BRPI0709629A2 - composição de concreto leve de mistura rápida, leito da rodovia, e, método para produzir uma composição de concreto leve de mistura rápida - Google Patents

Abstract

COMPOSIçãO DE CONCRETO LEVE DE MISTURA RáPIDA, LEITO DA RODOVIA, E, MéTODO PARA PRODUZIR UMA COMPOSIçãO DE CONCRETO LEVE DE MISTURA RáPIDA. Uma composição de concreto leve de mistura rápida que contem (8-20)% em volume de cimento, (1 l-50)% em volume de areia, (10-31 )% em volume de partículas pré-intumescidas, (9-40)% em volume de agregado grosseiro, e (10-22)% em volume de água, onde a soma de componentes usados não excede (100)% em volume. As partículas pré-intumescidas têm um diâmetro de partícula médio de 0,2 mm a 8 mm, uma densidade em massa de 0,02 g/cm^ 3^ a 0,64 g/cm^ 3^, uma relação de aspecto de 1 a 3. Um valor de consistência da composição medida de acordo com ASTM C 143 é de 5,08 cm a 20,32 cm. Após a composição de concreto leve de mistura rápida ter sido assentada por 28 dias, ela tem uma resistência à compressão de pelo menos 1400 psi (9,65 MPa) conforme testado de acordo com ASTM C39.

Description

"COMPOSIÇÃO DE CONCRETO LEVE DE MISTURA RÁPIDA, LEITODA RODOVIA, E, MÉTODO PARA PRODUZIR UMA COMPOSIÇÃO DECONCRETO LEVE DE MISTURA RÁPIDA"

FUNDAMENTO 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 sãogeralmente úteis como agentes nos negócios de construção e edifício. Maisespecificamente, os compostos da presente invenção podem ser usados emaplicações em construção e edifício que se beneficiam de um material, capazde ser vertido, moldável, expansível, de peso relativamente baixo que tem altaresistência e freqüentemente propriedades melhoradas de isolamento.

2. Descrição da técnica anterior

No campo de preparação e uso de materiais cimentícios leve,tal como concreto leve assim chamado, os materiais que têm sido disponíveisaos negócios até agora têm sido geralmente requerido à adição de váriosconstituintes para ser obter uma massa de concreto forte, mas leve que temuma alta homogeneidade de constituintes e os quais sejam uniformementeligados através da massa.

Patentes U.S n°s 3.214.393, 3.257.338 e 3.272.765 revelammisturas de concreto que contêm cimento, um agregado primário, polímero deestireno expandido particulado, e um aditivo de homogeneização e/ou ativode superfície.

Patente U.S n° 3.021.291 revela um método de produzirconcreto celular incorporando na mistura de concreto, antes de molar amistura, um material polimérico que irá se expandir sob a influência de calordurante cura. A forma e tamanho das partículas poliméricas não são críticos.

Patente U.S n° 5.580.378 revela um produto cimentício leveconstituído de uma mistura cimentícia aquosa que pode incluir cinzasvolantes, cimento Portland, areia, cal e, como um componente de diminuiçãodo peso, partículas de poliestireno micronizada tendo granulometrias na faixade 50 a 2000 μιη e uma densidade de cerca de 16 kg/m . A mistura pode servertida em produtos moldados tais como paredes de fundação, telhas paratelhado, tijolos e o semelhante. O produto pode ser também usado como umaargamassa, um gesso, um estuque ou uma textura.

JP 9.071.449 revela um concreto leve que inclui cimentoPortland e um agregado leve tal como poliestireno conformado, perlita ouvermiculita como uma parte ou todas partes do agregado. O poliestirenoconformado tem um diâmetro do grânulo de 0,1-10 mm e um peso específicode 0,01-0,08.

Patentes U.S n°s 5.580.378, 5.622.556 e 5.725.652 revelamprodutos cimentícios leve constituídos de uma mistura cimentícia aquosa queinclui cimento e xisto expandido, argila, ardósia, cinza volante, e/ou cal, e umcomponente de diminuição do peso, o qual é partículas de poliestirenomicronizada tendo granulometrias na faixa de 50 a 2000 μιη, e caracterizadaspor ter teores aquosos na faixa de cerca de 0,5% a 50% v/v.

Patente U.S n° 4.265.964 revela composições leve paraunidades estruturais tais como painéis de chapa de fibra e o semelhante, asquais contêm grânulos termoplásticos expansíveis de baixa densidade; ummaterial de base cimentício, tal como gesso; um tensoativo; um aditivo o qualage como um agente espumante para incorporar uma quantidade apropriadade ar na mistura; um componente de formação de película; e um amido. Osgrânulos termoplásticos expansíveis são expandidos o máximo possível.

WO 9802397 revela telhas para telhado de concreto leve feitasmoldando uma composição de aglutinante hidráulico contendo espumas deresina sintética como o agregado e tendo um peso específico de cerca de 1,6 a 2.

WO 00/61519 revela um concreto leve que inclui uma misturade cerca de 40% a 99% de material polimérico orgânico e de 1% a cerca de60% de um agente de arraste de ar. A mistura é usada para preparar concretoleve que usa agregado de poliestireno. A mistura é requerida para dispersar oagregado de poliestireno e para melhorar a ligação entre o agregado depoliestireno e envolver o aglutinante cimentício.

WO 01/66485 revela uma mistura cimentícia leve contendoem volume: 5 a 80% em peso, 10 a 65% em peso de partículas de poliestirenoexpandido, 10 a 90% de partículas de mineral expandidas; e água suficientepara produzir uma pasta com uma distribuição substancialmente igual depoliestireno expandido após mistura adequada.

Patente U.S n° 6.851.235 revela um bloco de construção queinclui uma mistura de água, cimento, e grânulos de espuma de poliestirenoexpandido (EPS) que tem um diâmetro de 3,18 mm a 9,53 mm nas proporçõesde 68 a 95 litros de água; de 150 a 190 kg de cimento; e de 850 a 1400 litrosde grânulos pré-intumescíveis.

Patente U.S n° 5.913.791 revela um bloco de construção quetem uma camada de ligação baseada em cimento em uma ou ambassuperfícies externas do bloco que recebe e mantêm um prendedor penetrantetal como uma unha, parafuso, grampo, ou semelhante. Uma camada baseadaem cimento contém água, cimento, e grânulos de espuma de poliestirenoexpansíveis em primeiras proporções e uma segunda superfície externacontem água, cimento, e grânulos de espuma de poliestireno expansíveis emsegundas proporções diferentes das primeiras proporções.

Geralmente, a técnica anterior reconhece a utilidade de usarpolímeros expandidos, em alguma forma, em composições de concreto, parareduzir o peso total das composições. Os polímeros expandidos sãoprimariamente adicionados para tomar espaço e cria vazios no concreto e aquantidade de "espaço de ar" no polímero expandido é tipicamentemaximizada para se obter esse objetivo. Geralmente, a técnica anteriorassume que partículas de polímero expandido irão diminuir a resistência e/ouintegridade estrutural das composições de concreto leve. Ainda, artigos deconcreto feitos das composições de concreto leve da técnica anterior têm namelhor das hipóteses propriedades físicas inconsistentes, tais como, módulode Young, condutividade térmica, e resistência à compressão, e tipicamentedemonstram menos que propriedades físicas desejáveis.

Portanto, existe uma necessidade na técnica de composições deconcreto leve que forneçam artigos de concreto leve tendo propriedadesdesejáveis e previsíveis que superem os problemas acima mencionados.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO

A presente invenção fornece uma composição de concreto levede mistura rápida que contem 8 a 20% em volume de cimento, lia 50% emvolume de areia, 10 a 31% em volume de partículas pré-intumescidas, 9 a40% de agregado grosseiro, e 10 a 22% em volume de água; onde a soma decomponentes usados não excede 100% em volume. As partículas pré-intumescidas têm um diâmetro médio da partícula de 0,2 mm a 8 mm, umadensidade em massa de 0,02 g/cm a 0,64 g/cm , uma relação de aspecto de 1a 3. O valor de consistência da composição medido de acordo com ASTM C143 é de 0,05 a 0,20 m. Após a composição de concreto leve de misturarápida ter sido mantida por 28 dias, ela tem uma resistência à compressão depelo menos 1400 psi (9,65 MPa) conforme testado de acordo com ASTMC39.

DESCRIÇÃO DOS DESENHOS

Figura 1 é um micrográfico de varredura eletrônica dasuperfície de um grânulo pré-intumescido usado na invenção;

Figura 2 é um micrográfico de varredura eletrônica do interiorde xim grânulo pré-intumescido usado na invenção;

Figura 3 é um micrográfico de varredura eletrônica dasuperfície de um grânulo pré-intumescido usado na invenção;Figura 4 é um micrográfico de varredura eletrônica do interiorde um grânulo pré-intumescido usado na invenção;

Figura 5 é um micrográfico de varredura eletrônica dasuperfície de um grânulo pré-intumescido usado na invenção; e

Figura 6 é um micrográfico de varredura eletrônica do interiorde um grânulo pré-intumescido usado na invenção.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO

Outros que nos exemplos operacionais ou onde de outra formaindicado, todos números ou expressões que se referem a quantidades deingredientes, condições de reação, etc., usados no relatório e reivindicaçõessão para ser entendidos como modificados em todos os casos pelo termo"cerca". Conseqüentemente, a menos que indicado ao contrário, osparâmetros numéricos apresentados no relatório a seguir e reivindicaçõesanexas são aproximações que podem variar dependendo das propriedadesIS7 desejadas, cuja presente invenção deseja obter. No mínimo, e não como umatentativa de limitar a aplicação da doutrina de equivalentes ao escopo dasreivindicações, cada parâmetro numérico deveria pelo menos ser interpretadoem virtude do número de dígitos significantes apresentados e aplicandotécnicas de arredondamento comuns.

Apesar de parâmetros e variações numéricas que apresentamum amplo escopo da invenção sejam aproximações, os valores numéricosapresentados nos exemplos específicos são apresentados tão precisamentequanto possível. Quaisquer valores numéricos, entretanto, inerentementecontêm certos erros necessariamente resultando do desvio padrão reveladosem suas medições de teste respectivos.

