BRPI0609690A2

BRPI0609690A2 - composição de concreto de baixo peso, leito de estrada, artigo de construção pré-moldado e/ou pré-tensionado, método de produção de um artigo de composição de concreto de baixo peso otimizado, e, artigo de concreto de baixo peso

Info

Publication number: BRPI0609690A2
Application number: BRPI0609690-5A
Authority: BR
Inventors: David A Cowan; John K Madish; Roger Morre; Tobias Blain Hileman; Tricia Guevara; Michael T Williams; Kolapo Adewale
Original assignee: Nova Chem Inc
Priority date: 2005-03-22
Filing date: 2006-03-22
Publication date: 2011-10-18
Also published as: AU2006226916A1; WO2006102523A8; JP2008536783A; CA2600998A1; JP2008534418A; US8029617B2; US7744692B2; US7644548B2; US20060225618A1; EP1861559A2; ATE515485T1; US7699929B2; AU2006226916B2; US20100064943A1; EP1871724A2; WO2006102523A2; WO2006102634A2; HK1110369A1; MX2007011640A; MX2007011485A

Abstract

COMPOSIçãO DE CONCRETO DE BAIXO PESO, LEITO DE ESTRADA, ARTIGO DE CONSTRUçãO PRE-MOLDADO E/OU PRé-TENSIONADO, MéTODO DE PRODUçãO DE UM ARTIGO DE COMPOSIçãO DE CONCRETO DE BAIXO PESO OTIMIZADO, E, ARTIGO DE CONCRETO DE BAIXO PESO. Uma composição de concreto de baixo peso contendo de 10 a 90 porcento em volume de uma composição de cimento, de 10 a 90 porcento em volume de partículas tendo um diâmetro médio de partícula de 0,2 mm a 8 mm, uma densidade em massa de 0,03 g/cm^3^ a 0,64 g/cm^3^, uma relação de aspecto de 1 a 3, e de O a 50 porcento em volume de agregado; onde a soma dos componentes usados não excede a 100 porcento em volume, e onde após a composição de concreto de baixo peso ser fixada ela possui uma intensidade compressiva de pelo menos 1700 psi (11,7 MPa) como testado de acordo com ASTM C39 após sete dias. A composição de concreto pode ser usada para produzir unidades de alvenaria de concreto, painéis de construção, leitos de estrada e outros artigos.

Description

"COMPOSIÇÃO DE CONCRETO DE BADCO PESO, LEITO DE ESTRADA, ARTIGO DE CONSTRUÇÃO PRÉ-MOLDADO E/OU PRÉ- TENSIONADO, MÉTODO DE PRODUÇÃO DE UM ARTIGO DE COMPOSIÇÃO DE CONCRETO DE BAIXO PESO OTIMIZADO, E, ARTIGO DE CONCRETO DE BAIXO PESO" FUNDAMENTOS DA INVENÇÃO

1. Campo da Invenção

A presente invenção é direcionada a novas composições, materiais, métodos de seu uso e métodos de sua fabricação que são de uma forma geral úteis como agentes nos ramos de construção e edificação. Mais especificamente, os compostos da presente invenção podem ser usados nas aplicações de construção e edificação que beneficiam um material de baixo peso, ampliável, moldável, despejável que possui alta intensidade e freqüentemente propriedades melhoradas de isolamento.

2. Descrição da Técnica Anterior

No campo de preparação e uso de materiais de cimentação, tais como o assim chamado concreto de baixo peso, os materiais que foram disponíveis nos comércios até agora têm geralmente requerido a adição de vários constituintes para obter uma massa de concreto forte, mas de baixo peso que possui uma homogeneidade de constituintes e que é uniformemente ligado através da massa.

As Patentes U.S. N- 3.214.393, 3.257.338 e 3.272.765 apresentam misturas de concreto que contêm cimento, um agregado primário, polímero de estireno expandido particulado, e um aditivo de homogeneização e/ou tensoativo.

A Patente U.S. N- 3.021.291 apresenta um método de produção de concreto celular mediante a incorporação na mistura de concreto, antes da fundição da mistura, de um material polimérico que expandirá sob a influência de calor durante a cura. A forma e o tamanho das partículas poliméricas não são críticas.

A Patente U.S. Ne 5.580.378 divulga um produto de cimentação de baixo peso preparado de uma mistura de cimentação aquosa que pode incluir cinza volante, cimento Portland, areia, cal e, como um componente de guarda do peso, partículas de poliestireno micronizada tendo tamanhos de partícula na faixa de 50 a 2000 μm e uma densidade de cerca de 1 lb/ft3 (0,02 g/cm3 ). A mistura pode ser despejada em produtos moldados tais como paredes de fundação, telhas de telhado, tijolos e outros mais. O produto pode também ser usado como uma argamassa de pedreiro, um emboço, um reboco ou uma estrutura.

A JP 9 071 449 apresenta um concreto de baixo peso que inclui cimento Portland e um agregado de baixo peso tal como poliestireno espumado, perlita ou vermiculita como uma parte ou todas as partes do agregado. O poliestireno espumado possui um diâmetro de grânulo de 0,1 a 10 mm e uma gravidade específica de 0,01 a 0,08.

As Patentes U.S. N- 5.580.378, 5.622.556 e 5.725.652 apresentam produtos de cimentação de baixo peso preparados de uma mistura de cimentação aquosa que inclui cimento e xisto expandido, argila, ardósia, cinza volante, e/ou cal, e um componente de guarda de peso, que é partículas de poliestireno micronizado tendo tamanhos de partícula na faixa de 50 a 2000 μm, e caracterizado por ter conteúdos de água na faixa de cerca de 0,5% a 50% v/v.

A Patente U.S. N2 4.265.964 divulga composições de baixo peso para unidades estruturais tais como painéis de material prensado e outros mais, que contêm grânulos expansíveis de densidade baixa; um material de base de cimentação, tal como, gesso; um tensoativo; um aditivo que atua como um agente espumante para incorporar uma quantidade apropriada de ar dentro da mistura; uma componente de formação de película; e um amido. Os grânulos termoplásticos expansíveis são expandidos tão completamente quanto possível.

A WO 98 02 397 divulga telhas de cobertura de concreto de baixo peso produzidas pela moldagem de uma composição aglutinante hidráulica contendo espumas de resina sintéticas como o agregado e tendo uma gravidade específica de cerca de 1,6 a 2.

A WO 00/61519 divulga um concreto de baixo peso que inclui uma mistura ao redor de 40% a 89% de material polimérico orgânico e de 1% a perto de 60% de um agente de arrasto de ar. A mistura é usada para a preparação de concreto de baixo peso que utiliza agregado de poliestireno. A mistura é requerida para dispersar o agregado de poliestireno e melhorar a ligação entre o agregado de poliestireno e aglutinante de cimentação circundante.

A WO 01/66485 apresenta uma mistura de cimentação de baixo peso contendo em volume: de 5 a 80% de cimento, de 10 a 65% de partículas de poliestireno expandido; de 10 a 90% de partículas minerais expandidas; e água suficiente para produzir uma pasta com uma distribuição substancialmente uniforme de poliestireno expandido após mistura própria.

A Patente U.S. N2 6.851.235 divulga um bloco de edificação que inclui uma mistura de água, cimento, e glóbulos de espuma de poliestireno expandido (EPS) que possuem um diâmetro de 3,18 mm (1/8 pol) a 9,53 mm (3/8 pol) nas proporções de 68 a 95 litros (18 a 25 galões) de água; de 150 a 190 kg (325 a 425 lb) de cimento; e de 850 a 1400 litros (30 a 50 pés cúbicos) de glóbulos Prepuff.

A Patente U.S. N2 5.913.791 apresenta um bloco de edificação que possui uma camada de ligação com base em cimento em uma ou ambas superfícies exteriores do bloco que recebe e sustenta uma penetração mais rápida tal como um prego, parafuso, grampo, ou coisa parecida. Uma camada com base em cimento contém água, cimento, e glóbulos de espuma de poliestireno expandido nas primeiras proporções e uma segunda superfície exterior contém água, cimento, e glóbulos de espuma de poliestireno expandido em segundas proporções diferentes do que as primeiras proporções.

Geralmente, a técnica anterior reconhece a utilidade de se usar polímeros expandidos, em alguma forma, em composições de concreto, para reduzir o peso total das composições. Os polímeros expandidos são principalmente adicionados para ocupar o espaço e criar vazios no concreto e a quantidade de "espaço de ar" no polímero expandido é tipicamente maximizado para obter este objetivo. Geralmente, a técnica anterior admite que as partículas poliméricas expandidas diminuirão a intensidade e/ou integridade estrutural das composições de concreto de baixo peso. Além disso, os artigos de concreto produzidos a partir das composições de concreto de baixo peso da técnica anterior possuem na melhor das hipóteses propriedades físicas inconsistentes, tais como módulo de Young, condutividade térmica, e intensidade compressiva, e tipicamente demonstram propriedades físicas menores do que o desejável.

Portanto, existe uma necessidade na técnica para composições de concreto de baixo peso que fornecem artigos de concreto de baixo peso tendo propriedades físicas prognosticáveis e desejáveis que superem os problemas descritos acima.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção fornece uma composição de concreto de baixo peso contendo de 10 a 90 porcento em volume de uma composição de cimento, de 10 a 90 porcento em volume de partículas tendo um diâmetro médio de partícula de 0,2 mm a 8 mm, uma densidade em massa de 0,028 g/cm3 a 0,64 g/cm3 , uma relação de aspecto de 1 a 3, e de 0 a 50 porcento em volume de agregado, onde a soma dos componentes usados não excede a 100 porcento em volume; e onde após a composição de cimentação de baixo peso ser fixada durante sete dias, ela possui uma intensidade compressiva de pelo menos 1700 psi (11,7 MPa) como testado de acordo com ASTM C39. DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

A FIG. 1 é um micrógrafo eletrônica de varredura da superfície de um glóbulo pré-soprado usado na invenção;

A FIG. 2 é um micrógrafo eletrônico de varredura do interior de um glóbulo pré-soprado usado na invenção;

A FIG. 3 é um micrógrafo eletrônico de varredura da superfície de um glóbulo pré-soprado usado na invenção;

A FIG. 4 é um micrógrafo eletrônico de varredura do interior de um glóbulo pré-soprado usado na invenção;

A FIG. 5 é um micrógrafo eletrônico de varredura da superfície de um glóbulo pré-soprado usado na invenção; e

A FIG. 6 é um micrógrafo eletrônico de varredura do interior de um glóbulo pré-soprado usando na invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Diferentes dos exemplos de operação ou onde de outra maneira indicada, todos os números ou expressões que se referem às quantidades de ingredientes, condições de reação, etc. usados no relatório descritivo e reivindicações devem ser entendidos como modificados em todos os exemplos pelo termo "cerca de". Conseqüentemente, a não ser que indicado ao contrário, os parâmetros numéricos apresentados no seguinte relatório descritivo e unidos às reivindicações são aproximações que podem variar sobre as propriedades desejadas, que a presente invenção deseja obter. No mínimo, e não como uma tentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes para o escopo das reivindicações, cada parâmetro numérico deve pelo menos ser interpretado na compreensão do número de dígitos significativos relatados e mediante a aplicação de técnicas de arredondamento usuais.

Não obstante que as faixas e parâmetros numéricos que apresentam o amplo escopo da invenção sejam aproximações, os valores numéricos apresentados nos exemplos específicos são relatados tão precisamente quanto possível. Quaisquer valores numéricos, no entanto, inerentemente contêm certos erros necessariamente resultantes do desvio padrão observado em suas respectivas medições de teste.

Também, deve ficar entendido que qualquer faixa numérica aqui relatada é destinada a incluir todas as sub-faixas nela incluídas. Por exemplo, uma faixa de "1 a 10" é destinada a incluir todas as sub-faixas entre e incluindo o valor mínimo relatado de 1 e o valor máximo relatado de 10; isto é, tendo um valor mínimo igual ou maior do que 1 e um valor máximo de igual a menor do que 10. Por causa das faixas numéricas apresentadas serem contínuas, elas incluem todos os valores entre os valores mínimos e máximos.

