, tais como cinzas volantes, escória, VCAS, pó de calcário, também chamado de material cimentício, para um conteúdo de um metro cúbico de concreto Solidia&, pode estar entre 250 e 500 kg, de preferência entre 350 e 450 kg. Para um metro cúbico de concreto Solidia&, o conteúdo de areia está entre 700 e 1.000 kg, o conteúdo de agregado de 14” (6,35 mm) está entre 500 e 600 kg, e o conteúdo de agregado de 3/8" (9,5 mm) está entre 400 e 550 kg. Além desses materiais sólidos, foram usados aditivos redutores de água, incorporadores de ar e retardantes de solidificação comerciais, em diferentes níveis de dosagem. O material cimentício incluiu cimento Solidia&, que é um cimento de CPC, materiais de enchimento reativos como cinzas volantes, escória, alumino silicato de cálcio vítreo (VCAS) e cimento Portland comum (CPC), e materiais de enchimento não reativos como pó de calcário fino, fumo de sílica e pó de vidro. O aditivo redutor de água pode estar em quantidades entre 3 ml/kg a 12 ml/kg de conteúdo cimentício; o agente incorporador de ar pode estar em quantidades entre 1 ml/kg a 7 ml/kg de conteúdo cimentício. O agente retardador de endurecimento pode estar em quantidades entre 3 ml/kg a 10 ml/kg, e um aditivo inibidor de corrosão pode ser adicionado a um nível de dosagem entre 10 ml/kg e 30 ml/kg de conteúdo cimentício.
[0155] Para o Exemplo 2, a quantidade real de todos os ingredientes usados para 3 tipos diferentes de misturas de concreto é mostrada na Tabela 2. Ex-2-Mix-2 é o controle de CPC e Ex-2-Mix-2 é um controle de mistura de concreto Solidia& sem material de enchimento. Ex-2-Mix-3 é um concreto Solidia& modificado no qual o cimento Solidia& foi substituído por 6% de VCAS em massa. No entanto, a substituição do cimento por VCAS pode estar entre 3% a 8%, ou usar outras proporções de materiais diferentes, tanto de materiais de enchimento reativos quanto não reativos.
[0156] O concreto baseado em CSC foi produzido com cimento à base de CSC em um misturador de tanque seguindo o procedimento de mistura padrão de acordo com as proporções de mistura discutidas acima. As amostras cilíndricas de concreto (4” x 8”, ou 10,16 cm x 20,32 cm) foram colocadas em uma câmara ambiental durante 4 horas com molde a 70 ºC e 50% de umidade relativa. As amostras foram removidas do molde e colocadas em uma câmara de cura por COr com uma concentração de COz maior do que 95% à pressão ambiente e 70 ºC, para cura por carbonatação durante 20 horas no dia 1.
[0157] Um terço das amostras dentre os lotes de concreto na câmara de carbonatação foram removidos após 20 horas de carbonatação, outro terço de amostras após 44 horas, e as amostras restantes após 65 horas de carbonatação. Foram realizados testes de pH, resistência à compressão e inspeção visual do concreto reagido durante 20 horas, com testes indicadores de fenolftaleína. Neste procedimento, 1 g de uma solução de fenolftaleína foi misturada com 70 ml de álcool! etílico, e subsequentemente diluída para 100 ml por adição de água desionizada. Essa solução, chamada de indicadora de fenolftaleína, foi pulverizada sobre a superfície do concreto recém cortada, lavada e secada ao ar. A cor rosa indica uma região parcialmente carbonatada ou não carbonatada. A área totalmente carbonatada não apresenta coloração rosa. A inspeção visual envolveu a verificação de qualquer queda de materiais soltos da superfície de concreto, que é uma indicação de uma superfície mais fraca ou mal reagida.