Também, deve ser entendido que qualquer faixa numéricaapresentada aqui é intencionada para incluir todas subfaixas incluídas aqui.Por exemplo, uma faixa de "1 a 10" é intencionada para incluir todassubfaixas entre e incluindo o valor mínimo apresentado de 1 e o valormáximo apresentado de 10; isto é, tendo um valor mínimo igual a ou maiorque 1 e um valor máximo de igual a ou menos que 10. Porque as faixasnuméricas reveladas são contínuas, elas incluem cada valor entre os valoresmínimo e máximo. A menos que expressamente indicado de outra forma, asvárias faixas numéricas especificadas nesse pedido são aproximações.

Como usado aqui, o termo "partículas contendo espaçosvazios" se refere a partículas de polímero expandidas, partículas pré-inchadas,e outras partículas que incluem câmaras do tipo favo de mel e/ou celular pelomenos algumas delas são completamente inclusas, que contem ar ou um gásespecífico ou combinação de gases, como um exemplo não limitantepartículas pré-inchadas como descritas aqui.

Como usado aqui, os termos "cimento" e "cimentício" sereferem a materiais que ligam um concreto ou outro produto monolítico, nãoo próprio produto final. Em particular, cimento hidráulico se refere a ummaterial que assenta e endurece submetendo uma reação de hidratação napresença de uma quantidade suficiente de água para produzir um produtoendurecido final.

Como usado aqui, o termo "mistura cimentícia" se refere auma composição que inclui um material de cimento, e uma ou mais cargas,adjuvantes, ou outros agregados e/ou materiais conhecidos na técnica queformam uma suspensão que endurece sob cura. Materiais de cimento incluem,mas não são limitados a, cimento hidráulico, gesso, composições de gesso, cale o semelhante e pode ou não podem incluir água. Adjuvantes e cargasincluem, mas não são limitados a areia, argila, cinza volante, agregado,agentes de arraste de ar, colorantes, redutores de água/superplastificantes, e osemelhante.

Como usado aqui, o termo "concreto" se refere a um materialde construção forte duro produzido misturando uma mistura cimentícia comsuficiente água para fazer com que a mistura cimentícia assente e se ligue atoda massa.

Como usado aqui, o termo "mistura rápida" se refere aoconcreto que é batelado para liberação de uma planta central em vez de sermisturado em um sítio de trabalho. Tipicamente, uma batelada mistura rápidaé feita sob medida de acordo com as especificações de um projeto deconstrução particular e liberada em uma condição plástica, usualmente emcaminhões cilíndricos freqüentemente referidos como "misturadores decimento".

Como usado aqui, todas percentagens em peso e volumeantecipam o uso de um certo volume ou peso de água. As quantidadesparticulares ao se referir a uma composição mistura rápida ou mistura secapoderiam ser as mesmas proporções antecipando que a quantidade medida deágua irá ser adicionada à mistura seca ou mistura rápida ao ser finalmenteformulada, mistura ou de outra forma pronta para uso.

Todas faixas da composição expressas aqui são limitadas emtotal a e não excedem 100% (% em volume ou % em peso) na prática. Ondecomponentes múltiplos podem estar presentes em uma composição, a somadas quantidades máximas de cada componente pode exceder 100%, com oentendimento que, e como aqueles versados na técnica facilmente entendem,que as quantidades dos componentes realmente usados irão se conformar aomáximo de 100%.

Como usado aqui, os termos "(met)acrílico" e "(met)acrilato"significam que incluem derivados de ácido acrílico e metacrílico, tais como osésteres de alquila correspondentes freqüentemente referidos como acrilatos e(met)acrilatos, cujo termo "(met)acrilato" significa que inclui.

Como usado aqui, o termo "polímero" significa que incluir,sem limitação, homopolímeros, copolímeros, copolímeros de enxerto, e suasmisturas e combinações.

No contexto mais amplo, a presente invenção fornece ummétodo de controlar o arraste do ar em um artigo conformado. O artigoconformado pode ser produzido de qualquer material conformável, ondepartículas contendo espaços vazios são usadas para arrastar ar em umamaneira estruturalmente sustentadora. Qualquer material conformáveladequado pode ser usado, contanto que as partículas contendo espaços vaziosnão sejam danificados durante o processo de formação.

Como usado aqui, o termo "material compósito" se refere a ummaterial sólido o qual inclui duas ou mais substâncias tendo diferentescaracterísticas físicas e em que cada substância retém sua identidade enquantopropriedades desejáveis contribuem para o todo. Como um exemplo nãolimitativo, materiais compósitos podem incluir concreto dentro do qualgrânulos pré-inchadas são uniformemente dispersas e embebidas.

Desse modo, a presente invenção é direcionada a métodos decontrolar arraste de ar onde um artigo é formado combinando um materialconformável e partículas contendo espaços vazios para fornecer uma misturae colocar a mistura em uma forma.

Embora o pedido revel em detalhe misturas cimentícias compartículas de polímero, os conceitos e modalidades descritos aqui podem seraplicados por aquele versado na técnica a outras aplicações descritas aqui.

Modalidades da presente invenção são direcionadas acomposições de concreto leve (LWC) que incluem uma mistura cimentícia epartículas de polímero. De forma surpreendente, revelou-se que o tamanho, acomposição, estrutura e propriedades físicas das partículas de polímeroexpandidas, e em alguns casos seus precursores de grânulo de resina, podemafetar muito as propriedades físicas de artigos LWC produzidos dascomposições LWC da invenção. De interesse particular é a relação entre otamanho da grânulo e a densidade da partícula de polímero expandida sobreas propriedades físicas dos artigos LWC resultantes.

Em uma modalidade da invenção, a mistura cimentícia podeser uma mistura cimentícia aquosa.

As partículas de polímero, as quais podem opcionalmente serpartículas de polímero expandidas, estão presentes na composição LWC emum nível de pelo menos 10, em alguns casos pelo menos 15, e em outroscasos pelo menos 20% em volume e até 90, em alguns casos até 75, em outroscasos até 60, em alguns casos até 50, em outro caso até 40, em casosparticulares até 35, e em alguns casos até 31% em peso baseado no volumetotal da composição LWC. A quantidade de polímero irá variar dependendodas propriedades físicas particulares desejadas em um artigo LWC acabado. Aquantidade de partículas de polímero na composição LWC pode ser qualquervalor ou pode variar entre qualquer dos valores apresentados acima.

As partículas de polímero podem incluir quaisquer partículasderivadas de qualquer material termoplástico expansível adequado. Aspartículas de polímero atuais são selecionadas baseadas nas propriedadesfísicas particulares desejadas em um artigo LWC acabado. Como um exemplonão limitativo, as partículas de polímero, as quais podem opcionalmente serpartículas de polímero expandidas, pode incluir um ou mais polímerosselecionados de homopolímeros de monômeros de vinila aromáticos;copolímeros de pelo menos um monômero de vinila aromático com um oumais de divinilbenzeno, dienos conjugados, metacrilatos de alquila, acrilatosde alquila, acrilonitrila, e/ou anidrido maleico; poliolefinas, policarbonatos,poliésteres, poliamidas, borrachas naturais, borrachas sintéticas, e suascombinações.

Em uma modalidade da invenção, as partículas de polímeroincluem homopolímeros ou copolímeros termoplásticos selecionados dehomopolímeros derivados de monômeros de vinila aromáticos incluindoestireno, ispropilestireno, alfa-metilestireno, metilestirenos nucleares,cloroestireno, terc-butilestireno, e o semelhante, assim como copolímerospreparados pela copolimerização de pelo menos um monômero de vinilaaromático conforme descrito acima com um ou mais monômeros, exemplosnão limitativos sendo divinilbenzeno, dienos conjugados (exemplo nãolimitativos sendo butadieno, isopreno, 1,3- e 2,4-hexadieno), metacrilatos dealquila, acrilatos de alquila, acrilonitrila, e anidrido maleico, segundo o qual omonômero de vinila aromático está presente em pelo menos 50% em peso docopolímero. Em uma modalidade da invenção, polímeros estirênicos sãousados, particularmente poliestireno. Entretanto, outros polímeros adequadospodem ser usados, tais como poliolefinas (por exemplo, polietileno,polipropileno), policarbonatos, óxidos de polifenileno, e suas misturas.

Em uma modalidade particular da invenção, as partículas depolímero são partículas de poliestireno expansíveis (EPS). Essas partículaspodem estar na forma de grânulos, grânulos, ou outras partículas convenientespara operações de expansão e moldagem.

Na presente invenção, partículas polimerizadas em umprocesso de suspensão, as quais são grânulos de resina essencialmenteesféricas, são úteis como partículas de polímero ou para produzir partículas depolímero expandidas. Entretanto, polímeros derivados de solução e técnicasde polimerização em massa que são extrudadas e cortadas em seções degrânulo de resina ajustada em tamanho podem também ser usados.

Em uma modalidade da invenção, grânulos de resina (nãoexpandidas) contendo quaisquer dos polímeros ou composições de polímerodescritas aqui têm um tamanho de pelo menos 0,2, em algumas situações pelomenos 0,33, em alguns casos pelo menos 0,35, em outros casos pelo menos0,4, em alguns casos pelo menos 0,45 e em outros casos pelo menos 0,5 mm.Também, os grânulos de resina podem ter um tamanho de até 3, em algunscasos até 2, em outros casos até 2,5, em alguns casos até 2,25, em outroscasos até 2, em algumas situações até 1,5 e em outras situações até 1 mm.Nessa modalidade, as propriedades físicas dos artigos LWC, produzidos deacordo com a invenção, têm propriedades físicas inconsistentes ouindesejáveis quando grânulos de resina tendo tamanhos fora das faixasdescritas acima são usadas para produzir partículas de polímero expandidas.Os grânulos de resina usados nessa modalidade podem ter qualquer valor oupodem variar entre qualquer dos valores apresentados acima.