A não ser que expressamente indicado de outra maneira, as várias faixas numéricas específicas neste pedido são aproximações.

Como aqui usado, o termo, "partículas contendo espaços vazios" se refere às partículas poliméricas expandidas, partículas pré- sopradas, e outras partículas que incluem câmaras celulares e/ou tipo alveolar pelo menos algumas das quais são completamente fechadas, que contêm ar ou gás específico ou combinação de gases, como um exemplo não limitativo de partículas pré-sopradas como aqui descritas.

Como aqui usado os termos "cimento" e "cimentação" se referem aos materiais que se ligam a um concreto ou outro produto monolítico, não ao próprio produto final. Em particular, o cimento hidráulico se refere a um material que se fixa e endurece mediante a passagem por uma reação de hidratação na presença de uma quantidade suficiente de água para produzir um produto endurecido final.

Como aqui usado, o termo "mistura de cimentação" se refere a uma composição que inclui um material de cimento, e uma ou mais cargas, adjuvantes, ou outros agregados e/ou materiais conhecidos na técnica que formam uma pasta fluida que endurece após a cura. Os materiais de cimento incluem, mas não são limitados a eles, cimento hidráulico, gesso, composições de gesso, cal e outros mais e podem ou não podem incluir água. Adjuvantes e cargas incluem, mas não são limitados a eles, areia, argila, cinza volante, agregado, agentes de arrasto de ar, colorantes, redutores/super plastificantes em água, e outros mais.

Como aqui usado, o termo "concreto" se refere a um material de construção forte sólido produzido pela mistura de uma mistura de cimentação com água suficiente para fazer com que a mistura de cimentação se fixe e se ligue à massa inteira.

Como aqui usado, todas as porcentagens em volume e em peso antecipam o uso de um certo volume ou peso de água. As quantidades particulares quando se refere a uma composição de mistura seca ou mistura pronta devem ser na mesmas proporções antecipando que a quantidade proporcional de água será adicionada à mistura seca quando seria finalmente formulada, misturada e de outra maneira disposta para uso.

Todas as faixas composicionais aqui expressas são limitadas no total e não excedem a 100 porcento (porcento em volume ou porcento em peso) na prática. Onde múltiplos componentes podem estar presentes em uma composição, a soma das quantidades máximas de cada componente pode exceder a 100 porcento, com a compreensão, e como aqueles versados na técnica facilmente entenderiam, que as quantidades dos componente realmente usadas obedeceriam ao máximo de 100 porcento.

Como aqui usado, os termos "(met)acrílico" e "(met)acrilato" significam incluir derivados de ácido tanto acrílico quanto metacrílico, tais como os ésteres alquílicos correspondentes freqüentemente referidos como acrilatos e (met)acrilatos, em que o termo "(met)acrilato" significa para abranger.

Como aqui usado, o termo "polímero" significa abranger, sem limitação, homopolímeros, copolímeros, copolímeros de enxerto, e misturas e combinações destes.

Em seu contexto mais amplo, a presente invenção fornece um método de controle de entrada de ar em um artigo formado. O artigo formado pode ser produzido de qualquer material moldável, onde as partículas contendo espaços vazios são usados para arrastar ar em uma maneira estruturalmente sustentada. Qualquer material moldável adequado pode ser usado, contanto que as partículas contendo espaços vazios não sejam danificadas durante o processo de formação.

Como aqui usado, o termo "material compósito" se refere a um material sólido que inclui duas ou mais substâncias tendo características físicas diferentes e em que cada substância retém sua identidade embora contribuindo com as propriedades desejáveis na totalidade. Como um exemplo não limitativo, os materiais compósitos podem incluir concreto dentro do qual glóbulos pré-soprados são uniformemente dispersos e embutidos.

Assim, a presente invenção é direcionada aos métodos de controle do arrasto de ar onde um artigo é formado mediante a combinação de um material moldável e partículas contendo espaços vazios para fornecer uma mistura e colocação da mistura em uma forma.

Embora o pedido apresente com detalhes misturas de cimentação com partículas poliméricas, os conceitos e formas de realização aqui descritas podem ser aplicadas por aqueles versados na técnica para outras aplicações descritas acima.

As formas de realização da presente invenção são direcionadas às composições de concreto de baixo peso (LWC) que inclui uma mistura de cimentação e partículas poliméricas. Surpreendentemente, foi observado que o tamanho, composição, estrutura e propriedades físicas das partículas poliméricas expandidas, e alguns exemplos de seus precursores de glóbulo de resina, podem grandemente afetar as propriedades físicas dos artigos de LWC produzidas das composições de LWC da invenção. De nota particular é a conexão entre o tamanho de glóbulo e a densidade de partícula polimérica expandida sobre as propriedades físicas dos artigos de LWC resultantes.

Em uma forma de realização da invenção, a mistura de cimentação pode ser uma mistura de cimentação aquosa.

As partículas poliméricas, que podem opcionalmente ser partículas poliméricas expandidas, estão presentes na composição de LWC em um nível de pelo menos 10, em alguns exemplos pelo menos 15, em outros exemplos pelo menos 20, em situações particulares até 25, em alguns casos pelo menos 30, e em outros casos pelo menos 35 porcento em volume e até 90, em alguns casos até 85, em outros casos até 78, em alguns exemplos até 75, em outros exemplos até 65, nos exemplos particulares até 60, em alguns casos até 50, e em outros casos até 40 porcento em volume com base no volume total da composição de LWC. A quantidade de polímero variará dependendo das propriedades físicas particulares desejadas em um artigo de LWC acabado. A quantidade de partículas poliméricas na composição de LWC pode ser qualquer valor ou pode variar entre qualquer um dos valores relatados acima.

As partículas poliméricas podem incluir quaisquer partículas derivadas de qualquer material termoplástico expansível. As partículas poliméricas efetivas são selecionadas com base nas propriedades físicas particulares desejadas em um artigo de LWC acabado. Como um exemplo não limitativo, as partículas poliméricas, que podem opcionalmente ser partículas poliméricas expandidas, podem incluir um ou mais polímeros selecionados de homopolímeros de monômeros vinil aromáticos; copolímeros de pelo menos um monômero vinil aromático com um ou mais de divinilbenzeno, dienos conjugados, metacrilatos de alquila, acrilatos de alquila, acrilonitrila, e/ou anidrido maleico; poliolefmas; policarbonatos; poliésteres; poliamidas; borrachas naturais; borrachas sintéticas; e combinações destes.

Em uma forma de realização da invenção, as partículas poliméricas incluem homopolímeros ou copolímeros termoplásticos selecionados de homopolímeros derivados de monômeros vinil aromáticos incluindo estireno, isopropilestireno, alfa-metilestireno, metilestirenos nucleares, cloroestireno, terc-butilestireno, e outros mais, assim como copolímeros preparados pela copolimerização de pelo menos um monômero vinil aromático como descrito acima com um ou mais de outros monômeros, exemplos não limitativos sendo divinilbenzeno, dienos conjugados (exemplos não limitativos sendo butadieno, isopreno, 1,3- e 2,4-hexadieno), metacrilatos de alquila, acrilatos de alquila, acrilonitrila, e anidrido maleico, em que o monômero vinil aromático está presente em pelo menos 50% em peso do copolímero. Em uma forma de realização da invenção, os polímeros estirênicos são usados, particularmente poliestireno. No entanto, outros polímeros adequados podem ser usados, tais como poliolefinas (por exemplo, polietileno, polipropileno), policarbonatos, óxidos de polifenileno, e misturas destes.

Em uma forma de realização particular da invenção, as partículas poliméricas são partículas de poliestireno expansíveis (EPS). Estas partículas pode estar na forma de glóbulos, grânulos, ou outras partículas convenientes para operações de expansão e moldagem.

Na presente invenção, as partículas polimerizadas em um processo de suspensão, que são essencialmente glóbulos de resina esféricos, são úteis como partículas poliméricas ou para a produção de partículas poliméricas expandidas. No entanto, os polímeros derivados de técnicas de solução e polimerização de massa que são extrusados e cortados em seções de glóbulo de resina de tamanho de partícula podem também ser usados.

Em uma forma de realização da invenção, os glóbulos de resina (não expandidos) contendo qualquer um dos polímeros ou composições poliméricas aqui descritos possuem um tamanho de partícula de pelo menos 0,2, em algumas situações pelo menos 0,33, em alguns casos pelo menos 0,35, em outros casos pelo menos 0,4, em alguns exemplos pelo menos 0,45 e em outros exemplos pelo menos 0,5 mm. Da mesma forma, os glóbulos de resina podem ter um tamanho de partícula de até 3, em alguns exemplos até 2, em outros exemplos até 2,5, em alguns casos até 2,25, em outros casos até 2, em algumas situações até 1,5 e em outras situações até 1 mm. Nesta forma de realização, as propriedades físicas de artigos de LWC produzidos de acordo com a invenção possuem propriedades inconsistentes ou indesejáveis quando os glóbulos de resina tendo tamanhos de partícula máximos das faixas descritas acima são usados para produzir as partículas poliméricas expandidas. Os glóbulos de resina nesta formas de realização podem ser de qualquer valor ou podem variar entre qualquer um dos valores relatados acima.

As partículas termoplásticas expansíveis ou glóbulos de resina podem opcionalmente ser impregnadas usando qualquer método convencional com um agente de sopro adequado. Como um exemplo não limitativo, a impregnação pode ser alcançada pela adição do agente de sopro na suspensão aquosa durante a polimerização do polímero, ou alternativamente pela re- suspensão das partículas poliméricas em um meio aquoso e depois a incorporação do agente de sopro como mostrado na Patente U.S. N2 2.983.692. Qualquer material gasoso ou material que produzirá gases em aquecimento pode ser usado como o agente de sopro. Os agentes de sopro convencionais incluem hidrocarbonetos alifáticos contendo de 4 a 6 átomos de carbono na molécula, tais como butanos, pentanos, hexanos, e os hidrocarbonetos halogenados, por exemplo, CFC's e HCFC's, que entram em ebulição em uma temperatura abaixo do ponto de amolecimento do polímero escolhido. Misturas destes agentes de sopro de hidrocarboneto alifático podem também ser usadas. Alternativamente, água pode ser misturada com estes agentes de sopro de hidrocarbonetos alifáticos ou a água pode ser usada como o único agente de sopro como mostrado nas Patentes U.S. Nas 6.127.439; 6.160.027 e 6.242.540, nestas patentes, agentes de retenção de água são usados. A porcentagem em peso de água para uso como o agente de sopro pode variar de 1 a 20%. Os textos das Patentes U.S. N25 6.127.439, 6.160.027 e 6.242.540 são aqui incorporados por referência.

As partículas poliméricas impregnadas ou glóbulos de resina são opcionalmente expansíveis em uma densidade em massa de pelo menos 1,75 lb/ft (0,028 g/cm2), em algumas circunstâncias pelo menos 2 lb/ft3 (0,032 g/cm3), em outras circunstâncias pelo menos 3 lb/ft (0,048 g/cm3) e nas circunstâncias particulares pelo menos 3,25 lb/ft (0,052 g/cm3) ou 3,D lb/ft (0,056 g/cm3). Quando os glóbulos de resina não expandidos forem usados, os glóbulos de densidade em massa mais elevada podem ser usados. Como tal, a densidade em massa pode ser tão elevada quanto 40 lb/ft3 (0,64 g/cm3). Em outras situações, as partículas poliméricas são pelo menos parcialmente expandidas e a densidade em massa pode ser de até 35 lb/ft (0,56 g/cm3), em alguns casos até 30 lb/ft (0,48 g/cm3), em outros casos até lb/ft (0,4 g/cm3), em alguns exemplos até 20 lb/ft (0,32 g/cm3), em outros exemplos até lb/ft (0,24 g/cm3) e em certas circunstâncias até 10 lb/ft (0,16 g/cm3). A densidade em massa das partículas poliméricas pode ser qualquer valor ou faixa entre qualquer um dos valores relatados acima. A densidade em massa das partículas poliméricas, glóbulos de resina, e/ou partículas pré-sopradas é determinada mediante a pesagem de um volume conhecido de partículas poliméricas, glóbulos e/ou partículas pré-sopradas (amadurecidas 24 horas em condições ambientais).