TABELA 2 - PROPORÇÕES DE MISTURA PARA O EXEMPLO 2 (EM kg) |O meregientes = | Br2Mbe1 | Bca-mhe2 | pc2-Mpes| o mentos | o | 13 | 1306 | as o o | o | eme a) e 5 | meo o os | 00 | o semesmet | o om | o0m |
[0158] Os materiais de enchimento usados para melhorar a resistência à água podem ser cinzas volantes Classe C ou Classe F, escória de alto forno granulada moída (GGBFS), pó de vidro fino, VCAS, fumo de sílica, pó de calcário, e suas combinações. Adições de componentes únicos como VCAS, cinzas volantes Classe C, fumo de sílica e GGBFS foram avaliadas no concreto de CSC. A Tabela 2 mostra uma dessas misturas com VCAS (Ex-2- Mix-3). A entrada de água otimizada no concreto de CSC por meio da adição de VCAS é observada nas figuras 16 a 18, à medida que a permeabilidade do ar, a absorção e a porosidade foram reduzidas em comparação com o concreto de CSC (Ex-2-Mix-2). As figuras 16 a 18 também mostram os valores de permeabilidade ao ar, absorção e porosidade para Ex-2-Mix-1, que é um concreto CPC de referência. O transporte de água, que é essencial para melhorar a durabilidade da estrutura de concreto, pode ser modificado no concreto Solidia& pela adição de diferentes tipos de materiais de enchimento (tanto reativos quanto não reativos). Os materials de enchimento normalmente preenchem os pequenos poros entre as partículas de cimento e melhoram o empacotamento geral dos sólidos na mistura de concreto. Isto resulta em menor porosidade e permeabilidade, bem como maior tortuosidade. Essas são propriedades desejadas para reduzir qualquer entrada de umidade ou de produtos químicos, tais como sais, que influenciam a corrosão do aço. EXEMPLO 3 - PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE CONCRETO DE CSC TENDO ALTO pH COM
[0159] Em um terceiro método, um concreto de CSC com alto pH foi desenvolvido aumentando-se o pH do concreto à base de CSC de baixo pH, após carbonatação.
[0160] O concreto Solidia& pode ser feito com diversas proporções de mistura com base na resistência, durabilidade e finalidade para a qual o concreto é usado. O conteúdo de materiais cimentícios para o concreto Solidia& pode estar entre 250 e 500 kg/m3, de preferência entre 350 e 450 kg/m3, o conteúdo de areia entre 700 e 1.000 kg/m?, o agregado de 14" (6,35 mm) entre 500 e 600 kg/m?, e o agregado de 3/8" (9,5 mm) entre 400 e 550 kg/m?. Além desses materiais sólidos, foram usados agentes redutores de água, incorporadores de ar e retardantes de endurecimento comerciais, em diferentes níveis de dosagem. O material cimentício incluiu cimento Solidia&, que é um cimento de CPC, materiais de enchimento reativos como cinzas volantes, escória, alumino silicato de cálcio vítreo (VCAS) e cimento Portland comum (CPC), e materiais de enchimento não reativos como pó de calcário fino, fumo de sílica e pó de vidro. O aditivo redutor de água pode estar em quantidades entre 3 ml/kg a 12 ml/kg de conteúdo cimentício; o agente incorporador de ar pode estar em quantidades entre 1 ml/kg a 7 ml/kg de conteúdo cimentício. O agente retardador de endurecimento pode estar em quantidades entre 3 ml/kg a 10 ml/kg, e um aditivo inibidor de corrosão pode ser adicionado a um nível de dosagem entre 10 ml/kg e 30 ml/kg de conteúdo cimentício.
[0161] Para o Exemplo 3, a quantidade real de todos os ingredientes usados para 4 tipos diferentes de misturas de concreto Solidia& é mostrada na Tabela 1.
[0162] 18 amostras cilíndricas de concreto baseado em CSC foram produzidas com cimento de CSC em um misturador de tanque, seguindo o procedimento de mistura padrão de acordo com as proporções de mistura mostradas na Tabela 1. As amostras cilíndricas de concreto (4” de diâmetro x 8” de altura, ou 10,16 cm x 20,32 cm) foram colocadas em uma câmara ambiental durante 4 horas com molde a 70 ºC e 50% de umidade relativa. As amostras foram removidas do molde e colocadas em uma autoclave à pressão ambiente, a 70 ºC e 50% de umidade relativa do ar, para cura por carbonatação durante 65 horas.
[0163] Amostras cilíndricas de concreto baseado em CSC foram embebidas em água saturada com cal durante 2 semanas para aumentar o pH de uma solução porosa contida nas amostras. A figura 19 mostra o pH de 4 tipos de amostras de concreto de CSC antes e depois da imersão em água saturada com cal durante duas semanas. Pode ser observado claramente que o pH do concreto de CSC reagido aumentou, independentemente da sua composição ou de seu pH inicial, mas ainda é muito menor quando comparado ao pH do concreto de CPC convencional. O início da corrosão, que é medida em termos de potencial de meia-célula nesses concretos, foi atrasado em cerca de 2 semanas em comparação com o controle de concreto baseado em CSC sem nenhum tratamento.