As partículas termoplásticas expansíveis ou grânulos de resinapodem opcionalmente ser impregnadas usando qualquer método convencionalcom um agente de sopro adequado. Como um exemplo não limitativo, aimpregnação pode ser obtida adicionando o agente de sopro à suspensãoaquosa durante a polimerização do polímero, ou alternativamenteressuspendendo as partículas de polímero em um meio aquoso e entãoincorporando o agente de sopro como ensinado na patente U.S n° 2.983.692.Qualquer material gasoso ou material o qual irá produzir gases sobaquecimento pode ser usado como o agente de sopro. Agentes de soproconvencionais incluem hidrocarbonetos alifáticos contendo 4 a 6 átomos decarbono na molécula, tais como, butanos, pentanos, hexanos, e oshidrocarbonetos halogenados, por exemplo, CFCs e HCFCs, que ebulem emtemperatura abaixo do ponto de amolecimento do polímero escolhido.Misturas desses agentes de sopro de hidrocarboneto alifático podem tambémser usadas.

Alternativamente, água pode ser misturada com esses agentesde sopro de hidrocarboneto alifático ou água pode ser usada como o únicoagente de sopro como ensinado nas patentes U.S n° 6.127.439; 6.160.027; e6.232.540; nessas patentes, agentes que retêm água são usados. Apercentagem em peso de água para uso como o agente de sopro pode variar de1 a 20%. Os textos das patentes U.S n° 6.127.439; 6.160.027; e 6.232.540 sãoincorporados aqui por referência.

As partículas de polímero impregnado ou grânulos de resinasão opcionalmente expandidas para uma densidade em massa de pelo menos0,02 g/cm3 , em alguns casos 0,028 g/cm3 , em algumas circunstâncias, pelomenos 0,032 g/cm , em outras circunstâncias pelo menos 0,048 g/cm e emparticular circunstâncias de pelo menos 0,052 g/cm ou 0,056 g/cm . Quandogrânulos de resina não expandidas são usadas. Grânulos com densidade emmassa maior podem ser usadas. Como tais, a densidade em massa pode ser tãoalta quanto 0,64 g/cm3. Em outras situações, as partículas de polímero sãopelo menos parcialmente expandidas e a densidade em massa pode ser até0,56 g/cm , em alguns casos até 0,48 g/cm , em outros casos até 0,4 g/cm ,em alguns casos até 0,32 g/cm , em outros casos até 0,24 g/cm e em certascircunstâncias até 0,16 g/cm3. A densidade em massa das partículas depolímero pode ser qualquer valor ou faixa entre quaisquer dos valoresapresentados acima. A densidade em massa das partículas de polímero,grânulos de resina e/ou partículas pré-intumescidas é determinada pesandoum volume conhecido de partículas de polímero, grânulos e/ou partículas pré-intumescidas (24 horas envelhecidas em condições ambiente).

A etapa de expansão é convencionalmente realizadaaquecendo impregnados via qualquer meio de aquecimento convencional, taiscomo, vapor, ar quente, água quente, ou calor radiante. Um métodogeralmente aceito para realizar a pré-expansão de partículas termoplásticasimpregnadas é ensinado na patente U.S n° 3.023.175.

As partículas de polímero impregnadas podem ser partículasde polímero celular espumadas como ensinado no pedido U.S publicado n°2002-0117769 Al, os ensinamentos dos quais são incorporados aqui porreferência. As partículas celulares espumadas podem ser poliestireno que sãoexpandidas e contêm um agente de sopro volátil em um nível de menos que14% em peso, em algumas situações menos que 6% em peso, em alguns casosvariando de cerca de 2% em peso a cerca de 5% em peso, e em outros casosvariando de cerca de 2,5% em peso a cerca de 3,5% em peso baseado no pesodo polímero.

Um interpolímero de uma poliolefina e monômeros aromáticosde vinila polimerizados in situ que podem ser incluídos nas partículas depolímero ou resina termoplástica expandida de acordo com a invenção érevelado nas patentes U.S n° 4.303.756, 4.303.757 e 6.908.949, as partesrelevantes das quais são aqui incorporadas por referência.

As partículas de polímero podem incluir ingredientes eaditivos habituais, tais como retardantes de chama, pigmentos, corantes,colorantes, plastificantes, agentes de liberação de molde, estabilizantes,absorvedores de luz ultravioleta, agentes de prevenção do molde,antioxidantes, rodenticídeos, repelentes de inseto, e assim por diante.Pigmentos típicos incluem, sem limitação, pigmentos inorgânicos tais comonegro de fumo, grafite, grafite expansível, óxido de zinco, dióxido de titânio,e óxido de ferro, assim como pigmentos orgânicos tais como vermelhos evioletas quinacridona e verdes e azuis ftalocianina.

Em uma modalidade particular da invenção, o pigmento énegro de fumo, um exemplo não limitativo de tal um material sendo EPSSILVER®, disponível de NOVA Chemicals Inc.

Em outra modalidade particular da invenção, o pigmento égrafite, um exemplo não limitativo de tal um material sendo NEOPOR®,disponível de BASF Aktiengesellschaft Corp., Ludwigshafen am Rhein,Alemanha.

Quando materiais tais como negro de fumo e/ou grafite sãoincluídos nas partículas de polímero, propriedades isolantes melhoradas,como exemplificadas pelos valores maiores de R para materiais contendonegro de fiimo ou grafite (como determinado usando ASTM-C518) sãofornecidos. Como tais, o valor de R das partículas de polímero expandidascontendo negro de fumo e/ou grafite ou materiais feitos de tais partículas depolímero são pelo menos 5% maiores do que observado para partículas ouartigos resultantes que não contêm negro de fumo e/ou grafite.

As partículas de polímero expandidas ou partículas pré-intumescidas podem ter um diâmetro de partícula médio de pelo menos 0,2,em algumas circunstâncias pelo menos 0,3, em outras circunstâncias pelomenos 0,5, em alguns casos pelo menos 0,75, em outros casos pelo menos 0,9e alguns casos pelo menos 1 mm e podem ser até 8, em algumascircunstâncias até 6, em outras circunstâncias até 5, em alguns casos até 4, emoutros casos até 3, e em alguns casos até 2,5 mm. Quando o tamanho daspartículas de polímero expandidas ou partículas pré-intumescidas é muitopequeno ou muito grande, as propriedades físicas dos artigos de LWC feitosusando a presente composição de LWC podem ser indesejáveis. O tamanhodas partículas de polímero expandidas ou partículas pré-intumescidas pode serqualquer valor e pode variar entre qualquer dos valores apresentados acima. Otamanho das partículas de polímero expandidas ou partículas pré-intumescidas pode ser determinada usando técnicas de difração a laser ou porvarredura de acordo com o tamanho de mesh usando métodos de separaçãomecânica bem conhecidos na técnica.

Em uma modalidade da invenção, as partículas de polímero oupartículas de polímero expandidas têm uma espessura média mínima daparede da célula, o que ajuda a fornecer propriedades física desejáveis aosartigos de LWC produzidos usando a presente composição de LWC. Aespessura média da parede da célula e dimensões celulares internas podem serdeterminadas usando técnicas de microscopia de varredura eletrônicaconhecidas na técnica. As partículas de polímero expandidas podem ter umaespessura média da parede da célula de pelo menos 0,15 μπι, em alguns casospelo menos 0,2 μm e em outros casos pelo menos 0,25 μιη. Não desejando serlimitado por qualquer teoria particular, acredita-se que uma espessura médiada parede da célula desejável resulta quando grânulos de resina tendo asdimensões descritas acima são expandidas para as densidades descritas acima.

Em uma modalidade da invenção, os grânulos de polímero sãoopcionalmente expandidos para formar as partículas de polímero expandidastal que uma espessura da parede da célula desejável conforme descrito acimaé obtida. Embora muitas variáveis possam impactar na espessura da parede, édesejável, nessa modalidade, limitar a expansão da grânulo de polímero demodo a obter uma espessura desejável da parede e resistência da partícula depolímero expandida resultante. Otimizando as etapas de processamento eagentes de sopro podem expandir os grânulos de polímero a um mínimo de0,02 g/cm . Essa propriedade da densidade em massa do polímero expandidopode ser descrita em pcf ou qualquer fator de expansão (cm /g).

Como usado aqui, o termo "fator de expansão" se refere aovolume a fornecendo peso da grânulo de polímero expandido ocupa,tipicamente expresso como cm3/g, e na presente invenção, tipicamente umvalor até 50 cm /g.

De modo a fornecer partículas de polímero expandidas comespessura e resistência desejáveis da parede da célula, as partículas depolímero expandidas não são expandidas a seu fator de expansão máximo, taiscomo, partículas que produzem expansão extrema com paredes da célulaindesejavelmente finas e resistência insuficiente. Ainda, os grânulos depolímero podem ser expandidos pelo menos 5%, em alguns casos pelo menos10%, e em outros casos pelo menos 15% de seu fator de expansão máximo.Entretanto, de modo a não fazer com a espessura da parede da célula sejamuito fina, os grânulos de polímero são expandidos até 80%, em alguns casosaté 75%, em outros casos até 70%, em alguns casos até 65%, em outros casosaté 60%, em algumas circunstâncias até 55%, e em outras circunstâncias até50% de seu fator de expansão máximo. Os grânulos de polímero podem serexpandidos para qualquer grau indicado acima ou a expansão pode variarentre qualquer dos valores apresentados acima. Tipicamente, os grânulos depolímero ou partículas pré-intumescidas não expandem posteriormentequando formuladas nas presentes composições cimentícias e nãoposteriormente expandem enquanto as composições cimentícias assentam,curam e/ou endurecem.

Como usado aqui, o termo "pré-intumescíveis" se refere a umapartícula, resina e/ou grânulo expansível que foi expandida, mas nãoexpandida a seu fator de expansão máximo.

Em modalidades da invenção, as partículas pré-intumescidaspodem ter um fator de expansão de pelo menos IOe em alguns casos pelomenos 12 cm3/g e podem ser até 70, em alguns casos até 60 cm3/g e em outroscasos até 50 cm3/g. O fator de expansão das partículas pré-intumescidas podeser qualquer valor ou faixa entre qualquer dos valores apresentados acima.

As partículas de polímero expandidas ou pré-intumescíveistipicamente têm uma estrutura celular ou parte interna em forma de favo demel e uma superfície polimérica contínua geralmente macia como umasuperfície externa, isto é, uma camada externa substancialmente contínua. Asuperfície contínua macia pode ser observada usando técnicas de microscopiade varredura eletrônica (SEM) em aumento de 1000X. Observações SEM nãoindicam a presença de furos na superfície externa das partículas de polímeroexpandidas ou pré-intumescíveis, conforme mostrado nas figuras 1, 3 e 5.Seções cortadas das partículas de polímero expandidas ou pré-intumescíveisconsiderando as observações SEM revelam a estrutura geralmente em formade favo de mel do interior das partículas de polímero expandidas ou pré-intumescíveis, conforme mostrado nas figuras 2, 4 e 6.