A etapa de expansão é convencionalmente realizada mediante o aquecimento dos glóbulos impregnados através do meio de aquecimento convencional, tal como vapor, ar quente, água quente, ou calor radiante. Um método geralmente aceito para a execução da pré-expansão de partículas termoplásticas impregnadas é mostrado na Patente U.S. Ns 3.023.175.

As partículas poliméricas impregnadas podem ser partículas poliméricas celulares espumadas como mostradas no pedido de patente U.S. no. de ser. 10/021.716, cujos ensinamentos são aqui incorporados por referência. As partículas celulares espumadas podem ser de poliestireno que são expandidas e contêm um agente de sopro volátil em um nível de menos do que 14% em peso, em algumas situações menos do que 6% em peso, em alguns casos variando de cerca de 2% em peso a cerca de 5% em peso, e em outros casos variando de cerca de 2,5% em peso a cerca de 3,5% em peso com base no peso do polímero.

Um interpolímero de uma poliolefina e monômeros vinil aromáticos polimerizados in situ que podem ser incluídos na resina termoplástica expandida ou partículas poliméricas de acordo com a invenção é apresentado nas Patentes U.S. N- 4.303.756 e 4.303.757 e Publicação do Pedido U.S. 2004/0152795, cujas partes relevantes são aqui incorporadas por referência.

As partículas poliméricas podem incluir ingredientes costumeiros e aditivos, tais como retardadores de chama, pigmentos, tinturas, colorantes, plastificantes, agentes de liberação do molde, estabilizantes, absorventes de luz ultravioleta, agentes de prevenção de molde, antioxidantes, rodenticidas, repelentes de inseto, e assim por diante. Os pigmentos típicos incluem, sem limitação, pigmentos inorgânicos tais como negro de fumo, grafita, grafita expansível, óxido de zinco, dióxido de titânio, e óxido de ferro, assim como pigmentos orgânicos tais como vermelho e violeta de quinacridona e azul e verde de fitalocianaina de cobre.

Em uma forma de realização particular da invenção o pigmento é negro de fumo, um exemplo não limitativo de um tal material sendo EPS SILVER®, disponível da NOVA Chemicals Inc. Em uma outra forma de realização particular da invenção o pigmento é grafita, um exemplo não limitativo de um tal material sendo NEOPOR®, disponível da BASF Aktiengesellschaft Corp., Ludwigshafen am Rhein5 Alemanha.

Quando os materiais tais como negro de fumo e/ou grafita são incluídos nas partículas poliméricas, propriedades de isolamento melhoradas, como exemplificado por valores R superiores para materiais contendo negro de fumo ou grafita (como determinado usando ASTM - C518), são fornecidas. Como tal, o valor R das partículas poliméricas expandidas contendo negro de fumo e/ou grafita ou materiais produzidos de tais partículas poliméricas é pelo menos 5% mais elevado do que o observado para as partículas ou artigos resultantes que não contêm negro de fumo e/ou grafita.

As partículas poliméricas expansíveis ou partículas pré- sopradas podem ter um tamanho médio de partícula de pelo menos 0,2, em algumas circunstâncias pelo menos 0,3, em outras circunstâncias pelo menos 0,5, em alguns casos pelo menos 0,75, em outros casos pelo menos 0,9 e em alguns exemplos pelo menos 1 mm e podem ser de até 8, em algumas circunstâncias até 6, em outras circunstância até 5, em alguns casos até 4, em outros casos até 3, e em alguns exemplos até 2,5 mm. Quando o tamanho das partículas poliméricas expandidas ou partículas pré-sopradas for demasiado pequeno ou demasiado grande, as propriedades físicas dos artigos de LWC usando a presente composição de LWC podem ser indesejáveis. O tamanho médio de partícula das partículas poliméricas expandidas ou partículas pré- sopradas pode ser qualquer valor e pode variar entre qualquer um dos valores relatados acima. O tamanho médio de partícula das partículas poliméricas expandidas ou partículas pré-sopradas pode ser determinado usando técnicas de difração de laser ou mediante a triagem de acordo com o tamanho de malha usando métodos de separação mecânica bem conhecidos na técnica. Em uma forma de realização da invenção, as partículas poliméricas ou partículas poliméricas expandidas possuem uma espessura de parede celular média mínima, que ajuda a fornecer propriedades físicas desejáveis aos artigos de LWC produzidos usando a presente composição de LWC. A espessura de parede celular média e as dimensões celulares internas podem ser determinadas usando técnicas de microscopia eletrônica de varredura conhecidas na técnica. As partículas poliméricas expandidas podem ter uma espessura de parede celular média de pelo menos 0,15 μηι, em alguns casos pelo menos 0,2 μηι e em outros casos pelo menos 0,25 μηι. Não desejando ser limitado a qualquer teoria particular, acredita-se que uma espessura de parede celular média desejável surge quando os glóbulos de resina tendo as dimensões descritas acima são expandidas às densidades descritas acima.

Em uma forma de realização da invenção, os glóbulos de polímero são opcionalmente expandidos para formar partículas poliméricas expandidas tais que uma espessura de parede celular desejável como descrito acima é alcançada. Não obstante muitas variáveis possam impactar a espessura de parede, é desejável, nesta forma de realização, limitar a expansão do glóbulo de polímero de modo a obter uma espessura de parede desejável e resistência de partícula polimérica expandida resultante. A otimização das etapas de processamento e agentes de sopro pode expandir os glóbulos de polímero em um mínimo de 1,75 lb/ft (0,028 g/cm ). Esta propriedade da densidade em massa do polímero expandido, pode ser descrita (0,016 g/cm ) ou por um fator de expansão (cm /g).

Como aqui usado, o termo "fator de expansão" se refere ao volume de um peso fornecido de ocupações do glóbulo de polímero expandido, tipicamente expressos como cm /g.

De modo a fornecer partículas poliméricas expandidas com espessura e resistência de parede celular desejáveis, as partículas poliméricas expandidas não são expandidas em seu fator de expansão máximo; como tal uma expansão extrema produz partículas com paredes celulares indesejavelmente finas e resistência insuficiente. Além disso, os glóbulos de polímero podem ser expandidos pelo menos 5%, em alguns casos pelo menos 10%, e em outros casos pelo menos 15% de seu fator de expansão máximo. No entanto, de modo a não fazer com que a espessura de parede celular seja demasiada fina, os glóbulos de polímero são expandidos até 80%, em alguns casos até 75%, em outros casos até 70%, em alguns exemplos até 65%, em outros exemplos até 60%, em algumas circunstâncias até 55% e em outras circunstâncias até 50% de seu fator de expansão máximo. Os glóbulos de polímero podem ser expandidos em qualquer grau indicado acima ou a expansão pode variar entre qualquer um dos valores relatados acima. Tipicamente, os glóbulos de polímero ou partículas pré-sopradas ainda não se expandiram quando formulados nas presentes composições de cimentação e ainda não se expandiram enquanto as composições de cimentação estabelecem, curam e/ou endurecem.

Como aqui usado, o termo "pré-soprado" se refere a uma partícula expansível, resina e/ou glóbulo que foi expandido, mas não foi expandido em seu fator de expansão máximo.

As partículas poliméricas pré-sopradas ou expandidas tipicamente possuem uma estrutura celular ou parte interior alveolar e uma superfície polimérica contínua geralmente lisa como uma superfície externa, isto é, uma camada externa substancialmente contínua. A superfície contínua lisa pode ser observada usando técnicas de microscopia eletrônica de varredura (SEM) em ampliação de 1000X. As observações de SEM não indicam a presença de orifícios na superfície externa das partículas poliméricas pré-sopradas ou expandidas, como mostrado nas Figs. 1, 3 e 5. As seções de corte das partículas poliméricas pré-sopradas ou expandidas e tomando as observações de SEM se revela a estrutura geralmente alveolar do interior das partículas poliméricas pré-sopradas ou expandidas, como mostrado nas Figs. 2, 4 e 6.

As partículas poliméricas ou partículas poliméricas expandidas podem ter qualquer foram em corte transversal que leva em conta o fornecimento de propriedades físicas desejáveis nos artigos de LWC. Em uma forma de realização da invenção, as partículas poliméricas expandidas possuem uma forma em corte transversal circular, oval ou elíptica. Nas formas de realização da invenção, as partículas poliméricas expandidas possuem uma relação de aspecto de 1, em alguns casos pelo menos Iea relação de aspecto pode ser até 3, em alguns casos até 2 e em outros casos até 1,5. A relação de aspecto das partículas poliméricas pré-sopradas ou expandidas pode ser qualquer valor ou faixa entre qualquer um dos valores relatados acima.

A mistura de cimentação está presente na composição de LWC em um nível de pelo menos 10, em alguns exemplos pelo menos 15, em outros exemplos pelo menos 22, em alguns casos pelo menos 40 e em outros casos pelo menos 50 porcento em volume e pode estar presente em um nível de até 90, em algumas circunstâncias de até 85, em outras circunstâncias até 80, em casos particulares até 75, em alguns casos até 70, em outros casos até 65, e em alguns exemplos até 60 porcento em volume da composição de LWC. A mistura de cimentação pode estar presente na composição de LWC em qualquer nível mencionado acima e pode variar entre qualquer um dos níveis mencionados acima.

Em uma forma de realização da invenção, a mistura de cimentação inclui uma composição de cimento hidráulico. A composição de cimento hidráulico podem estar presente em um nível de pelo menos 3, em certas situações pelo menos 5, em alguns casos pelo menos 7,5, e em outros casos pelo menos 9 porcento em volume e pode estar presente em níveis de até 40, em alguns casos até 35, em outros casos até 32,5, e em alguns exemplos até 30 porcento em volume da mistura de cimentação. A mistura de cimentação pode incluir a composição de cimento hidráulico em qualquer um dos níveis mencionados acima ou em níveis variando entre qualquer um dos níveis mencionados acima.

Em uma forma de realização particular da invenção, a composição de cimento hidráulico pode ser um ou mais materiais selecionados de cimento Portland, cimento pozzolana, cimento de gesso, cimento aluminoso, cimento de magnésia, cimento de sílica, e cimento de escória. Em uma forma de realização particular da invenção, a composição de cimento é cimento Portland tipo III.

Em uma forma de realização da invenção, a mistura de cimentação pode opcionalmente incluir outros agregados e adjuvantes conhecidos na técnica incluindo, mas não limitados a eles, areia, agregado adicional, plastificante e/ou fibras. As fibras adequadas incluem mas não são limitados a elas, fibras de vidro, carboneto de silício, fibras de aramida, poliéster, fibras de carbono, fibras de compósito, fibra de vidro, e combinações destes assim como tecido contendo as fibras mencionadas acima, e combinações contendo tecido das fibras mencionadas acima.

Exemplos não limitativos de fibras que podem ser usados na invenção incluem MeC-GRID® e C-GRID® disponíveis da TechFab, LLC, Anderson SC, KEVLAR® disponível da E.I. DuPont de Nemours and Company Wilmington DE, TWARON® disponível da Teijim Twaron B.V., Amheim, Países Baixos, SPECTRA® disponível da Honeywell International Inc., Morrstown, NJ, DACRON® disponível da Invista North America S.A.R.L. Corp. Willmington, DE, e VECTRAN® disponível da Hoechst Cellanese Corp., New York. As fibras podem ser usadas em uma estrutura de malha, interlavrada, intertecida, e orientada em qualquer direção desejada.

Em uma forma de realização particular da invenção as fibras podem preparar pelo menos 0,1, em alguns casos pelo menos 0,5, em outros casos pelo menos 1, e em alguns exemplos pelo menos 2 porcento em volume da composição de LWC. Além disso, as fibras podem fornecer até 10, em alguns casos até 8, em outros casos até 7, e em alguns exemplos até 5 porcento em volume da composição de LWC. A quantidade das fibras é ajustada para fornecer as propriedades desejadas para a composição de LWC. A quantidade de fibras pode ser qualquer valor ou faixa entre qualquer um dos valores relatados acima.