[0164] Ex-1-Mix-2 foi usada para produzir amostras ASTM G109 com vergalhões de aço carbono simples para avaliar o desempenho depois do tratamento pós-carbonatação com uma solução básica, para aumentar o pH da solução porosa.
[0165] Nas amostras ASTM G109, a camada superior da amostra prismática consiste em uma barra de reforço tendo uma cobertura de concreto de 0,75 polegadas (19 mm), com a camada inferior consistindo em duas barras. As duas camadas de reforço estão eletricamente conectadas com um resistor de 100 ohms. As amostras prismáticas foram colocadas em uma solução de cloreto de sódio à 3% (em peso) durante 4 dias, e mantidas secas por 3 dias; esses ciclos continuaram até que uma quantidade predefinida de carga foi medida entre as barras de reforço superior e inferior. A corrente de corrosão da macrocélula e os valores do Potencial de Meia-Célula (PMC) (versus Eletrodo de Sulfato de Cobre - Cobre [ESC]) das barras foram monitorados.
[0166] Para a avaliação do tratamento pós-carbonatação, uma solução de KOH 1 M foi usada, e a amostra ASTM G109 foi embebida nessa solução durante 3 semanas. Uma amostra de controle também foi incluída, que não foi exposta ao tratamento pós- carbonatação de imersão em solução de KOH 1 M. Ambas as amostras foram submetidas à exposição conforme explicado acima.
[0167] A figura 20 mostra valores do potencial de meia-célula exemplificativos para amostras ASTM G109 tratadas e não tratadas com KOH 1 M antes da colocação na solução de sal, e após colocação na solução de sal. A iniciação da corrosão nesses concretos foi atrasada em cerca de 2 semanas em comparação com o concreto de CSC de controle sem nenhum tratamento. EXEMPLO 4 - PROCESSO PARA PRODUÇÃO DE CONCRETO BASEADO EM CIMENTO TENDO BAIXO TEOR DE SILICATO DE CÁLCIO DE ALTO pH COM ADIÇÃO DE DIFERENTES PRODUTOS QUÍMICOS (ANTES DA CURA NA CÂMARA DE CURA POR CO»)
[0168] No quarto método, o pH da solução porosa de concreto Solidia& curado é aumentado pela adição de aditivos que conferem alto pH à mistura de concreto baseado em CSC durante o processo de mistura. Exemplos de aditivos que conferem alto pH são tetra-hidrato de nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, NaOH, bicarbonato de sódio, CPC, silicato de sódio, CaO queimado, MgO queimado, material reciclado de concreto (MRC) de alta alcalinidade, agregado de escória, e suas combinações.
[0169] Esses dois tipos de misturas (Ex-4-Mix-2 e Ex-4-Mix-3) são mostrados na Tabela 3, com as proporções de mistura usadas para produzir amostras cilíndricas e amostras ASTM G109. Ex-4-Mix-1 é um exemplo de mistura de controle de concreto Solidia& tendo um conteúdo total de material cimentício de 416 kg por metro cúbico de concreto, um conteúdo de areia de 913 kg, 583 kg de agregado de 44" (6,35 mm), e 485 kg de agregado de 3/8" (9,5 mm), por metro cúbico de concreto. Ex-4-Mix-2 é um projeto de mistura tendo 10% do cimento de CSC substituído por CPC, como substituto do cimento, com um teor de cimento total de 450 kg por metro cúbico de concreto. Ex-4-Mix-3 é um concreto Solidia& modificado em que o cimento Solidia& foi substituído por 6% de VCAS e 20% de
CPC em massa, e tetra-hidrato de nitrato de cálcio foi adicionado à mistura a 30 ml/kg em peso do conteúdo de cimento. No entanto, dentro do escopo desta invenção, a substituição de cimento pode estar entre 1% e 10% com VCAS, e entre 5 e 25% com CPC, ou outras proporções de materiais diferentes, tanto de materiais de enchimento reativos quanto não reativos.