As partículas de polímero ou partículas de polímeroexpandidas podem ter qualquer forma transversal que permita fornecerpropriedades físicas desejáveis em artigos de LWC. Em uma modalidade dainvenção, as partículas de polímero expandidas tem uma forma transversalcircular, oval ou elíptica. Em modalidades da invenção, as partículas pré-intumescidas ou de polímero expandidas tem uma relação de aspecto de 1, emalguns casos pelo menos Iea relação de aspecto pode ser até 3, em algunscasos até 2 e em outros casos até 1,5. A relação de aspecto das partículas pré-intumescidas ou de polímero expandidas podem ser qualquer valor ou faixaentre qualquer dos valores apresentados acima.

A mistura cimentícia está presente na composição de LWC emum nível de pelo menos 10, em alguns casos pelo menos 15, em outros casospelo menos 22, em alguns casos pelo menos 40 e em outros casos pelo menos50% em volume e pode estar presente em um nível de pelo menos 90, emalgumas circunstâncias até 85, em outras circunstâncias até 80, em casosparticulares até 75, em alguns casos até 70, em outros casos até 65, e emalguns casos até 60% em volume da composição de LWC. A misturacimentícia pode estar presente na composição de LWC em qualquer nívelestabelecido acima e pode variar entre qualquer dos níveis estabelecidosacima.

Em uma modalidade da invenção, a mistura cimentícia incluiuma composição de cimento hidráulico. A composição de cimento hidráulicopode estar presente em um nível de pelo menos 3, em certas situações pelomenos 5, em alguns casos pelo menos 8, e em outros casos pelo menos 9%em volume e pode estar presente em níveis até 40, em alguns casos até 35, emoutros casos até 30, em alguns casos até 20% em volume da misturacimentícia. A mistura cimentícia pode incluir a composição de cimentohidráulico em qualquer dos níveis estabelecidos acima ou em níveis variandoentre qualquer dos níveis estabelecidos acima.

Em uma modalidade particular da invenção, a composição decimento hidráulico pode ser um ou mais materiais selecionados de cimentoPortland, cimento de pozzolana, cimento de gesso, cimento aluminoso,cimento de magnésia, cimento de sílica, e cimento de escória. Ainda, váriostipos de cimento como definidos em ASTM C150 podem ser usados nainvenção, exemplos não limitativos dos quais incluem Tipo I (para uso geralquando resistência moderada do sulfato ou calor moderado de hidratação édesejado), Tipo ILA (para cimento de arraste de ar de qualidade do Tipo II),Tipo III (para uso quando resistência anteriormente alta é desejada), Tipo IIIA(para cimento de arraste de ar da qualidade do Tipo III), e Tipo IV (para usoquando um baixo calor de hidratação é desejado), Tipo V (para uso quandoalta resistência do sulfato é desejada).

Em uma modalidade particular da invenção a composição decimento é cimento Portland do Tipo I.

Em uma modalidade da invenção, a mistura cimentícia podeopcionalmente incluir outros agregados e adjuvantes conhecidos na técnicaincluindo, mas não limitados a areia, agregado adicional, plastificantes e/oufibras. Fibras adequadas incluem, mas não são limitadas a fibras de vidro,carbeto de silício, fibras aramidas, poliéster, fibras de carbono, fibrascompósitas, fibra de vidro, e suas combinações, assim como tecido contendoas fibras mencionadas acima, e tecido contendo combinações das fibrasmencionadas acima.

Exemplos não limitativos de fibras que podem ser usadas nainvenção incluem MeC-GRID® disponível de TechFab, LLC, Anderson, SC;KEVLAR® disponível de E.I. DuPont de Nemours and Company,Wilmington DE; TWARON® disponível de Teijin Twaron B.V., Amheim,Holanda; SPECTRA® disponível de Honeywell International Inc.,Morristown, NJ; DACRON® disponível de Invista North América S.A.R.L.Corp. Wilimington, DE; e VECTRAN® disponível de Hoechst CellaneseCorp., Nova Iorque, NY. As fibras podem ser usadas em uma estrutura emmalha, entrelaçada, entretecida, e orientadas em qualquer direção desejável.

Em uma modalidade particular da invenção, fibras podemconstituir pelo menos 0,1, em alguns casos pelo menos 0,5, em outros casospelo menos 1, e em alguns casos pelo menos 2% em volume da composiçãode LWC. Ainda, fibras podem fornecer até 10, em alguns casos até 8, emoutros casos até 7, e em alguns casos até 5% em volume da composição deLWC. A quantidade de fibras é ajustada para fornecer propriedades desejadasà composição de LWC. A quantidade de fibras pode ser qualquer valor oufaixa entre qualquer dos valores apresentados acima.

Ainda nessa modalidade, o agregado adicional pode incluir,mas não é limitado a, um ou mais materiais selecionados de agregadoscomuns tais como areia, pedra, e cascalho. Agregados leve comuns podemincluir escória de alto forno granulada moída, cinza volante, vidro, sílica,ardósia expandida e argila; agregados isolantes tais como pedra-pomes,perlita, vermiculita, escória, e diatomita; agregado de LWC tais como xistoexpandido, árdósia expandida, argila expandida, escória expandida, sílicadefumada, agregado pelotizado, cinza volante extrudada, tufo, e macrolita; eagregado de alvenaria tais como xisto expandido, argila, ardósia, escória dealto forno expandida, cinza volante sintetizada, cinzas de carvão, pedra-pomes, escória, e agregado pelotizado.

Como exemplos não limitativos, pedra pode incluir pedra derio, pedra calcária, granito, arenito, arenito avermelhado, conglomerado,calcita, dolomita, serpentina, traventina, ardósia, arenito azulado, gnaisse,arenito de quartzo, quartzo e suas combinações.

Quando incluídos, os outros agregados e adjuvantes estãopresentes na mistura cimentícia em um nível de pelo menos 0,5, em algunscasos pelo menos 1, em outros casos pelo menos 2,5, em alguns casos pelomenos 5 e em outros casos pelo menos 10% em volume da misturacimentícia. Também, os outros agregados e adjuvantes podem estar presentesem um nível de até 95, em alguns casos até 90, em outros casos até 85, emalguns casos até 65 e em outros casos até 60% em volume da misturacimentícia. Os outros agregados e adjuvantes podem estar presentes namistura cimentícia em qualquer dos níveis indicados acima ou podem variarentre qualquer dos níveis indicados acima.

Em uma modalidade particular da invenção, areia e/ou outroagregado fino podem constituir pelo menos 11, em alguns casos pelo menos15, em outros casos pelo menos 20% em volume da composição de LWC.Ainda, areia e/ou outro agregado fino podem fornecer até 50, em alguns casosaté 45, em outros casos até 40, em alguns casos até 35% em volume dacomposição de LWC. A quantidade de areia e/ou outro agregado fino éajustada para fornecer propriedades desejadas à composição de LWC. Aquantidade de areia e/ou outro agregado fino pode ser qualquer valor ou faixaentre qualquer dos valores apresentados acima.

Em uma modalidade particular da invenção, agregadogrosseiro (agregado tendo um valor FM de mais que 4) pode constituir pelomenos 1, em alguns casos pelo menos 9, e em outros casos pelo menos 12%em volume da composição de LWC. Ainda, agregado grosseiro pode fornecer40, em alguns casos até 35, em outros casos até 30, em alguns casos até 25%em volume da composição de LWC. A quantidade de agregado grosseiro éajustada para fornecer propriedades desejadas à composição de LWC. Aquantidade de areia como agregado grosseiro pode ser qualquer valor ou faixaentre qualquer dos valores apresentados acima.

Em modalidades da invenção, as composições de concreto levepodem conter um ou mais aditivos, exemplos não limitativos de tais sendoagentes antiespumantes, agentes a prova de água, agentes dispersantes,aceleradores de presa, retardantes de presa, agentes plastificantes, agentessuperplastificantes, redutores de água, agentes de ligação, agentes dediminuição do ponto de congelamento, agentes que conferem adesão, ecolorantes. Os aditivos estão tipicamente presentes em menos que 1% empeso com relação ao peso total da composição, mas podem estar presentes de0,1 a 3% em peso.

Agentes dispersantes ou plastificantes adequados que podemser usados na invenção incluem, mas não são limitados a, hexametafosfato,tripolifosfato, sulfonato de polinaftaleno, poliamina sulfonada e suascombinações.Agentes plastificantes adequados que podem ser usados nainvenção incluem, mas não são limitados a, ácidos poli-hidroxicarboxílicos ouseus sais, policarboxilatos ou seus sais, lignossulfonatos, polietileno glicóis, esuas combinações.

Agentes superplastificantes adequados que podem ser usadosna invenção incluem, mas não são limitados a, sais de metal alcalino oualcalino terroso de sulfonatos de lignina, lignossulfonatos, sais de metalalcalino ou alcalino terroso de condensados de formaldeído/ácido naftalenosulfônico altamente condensado, sulfonatos de polinaftaleno, sais de metalalcalino ou alcalino terroso de um ou mais policarboxilatos (tais comopoli(met)acrilatos e os copolímeros da carda de policarboxilato descritos napatente U.S η 6.800.129, as partes relevantes das quais são aqui incorporadaspor referência); sais de metal alcalino ou alcalino terroso de condensados demelamina/formaldeído/sulfeto, ésteres de ácido sulfônico, ésteres decarboidrato, e suas combinações.

Exemplos não limitativos de redutores de água adequadosincluem lignossulfonatos, condensados de formaldeído de sulfonato denaftaleno de sódio, resinas de formaldeído-melamina sulfonada,vinilcopolímeros sulfonados, resinas de uréia, e sais de ácidos hidróxi- oupoli-hidroxi-carboxílicos, uma mistura de 90/10 peso/peso de polímeros de salde sódio de ácido naftaleno sulfônico, parcialmente condensados comformaldeído e gluconato de sódio como descrito na patente U.S n° 3.686.133,e suas combinações.