Ainda nesta forma de realização, o agregado adicional pode incluir, mas não é limitado, a um ou mais materiais selecionados de agregados comuns tais como areia, pedra e cascalho. Os agregados de baixo peso comuns podem incluir escória de alto-forno granulada triturada, cinza volante, vidro, sílica, ardósia expandida e argila; agregados de isolamento tais como pedra-pomes, perlita, vermiculita, escória e diatomita; agregado de LWC tal como xisto expandido, ardósia expandida, argila expandida, escória expandida, sílica defumada, agregado granulado, cinza volante extrusada, tufo e macrólito; e agregado de alvenaria tal como xisto expandido, argila, ardósia, escória de alto-forno expandida, cinza volante sinterizada, escória de carvão, pedra-pomes, escória, e agregado granulado.

Quando incluídos, os outros agregados e adjuvantes estão presentes na mistura de cimentação em um nível de pelo menos 0,5, em alguns casos pelo menos 1, em outros casos pelo menos 2,5, em alguns exemplos pelo menos 5 e em outros exemplos pelo menos 10 porcento em volume da mistura de cimentação. Também, os outros agregados e adjuvantes podem estar presentes em um nível de até 95, em alguns casos até 90, em outros casos até 85, em alguns exemplos até 65 e em outros exemplos até 60 porcento em volume da mistura de cimentação. Os outros agregados e adjuvantes podem estar presentes na mistura de cimentação em qualquer um dos níveis indicados acima ou podem variar entre qualquer um dos níveis indicados acima. Em uma forma de realização da invenção, toda ou uma parte da areia ou outro agregado fino usado na presente mistura de cimentação e/ou composição de concreto de baixo peso possui um módulo de precisão de menos do que 2, em alguns casos menos do que 1,9 e em outros casos menos do que 1,8. Como aqui usado, "módulo de precisão" ou "FM" se refere a um fator empírico que fornece uma medida relativa das proporções de partículas finas e grossas em um agregado. O FM é um valor usado para indicar a fineza ou aspereza de um agregado fino e pode ser determinado de acordo com ASTM C 117. Embora a ASTM C 117 possa ser consultada para detalhes precisos, e é incorporada aqui por referência em sua totalidade, pode ser resumida como se segue. O FM é obtido mediante o peneiramento de uma amostra de 500 gramas de areia através de uma série de peneiras padrão (nos. 4, 8, 16, 30, 50 e 100). O peso retido em cada peneira é convertido em uma porcentagem cumulativa retida, partindo com a peneira no. 4. A soma das seis porcentagens são divididas por 100. A resposta resultante é o módulo de precisão.

Em uma forma de realização particular da invenção a areia e/ou outro agregado fino podem produzir até pelo menos 10, em alguns casos pelo menos 15, em outros casos pelo menos 20 porcento em volume da composição de LWC. Além disso, a areia e/ou outro agregado fino pode fornecer até 50, em alguns casos até 45, em outros casos até 40, e em alguns exemplos até 35 porcento em volume da composição de LWC. A quantidade de areia e/ou outro agregado fino é ajustada para fornecer as propriedades desejadas à composição de LWC. A quantidade de areia e/ou outro agregado fino pode ser qualquer valor ou faixa entre qualquer um dos valores relatados acima.

Em uma forma de realização particular da invenção o agregado grosso (agregado tendo um valor de FM maior do que 4) pode preparar pelo menos 1, em alguns casos pelo menos 2, e em outros casos pelo menos 3 porcento em volume da composição de LWC. Além disso, o agregado grosso pode fornecer até 20, em alguns casos até 15, em outros casos até 10, e em alguns exemplos até 8 porcento em volume da composição de LWC. A quantidade de agregado grosso é ajustada para fornecer as propriedades desejadas à composição de LWC. A quantidade de areia agregada grossa pode ser qualquer valor ou faixa entre qualquer um dos valores relatados acima.

Nas formas de realização da invenção, as composições de concreto de baixo peso podem conter um ou mais aditivos, exemplos não limitativos de tais sendo agentes anti-espuma, agentes à prova d'água, agentes dispersantes, aceleradores de solidificação, retardadores de solidificação, agentes plastificantes, agentes super plastificantes, agentes de diminuição do ponto de congelamento, agentes de melhora da adesividade, e colorantes. Os aditivos estão tipicamente presentes em menos do que um porcento em peso com respeito ao peso total da composição, mas podem estar presentes em 0,1 a 2 porcento em peso.

Os agentes dispersantes adequados de plastificantes que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, hexametafosfato, tripolifosfato, sulfonato de polinaftaleno, poliamina sulfonada e combinações destes.

Os agentes plastificantes adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, ácidos poli- hidroxicarboxílicos ou seus sais, policarboxilatos ou seus sais; lignossulfonatos, polietileno glicóis, e combinações destes.

Os agentes super plastificantes adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, sais e metal alcalino ou terroso alcalino de sulfonatos de lignina; lignossulfonatos, sais de metal alcalino ou alcalino terroso de ácido naftaleno sulfônico altamente condensado/condensados de formaldeído; sulfonatos de polinaftaleno, sais de metal alcalino ou alcalino terroso de um ou mais policarboxilatos (tais como poli(met)acrilatos e os copolímeros policarboxilato como descritos na Patente U.S. N2 6.800.129, cujas partes relevantes da qual são aqui incorporadas por referência); sais de metal alcalino ou alcalino terroso de condensados de melamina/formaldeído/sulfito; ésteres de ácido sulfônico; ésteres de carboidrato; e combinações destes.

Os aceleradores de solidificação adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, sais de cloreto solúveis (tais como cloreto de cálcio), trietanolamina, para-formaldeído, sais de formiato solúveis (tais como formiato de cálcio), hidróxido de sódio, hidróxido de potássio, carbonato de sódio, sulfato de sódio, 12Ca0-7Al203, sulfato de sódio, sulfato de alumínio, sulfato de ferro, os condensados de nitrato de metal alcalino/aldeído alifático de hidrocarboneto aromático sulfonado divulgados na Patente U.S. N2 4.026.723, os aceleradores de tensoativo solúveis em água apresentados na Patente U.S. número 4.298.394, os derivados de metilol de aceleradores de aminoácidos divulgados na Patente U.S. Ns 5.211.751, e as misturas de sais de ácido tiociânico, alcanolaminas, e sais de ácido nítrico apresentados na Patente U.S. N2 Re. 35.194, cujas partes relevantes das quais são aqui incorporadas por referência, e combinações destes.

Os retardadores de solidificação adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, lignossulfonatos, ácidos hidroxicarboxílicos (tais como ácido glicônico, ácido cítrico, ácido tartárico, ácido málico, ácido salicílico, ácido glicoeptônico, ácido arabônico, ácido, e sais inorgânicos ou orgânicos destes tais como sal de sódio, potássio, cálcio, magnésio, amônio e trietanolamina), ácido cardônico, açúcares, açúcares modificados, fosfatos, boratos, sílico-fluoretos, bromato de cálcio, sulfato de cálcio, monossacarídeos tais como glicose, frutose, galactose, sacarose, xilose, apiose, ribose e açúcar invertido, oligossacarídeos tais como dissacarídeos e trissacarídeos, tais como oligossacarídeos como dextrina, polissacarídeos tais como dextrano, e outros sacarídeos tais como molasses contendo estes; álcoois de açúcar tais como sorbitol; silicofluoreto de magnésio; ácido fosfórico e sais destes, ou ésteres de borato; ácidos aminocarboxílicos e sais destes; proteínas solúveis alcalinas; ácido húmico; ácido tânico; fenóis; álcoois poliídricos tais como glicerol; ácidos fosfônicos e seus derivados, tais como aminotri(ácido metilenofosfônico), ácido 1- hidroxietilideno-1,1 -difosfônico, etilenodiaminatetra(ácido metilenofosfônico), dietilenotriaminapenta(ácido metilenofosfônico), e sais de metal alcalino ou metal terroso alcalino destes, e combinações dos retardadores da solidificação indicados acima.

Os agentes desespumantes adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, agentes desespumantes com base em silicona (tais como dimetilpolissiloxano, óleo de dimetilsilicona, pasta de silicona, emulsões de silicona, polissiloxanos modificados pelo grupo orgânico (poliorganossiloxanos tais como dimetilpolissiloxano), óleos de fluorossilicona, etc.), fosfatos de alquila (tais como fosfato de tributila, octilfosfato de sódio, etc.), agentes desespumantes com base em óleo mineral (tais como querosene, parafina líquida, etc.), agentes desespumantes com base em óleo (tais como óleos animais ou vegetais, óleo de gergelim, óleo de mamona, adutos de óxido de alquileno derivados destes, etc.), agentes desespumantes com base em ácido graxo (tais como ácido oléico, ácido esteárico, e adutos de óxido de alquileno derivados destes, etc.), agentes desespumantes com base em éster de ácido graxo (tais como monorricinolato de glicerol, derivados de ácido alquenilsuccínico, monolaurato de sorbitol, trioleato de sorbitol, ceras naturais, etc.), agentes desespumantes do tipo oxialquileno, agentes desespumantes com base em álcool; álcool octílico, álcool hexadecílico, álcoois de acetileno, glicóis, etc.), agentes desespumantes com base em amida (tais como poliaminas de acrilato, etc.), agentes desespumantes com base em sal (tais como estearato de alumínio, oleato de cálcio, etc.) e combinações dos agentes desespumantes descritos acima.

Os agentes de diminuição do ponto de congelamento adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, álcool etílico, cloreto de cálcio, cloreto de potássio, e combinações destes.

Os agentes de melhorada da adesividade adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a eles, acetato de polivinila, estireno-butadieno, homopolímeros e copolímeros de ésteres de (met)acrilato, e combinações destes.

Os agentes repelentes de água ou impermeabilizantes de água adequados que podem ser usados na invenção, incluem, mas não são limitados a eles, ácidos graxos (tais como ácido esteárico ou ácido oléico), ésteres de ácido graxo de alquila inferior (tais como estearato de butila), sais de ácido graxo (tais como estearato de cálcio ou alumínio), siliconas, emulsões de cera, resinas de hidrocarboneto, betume, gorduras e óleos, siliconas, parafinas, asfalto, ceras, e combinações destes. Embora não usado em muitas formas de realização da invenção, quando usados os agentes de arrasto de ar adequados incluem, mas não são limitados a eles, resinas de vinsol, abietato de sódio, ácidos graxos e sais destes, tensídios, sulfonatos de alquil arila, etoxilatos de fenol, lignossulfonatos, e misturas destes.

A mistura de cimentação, partículas poliméricas expandidas, e quaisquer outros agregados, aditivos e/ou adjuvantes são misturados usando os métodos bem conhecidos na técnica. Em uma forma de realização da invenção um líquido, em alguns exemplos água, é também misturado nos outros ingredientes.

Em uma forma de realização da invenção, uma mistura seca (isto é, contendo água adicionada mínima ou nenhuma) pode ser produzida, acondicionada e armazenada para uso futuro. Uma tal mistura seca ou "mistura pronta" pode mais tarde ser misturada com água para fornecer as composições de concreto de baixo peso aqui descritas.

Em uma forma de realização da invenção, a composição de concreto é uma dispersão onde a mistura de cimentação fornece, pelo menos em parte, uma fase contínua e as partículas poliméricas e/ou partículas poliméricas expandidas existem como uma fase dispersa de partículas distintas na fase contínua.

Como uma forma de realização particular e não limitativa da invenção, a composição de concreto é substancialmente livre de agentes umectantes ou agentes dispersantes usados para estabilizar a dispersão.