[0170] Seis amostras de concreto cilíndrico (4" x 8", ou 10,16 cm x 20,32 cm), 3 amostras ASTM G109 (4,5" x 6" x 11", ou 11,43 x 15,24 x 27,94 cm) com aço carbono simples incorporado, e 3 amostras congeladas e descongeladas (3" x 4" x 16", ou 7,62 x 10,16 x 40,64 cm) foram produzidas para cada mistura. Essas amostras foram colocadas em uma câmara ambiental durante 4 horas com molde a 70 ºC e 50% de umidade relativa. As amostras foram desmoldadas e colocadas em uma câmara de cura por CO, à pressão ambiente e concentração de CO, acima de 95%, a 70 ºC e umidade relativa de 50%, para cura por carbonatação durante 65 horas.
[0171] Quatro das amostras cilíndricas dentre os lotes de concreto na câmara de carbonatação foram removidas após 65 horas de carbonatação. Essas amostras cilíndricas foram testadas para compressão, medição de pH e inspeção visual cortando-se 1 cilindro em duas partes e pulverizando-as com um indicador de fenolftaleína, para estimar o pH após cada duração de cura. Ex-4-Mix-1, Ex-4-Mix-2 e Ex-4-Mix-3 apresentaram um pH de 9,50, 10,60 e 10,65, respectivamente. TABELA 3 - PROPORÇÕES DE MISTURA (EM kg) PARA O EXEMPLO 4 [O mereientes = | BraMbel|Bcamho2 | pcampes| as o o | o | eae o jar | 3% |
| cmeregientes = [scamper) Bca-the2 | cabos] | Tematidrato demratodecétio — | o | o | o |
[0172] A resistência à compressão do concreto foi medida de acordo com à norma ASTM C39 após as amostras serem curadas durante um certo período na câmara de carbonatação. Ex-4-Mix-1, Ex-4-Mix-2 e Ex-4-Mix-3 apresentaram resistências de 8.620 psi (606,0 kgf/cm?), 7.020 psi (493,6 kgf/cm?) e 6.533 psi (459,3 kgf/cm2), respectivamente.
[0173] Três amostras ASTM G109 foram usadas para cada teste de corrosão.
[0174] Os valores de PMC medidos nas amostras de corrosão foram de mais de -350 mV para ambos os vergalhões superior e inferior, o que indicou um nível muito mais alto de atividade de corrosão do reforço de aço carbono simples.
[0175] A figura 21 mostra os valores de PMC para as amostras expostas à água doce, enquanto que a figura 22 mostra os valores de PMC para as amostras expostas à água Salgada. Pode ser observado na figura 20 que ambas as misturas de concreto de CSC com alto pH exibem valores de PMC mais negativos do que -350 mV, indicando a possibilidade de não haver início da corrosão mesmo após 145 dias de duração total de exposição à água doce. Na figura 20, pode ser observado que o concreto de CSC de baixo pH apresenta valores de PMC menos negativos que -500 mV a partir da primeira semana de exposição, indicando imitação de corrosão.
[0176] Da mesma forma, pode ser observado na figura 22 que o concreto de CSC de alto pH (Ex-5-Mix-3) exibe valores de PMC mais negativos do que -350 mV, indicando que não há iniciação de corrosão, mesmo após 63 dias de exposição total à solução de água com sal em ciclos W / D (Wet / Dry - Úmido / Seco), enquanto que a mistura 2 de alto pH foi boa apenas durante 21 dias. Isto indica que o concreto de CSC de alto pH aqui estudado apresenta bom desempenho em água doce e salgada por até 145 dias e 60 dias,
respectivamente. EXEMPLO 4A - DURABILIDADE PARA CONGELAMENTO E DESCONGELAMENTO DO CONCRETO BASEADO EM CSC DE BAIXO pH E DO CONCRETO BASEADO EM CSC DE ALTO pH
[0177] A durabilidade para congelamento e descongelamento (CD) do concreto baseado em CSC (de baixo pH) e do concreto de CSC modificado (alto pH) foi avaliada de acordo com o procedimento ASTM C666, para amostras produzidas com os projetos de misturas indicados na Tabela 3. A figura 23 mostra o valor médio do módulo de elasticidade dinâmico relativo para concreto de CSC após exposição a 300 ciclos de CD. Esse teste foi realizado para avaliar a adequação das misturas de concreto baseado em CSC de baixo pH e de concreto baseado em CSC de alto pH (valores de pH mais altos) para condições de clima frio, além da resistência à corrosão para reforços de aço carbono simples embutidos.