Exemplos de agentes de ligação adequados incluem materiaisque podem ser ou inorgânicos ou orgânicos e são moles e trabalháveis quandofrescos, mas assentam para formar um sólido, infusível, duro sob cura, ou poração hidráulica ou por reticulação química. Exemplos não limitativos de taismateriais podem incluir materiais inorgânicos tais como borracha, cloreto depolivinila, acetato de polivinila, acrílico, copolímeros de estireno-butadieno, evários polímeros pulverizados.

Aceleradores de presa adequados que podem ser usados nainvenção incluem, mas não são limitados a sais de cloreto solúveis (tal comocloreto de cálcio), trietanolamina, paraformaldeído, sais de formato solúveis (tal como formato de cálcio), hidróxido de sódio, hidróxido de potássio,carbonato de sódio, sulfato de sódio, 12Ca0.7Al203, sulfato de sódio, sulfatode alumínio, sulfato de ferro, condensados de aldeído alifático dehidrocarboneto aromático sulfonado/nitrato de metal alcalino revelados napatente U.S n° 4.026.723, os aceleradores de tensoativo solúveis em água revelados na patente U.S n° 4.298.394, os derivados de metilol deaceleradores de aminoácidos revelados na patente U.S n° 5.211.751, e asmisturas de sais de ácido tiociânico, alcanolaminas, e sais de ácido nítricorevelados na patente U.S n° Re. 35.194, as partes relevantes das quais são aquiincorporadas por referência, e suas combinações.

Retardantes de presa adequados que podem ser usados nainvenção incluem, mas não são limitados a lignossulfonatos, ácidoshidroxicarboxílicos (tais como ácido glucônico, ácido cítrico, ácido tartárico,ácido maleico, ácido salicílico, ácido gluco-heptônico, ácido arabônico, ácido,e seus sais inorgânicos ou orgânicos tais como sal de sódio, potássio, cálcio, magnésio, amônio e trietanolamina), ácido cardônico, açúcares, açúcaresmodificados, fosfatos, boratos, silico-fluoretos, bromato de cálcio, sulfato decálcio, sulfato de sódio, monossacarídeos tais como glicose, frutose,galactose, sacarose, xilose, apiose, ribose e açúcar invertido, oligossacarídeostais como dissacarídeos e trissacarídeos, tais oligossacarídeos como dextrina, polissacarídeos tal como dextrano, e outros sacarídeos tais como melaçocontendo esses, álcoois de açucare tal como sorbitol, silicofluoreto demagnésio, ácido fosfórico e seus sais, ou ésteres de borato, ácidosaminocarboxílicos e seus sais, proteínas solúveis alcalinas, ácido húmico,ácido tânico, fenóis, álcoois poliídricos tal como glicerol, ácidos fosfônicos eseus derivados, tal como aminotri(metileno-ácido fosfônico), 1-hidroxietilideno-1,1 -ácido difosfônico, etilenodiaminatetra(ácidometilenofosfônico), dietilenotriamina-penta(ácido metilenofosfônico), e seussais de metal alcalino ou metal alcalino terroso, e combinações dosretardantes de presa indicados acima.

Agentes desespumantes adequados que podem ser usados nainvenção incluem, mas não são limitados a agentes desespumantes baseadosem silicone (tais como dimetilpolissiloxano, óleo de dimetilsilicone, massa desilicone, emulsões de silicone, polissiloxanos modificados do grupo orgânico(poliorganossiloxanos tal como dimetilpolissiloxano), óleos de fluorosilicone,etc), fosfatos de alquila (tais como fosfato de tributila, octilfosfato de sódio,etc), agentes desespumantes baseados em óleo mineral (tais como querosene,parafina líquida, etc), agentes desespumantes baseados em óleo ou gordura(tais como óleos vegetais ou animais, óleo sésamo, óleo de rícino, adutos deóxido de alquileno derivados dos mesmos, etc.), agentes desespumantesbaseados em ácido graxo (tais como ácido oléico, ácido esteárico, e adutos deóxido de alquileno derivados dos mesmos, etc.), agentes desespumantesbaseados em éster de ácido graxo (tais como monoricinolato de glicerol,derivados de ácido alquenilsuccínico, monolaurato de sorbitol, trioleato desorbitol, ceras naturais, etc.), agentes desespumantes do tipo oxialquileno,agentes desespumantes baseados em álcool: octil álcool, hexadecil álcool,álcoois de acetileno, glicóis, etc.), agentes desespumantes baseados em amida(tais como poliaminas de acrilato, etc.), agentes desespumantes baseados emsal de metal (tais como estearato de alumínio, oleato de cálcio, etc.) ecombinações dos agentes desespumantes descritos acima.

Agentes de diminuição do ponto de congelamento adequadosque podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a etilálcool, cloreto de cálcio, cloreto de potássio, e suas combinações.

Agentes que aumentam adesão adequados que podem serusados na invenção incluem, mas não são limitados a acetato de polivinila,estireno-butadieno, homopolímeros e copolímeros de ésteres de(met)acrilatos, e suas combinações.

Agentes repelentes de água ou a prova de água adequados que podem ser usados na invenção incluem, mas não são limitados a ácidosgraxos (tais como ácido esteárico ou ácido oléico), ésteres de ácido graxo dealquila inferior (tal como estearato de butila), sais de ácido graxo (tal comoestearato de cálcio ou alumínio), silicones, emulsõès, de cera, resinas dehidrocarboneto, betume, gorduras e óleos, silicones, parafinas, asfalto, ceras, e suas combinações. Embora não usados em muitas modalidades da invenção,quando usados, agentes de arraste de ar adequados incluem, mas não sãolimitados, a resinas vinsol, abietato de sódio, ácidos graxos e seus sais,tensídeos, sulfonatos de alquil-arila, etoxilados de fenol, lignossulfonatos, esuas misturas.

A mistura cimentícia, partículas de polímero expandidas, equaisquer outros agregados, aditivos e/ou adjuvantes são misturados usandométodos bem conhecidos na técnica. Em uma modalidade da invenção, umlíquido, em alguns casos água, é também misturado nos outros ingredientes.

Em uma modalidade da invenção, uma mistura seca (isto é, contendo mínimo de água ou nenhuma adicionada) pode ser produzida,empacotada e armazenada para futuro uso. Tal uma mistura seca podeposteriormente ser misturada com água para fornecer as composições deconcreto leve descritas aqui.

Em uma modalidade da invenção, a composição de concreto é uma dispersão onde a mistura cimentícia fornece, pelo menos em parte, umafase contínua e as partículas de polímero e/ou partículas de polímeroexpandidas existem como uma fase dispersa de partículas discretas na fasecontínua.

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

Como uma modalidade não limitativa da invenção e nãodesejando ser limitada por qualquer teoria individual, alguns fatores quepodem afetar o desempenho da presente composição de LWC incluem afração em volume da grânulo de resina expandida, o tamanho média dagrânulo expandida e a microestrutura criada pelo espaçamento inter-grânulodentro do concreto. Nessa modalidade, o espaçamento inter-grânulo pode seravaliado usando um modelo bidimensional. Para simplicidade da descrição, oespaçamento inter-grânulo pode ser limitado ao raio da grânulo.

Conseqüentemente, e sem limitar a invenção em qualquer forma, presume-senessa modalidade que os grânulos são arranjados em uma treliça cúbica,distribuição do tamanho da grânulo na composição de LWC não éconsiderada, e a distribuição da área da grânulo expandida na transversal nãoé considerada. De modo a calcular o número de grânulos por amostra, ocilindro de teste tridimensional é adotado.

Quanto menor o tamanho da grânulo expandida, maior onúmero de grânulos expandidas requeridas para manter a mesma fração emvolume de grânulo expandida como descrito pela Equação 1 abaixo. Como onúmero de grânulos expandidas aumenta exponencialmente, o espaçamentoentre os grânulos expandidos diminui.

Nb = K/B3 (1)

Nb representa o número de grânulos expandidas.

Uma espécie do teste de LWC com diâmetro D e altura H(usualmente 5,08 cm χ 10,16 cm ou 15,24 cm χ 30,48 cm), contendo grânulosde polímero expandidas dispersas de diâmetro médio da grânulo expandida B,e uma fração de volume dado Vd contem uma quantidade de grânulos depolímero expandidas Nb dada pela equação 1:

Observe que Nb é inversamente proporcional ao cubo dodiâmetro da grânulo de polímero expandida. A constante deproporcionalidade, K = 1,6 VdHD , é um número que é dependente somentedo tamanho da amostra e a fração em volume dos grânulos de polímeroexpandido. Desse modo para um tamanho da amostra dada, e fração emvolume da grânulo de polímero expandida conhecida, o número de grânulosaumenta para um terceiro nível quando o diâmetro da grânulo diminui.

Como exemplo não limitativo, para uma espécie de LWC de5,08 cm χ 10,16 cm, a 1441 kg/m (correspondendo a fração em volume de43% de grânulo de polímero expandido com densidade em massa inchável de10 20,2 kg/m3), o número de grânulos aumenta quatro vezes e sete vezesmovendo de um grânulo de 0,65 mm para 0,4 mm e grânulos de 0,33 mmrespectivamente. A 33,3 kg/m , o aumento no número de grânulos é seisvezes e sete vezes para grânulos de 0,4 mm e 0,33 mm respectivamente. A80,09 kg/m3, os aumentos são duas vezes e três vezes respectivamente. Desse modo, a densidade se correlaciona com o tamanho do grânulo. Comomostrado abaixo, a densidade também afeta a espessura da parede da célula.A resistência de uma matriz de concreto povoada por grânulos expandidos étipicamente afetada pela dureza e espessura da parede da célula.

Em uma modalidade da invenção, onde células esféricasmonodispersas são consideradas, pode ser mostrado que o diâmetro médio dacélula d é relacionado a espessura média da parede δ pela equação 2:

onde pé a densidade da espuma e ps é a densidade da grânulo de polímerosólida.

Desse modo para um polímero dado, dependendo do processode expansão particular, pode-se obter a mesma espessura da parede da célula(em uma tamanho de célula dado) ou o mesmo tamanho da célula em váriosvalores de <5. A densidade é controlada não somente pelo tamanho da célula,mas também variando a espessura da parede da célula.A tabela abaixo exemplifica a variação da densidade dagrânulo de polímero expandido com o tamanho da grânulo para três classes degrânulo.