Como uma forma de realização não limitativa da invenção e como não desejando ser limitado a qualquer teoria isolada, alguns fatores que podem afetar o desempenho da presente composição de LWC incluem a fração de volume do glóbulo de resina expandido, o tamanho médio de glóbulo expandido e a microestrutura criada pelo espaçamento inter-glóbulo dentro do concreto. Nesta forma de realização, o espaçamento inter-glóbulo pode ser estimado usando um modelo bidimensional. Com relação a simplicidade na descrição, o espaçamento inter-glóbulo pode ser limitado ao raio do glóbulo. Adicionalmente, e sem intenção de limitar a invenção de qualquer maneira, é adotado nesta forma de realização que os glóbulos são dispostos em uma treliça cúbica, a distribuição de tamanho de glóbulo na composição de LWC não é considerada, e a distribuição da área de glóbulo expandida no corte transversal não é considerada. De modo a calcular o número de glóbulos per amostra, um cilindro de teste tridimensional é adotado.

Quando menor o tamanho do glóbulo expandido, tanto maior o número de glóbulos expandidos requeridos para manter a mesma fração de volume de glóbulo expandido como descrito pela equação 1 abaixo. Como o número de glóbulos expandidos aumenta exponencialmente, o espaçamento entre os glóbulos expandidos diminui. Nb = κ/Β3 (1)

Nb representa ο número de glóbulos expandidos.

Um espécime de teste ed LWC com diâmetro D e altura H (geralmente 2" χ 4" (5,08 χ 10,16 cm) ou 6" χ 12" (15,24 χ 30,48 cm)), contendo glóbulos de polímero expandidos dispersos de diâmetro de glóbulo expandido médio B, e uma dada fração de volume Vd contém uma quantidade de glóbulos de polímero expandidos Nb dada pela equação 1.

Observar que Nb é inversamente proporcional ao cubo do diâmetro de glóbulo de polímero expandido. A constante de proporcionalidade, K = 1,5 VdHD , é um número que é dependente apenas do tamanho de amostra e a fração de volume de glóbulos de polímero expandidos. Assim para um dado tamanho de amostra, e fração de volume de glóbulo de polímero expandido conhecidos, o número de glóbulos aumenta por uma terceira força quando o diâmetro de glóbulo diminui.

Como um exemplo não limitativo, para um espécime de LWC 2" χ 4" (5,08 χ 10,16 cm), em 90 pcf (lb/ft3 (0,02 g/cm3)) (correspondendo à fração de volume em 43% do glóbulo de polímero expandido com densidade em massa pré-soprada de 1,25 pcf), o número de glóbulos aumenta quatro vezes e sete vezes movendo e um glóbulo de 0,65 mm para glóbulos de 0,4 mm e 0,33 mm respectivamente. Em 2,08 pcf, o aumento no número de glóbulos é seis vezes e sete vezes para glóbulos de 0,4 mm e 0,33 mm respectivamente. Assim, a densidade de correlaciona com o tamanho do glóbulo. Como mostrado abaixo, a densidade também afeta a espessura da parede celular. A resistência de uma matriz de concreto povoada por glóbulos expandidos é tipicamente afetada pela firmeza e espessura da parede celular.

Em uma forma de realização da invenção, onde células esféricas monodispersas são adotadas, pode ser mostrado que o diâmetro médio da célula d está relacionado com a espessura média da parede δ pela equação 2: <formula>formula see original document page 28</formula>

onde ρ é a densidade da espuma e p, é a densidade do glóbulo de polímero sólido.

Assim para um dado polímero, dependendo do processo de expansão particular usado, pode-se obter a mesma espessura de parede celular (em um tamanho de célula fornecido) ou o mesmo tamanho de célula em vários valores de δ. A densidade não é controlada apenas pelo tamanho de célula, mas também pela variação da espessura da parede celular.

A tabela abaixo exemplifica a variação da densidade de glóbulo de polímero expandido com tamanho de glóbulo para três classes de glóbulos.

<table>table see original document page 28</column></row><table>

As microestruturas e/ou morfologias desejáveis podem cair dentro de classes distintas. A primeira é um compósito bicontínuo ou co- contínuo com interfaces especiais e a segunda inclui inclusões especiais em uma matriz conectada. As propriedades efetivas de microestruturas tanto bicontínuas quanto unicamente conectadas são descritas por limites de propriedade cruzada ideais conhecidos.

Em muitos casos, quanto menor os glóbulos, tanto maior o número de glóbulos requerido para manter a mesma fração de volume de glóbulo de polímero expandido como descrito pela equação 1. Quando o número de glóbulos aumenta exponencialmente, o espaçamento entre os glóbulos diminui. Os limites ideais podem ser descritos por várias relações que representam número ou limites críticos. Como um exemplo não limitativo, para uma dada fração de volume, existe freqüentemente um tamanho de glóbulo crítico que corresponde a um número crítico de glóbulos que podem ser dispersos para fornecer uma morfologia desejada tal que todos os glóbulos sejam isolados e o concreto seja unicamente conectado. E também possível formar uma morfologia onde todos os glóbulos sejam não isolados, mas em contato.

Análise de elemento finito de uma corte transversal bidimensional foi executada usando ANSYS® (um programa de análise de elemento finito disponível da ANSYS Inc., Canonsburg, PA). Na malha de elemento finito do corte transversal, os glóbulos são modelados como círculos sem contato ou isolados em uma matriz de concreto isoladamente conectada.

Os resultados demonstram que sob carga, os estresses se formam em uma direção perpendicular ao eixo de carga. As concentrações de estresse máximas estão no limite horizontal entre os glóbulos de polímero expandidos, que tendem a ser deformados a partir de uma forma circular para uma forma elíptica.

Em uma forma de realização particular da invenção, a composição de concreto contém pelo menos algumas das partículas poliméricas expandidas ou partículas pré-sopradas dispostas em uma treliça cúbica ou hexagonal.

Em uma forma de realização da invenção, a presente composição de LWC é substancialmente livre de agentes de arrasto de ar, que são tipicamente adicionados para criar células de ar ou vazios em uma batelada de concreto.

Em uma outra forma de realização da invenção, a composição de LWC pode incluir fibras de reforço. Tais fibras atuam como componentes de reforço, tendo uma grande relação de aspecto, isto é, sua relação de comprimento/diâmetro é elevada, de modo que uma carga é transferida através de pontos potenciais de fratura. Exemplos não limitativos de fibras adequadas incluem filamentos de fibra de vidro de aproximadamente um por um e três quartos de polegada (2,54 a 3,81 cm) no comprimento, embora qualquer material possa ser usado que possua um módulo de Young mais elevado do que a matriz da mistura de cimentação, fibra e polipropileno e outras fibras como descrito acima.

As composições de LWC de acordo com a invenção podem ser solidificadas e/ou endurecidas para formar artigos de concreto finais usando os métodos bem conhecidos na técnica.

A densidade dos artigos de concreto finais solidificados e/ou endurecidos contendo a composição de LWC da invenção pode ser de pelo menos 40 lb/ft (0,64 g/cm3 ), em alguns casos pelo menos 45 lb/ft (0,72 g/cm3) e em outros casos pelo menos 50 lb/ft3 (0,8 g/cm3) e a densidade pode ser de até 130 lb/ft3 (2,1 g/cm3), em alguns casos 120 lb/ft3 (1,9 g/cm3), em outros casos até 115 lb/ft (1,8 g/cm3), em algumas circunstâncias até 110 lb/ft (1,75 g/cm3 ), em outras circunstâncias até 105 lb/ft (1,7 g/cm3), em algumas circunstâncias até 100 lb/ft (1,6 g/cm 3), e em outros exemplos até 95 lb/ft (1,5 g/cm3 ). A densidade dos presentes artigos de concreto pode ser qualquer valor e pode variar entre qualquer um dos valores relatados acima. A densidade da composição de LWC é determinada de acordo com ASTM C 138.

Em uma forma de realização particular da invenção, a composição de LWC contém de 10 a 60 porcento em volume de uma composição de cimento que inclui Cimento Portland tipo III; de 20 a 78 porcento em volume de partículas poliméricas expandidas tendo um diâmetro médio de partícula de 0,2 mm a 5 mm, uma densidade em massa de 0,032 g/cm3 a 0,56 g/cm3 , e uma relação de aspecto de 1 a 2; de 5 a 35 porcento em volume de um ou mais agregados; e de 0,1 a 1 porcento em volume de um ou mais aditivos selecionados de agentes anti-espuma, agentes à prova d'água, agentes dispersantes, aceleradores da solidificação, retardadores da solidificação, agentes plastificantes, agentes super plastificantes, agentes de diminuição do ponto de congelamento, agentes de melhora da adesividade, colorantes e combinações destes; onde a soma dos componentes usados não excede a 100 porcento em volume e onde após a composição de cimentação de baixo peso ser solidificada, possui uma intensidade compressiva de pelo menos 2000 psi (13,8 MPa) como testado de acordo com ASTM C39 após sete dias.

As composições de LWC podem ser usadas na maioria, se não em todas, das aplicações onde as formulações de concreto tradicionais são usadas. Como exemplos não limitativos, as presentes composições de LWC podem ser usadas em aplicações estruturais e arquiteturais, exemplos não limitativos sendo paredes divisórias, estruturas ICF ou SIP, recipiente de pássaros, bancos, cascalhos, desvios, parede construída se argamassa, prancha de cimento, pilares e arcadas decorativas para construções, etc., aplicações de móveis ou domésticas tais como contra-tufos, sistemas de aquecimento radiante em pavimentos, pavimentos (primários e secundários), paredes inclinadas, painéis de parede imprensadas, como um revestimento de estuque, aplicações de segurança de estrada e aeroporto tais como paredes de batente, Jersey Barriers, barreiras e paredes de som, paredes de retenção, sistemas de batente de pista de pouso e decolagem, concreto arrastado de ar, rampas de caminhão inclinadas, aterro escavável circulável, e aplicações de construção de estrada tais como material de leito de estrada e material de cobertura de ponte.

Adicionalmente, os artigos de LWC de acordo com a invenção facilmente aceitam a ligação direta de parafusos, como um exemplo não limitativo parafusos e pregos de parede seca, que podem ser ligados por dispositivos acionados tradicionais, pneumáticos ou força. Isto permite a ligação fácil dos materiais tais como madeira compensada, parede seca, ferrolhos e outros materiais comumente usados na indústria de construção, que não pode ser feita usando formulações de concreto tradicionais.

Quando as composições de LWC da invenção forem usadas em construção de leito de estrada, as partículas poliméricas podem ajudar na prevenção e/ou minimização da propagação de rupturas, especialmente quando o congelamento-descongelamento da água estiver envolvido.

Em uma forma de realização da invenção, as composições de LWC solidificadas e/ou endurecidas de acordo com a invenção são usadas em aplicações estruturais e podem ter uma intensidade compressiva mínima para aplicações estruturais de alvenaria com suporte de carga de pelo menos 1700 psi (119,5 kgf/cm2), em outros casos pelo menos 1800 psi (126,5 kgf/cm ), em alguns exemplos pelo menos 1900 psi (13,1 MPa), e em outros exemplos pelo menos 2000 psi (140,6 kgf/cm2). Para o concreto de baixo peso estrutural as composições podem ter uma intensidade compressiva mínima de pelo menos 2500 psi (175,8 kgf/cm). As intensidades compressivas são determinadas de acordo com ASTM C39 em sete dias.

Embora a ASTM C39 possa ser consultada com relação aos detalhes precisos, e é aqui incorporada por referência em sua totalidade, pode ser resumido como fornecendo um método de teste que consiste da aplicação de uma carga axial compressiva aos cilindros ou núcleos moldados em uma taxa que está dentro de uma faixa prescrita até que a deficiência ocorra. A máquina de teste é equipada com dois blocos de suporte de aço com faces endurecidas, uma que é um bloco esfericamente assentado que sustentará na superfície superior do espécime, e a outra um bloco sólido em que o espécime repousa. A carga é aplicada em uma taxa de movimento (medição de prensa de platina para cruzeta) que corresponde a uma taxa de tensão sobre o espécime de 35 ± 7 psi/s (0,25 ± 0,05 MPa/s). A carga compressiva é aplicada até que o indicador de carga mostre que a carga está diminuindo constantemente e o espécime desenvolve um padrão de fratura bem definido. A intensidade compressiva é calculada pela divisão da carga máxima carregada pelo espécime durante o teste pela área de corte transversal do espécime.