[0178] Pode ser observado na figura 22 que as tanto as misturas de concreto baseado em CSC de baixo pH quanto as misturas de concreto baseado em CSC de alto pH sobreviveram a 300 ciclos de CD com sucesso, pois os valores de RDME (Relative Dynamic Modulus of Elasticity - Módulo de Elasticidade Dinâmico Relativo) de todo o concreto de CSC testado foram superiores a 90%. Isto é muito melhor do que o valor mínimo (60%) recomendado pela norma ASTM C666. Isto indica que as modificações feitas no concreto baseado em CSC de alto pH para aumentar a resistência à corrosão não afetaram negativamente a durabilidade do congelamento e descongelamento.
[0179] Após a inspeção visual das amostras de concreto de 3" x 4" x 16" (7,62 x 10,16 x 40,64 cm) feitas com diferentes tipos de concreto de CSC, e expostas a 150 e 300 ciclos de congelamento e descongelamento, nenhuma incrustação visível no concreto de CSC modificado foi observada após 300 ciclos de CD. Assim, pode-se concluir que o concreto de CSC com alto pH apresenta excelente desempenho no teste de congelamento e descongelamento em comparação com o concreto de CSC com baixo pH, que também atende às especificações ASTM C666, mas apresenta algumas incrustações na superfície do concreto. EXEMPLO 5 - AUMENTO DO pH DO CONCRETO BASEADO EM CSC ATRAVÉS DA REDUÇÃO DA CONCENTRAÇÃO DE GÁS DIÓXIDO DE CARBONO NA CÂMARA DE CURA POR CO,
[0180] Em um quinto método proposto, o pH do concreto reagido pode ser mantido em níveis mais elevados mantendo-se a concentração de dióxido de carbono na câmara de cura por CO; em uma faixa entre 10% e 95%.
[0181] No exemplo 5, Ex-5-Mix-1 é uma mistura de controle de concreto Solidia& sem material de enchimento, e Ex-5-Mix-2 tem 20% de CPC como uma substituição ao cimento, com um conteúdo cimentício total de 415 kg por metro cúbico de concreto. À substituição do cimento por CPC pode estar entre 1% a 30%, e / ou incluindo outras proporções de materiais diferentes, tanto de materiais de enchimento reativos quanto não reativos. Neste exemplo, a cura do concreto na câmara de carbonatação foi realizada com 60% de concentração de CO, durante 20 horas, 40 horas após o pré-condicionamento inicial em umidade relativa na câmara a 60 ºC e com ar a 60% de umidade relativa. Em algumas formas de incorporação, o conteúdo de agente redutor de água pode estar entre 3 a 12 ml/kg de material cimentício, e o conteúdo de agente incorporador de ar pode estar entre 1 ml/kg a 7 ml/kg de material cimentício. O conteúdo de agente de retardamento de endurecimento pode estar entre 3 a 10 ml/kg de material cimentício.
[0182] Para o Exemplo 5, à quantidade real de todos os ingredientes usados é mostrada na Tabela 4. Dois níveis diferentes de concentrações de CO>r (60% e 80%) são usados neste exemplo para a cura por carbonatação de concreto Solidia&, embora a concentração possa estar entre 45 e 100 porcento.
[0183] O concreto de CSC foi produzido com CSC em um misturador de tanque, seguindo o procedimento de mistura padrão de acordo com as proporções da mistura. As amostras cilíndricas de concreto (4" x 8”, ou 10,16 cm x 20,32 cm) foram colocadas em uma câmara ambiental durante 3 horas com molde a 60 ºC e 60% de umidade relativa. As amostras foram desmoldadas e colocadas em uma autoclave à pressão ambiente e 60 ºC e 60% de umidade relativa, a uma concentração de CO, de 80%, para cura por carbonatação durante 65 horas.