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Microestruturas e/ou morfologias desejáveis podem seenquadrar em classes distintas. A primeira é um compósito bi-contínuo ou co-contínuo com interfaces especiais e a segunda inclui inclusões especiais emuma matriz conectada. As propriedades eficazes de ambas microestruturas bi-contínuas e individualmente conectadas são descritas por ligações depropriedade cruzada ótimas conhecidas.

Em muitos casos, quanto menor os grânulos, maior o númerode grânulos requeridas para manter a mesma fração de volume da grânulo depolímero expandido como descrito pela equação 1. Como o número degrânulos aumenta exponencialmente, o espaçamento entre os grânulosdiminui.

As ligações ótimas podem ser descritas por um número derelações que representam números ou limites críticos. Como um exemplo nãolimitativo, para uma fração em volume dada, existe freqüentemente umtamanho crítico da grânulo que correspondente a um número crítico degrânulos que podem ser dispersas para fornecer uma morfologia desejada talque todas os grânulos são isolados e o concreto é individualmente conectado.

E também possível formar uma morfologia onde todos os grânulos não sãoisolados, mas granulados.

Análise de elemento finito de uma seção transversal bi-dimensional foi realizada usando ANSYS® (um programa de análise deelemento finito disponível de ANSYS Inc., Canosburg, PA). Na malha doelemento finito da seção transversal, os grânulos são modelados como nãogranuladas ou círculos isolados em uma matriz de concreto individualmenteconectada.

Os resultados demonstram que sob carregamento, as tensõessão constituídas em uma direção perpendicular para o eixo da carga. Asconcentrações de tensão máxima são em limite horizontal entre os grânulos depolímero expandido, que tendem a ser deformadas de uma forma circular parauma forma elíptica.

Em uma modalidade particular da invenção, a composição deconcreto contem pelo menos algumas das partículas de polímero expandidoou partículas pré-intumescidas arranjadas em uma treliça cúbica ouhexagonal.

Em uma modalidade da invenção a presente composição deLWC é substancialmente livre de agentes de arraste de ar, os quais sãotipicamente adicionados para criar células de ar ou vazios em uma porção deconcreto.

Em outra modalidade da invenção, a composição de LWCpode incluir fibras de reforço. Tais fibras agem como componentes dereforço, tendo uma relação de aspecto ampla, isto é, sua relação decomprimento/diâmetro é alta, então uma carga é transferida através de pontospotenciais de fratura. Exemplos não limitativos de fibras adequadas incluemfios de fibra de vidro de cerca de 0,635 cm a 1,905 cm em comprimento,embora qualquer material possa ser usado que tenham um módulo de Youngmaior que a matriz da mistura cimentícia, fibra de polipropileno e outrasfibras como descrito acima.

As composições de LWC de acordo com a invenção podem serassentadas e/ou endurecidas para formar artigos finais de concreto usandométodos bem conhecidos na técnica.

A densidade dos artigos finais de concreto assentado e/ouendurecido contendo a composição de LWC da invenção pode ser pelo menos0,64 g/cm3 , em alguns casos pelo menos 0,72 g/cm3 e em outros casos pelomenos 0,8 g/cm3 e a densidade pode ser até 2,1 g/cm3 , em alguns casos 1,9g/cm3 , em outros casos até 1,8 g/cm3 , em algumas circunstâncias até 1,75g/cm3 , em outras circunstâncias até 1,7 g/cm3 , em alguns casos até 1,6 g/cm3 ,e em outros casos até 1,5 g/cm3. A densidade dos presentes artigos deconcreto pode ser qualquer valor e pode variar entre qualquer dos valoresapresentados acima. A densidade da composição de LWC é determinada deacordo com ASRM C 138.

Em uma modalidade particular da invenção, a composição deLWC contem de 8 a 20% em volume da composição de cimento que incluircimento Portland tipo I; de 10 a 31% em volume de partículas de polímeroexpandido tendo um diâmetro médio da partícula de 0,2 mm a 5 mm, umadensidade em massa de 0,02 g/cm a 0,64 g/cm , e uma relação de aspecto de1 a 2; de 9 a 90% em volume de um ou mais agregados; e opcionalmente de0,1 a 1% em volume de um ou mais aditivos selecionados de agentes anti-espumantes, agentes a prova de água, agentes dispersantes, aceleradores depresa, retardantes de presa, agentes plastificantes, agentes superplastificantes,agentes de diminuição do ponto de congelamento, agentes que melhora deadesão, colorantes e suas combinações; onde a soma de componentes usadosnão excede 100% em volume e onde após a composição cimentícia leve tersido assentada, ela tem uma resistência à compressão de pelo menos 1400 psi(9,65 MPa) como testado de acordo com ASTM C39 após 28 dias.

Em uma modalidade da invenção, as composições de LWCassentadas e/ou endurecidas de acordo com a invenção são usadas emaplicações estruturais e podem ter uma resistência à compressão mínima paraaplicações estruturais de alvenaria que suportam carga de pelo menos 98kgf/cm2, em alguns casos 119,5 kgf/cm2, em outros casos pelo menos 126,5kgf/cm2 , em alguns casos pelo menos 133,5 kgf/cm2 , em outros casos pelomenos 140,6 kgf/cm2. Para concreto leve, as composições podem ter umaresistência à compressão mínima de pelo menos 175,8 kgf/cm . Resistênciascompressivas são determinadas de acordo com ASTM C39 em 28 dias.

Embora ASTM C39 possa ser consultado para detalhesprecisos, e é incorporado por referência aqui em sua totalidade, ele pode serresumido como fornecendo um método de teste que consiste de aplicar umacarga axial compressiva a cilindros ou almas moldados em uma taxa a qualestá dentro de uma faixa prescrita até a falha ocorrer. A máquina de teste éequipada com dois blocos de aço com faces endurecidas, uma a qual é umbloco esfericamente assentado que irá suportar a superfície superior daespécie, e a outra um bloco sólido em que a espécie repousa. A carga éaplicada em uma taxa de movimento (medição da prensa de platina a cruzeta)correspondendo a uma taxa de tensão na espécie de 0,25 ± 0,05 Mpa/s). Acarga compressiva é aplicada até o indicador da carga mostrar que a cargaestá diminuindo estacionariamente e a espécie apresenta um padrão de falhabem definido. A resistência à compressão é calculada dividindo a cargamáxima pela espécie durante o teste pela área transversal da espécie.

Em modalidade da invenção, as composições de LWC dainvenção são usadas em aplicações de mistura rápida. Como um exemplo nãolimitativo, composições de LWC de mistura rápida podem ser usadas quandopequenas quantidades de concreto ou a colocação intermitente de concreto sãorequeridas ou para grandes trabalhos onde espaço é limitado e existe poucoespaço para uma planta de mistura e estoques de agregado.

Como exemplos não limitativos, mistura fácil pode incluirconcreto misturado no centro, concreto misturado em trânsito, e concretomisturado diminuindo.

Concreto misturado no centro é completamente misturado emuma planta e então transportado em um caminhão agitador ou caminhão-misturador. Composições de LWC frescamente misturadas podem sertransportadas em um caminhão com depósito aberto se o local do trabalho épróximo da planta. Leve agitação do concreto durante o trânsito evitasegregação dos materiais e reduz a quantidade de perda de consistência.

Em concreto misturado em trânsito (também conhecido comomisturado no caminhão), materiais são batelados em uma planta central e sãocompletamente misturados no caminhão em trânsito. Freqüentemente, acomposição de LWC é parcialmente misturada em trânsito e mistura écompletada no local do trabalho. Mistura em trânsito mantém a água separadado cimento e agregados e permite que o concreto seja misturadoimediatamente antes da colocação no local da construção. Esse método evitaos problemas de endurecimento pré-maturo e perda de consistência queresulta dos atrasos potenciais no transporte ou colocação do concretomisturado no centro. Adicionalmente, mistura em trânsito permite que oconcreto seja transportado para os locais da construção muito longe da planta.Uma desvantagem para concreto misturado em trânsito, entretanto, é que acapacidade do caminhão é menor que aquela do mesmo caminhão contendoconcreto misturado no centro.

Concreto misturado diminuindo é usado para aumentar acapacidade de carga do caminhão e conter as vantagens do concretomisturado em trânsito. Em concreto misturado diminuindo, a composição deLWC é parcialmente misturada na planta para reduzir ou diminuir o volumeda mistura e mistura é completada em trânsito ou no local de trabalho.

Concreto mistura rápida é freqüentemente re-misturado umavez que ele chega ao local de trabalho para assegurar que o consistênciaadequado seja obtido. Entretanto, concreto que tem sido re-misturado tende aassentar mais rapidamente que concreto misturado somente uma vez.Materiais, tais como água e algumas variedades de misturas, sãofreqüentemente adicionados a composição de LWC no local de trabalho apósele ter sido batelado para assegurar que as propriedades específicas sejamobtidas antes da colocação.

As composições de mistura rápida de concreto de LWC da invenção são freqüentemente projetadas para aplicações específicas. Comoexemplos não limitativos, uma composição de pronta aplicação de concretode LWC de alto consistência pode ser desejável quando o concreto deve sercolocado em volta de uma alta concentração de aço de reforço. Também, umacomposição de pronta aplicação de concreto de LWC de baixo consistência pode ser desejável quando o concreto é colocado em grandes formas abertas,ou quando a forma é colocada em um declive.

Como tais, em algumas modalidades da invenção, ascomposições de mistura rápida LWC irão ter uma valor de consistênciamensurável, tirando amostra de acordo com ASTM C 172 (Standard Practicefor Sampling Freshly Mixed Concrete) e medidas de acordo com ASTM C143 (Standard Test Method for Slump of Hydraulic Cement Concrete). Ovalor de consistência exato é projetado em uma mistura particular e irádepender da aplicação e o padrão da composição de pronta aplicação deLWC. Em uso típico, o consistência irá variar de pelo menos 5 cm e emalguns casos pelo menos 7,6 cm a até cerca de 20 cm, em alguns casos até 18cm e em outros casos até 15 cm. Se o concreto liberado para um projeto émuito duro (pouco consistência), pode ser difícil de descarregá-lo de umcaminhão. Se o consistência é muito alto, o concreto pode não ser utilizável.Nessa modalidade, o consistência pode ser qualquer valor apresentado acima ou faixa entre qualquer dos valores apresentados.