As composições da invenção são bem adequadas para a fabricação de artigos e materiais de construção moldados, exemplos não limitativos de tais incluem painéis de parede incluindo painéis de parede inclinada, vigas T, vigas T duplas, telhas de cobertura, painéis de telhado, painéis de forro de teto, painéis de pavimento, vigas I, paredes de fundação e outros mais. As composições apresentam maior resistência do que as composições de LWC da técnica anterior.

Em uma forma de realização da invenção, os artigos de construção moldados e materiais podem ser pré-moldados e/ou submetidos a pré-tensão.

Como aqui usado, concreto "pré-moldado" se refere ao concreto despejado em um molde ou molde de fundição de uma forma requerida e deixado curar e/ou endurecer antes se ser tirado e colocado em uma posição desejada.

Como aqui usado, concreto "submetido pré-tensão) se refere ao concreto cuja tensão foi melhorada mediante o uso de tendões de pré- tensão (em muitos casos cabo ou barras de aço de tensão elevada), que são usados para fornecer uma carga de aperto que produz uma intensidade compressiva que compensa a tensão de tração que o membro de concreto deve de outra maneira experimentar devido à carga de flexão. Qualquer método adequado conhecido na técnica pode ser usado ao concreto de pré-tensão. Os métodos adequados incluem, mas não são limitados a eles, concreto pré- tensionado, onde o concreto é fundido ao redor dos tendões anteriormente submetidos a tensão, e concreto submetido a pós-tensão, onde a compressão é aplicada após os processos de despenho e cura. Uma vantagem particular que a presente invenção fornece é que a composição de concreto solidificada e/ou artigos de construção moldados formados de tais composições podem ser facilmente cortados e/ou divididos usando métodos convencionais quando oposto tendo de usar concreto especializado ou lâminas e/ou serras de corte com ponta de diamante. Isto fornece tempo substancial e economias de custo quando se constrói artigos de concreto.

As composições podem facilmente fundir em moldes de acordo com os métodos bem conhecidos por aqueles de habilidade na técnica para, como exemplos não limitativos, telhas de cobertura, paralelepípedo, ou outros artigos em qualquer configuração tridimensional virtual desejada, incluindo configurações tendo certas texturas tópicas tais como tendo a aparência de fendas de madeira, cascalhos de ardósia ou telhas cerâmicas de face lisa. Um cascalho típico pode ter dimensões aproximadas de dez polegadas (25,4 cm) de espessura. Na moldagem de materiais de cobertura, a adição de um agente de arrasto de ar torna o produto final mais resistente às intempéries em termos de resistência à degradação de congelamento/descongelamento.

Quando as paredes de fundação forem despejadas usando as composições de LWC da invenção, as paredes podem ser obtidas com grau acima devido ao peso mais leve. Geralmente, a parte inferior da parede de fundação possui uma tendência de se encher de ar para fora sob o peso puro da mistura de concreto, mas o peso mais leve das composições da invenção tende a diminuir as mudanças desta ocorrência. As paredes de fundação preparadas usando as composições de LWC presentes podem facilmente levar prendedores convencionais usados na construção de parede de fundação convencional.

Em uma forma de realização da invenção, as composições de concreto de acordo com a invenção são formadas, solidificadas e/ou endurecidas na forma de uma unidade de alvenaria de concreto. Como aqui usado, o termo "unidade de alvenaria de concreto" se refere a um artigo de concreto oco ou sólido incluindo, mas não limitados a eles, variedades de pedra entalhadas, de face lascada, em forma de nervuras, estriadas, de face afiada, rebaixadas e paralelepípedo. As formas de realização da invenção fornecem paredes que incluem, pelo menos em parte, unidades de alvenaria de concreto produzidas de acordo com a invenção.

Em uma forma de realização da invenção, os artigos e materiais de construção moldados descritos acima são capazes de receber e manter prendedores de penetração, exemplos não limitativos de tais incluem pregos, parafusos, grampos e outros mais. Isto pode ser benéfico pelo fato de que as coberturas de superfície podem ser ligadas diretamente aos artigos e materiais de construção moldados e unidades de alvenaria de concreto.

Em uma forma de realização da invenção, um parafuso de parede seca de 1½ polegada (3,81 cm) padrão pode ser parafusado em uma superfície despejada e solidificada contendo a presente composição de concreto de baixo peso, em uma profundidade de 1 V2 polegada (3,81 cm), e não é removida quando uma força de pelo menos 500 (226,8 kgf), em alguns casos pelo menos 600 (272,2 kgf) e em outros casos pelo menos 700 (317,5 kgf) e até 800 libras-força (362,9 kgf) é aplicada perpendicular à superfície parafusada para dentro durante uma, em alguns casos cinco e em outros casos dez minutos.

A presente invenção é também direcionada às construções que incluem as composição de LWC de acordo com a invenção.

A presente invenção também fornece um método de produção de um artigo de concreto de baixo peso que inclui:

identificar as propriedades de densidade e resistência desejadas de uma composição de concreto de baixo peso solidificada;

determinar o tipo, tamanho e densidade dos glóbulos de polímero a serem expandidos para uso na composição de concreto de baixo peso;

determinar se o tamanho e densidade dos glóbulos de polímero devem ser expandidos;

expandir os glóbulos de polímero para formar glóbulos de polímero expandidos;

dispersar os glóbulos de polímero expandidos em uma mistura de cimentação para formar a composição de concreto de baixo peso; e

deixar a composição de concreto de baixo peso solidificar em uma forma desej ada.

As propriedades de densidade e resistência desejadas da composição de LWC solidificada e/ou endurecida são determinadas com base na aplicação pretendida.

Em uma forma de realização da invenção, o tipo, tamanho e densidade dos glóbulos de polímero a serem expandidos e o tamanho e densidade dos glóbulos de polímero que devem ser expandidos podem ser determinados com base nos dados empíricos e/ou publicados.

Em uma outra forma de realização da invenção a análise de elemento finito pode ser usada para determinar o tipo, tamanho e densidade dos glóbulos de polímero a serem expandidos e o tamanho e densidade dos glóbulos de polímero que devem ser expandidos.

A composição de concreto de baixo peso resultante é deixada solidificar e/ou endurecer para fornecer artigos de LWC e unidades de alvenaria de concreto como descrito acima.

A presente invenção ainda será descrita com referência aos exemplos que seguem. Os exemplos que seguem são meramente ilustrativos da invenção e não são destinados a serem limitativos. A não ser que de outra maneira indicada, todas as porcentagens são em peso e o cimento Portland é usado a não ser que de outra maneira especificada. EXEMPLOS

A não ser que de outra maneira indicada, os seguintes materiais são utilizados:

• Type III Portland Cement

® Areia de Alvenaria (densidade em massa 165 pcf, gravidade específica 2,64, módulo de precisão = 1,74)

• Água Potável - temperatura ambiente (-70°F / 21°C)

• Poliestireno Expansível - M97BC, F271C, F271 M, F271T (NOVA Chemicals Inc., Pittsburgh, PA)

Resina EPS - 1037C (NOVA Chemicals, Inc.)

• Ardósia Expandia de Vi polegada (1,27 cm) (Carolina Stalite Company, Salisbury, NC - densidade em massa 89,5 pcf / gravidade específica 1,43)

A não ser que de outra maneira indicada, todas as composições foram preparadas sob condições de laboratório usando um misturador modelo 42N-5 (Charles Ross & Son Company, Hauppauge, NY) tendo um corpo de capacidade de operação de 7-ft3 com uma única pá de eixo. O misturador foi operado em 34 rpm. O condicionamento foi executado em uma LH-IO Temperature and Humidity Chamber (fabricada por Associated Environmental Systems, Ayer, MA). As amostras foram moldadas em moldes cilíndricos de plástico de uso único de 6" χ 12" (15,24 χ 30,48 cm) com tampas planas e foram testadas em triplicata. O teste de compressão foi executado em um Forney FX250/300 Compression Tester (Forney Incorporated, Hermitage, PA), que hidraulicamente aplica uma carga vertical em uma taxa desejada. Todos os materiais periféricos (cone de queda brusca, barras de tampão, etc.) aderiram ao método de teste ASTM aplicável. Os seguintes métodos e procedimentos de teste ASTM foram seguidos:

• ASTM C470 - Standard Specification for Molds for Forming Concrete Test Cylinders Vertically • ASTM C192 - Standard Practice for Making and Curing Concrete Test Specimens in the Laboratory

• ASTM C330 - Standard Speeification for Lightweight Aggregates for Struetural Conerete

® ASTM C511 - Standard Specification for Mixing Rooms,

Moist Cabinets5 Moist Rooms, and Water Storage Tanks Used in the Testing of Hydraulie Cements and Coneretes

• ASTM C143 - Standard Test Method for Slump of Hydraulie-Cement Conerete

ASTM C1231 - Standard Praetiee for Use of Unbonded

Caps in Determination of Compressive Strength of Hardened Gonerete Cylinders

• ASTM C39 - Standard Test Method for Compressive Strength of Cylindrieal Conerete Speeimens

Os cilindros foram mantidos tampados em condições ambientes de laboratório durante 24 horas. Todos os cilindros foram depois amadurecidos durante um adicional de 6 dias em 23+2 0C5 95% de umidade relativa. Os espécimes de teste foram depois testados. Exemplo 1

Poliestireno em uma forma de glóbulo não expandido (M97BC - 0,65 mm, F271T - 0,4 mm, e F271M - 0,33 mm) foi pré-expandido em partículas de espuma EPS (pré-sopradas) de densidades variáveis como mostrado na tabela abaixo.

<table>table see original document page 38</column></row><table> Os dados mostram que o tamanho de partícula pré-soprada varia inversamente com a densidade expandida do material.

Exemplo 2

O poliestireno em forma de glóbulo não expandido (0,65 mm, 0,4 mm, e 0,33 mm) foi pré-expandido em partículas pré-sopradas com uma densidade em massa de 2 lb/ft (0,03 g/cmJ) como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-sopradas foram formuladas em uma composição de LWC, em um misturador de tambor de 3,5 pés cúbicos (0,1 m3), que incluía 46,5% em peso (25,3% em volume) de cimento Portland, 16,3% em peso (26,3% em volume) de água, e 1,2% em peso (26,4% em volume) de partículas pré- sopradas. As composições de LWC resultantes tinham um densidade de concreto de 90 lb/ft (1,44 g/cm). A intensidade compressiva média (determinada de acordo com ASTM C39, teste de interrupção de sete dias) é mostrada na tabela abaixo.

<table>table see original document page 39</column></row><table>

Os dados mostram que quando o tamanho de glóbulo não expandido médio diminui, em uma densidade de partícula pré-soprada constante, esta intensidade compressiva surpreendentemente mais elevada necessariamente não resulta sempre da diminuição do tamanho de glóbulo não expandido como sugerido na técnica anterior. Mais particularmente, os dados mostra que um tamanho de glóbulo não expandido ideal com respeito à intensidade compressiva em 2,00 pcf existe quando carregado para obter densidade de concreto de 90 pcf. Este ideal parece estar entre 330 mícrons e 650 mícrons para esta formulação particular.

Exemplo 3

Visto que a densidade de partícula pré-soprada também impacta a densidade de concreto total, a mudança da densidade de EPS requer uma mudança no nível de carga de EPS para manter uma densidade de concreto constante. Esta conexão se mantém unicamente contanto que a quantidade total das partículas pré-sopradas não esteja tão abundante quanto para comprometer a resistência da matriz de concreto circundante. A conexão entre a densidade de partícula pré-soprada e o nível de carga fornece oportunidades adicionais para otimizar a resistência do concreto enquanto controla a densidade total do concreto.

O poliestireno na forma de glóbulo não expandido (0,65 mm) foi pré-expandido em partículas pré-sopradas tendo densidades variáveis como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-sopradas foram formuladas em composições de LWC contendo os componentes apresentados na tabela abaixo, em um misturador de tambor de 3,5 pés cúbicos, e cada um tendo uma densidade de concreto de 90 lb/ft3 (1,44 g/cm3).

<table>table see original document page 40</column></row><table>

A seguinte tabela de dados numericamente descreve a conexão entre a densidade do pré-soprado e a resistência de concreto em uma densidade de concreto constante de 90 lb/ft (1,44 g/cm3).