[0184] Seis amostras cilíndricas dentre os lotes de concreto na câmara de carbonatação foram removidos após 65 horas de carbonatação, para testes de resistência à compressão, medição de pH e inspeção visual. TABELA 4 - PROPORÇÕES DA MISTURA DE CONCRETO PARA O EXEMPLO 5 (EM kg)
Ingredientes | Ex-4-Mix-1 | Ex-a-Mix-2| Cimento Solidia& CPC (Tipo 1/ 1) = o | 31 | Areia de construção Agregados de 14" (6,35 mm) Agregados de 3/8" (9,5 mm) Total de componentes sólidos Água de torneira Sika Plastiment Total de componentes líquidos
[0185] A resistência à compressão do concreto foi medida de acordo com norma ASTM C39 após as amostras terem sido curadas durante 65 horas a 60 ºC e 60% de umidade relativa a uma menor concentração de CO; na câmara de carbonatação. Conforme discutido anteriormente, o pH do concreto de CSC reagido foi medido.
[0186] A resistência à compressão e os valores de pH são mostrados na figura 24 para duas misturas de concreto Solidia& curadas durante 65 horas em dois níveis diferentes de concentração de CO, (60% e 80%). Pode ser observado claramente na figura 24 que Ex- 5-Mix-1 atinge maior resistência à compressão na concentração de 60% de CO; em comparação com a concentração de 80% de CO». No entanto, para Ex-5-Mix-2, uma maior resistência à compressão é obtida com um nível de concentração de CO, de 80%. Assim, a adição de CPC no projeto de mistura parece impactar o desenvolvimento de resistência em uma determinada concentração de CO. Pode ser observado na figura 24 que o pH da solução porosa medido para esses concretos exibe valores em torno de 11,30 ou maior, com o aço carbono simples permanecendo em uma condição passiva (o que significa que nenhuma atividade de corrosão terá início). A figura 25 mostra as condições de cura para as misturas 1 e 2 do Exemplo 5.
[0187] A invenção do Requerente é aqui descrita em formas de incorporação preferenciais com referência às figuras, nas quais números semelhantes representam os mesmos elementos ou elementos semelhantes. Ao longo desta especificação, a referência a "uma forma de incorporação" ou algum termo semelhante significa que um aspecto, estrutura ou característica particular, descritos em conexão com a forma de incorporação, estão incluídos em pelo menos uma forma de incorporação da presente invenção. Assim, ao longo desta especificação, o aparecimento das frases "em uma forma de incorporação" ou similares podem todas fazer referência, porém não necessariamente, à mesma forma de incorporação.
[0188] Os aspectos, estruturas ou características da invenção do Requerente, aqui descritos, podem ser combinados de qualquer maneira adequada em uma ou mais formas de incorporação. Na presente descrição, numerosos detalhes específicos são recitados para proverem uma compreensão completa das formas de incorporação da invenção. Um especialista na técnica relevante reconhecerá, no entanto, que a composição e / ou o método do Requerente podem ser praticados sem um ou mais dos detalhes específicos, ou com outros métodos, componentes, materiais, e assim por diante. Em outros casos, estruturas, materiais ou operações bem conhecidos não são mostrados ou descritos em detalhes, para evitar obscurecer aspectos da invenção.
[0189] Outras formas de incorporação dentro do escopo das reivindicações serão evidentes para um especialista na técnica a partir da consideração desta especificação ou da prática da invenção conforme aqui descritas. É pretendido que a especificação seja considerada apenas exemplificativa, com o escopo e o espírito sendo indicados pelas reivindicações.
[0190] Em vista do que foi exposto acima, será observado que as diversas vantagens são obtidas, e ainda outras vantagens são alcançadas.
[0191] Como várias modificações podem ser feitas nos métodos e composições acima, sem fugir do escopo da invenção, é pretendido que todos os assuntos contidos na descrição acima sejam interpretados como ilustrativos e não em um sentido limitativo.
[0192] Todas as referências citadas nesta especificação são aqui incorporadas como referência. A discussão das referências tem meramente a intenção de resumir as afirmações feitas pelos autores e nenhuma admissão é feita de que qualquer referência constitua o estado da técnica anterior. Os Requerentes se reservam o direito de contestarem a exatidão e a pertinência das referências citadas.
[0193] Quaisquer números que expressem quantidades de ingredientes, constituintes, condições de reação, e assim por diante, usados neste pedido de patente, devem ser entendidos como sendo modificados em todos os casos pelo termo "cerca de". Não obstante as faixas e parâmetros numéricos estabelecidos, o amplo escopo do assunto aqui apresentado são aproximações, e os valores numéricos estabelecidos são indicados com a maior precisão possível. Qualquer valor numérico, no entanto, pode conter inerentemente certos erros ou imprecisões evidentes, por exemplo, a partir do desvio padrão encontrado em suas respectivas técnicas de medição. Nenhuma das características aqui citadas deve ser interpretada de modo à invocar o item de lei 35 USC 8112, 6, a menos que o termo "meio" seja explicitamente usado.