Em uma outra modalidade particular da invenção, acomposição de pronta aplicação de LWC é usada em uma aplicação de prontaaplicação tradicional, a qual inclui, mas não é limitada a construçãobasculante, vertida no local, argamassa leve, enchimento ICF e outrasaplicações onde concreto é vertido ou bombeado e transportado, por exemplo,em caminhões de pronta aplicação, aos locais de trabalho.

As composições de mistura rápida de concreto de LWC dainvenção podem incluir as formulações e composições descritas acima.

Em muitas das modalidades das composições de misturarápida de concreto de LWC da invenção, as composições são preparadasadicionando um ou mais dos componentes a seguir na ordem estabelecida:areia, agregado grosseiro, cimento, grânulos pré-intumescíveis, partículas depolímero e/ou partículas de polímero expandido, água e agente redutor deágua. Um misturador do tipo tambor ou panela pode ser usado e a relação daágua para cimento é freqüentemente pelo menos 0,40.

As composições de mistura rápida de concreto de LWC dainvenção podem utilizar qualquer cimento adequado, exemplos nãolimitativos incluindo Tipo I, Tipo II, e Tipo III e suas combinações. Emmodalidades particulares da invenção, o cimento está presente na composiçãode pronta aplicação, de pelo menos cerca de 8 e em alguns casos pelo menoscerca de 10% em volume e pode ser até cerca de 20, em alguns casos atécerca de 17% em volume e em casos particulares cerca de 14% em volume. Aquantidade exata de cimento é projetada em uma mistura particular e irádepender do tipo do cimento, aplicação intencionada e o padrão dacomposição de pronta aplicação de LWC. A quantidade de cimento nascomposições de mistura rápida de concreto de LWC pode ser qualquer valorou faixa entre qualquer dos valores apresentados acima.

Nessas modalidades particulares da invenção, areia, comodescrita acima, está presente na composição de pronta aplicação, de pelomenos cerca de 11, em alguns casos pelo menos cerca de 14, e em outroscasos pelo menos cerca de 17% em volume e pode ser até cerca de 50, emalguns casos até cerca de 40, e em outros casos até cerca de 30% em volume.A quantidade exata de areia é projetada em uma mistura particular e irádepender do tipo de areia (grossa ou fina), aplicação intencionada e o padrãoda composição de pronta aplicação de LWC. A quantidade de areia nascomposições de mistura rápida de concreto de LWC pode ser qualquer valorou faixa entre qualquer dos valores apresentados acima.

Ainda nessa modalidade particular da invenção, os grânulospré-intumescíveis, partículas de polímero e/ou partículas de polímeroexpandido da invenção podem estar presentes de pelo menos cerca de 10, emalguns casos pelo menos cerca de 14, e em outros casos pelo menos cerca de18% em volume e podem estar presentes em até cerca de 31, em alguns casosaté cerca de 29, e em outros casos até cerca de 27% em volume. A quantidadeexata de grânulos pré-intumescíveis, partículas de polímero e/ou partículas depolímero expandido é projetada em uma mistura particular e irá depender dadensidade das partículas e/ou grânulos, aplicação intencionada e o padrão dacomposição de pronta aplicação de LWC. A quantidade de grânulos pré-intumescíveis, partículas de polímero e/ou partículas de polímero expandidonas composições de mistura rápida de concreto de LWC pode ser qualquervalor ou faixa entre qualquer dos valores apresentados acima.

Adicionalmente, nessa modalidade, os grânulos pré-intumescíveis, partículas de polímero e/ou partículas de polímero expandidousadas nas composição de pronta aplicação de LWC podem tergranulometrias e dimensões como descrito acima e podem ter uma densidadede pelo menos cerca de 0,016 g/cm , em alguns casos pelo menos cerca de0,02 g/cm , em outros casos pelo menos 0,024 g/cm e em alguns casos pelomenos cerca de 0,032 g/cm e podem ser até cerca de 0,54 g/cm , em muitoscasos até cerca de 0,088 g/cm , em alguns casos até cerca de 0,064 g/cm eem outros casos até cerca de 0,056 g/cm3. A densidade dos grânulos pré-intumescíveis, partículas de polímero e/ou partículas de polímero expandidonas composições de mistura rápida de concreto de LWC pode ser qualquervalor ou faixa entre qualquer dos valores apresentados acima.Adicionalmente, nessas modalidades particulares da invenção,agregado grosseiro tal como pedra, como descrito acima, em alguns casospelo menos cerca de 14, e em outros casos pelo menos cerca de 17% emvolume e pode ser até cerca de 40, em alguns casos até cerca de 30, e emoutros casos até cerca de 25% em volume. A quantidade, tipo e tamanhoexatos do agregado grosseiro é projetado em uma mistura particular e irádepender da aplicação intencionada e o padrão da composição de prontaaplicação de LWC. A quantidade de agregado grosseiro nas composições demistura rápida de concreto de LWC pode ser qualquer valor ou faixa entrequalquer dos valores apresentados acima. O agregado grosseiro pode ter umdiâmetro de pelo menos cerca de 0,95 cm, em alguns casos cerca de 1,3 cm,em outros casos cerca de 1,9 cm a até cerca de 5 cm.

Também, nessas modalidades particulares da invenção, águapode estar presente na composição de pronta aplicação, de pelo menos cercade 10% em volume, em alguns casos pelo menos cerca de 14% em volume atécerca de 22% em volume, em alguns casos até cerca de 20% em volume e emoutros casos até cerca de 18% em volume. A quantidade de água nascomposições de mistura rápida de concreto de LWC pode ser qualquer valorou faixa entre qualquer dos valores apresentados acima.

As composições de mistura rápida de concreto de LWC dessasmodalidades quando assentadas e/ou endurecidas podem ter uma resistência àcompressão pelo menos de cerca de 98 kgf/cm2, em alguns casos pelo menoscerca de 105,5 kgf/cm2, em outros casos pelo menos cerca de 112,5 kgf/cm2,em alguns casos pelo menos cerca de 126,5 kgf/cm2, e em outros casos pelomenos cerca de 140,6 kgf/cm2 e opcionalmente podem ser até cerca de 253kgf/cm2 em alguns casos até cerca de 232 kgf/cm e em outros casos até cercade 211 kgf/cm2. Em outras modalidades da invenção, as composições demistura rápida de concreto de LWC podem ter resistências compressivasestruturais de cerca de 281 kgf/cm2 ou mais em 48 horas para aplicações pós-tensionadas e resistências compressivas no 28° dia de cerca de 316 kgf/cm oumais. Nestas modalidades, as resistências compressivas são determinadas deacordo com ASTM C39 em 28 dias. A resistência à compressão exata de umacomposição de pronta aplicação de concreto de LWC dependerá de suaformulação, densidade e aplicação intencionada. A resistência à compressãodas composições de mistura rápida de concreto de LWC pode ser qualquervalor ou faixa entre qualquer dos valores apresentados acima.

As composições de LWC podem ser usadas na maioria, se nãotoda, aplicações onde as formulações de concreto tradicionais são usadas.Como exemplos não limitativos, as presentes composições de LWC podemser usadas em aplicações estruturais e arquitetônicas, exemplos nãolimitativos sendo parede divisória, estruturas ICF ou SEP, bandejas, bancos,telhas, tapume, parede seca, placa do cimento, colunas decorativas ou arcadaspara edifícios, etc., móveis ou aplicações de utensílios domésticos tais comopartes superiores contrárias, sistemas de aquecimento radiantes do piso, pisos(primários e secundários), paredes inclinadas, painéis para dentro da parede,como um revestimento de estuque, aplicações da segurança da rodovia e doaeroporto tais como batentes, barreiras de Jersey, barreiras e paredes contra osom, paredes de retenção, sistemas batente de decolagem, concreto de arretido, rampas para caminhão descontrolado, retroenchimento excavatávelfluível, e aplicações da construção de rodovias tais como o material de dequeda ponte e material do leito da rodovia.

Nas modalidades da invenção, quando o agregado grosseironão é usado, os artigos de LWC de acordo com a invenção aceitamprontamente ligação direta de parafusos, como um exemplo não limitativo depregos e parafusos de parede seca, que podem ser ligados por dispositivostradicionais, pneumáticos, ou movido a pó. Isso permite fácil ligação dosmateriais tais como a madeira compensada, parede seca, e pinos e outrosmateriais comumente usados na indústria da construção civil, os quais nãopodem ser feitos usando formulações de concreto tradicionais. Q

Quando as composições de LWC da invenção são usadas naconstrução do leito da rodovia, as partículas de polímero podem ajudar aevitar e ou minimizar a propagação da rachadura, especialmente quandocongelamento e degelo da água estão envolvidos.

As composições da invenção são bem adequadas para afabricação de materiais e artigos de construção moldados, exemplos nãolimitativos de tais incluem os painéis de parede incluindo os painéis de paredeinclinada, feixes T, feixes dobrados T, telhas para telhado, painéis paratelhado, painéis para teto, painéis para piso, feixes I, paredes da fundação e osemelhante. As composições exibem uma maior resistência do que ascomposições de LWC da técnica anterior.

Em uma modalidade da invenção, os materiais e artigos deconstrução moldados podem ser pré-fundidos e/ou pré-tensionados.

Como usado aqui, concreto "pré-fundido" se refere aoconcreto vertido em um molde ou fundido de uma forma requerida e deixadocurar e/ou endurecer antes de ser removido e colocado em uma posiçãodesejada.

Nas modalidades da invenção, as composições de LWC usadasnas aplicações pré-fundidas, que incluem, mas não são limitadas a partes pré-fundidas tais como feixes, duplo Ts, tubulações, paredes isoladas, produtospré-tensionados, e outros produtos onde a composição de LWC é vertidadiretamente em formas e partes finais são transportados aos locais de trabalhopelo caminhão. Nestas modalidades da invenção, o valor do consistência variapelo menos de cerca de 20 cm e em alguns casos pelo menos cerca de 25,4 cmaté a cerca de 50 cm, em alguns casos até cerca de 46 cm e em outros casosaté cerca de 41 cm. Nessas modalidades, a consistência pode ser qualquervalor ou faixa entre qualquer dos valores apresentados.