<table>table see original document page 40</column></row><table>

Os dados mostram que quando a densidade de partícula pré- soprada aumenta, a intensidade compressiva da composição de LWC também aumenta em densidade de concreto constante.

Exemplo 4

O poliestireno na forma de glóbulo não expandido (0,65 mm) foi pré-expandido em partículas pré-sopradas tendo uma densidade em massa de 1,1 lb/ft3 (0,017 g/cm3) como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-sopradas foram formuladas em composições de LWC5 em um misturador de tambor de 3,5 pés cúbicos (0,1 m3), contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 41</column></row><table>

A seguinte tabela de dados numericamente descreve a conexão entre a carga pré-soprada, a resistência de concreto e a densidade do concreto.

<table>table see original document page 41</column></row><table>

Os dados mostram que quando a carga de partícula pré-soprada na composição de LWC aumenta em densidade de concreto constante, a densidade do concreto de baixo peso e a intensidade compressiva diminuem.

Exemplo 5

O poliestireno na forma de glóbulo não expandido (0,65 mm) foi pré-expandido em partículas pré-sopradas tendo uma várias densidades como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-sopradas foram formuladas em composições de LWC, em um misturador de tambor de 3,5 pés cúbicos(0,l m ), contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 41</column></row><table> A seguinte tabela numericamente descreve a conexão entre a densidade pré-soprada e a resistência de concreto em uma carga pré-soprada de concreto constante com base no peso da formulação.

<table>table see original document page 42</column></row><table>

Os dados mostram que quando a densidade de partícula pré- soprada na composição de concreto de baixo peso aumenta em carga de partícula pré-soprada constante (em peso), a densidade do concreto de baixo peso e a intensidade compressiva aumentam.

Exemplo 6

O poliestireno na forma de glóbulo não expandido (0,65 mm) foi pré-expandido em partículas pré-sopradas tendo várias densidades como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-sopradas foram formuladas em composições de LWC, em um misturador de tambor de 3,5 pés cúbicos, contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 42</column></row><table>

A seguinte tabela numericamente descreve a conexão entre a densidade pré-soprada e a resistência de concreto em uma densidade de concreto constante.

<table>table see original document page 42</column></row><table>

Os dados mostram que quando a densidade de partícula pré- soprada na composição de LWC aumenta em densidade de concreto constante, a intensidade compressiva do LWC aumenta.

Exemplo 7

<table>table see original document page 43</column></row><table>

A seguinte tabela de dados numericamente descreve a conexão entre a densidade pré-soprada e a resistência de concreto em uma densidade de concreto constante.

<table>table see original document page 43</column></row><table>

Exemplo 8

Os seguintes exemplos demonstram o uso de ardósia expandida como um agregado em combinação com as partículas pré-sopradas da presente invenção. O poliestireno na forma de glóbulo não expandido foi pré-expandido em partículas pré-sopradas tendo várias densidades como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-sopradas foram formuladas em composições de LWC, em um misturador de tambor de 3,5 pés cúbicos, contendo os componentes mostrados na tabela abaixo. <table>table see original document page 44</column></row><table>

Os dados mostram que o concreto de baixo peso desejável pode ser obtido usando o pré-soprado da presente invenção e ardósia expandida como agregado nas composições de concreto de baixo peso.

Exemplo 9

Os seguintes exemplos demonstram o uso de ardósia expandida como um agregado usado em combinação com as partículas pré- sopradas da presente invenção. O poliestireno na forma de glóbulo não expandido foi pré-expandido em partículas pré-sopradas tendo várias densidades como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-sopradas foram formuladas em composições de LWC3 em um misturador de tambor de 3,5

pés cúbicos (0,1 m3), contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 44</column></row><table> <table>table see original document page 45</column></row><table>

Exemplo 10

Formas de concreto com espessura de 4 polegadas (10,16 cm) e um pé quadrado (0,09 m ) foram produzidas mediante o despejo de formulações preparadas de acordo com os exemplos X e Y na tabela abaixo nos moldes e deixando as formulações solidificarem durante 24 horas.

<table>table see original document page 45</column></row><table>

Após 7 dias, uma lâmina de /4 polegada (1,27 cm) e um pé quadrado (0,09 m") de compensado foi fixada diretamente no concreto formado. Um mínimo de penetração de uma polegada (2,54 cm) foi requerido para a fixação adequada. Os resultados são mostrados na tabela abaixo. <table>table see original document page 46</column></row><table>

Os dados demonstram que a presente composição de concreto de baixo peso, sem ardósia, fornece capacidade do ato de segurar superior com madeira compensada usando prendedores padrão comparado com as formulações de ardósia expandida convencionais, enquanto o concreto contendo ardósia não facilmente aceitou os prendedores. Isto representa uma melhora sobre a técnica anterior, quando a prática de consumo de tempo de âncoras de fixação no concreto para permitir os prendedores se agarrarem a elas, pode ser eliminada.

Exemplo 11

Formas de concreto com espessura de 4 polegadas (10,16 cm) e um pé quadrado (0,09 m ) foram produzidas mediante o despejo das formulações dos Exemplos XeY nos moldes e deixando as formulações solidificarem durante 24 horas. Após 7 dias, uma lâmina de 1/2 polegada (1,27 cm) e um pé quadrado de lâmina de parede seca padrão foi fixada diretamente no concreto formado usando parafusos de parede seca de 1% polegada (4,45 cm) padrão. Um mínimo de penetração de parafuso de uma polegada (2,54 cm) foi requerido para a fixação adequada. Os resultados são mostrados na tabela abaixo. <table>table see original document page 47</column></row><table>

Os dados demonstram que a presente composição de concreto de baixo peso, sem ardósia, fornece capacidade do ato de segurar superior

Os dados demonstram que a presente composição de concreto de baixo peso, sem ardósia, fornece capacidade do ato de segurar superior comparado com as formulações de ardósia expandida tradicionais, que não facilmente aceitaram os prendedores. Isto representa uma melhora sobre a técnica anterior, quando a prática de consumo de tempo de pregos de fixação no concreto para levar em conta a ligação à parede seca a estes, pode ser eliminada.

Exemplo 12

Formas de concreto com espessura de 4 polegadas (10,16 cm) e dois pés quadrados (0,18 m2) foram produzidas mediante o despejo das formulações dos Exemplos XeY em um molde e deixando as formulações solidificarem durante 24 horas. Após 7 dias, uma cabeça de prego de 2" χ 4" (5,08 χ 10,16 cm) com três pés (91,44 cm) de comprimento foi fixada diretamente no concreto formado usando pregos 16d padrão. Um mínimo de penetração de prego de duas polegadas (5,08 cm) foi requerido para a fixação adequada. Os resultados são mostrados na tabela abaixo. comparado com as formulações de ardósia expandida tradicionais, que não facilmente aceitaram os prendedores. Isto representa uma melhora sobre a técnica anterior, quando a prática cara e de consumo de tempo do uso de TAPCON® (disponível da Illinois Tool Works Inc., Glenview, Illinois) ou prendedores similares, âncoras de carga, ou outros métodos conhecidos na técnica para fixar as cabeças de prego ao concreto, pode ser eliminada.

Exemplo 13

Concreto sem agregado adicional foi produzido usando os ingredientes apresentados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 48</column></row><table>

Os dados mostram que o tamanho médio de pré-soprado requerido para fornecer composições com intensidade compressiva máxima é dependente, até certo grau, do fator de expansão do pré-soprado. A focagem sobre o tamanho médio de pré-soprado isoladamente não fornece um bom indicador de resistência de concreto potencial máxima. Este ponto é ilustrado mediante a comparação dos exemplos BB e FF. O exemplo FF (tamanho de 1,54 mm) não fornece intensidade compressiva máxima em um fator de expansão de 18X, contudo é próximo da resistência máxima que pode ser obtida dos glóbulos expandidos 48X.

Usando uma combinação de tamanho pré-soprado e fator de expansão pode-se fornecer um indicador para a resistência máxima do concreto. Como um exemplo, o exemplo AA (tamanho pré-soprado, 1,35 mm e fator de expansão 48) fornece concreto de 93 pcf com uma intensidade compressiva de 1750 psi (12,06 MPa) enquanto um pré-soprado de tamanho similar, exemplo II (tamanho pré-soprado 1,41 mm e fator de expansão 12) fornece concreto de 90 pcf com uma intensidade compressiva significativamente mais elevada de 2100 psi (14,48 MPa). Assim, o menor tamanho de pré-soprado e um fator de expansão mais baixo podem fornecer intensidade compressiva mais elevada na presente composição de concreto de baixo peso dentro de uma faixa ideal de tamanho de partícula pré-soprada. Exemplo 14

Concreto com ardósia expandida como um agregado foi

produzido usando os ingredientes apresentados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 49</column></row><table> <table>table see original document page 50</column></row><table>

Os dados indicam que embora o volume de EPS requerido para manter o concreto com densidade de aproximadamente 90 pcf diminua um pouco linearmente quando a concentração de ardósia aumenta, a resistência do presente concreto de baixo peso aumenta exponencialmente quando a quantidade de ardósia na formulação aumenta. Esta conexão realça o impacto potencialmente significativo de incluir agregados na presente formulação de concreto de baixo peso e demonstra o potencial para a otimização da quantidade de EPS e agregados na formulação para maximizar a resistência em uma densidade desejada. Além disso, o custo dos vários componentes pode também ser incluído em um tal projeto e a formulação de concreto de baixo peso pode ser otimizada tanto para a resistência máxima quanto para custo mais baixo.

Exemplo 15

Concreto com EPS não expandido (1037C) e nenhum agregado adicional foi produzido usando os ingredientes mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 50</column></row><table> Os dados mostram que os glóbulos de resina de poliestireno não expandidos (densidade em massa -40 pcf) podem fornecer uma composição de concreto de baixo peso tendo surpreendentemente intensidade compressiva elevada (2500 a 3200 psi) (17,24 a 22,06 MPa) em densidade baixa (76- 100 pcf).

Exemplo 16

<formula>formula see original document page 51</formula>

Pré-soprado de glóbulo F271T expandido para 1,2 lb/ft (0,019 g/cm3), glóbulo F271C expandido para 1,3 lb/ft3 (0,021 g/cm3) e glóbulo M97BC expandido para 1,5 lb/ft3 (0,024 g/cm3) foram avaliados usando microscopia eletrônica de varredura (SEM). As células superficiais e internas de cada um são mostradas nas FIGS. 20 e 21 (F271T), 22 e 23 (F271C), e 24 e 25 (M97BC) respectivamente.

Como mostrado nas FIGS. 25, 27 e 29, a estrutura externa das partículas pré-sopradas foi de uma forma geral esférica na forma tendo uma superfície externa contínua ou pele. Como mostrado nas FIGS. 26, 28 e 30, a estrutura celular interna das amostras pré-sopradas se parece com uma estrutura tipo alveolar.

O tamanho das partículas pré-sopradas foi também medido usando SEM, os resultados são mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 51</column></row><table>

Tomados todos os dados apresentados acima, os dados fornecem uma indicação de que a estrutura celular interna pode afetar a resistência de uma formulação de concreto de baixo peso.

Quando usadas nas composições de concreto de baixo peso, as partículas pré-sopradas podem impactar a resistência total do concreto de duas maneiras. Primeira, as partículas maiores, que possuem uma densidade mais baixa, mudam a matriz de concreto que circunda a partícula pré-soprada e em segundo lugar, a partícula pré-soprada de densidade mais baixa é menos rígida devido à estrutura celular da partícula espumada. Visto que a resistência do concreto depende, pelo menos até certo grau, da resistência das partículas pré-sopradas, a resistência da partícula pré-soprada aumentada resultaria em resistência de concreto de pelo leve mais elevada. O aumento da resistência potencial pode ser limitado pela extensão em que impacta a matriz de concreto. Os dados nos presentes exemplos sugerem que o tamanho de partícula de glóbulo original pode ser otimizado para fornecer uma partícula pré-soprada de tamanho ideal (que é controlada pela densidade do pré- soprado), que resulta na possível resistência de concreto de baixo peso mais elevada.