Claims (1)
- Reivindicações1. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, compreendendo: uma matriz de ligação incluindo uma pluralidade de elementos de ligação; e uma pluralidade de poros compreendendo uma solução porosa tendo um pH superior a cerca de 9,5; caracterizado por cada elemento de ligação compreender: um núcleo, com o núcleo compreendendo um material carbonatável; uma primeira camada rica em sílica que recobre pelo menos parcialmente alguma porção periférica do núcleo; e uma segunda camada rica em carbonato de cálcio e / ou de magnésio que recobre pelo menos parcialmente alguma porção periférica da primeira camada rica em sílica; com o material compósito carbonatado tendo uma resistência à compressão de3.500 psi (246 kg/cm?) ou maior.2. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a solução porosa apresentar um pH de cerca de 10 a aproximadamente 13,5.3. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o material compósito carbonatado apresentar uma resistência à compressão de 4.000 psi (281,2 kg/cm2?) ou maior.4. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 2, caracterizado por o material compósito carbonatado apresentar uma resistência à compressão de 5.000 psi (351,5 kg/cm?) ou maior.5, MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o material compósito carbonatado apresentar uma resistência à compressão superior a cerca de 7.000 psi (492,1 kg/cm?).6. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 4, caracterizado por o material compósito carbonatado apresentar uma resistência à compressão superior a cerca de 10.000 psi (703 kg/cm?).7. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por à matriz de ligação compreender ainda um ou mais aditivos de aumento de pH.8. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizado por um ou mais aditivos de aumento de pH serem selecionados a partir do grupo consistindo em tetra-hidrato de nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, NaOH, bicarbonato de sódio, CPC, silicato de sódio, material reciclado de concreto de alta alcalinidade, agregado de escória, CaO queimado, MgO queimado, e suas combinações.9. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o corpo poroso compreender ainda um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água.10. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizado por um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água serem selecionados a partir do grupo consistindo em cinzas volantes Classe C, cinzas volantes Classe F, escória de alto forno granulada moída (GGBFS), pó de vidro fino, aluminossilicato de cálcio vítreo, fumo de sílica, pó de calcário, e suas combinações.11. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por o corpo poroso compreender ainda um ou mais aditivos redutores de água, aditivos incorporadores de ar, retardadores de endurecimento, e combinações dos mesmos.12. OBJETO DE CONCRETO, compreendendo o material compósito carbonatado de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por compreender ainda um ou mais componentes de ferro ou aço pelo menos parcialmente embutidos nele.13. OBJETO DE CONCRETO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por um ou mais componentes de ferro ou aço serem feitos de aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado, e / ou aço inoxidável.14. OBJETO DE CONCRETO, de acordo com a reivindicação 12, caracterizado por um ou mais componentes de ferro ou aço serem uma barra ou malha de reforço.15. MÉTODO PARA FAZER UM MATERIAL BASEADO EM CIMENTO COM BAIXO TEOR DE SILICATO DE CÁLCIO CARBONATADO, caracterizado por compreender: misturar um cimento possuindo baixo teor de silicato de cálcio com água e partículas de enchimento compreendendo CaO ou SiO> tendo um tamanho de partícula de0,1 um a 1.000 um, para formar uma mistura úmida; conformar a mistura úmida em um molde, com a mistura úmida moldada apresentando uma pluralidade de poros contendo pelo menos parte da água, em que a água dissolve pelo menos alguns elementos do cimento tendo baixo teor de silicato de cálcio e / ou das partículas de enchimento, para produzir uma solução porosa, com a solução porosa na mistura úmida moldada tendo um pH de 11,5 ou superior; remover do molde a mistura úmida moldada, para obter um corpo poroso compreendendo poros contendo a solução porosa; e curar o corpo poroso compreendendo poros contendo a solução porosa, sob condições de uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kgf/cm2); uma temperatura na faixa de cerca de 30 ºC até aproximadamente 90 ºC; uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90%; uma atmosfera tendo uma concentração de gás CO, de cerca de 15% a aproximadamente 100%; e tendo uma duração de cerca de 8 horas até aproximadamente 28 dias, para formar o material carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio compreendendo poros contendo um solução porosa modificada, com a solução porosa modificada no material compósito carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio curado tendo um pH igual a pelo menos 9,5.16. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por à solução porosa modificada no material compósito carbonatado baseado em cimento com baixo teor de silicato de cálcio curado apresentar um pH de cerca de 10 a aproximadamente 13,5.17. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda, antes da etapa de cura, cortar ou de outra forma manipular o corpo poroso em um formato de produto desejado.18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por o corpo poroso compreender ainda um ou mais aditivos de aumento de pH.19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 18, caracterizado por um ou mais aditivos de aumento de pH serem selecionados a partir do grupo consistindo em tetra- hidrato de nitrato de cálcio, nitrito de cálcio, NaOH, bicarbonato de sódio, CPC, silicato de sódio, material reciclado de concreto de alta alcalinidade, agregado de escória, CaO queimado, MgO queimado, e suas combinações.20. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda a adição de um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água durante a formação da mistura úmida.21. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 20, caracterizado por um ou mais aditivos para melhorar a resistência à água serem selecionados a partir do grupo consistindo em cinzas volantes Classe C, cinzas volantes Classe F, escória de alto forno granulada moída (GGBFS), pó de vidro fino, cálcio vítreo aluminossilicato, fumo de sílica, pó de calcário, e suas combinações.22. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda a adição de um ou mais agentes redutores de água, agentes incorporadores de ar, retardadores de endurecimento, ou combinações dos mesmos, quando a mistura úmida é formada.23. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda a incorporação, pelo menos parcialmente, de um ou mais componentes de ferro ou aço dentro da mistura úmida moldada.24. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por um ou mais componentes de ferro ou aço serem feitos de aço carbono simples, aço revestido com epóxi, aço galvanizado, e / ou aço inoxidável.25. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 23, caracterizado por um ou mais componentes de ferro ou aço serem uma barra ou malha de reforço.26. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por compreender ainda a pré-cura da mistura úmida moldada e a remoção da mistura úmida moldada pré- curada do molde, para obter um corpo poroso compreendendo poros contendo a solução porosa.27. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 26, caracterizado por a pré-cura ser realizada sob uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kg/cm?), uma temperatura de cerca de 30 ºC a aproximadamente 90 ºC, uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90 %, uma atmosfera tendo uma concentração de gás CO, de cerca de 15% a aproximadamente 100%, e tendo uma duração de cerca de 3 horas até aproximadamente 14 dias.28. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a cura ser realizada sob uma pressão aproximadamente igual à pressão atmosférica até cerca de 30 psi (2,11 kg/cm?), uma temperatura de cerca de 30 ºC a aproximadamente 90 ºC, uma umidade relativa de cerca de 10% a aproximadamente 90 %, uma atmosfera tendo uma concentração de gás CO, de cerca de 15% a aproximadamente 100%, e tendo uma duração de cerca de 24 horas até aproximadamente 28 dias.29. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a solução porosa na mistura úmida moldada apresentar um pH de cerca de 12 ou maior.30. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 15, caracterizado por a solução porosa na mistura úmida moldada apresentar um pH de cerca de 10 até aproximadamente 13,5.31. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado por a cura ser realizada sob condições nas quais o material compósito carbonatado resultante apresenta uma resistência à compressão pelo menos de cerca de 3.500 psi (246 kg/cm?).32. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por a resistência à compressão ser de 4.000 psi (281,2 kg/cm?) ou superior.33. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por a resistência à compressão ser de 5.000 psi (351,5 kg/cm?) ou maior.34. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por a resistência à compressão ser maior do que cerca de 7.000 psi (492,1 kg/cm?).35. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 31, caracterizado por a resistência à compressão ser maior do que cerca de 10.000 psi (703 kg/cm?).36. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado por a cura ser realizada durante pelo menos 8 horas.37. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 30, caracterizado por a cura ser realizada durante pelo menos 20 horas38. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado por a cura ser realizada em menos de aproximadamente 7 dias.39. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 36, caracterizado por a cura ser realizada em menos de aproximadamente 14 dias.40. MATERIAL COMPÓSITO CARBONATADO, caracterizado por ser produzido por um método de acordo com a reivindicação 15.41. OBJETO DE CONCRETO, caracterizado por compreender um material compósito carbonatado de acordo com a reivindicação 38.
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