Em outras palavras, dentro de um tamanho de partícula pré- soprada ideal e faixa de densidade ideal, a espessura de parede do pré-soprado fornecerá suporte suficiente para permitir a presente composição de concreto de baixo peso ter melhor resistência do que as composições de concreto de baixo peso da técnica anterior.

Os dados aqui apresentados demonstram que ao contrário da presunção e tentativas tomadas da técnica anterior, as partículas de EPS expandidas podem surpreendentemente mais do que atuar como um espaço vazio no concreto. Mais especificamente, a estrutura e caráter das partículas pré-sopradas usadas na presente invenção podem significativamente intensificar a resistência da composição de concreto de baixo peso resultante.

Exemplo 17

Este exemplo demonstra o uso de prendedores com a presente composição de concreto de baixo peso e resistência de retirada relacionada. Esta avaliação foi usada para comparar a capacidade de carga de um parafuso diretamente instalado no presente concreto de baixo peso (aproximadamente 90 pcf) com prendedores de concreto convencional instalados no concreto de peso normal e baixo peso tradicional.

O teste de retirada de prendedor foi executado em três tipos de concreto: peso normal, 143 pcf (amostra MM, concreto normal de 140 pcf), concreto de baixo peso usando ardósia expandida (123 pcf) (amostra NN, LWC de 120 pcf), e concreto de baixo peso com EPS (87 pcf) (amostra 00, LWC de 90m pcf) produzidos como descrito acima de acordo com as formulações na seguinte tabela.

<table>table see original document page 53</column></row><table>

Um mecanismo foi desenvolvido que permitiu pesagens serem verticalmente inclinadas de cada prendedor usando a gravidade para aplicar uma carga em linha com o eixo do prendedor. O LWC de 90 pcf tinha parafusos de parede seca de 2 1A" (6,35 cm) diretamente instalados em furos pré-perfurados: âncoras de fixação de alvenaria tipo parafuso de metal TAPCON® de 2 3/4" (6,98 cm) (Illinois Tool Works Inc., Glenview, EL) instaladas aproximadamente 2" (5,08 cm) de profundidade e âncoras de parafuso/porca de grampo de cunha com expansão de 2 (5,7 cm) padrão instaladas aproximadamente 1 1/4" (3,175 cm) de profundidade. O concreto normal de 140 pcf também tinha dois tipos de prendedores instalados em furos pré-perfurados: âncoras TAPCON de 2 3A" (6,98 cm) instaladas aproximadamente 2" (5,08 cm) de profundidade e âncoras de parafuso/porca de grampo de cunha com expansão de 2 V" (5,715 cm) padrão instaladas aproximadamente 1 1/4 (3,175 cm) de profundidade. Um dos parafusos de parede seca no concreto de baixo peso foi recuado e instalado novamente no mesmo furo do prendedor para teste. Da mesma forma, um dos parafusos TAPCON foi removido e instalado novamente para avaliar qualquer perda na capacidade. As seguintes tabelas mostram os dados e cargas cara cada âncora/prendedor testado.

Parafuso de Parede seca de LWC de 90 pcf

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A força de sustentação dos parafusos de parede seca no LWC de 90 pcf foi surpreendentemente elevada quando ela não facilmente quebrou ou rompeu o concreto. Os parafusos de parede seca foram fáceis de instalar, apenas requerendo uma furadeira elétrica de tamanho padrão. A resistência de agarro dos parafusos de parede seca no LWC de 90 pcf foi tal que se o torque de perfuração aplicado não fosse interrompido a cabeça do parafuso alcançava a superfície do concreto, a cabeça do parafuso torceria para fora. Todos os prendedores mantiveram as 740 Ibf (335,6 kgf) de carga durante pelo menos 10 minutos exceto o parafuso de parede seca retirado e inserido novamente no LWC de 90 pcf, que manteve as 700 Ibf (317,5 kgf) durante 30 segundos antes de romper frouxamente do concreto.

Tomando os dados acima com um conjunto, foi demonstrado que um tamanho de glóbulo pré-soprado ideal existe (como um exemplo não limitativo, aproximadamente 450 a 550 μm de glóbulos de resina em um fator de expansão de aproximadamente 10 a 20 cm3/g para um diâmetro de pré- soprado de aproximadamente 750 a 1400 μm para o concreto de baixo peso de 90 pcf) para maximizar a intensidade compressiva das presentes formulações de concreto de baixo peso. A intensidade compressiva das presentes formulações de concreto de baixo peso pode ser aumentada mediante o aumento da densidade de glóbulo pré-soprado EPS presente. A resina de poliestireno não expandida (densidade em massa ~40 pcf) produz LWC de intensidade compressiva (2500-3200 psi (17,2 a 22,06 MPa)) considerando a densidade baixa (76 - 100 pcf). Os agregados podem ser usados nas presentes formulações de concreto de baixo peso. As formulações de concreto de baixo peso presentes, sem curso de agregados, fornecem uma composição de concreto, que pode ser diretamente fixada para uso de furadoras e parafusos padrão. Quando os glóbulos pré-soprados de EPS são expandidos em densidades de massa baixas (por exemplo, < 1 pcf), os glóbulos possuem uma estrutura celular interna fraca, que cria uma espuma mais fraca, e por sua vez fornece uma composição de concreto de baixo peso tendo uma intensidade compressiva mais baixa. A presente invenção foi descrita com referência aos detalhes específicos das suas formas de realização particulares. Não é pretendido que tais detalhes sejam considerados como limitações do escopo da invenção exceto à medida e na extensão que eles forem incluídos nas reivindicações acompanhantes.

Claims

1. Composição de concreto de baixo peso, caracterizada pelo fato de que compreende de 10 a 90 porcento em volume de uma composição de cimento, de 10 a 90 porcento em volume de partículas tendo um diâmetro médio de partícula de 0,2 mm a 8 mm, uma densidade em massa de 0,028 g/cm3 a 0,64 g/cm3, uma relação de aspecto de 1 a 3, e de 0 a 50 porcento em volume de agregado; em que a soma dos componentes usados não excede a -100 porcento em volume; em que após a composição de concreto de peso ser fixada durante sete dias, possui uma intensidade compressiva de pelo menos -10 1700 psi (11,7 MPa) como testado de acordo com ASTM C39.

2. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas possuem uma camada externa substancialmente contínua.

3. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas compreendem partículas poliméricas expandidas tendo uma espessura de parede celular interna de pelo menos 0,15 μπι.

4. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas compreendem partículas poliméricas expandidas compreendendo um ou mais polímeros selecionados do grupo consistindo de homopolímeros de monômeros vinil aromáticos; copolímeros de pelo menos um monômero vinil aromático com um ou mais de divinilbenzeno, dienos conjugados, metacrilatos de alquila, acrilatos de alquila, acrilonitrila, e/ou anidrido maleico; poliolefinas; policarbonatos; poliésteres; poliamidas; borrachas naturais; borrachas sintéticas; e combinações destes.

5. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas compreendem partículas poliméricas expandidas preparadas pela expansão de um glóbulo de polímero tendo um tamanho médio de partícula de resina não expandida de cerca de 0,2 mm a cerca de 2 mm.

6. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que as partículas compreendem partículas poliméricas expandidas tendo um tamanho médio de partícula de cerca de 0,3 mm a cerca de 5 mm.

7. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser como uma dispersão, em que a composição de cimento compreende uma fase contínua e as partículas compreendem uma fase dispersa de partículas distintas na fase contínua.

8. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo fato de que não contém nenhum agente umectante ou agente dispersante para estabilizar a dispersão.

9. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que pelo menos algumas das partículas são dispostas em uma treliça cúbica ou hexagonal.

10. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a composição de cimento compreende uma composição de cimento hidráulica.

11. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 10, caracterizada pelo fato de que o cimento hidráulico compreende um ou mais materiais selecionados do grupo consistindo de cimento Portland, cimento pozzolana, cimento de gesso, composições de gesso, cimento aluminoso, cimento de magnésia, cimento de sílica, e cimento de escória.

12. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a mistura de cimentação compreende areia, agregado fino, agregado grosso, plastificante e/ou fibras.

13. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que as fibras são selecionadas do grupo consistindo de fibras de vidro, carboneto de silício, fibras de aramida, poliéster, fibras de carbono, fibras de compósito, fibra de vidro, combinações destes, tecido contendo ditas fibras, e combinações contendo tecido das ditas fibras.

14. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 12, caracterizada pelo fato de que o agregado grosso é selecionado do grupo consistindo de pedra, cascalho, escória de alto-forno granulada triturada, cinza volante, vidro, sílica, ardósia expandida, argila; pedra-pomes, perlita, vermiculita, escória, diatomita; xisto expandido, argila expandida, escória expandida, sílica defumada, agregado granulado, cinza volante extrusada, tufo e macrólito, ardósia, escória de alto-forno expandida, cinza volante sinterizada, escória de carvão, e combinações destes.

15. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ter uma densidade de cerca de 40 a cerca de 130 lb/ft3 (0,64 a 2,08 g/cm3).

16. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que um parafuso de parede seca de -2^1/2 polegadas padrão (6,35 cm), parafusado na composição de concreto de baixo peso formada e solidificada em uma profundidade de 1 Vi polegada (3,81 cm), não é removida mediante a aplicação de 500 libras-força (226,8 kgf) perpendicular à superfície parafusada em um minuto.

17. Leito de estrada, caracterizado pelo fato de que compreende a composição de concreto de baixo peso como definida na reivindicação 1.

18. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser moldada e solidificada na forma de um artigo de construção.

19. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser solidificada na forma de uma unidade de alvenaria de concreto.

20. Artigo de construção pré-moldado e/ou pré-tensionado, caracterizado pelo fato de que compreende a composição como definida na reivindicação 1.

21. Composição de concreto de baixo peso de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de ser solidificada na forma de um painel de construção.

22. Método de produção de um artigo de composição de concreto de baixo peso otimizado, caracterizado pelo fato de que compreende: identificar as propriedades de densidade e resistência desejadas de uma composição de concreto de baixo peso solidificada; determinar o tipo, tamanho e densidade dos glóbulos de polímero a serem expandidos para uso na composição de concreto de baixo peso; determinar se o tamanho e densidade dos glóbulos de polímero devem ser expandidos; expandir os glóbulos de polímero para formar glóbulos de polímero expandidos; dispersar os glóbulos de polímero expandidos em uma mistura de cimentação contendo uma composição de cimento hidráulico para formar a composição de concreto de baixo peso; e deixar a composição de concreto de baixo peso solidificar em uma forma desejada.

23. Método de acordo com a reivindicação 22, caracterizado pelo fato de que a análise de elemento finito é usada para determinar o tipo, tamanho e densidade dos glóbulos de polímero a serem expandidos e o tamanho e densidade dos glóbulos de polímero devem ser expandidos.

24. Artigo de concreto de baixo peso, caracterizado pelo fato de ser produzido de acordo com o método como definido na reivindicação 22.

25. Composição de concreto de baixo peso, caracterizada pelo fato de que compreende de 10 a 60 porcento em volume de uma composição de cimento que inclui Cimento Portland tipo III; de 20 a 78 porcento em volume de partículas poliméricas expandidas tendo um diâmetro médio de partícula de 0,2 mm a 5 mm, uma densidade em massa de 0,032 g/cm a 0,56 g/cm , e uma relação de aspecto de -1 a 2; de 5 a 35 porcento em volume de um ou mais agregados; de 0,1 a 1 porcento em volume de um ou mais aditivos selecionados de agentes anti-espuma, agentes à prova d'água, agentes dispersantes, aceleradores da solidificação, retardadores da solidificação, agentes plastificantes, agentes super plastificantes, agentes de diminuição do ponto de congelamento, agentes de melhora da adesividade, colorantes e combinações destes; em que a soma dos componentes usados não excede a 100 porcento em volume e em que após a composição de cimentação de baixo peso ser solidificada, possui uma intensidade compressiva de pelo menos 2000 psi (13,8 MPa) como testado de acordo com ASTM C39 após sete dias.