Como usado aqui, concreto "pré-tensionado" se refere aoconcreto cuja tensão foi melhorada usando os tendões de pré-tensionamento(em muitos casos cabo ou hastes do aço de alta tensão), que são usados parafornecer uma carga de pressão produzindo uma resistência à compressão quedesloque a tensão de tração que o membro de concreto experimentaria deoutra maneira devido a uma curva de carga. Qualquer método adequadoconhecido na técnica pode ser usado para pré-tensionar o concreto. Osmétodos adequados incluem, mas não são limitados ao concreto pré-tensionado, onde o concreto é fundido ao redor dos tendões já tensionados, eo concreto pós-tensionado, onde a compressão é aplicada após os processosde verter e curar.

Uma vantagem particular em algumas modalidades é que aspresentes composições de concreto assentado que não contêm o agregadogrosseiro e/ou os artigos de construção moldados formados de taiscomposições podem prontamente ser cortadas e/ou secionadas usandométodos convencionais ao contrário de ter que usar o concreto especializadoou as lâminas e/ou serras de corte com extremidade de diamante. Isso forneceo tempo e economia substanciais ao customizar artigos de concretos.

As composições podem prontamente ser fundidas em moldesde acordo com os métodos conhecidos por aqueles versados na técnica para,como exemplos não limitativos, telhas para telhado, ladrilho, ou outros artigosem virtualmente qualquer configuração tridimensional desejada, incluindo asconfigurações que têm determinadas texturas tópicas tais como tendo aaparência de madeira sacudindo, telhas de ardósia ou telhas de cerâmica deface lisa. Uma telha típica pode ter dimensões aproximadas de 25,4 cm emlargura por 43,18 cm de comprimento por 2,54 cm e 1,9 cm na espessura. Nomolde de materiais para telhado, a adição de um agente do arraste de ar tornao produto final à prova de intempéries em termos de resistência à degradaçãodo congelamento/degelo.

Quando as paredes da fundação são vertidas usando ascomposições de LWC da invenção, as paredes podem ter sucesso devido aopeso mais baixo. Ordinariamente, a parte mais inferior da parede da fundaçãotem uma tendência a se movimentar para fora sob o peso completo da misturade concreto, mas o peso mais baixo das composições da invenção tende adiminuir as possibilidades deste acontecimento. As paredes da fundaçãopreparadas usando as presentes composições de LWC podem prontamenteutilizar prendedores usados convencionais na construção convencional daparede da fundação.

Em uma modalidade da invenção, as composições de concretode acordo com a invenção são formadas, assentadas e/ou endurecidas sob aforma de uma unidade de concreto de alvenaria. Como usado aqui, o termo"unidade de concreto de alvenaria" se refere a um artigo de concreto oco ousólido que inclui, mas não limitado às variedades de pedra escoradas,rachadas, marcadas, sulcadas, moídas, curvadas e de pavimentação. Asmodalidades da invenção fornecem paredes que incluem, pelo menos emparte, as unidades de concreto de alvenaria produzidas de acordo com ainvenção.

Em uma modalidade da invenção, quando o agregadogrosseiro não é usado, os artigos de construção moldados e materiais eunidades de concreto de alvenaria descritos acima são capazes da receber emanter os prendedores penetrantes, exemplos não limitativos de tais incluempregos, parafusos, grampos e semelhante. Isso pode ser benéfico em quecoberturas da superfície podem ser ligadas diretamente aos artigos deconstrução moldados e materiais e artigos de construção de unidades deconcreto de alvenaria e materiais e unidades de concreto de alvenaria.

Em uma modalidade da invenção, um parafuso padrão deparede seca de 6,35 cm pode ser aparafusado em uma superfície vertida eajustada que contem a presente composição de concreto leve, a umaprofundidade de 3,81 cm, e não é removido quando uma resistência pelomenos de 226,7 kg, em alguns casos pelo menos 272,1 kg e em outros casospelo menos 317,5 kg e até 362,8 kg é aplicada perpendicular à superfícieaparafusada para em um, e em alguns casos cinco e em outros casos dezminutos.

A presente invenção é também direcionada a edifícios queincluem as composições de LWC de acordo com a invenção.

A presente invenção também fornece um método de produzirum artigo de concreto leve aperfeiçoado que inclui:

identificar as propriedades desejadas de densidade e resistênciade uma composição de concreto leve ajustada;

determinar o tipo, o tamanho e a densidade dos grânulos depolímero a ser expandidas para o uso na composição de concreto leve;

determinar o tamanho e a densidade dos grânulos de polímeroque devem ser expandidas;

expandir os grânulos de polímero para formar os grânulos depolímero expandido;

dispersar os grânulos de polímero expandido em uma misturacimentícia para formar a composição de concreto leve; e

permitir que a composição de concreto leve seja ajustada emuma forma desejada.

As propriedades desejadas de densidade e resistência dacomposição de LWC endurecida e/ou ajustada são determinadas baseadas naaplicação intencionada.

Em uma modalidade da invenção, o tipo, tamanho e densidadedos grânulos de polímero a ser expandidos e o tamanho e a densidade que osgrânulos de polímero são expandidas podem ser determinados baseado emdados empíricos e/ou publicados.

Em uma outra modalidade da invenção, a análise de elementofinito pode ser usada para determinar o tipo, tamanho e a densidade dosgrânulos de polímero a ser expandidas e o tamanho e a densidade dosgrânulos do polímero são para ser expandidas.

A composição de concreto leve resultante é deixada ajustare/ou endurecer para fornecer artigos de LWC e unidades de concreto dealvenaria como descrito acima.

A presente invenção será ainda descrita em referência aosseguintes exemplos. Os seguintes exemplos são meramente ilustrativos dainvenção e não são intencionados para ser limitativos. Salvo indicaçãocontrária, todas as porcentagens são em peso e o cimento Portland é usado amenos que especificado de outra maneira.

EXEMPLOS

Salvo indicação contrária, os seguintes materiais foramutilizados:

• Cimento Portland Tipo III

• Areia Mason (densidade em massa de 246364,07, peso específicode 2,64, módulo de finura = 1,74)

• Agua potável - temperatura ambiente (21 °C)

• Poliestireno expansível - M97BC, F271C, F271M, F271T (NovaChemicals Inc., Pittsburg, PA)

• Resina EPS - 103 7 (Nova Chemicals, Inc)

• 1,27 cm de Ardósia expandida (Carolina Stalite Company, Slisbury,NC - 1433 kg/m3 de densidade em massa / 1,43 de gravidadeespecifica)

Salvo indicação contrária, todas as composições forampreparadas sob condições laboratoriais usando um misturador de modelo42N-5 (Charles Ross & Son Company, Hauppauge, NY) tendo umacapacidade de funcionamento de 3303,63 cm/s com uma única pá no eixo. Omisturador foi operado a 34 rpm. Condicionamento foi executado em umacâmara da temperatura e umidade LH-IO (fabricada por AssociatedEnvironmental Systems, Ayer, MA). As amostras foram moldadas em moldesde cilindro plástico de uso individual de 6" χ 12" com tampas planas e foramtestados em três exemplares. O teste de compressão foi executado em umverificador de compressão Forney FX250/300 (Forney Incorporated,Heremitage, PA) o qual se aplica hidraulicamente uma carga vertical em umataxa desejada. Todos os outros materiais periféricos (cone de consistência,hastes de socadura, etc.) aderiram ao método de teste ASTM aplicável. Osseguintes métodos e procedimentos de teste ASTM foram como se segue:

• ASTM C470 - especificação padrão para moldes para dar formarcilindros de teste de concreto verticalmente

• ASTM C192 - prática padrão para produzir e curar espécies de teste deconcreto no laboratório

• ASTM C330 - especificação padrão para agregados leve parao concreto estrutural

• ASTM C511 - especificação padrão para quartos misturados, armáriosúmidos, quartos úmidos, e tanques de armazenamento da água usadosno teste de cimentos hidráulicos e concretos,

• ASTM C143 - método de teste padrão para o consistência do concretode cimento hidráulico,

• ASTM C 1231 - prática padrão para o uso de coberturas não ligadas nadeterminação da resistência à compressão de cilindros de concretoendurecidos,

• ASTM C39 - método de teste padrão para a resistência à compressãode espécies de concreto cilíndrico.

Os cilindros foram mantidos cobertos e em condiçõesambientais de laboratório por 24 horas. Todos os cilindros foramenvelhecidos então por 6 dias adicionais em 23±2°C, umidade relativa de95%. As espécies do teste foram testadas então.Exemplo 1

O poliestireno em uma forma de grânulo não expandido(M97BC - 0,65mm, F271T 0,4 milímetros, e F271M - 0.,3 milímetros) foipré-expandido em partículas (pré-intumescíveis) de espuma EPS dedensidades variadas conforme apresentado na tabela abaixo.

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

Os dados mostram que o tamanho da partícula pré-intumescidavaria inversamente com a densidade expandida do material.

Exemplo 2

O poliestireno em uma forma de grânulo não expandido(0,65mm, 0,4mm, e 0,33 milímetros) foi pré-expandido em partículas pré-intumescidas com uma densidade em massa de 32 kg/m conforme mostradona tabela abaixo. As partículas pré-intumescidas foram formuladas em umacomposição de LWC, em um misturador de tambor de 0,099 cm3, que incluiu46,5% de cimento Portland (25,3% em volume), 16,3% de água (26,3% emvolume), e 1,2% de partículas pré-intumescidas (26,4% em volume). Ascomposições resultantes de LWC tinham uma densidade do concreto de4.395,60 kg/m . A resistência à compressão média (determinada de acordocom ASTM C39, teste de ruptura de sete dias) é mostrada na tabela abaixo.

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Os dados mostram que enquanto o tamanho média do grânulonão expandido diminui, em uma densidade constante da partícula pré-intumescida, que surpreendentemente uma resistência à compressão maiornão resulta necessariamente em nunca diminuir a tamanho do grânulo nãoexpandido como sugerido na técnica anterior. Mais particularmente, os dadosmostram que uma tamanho do grânulo não expandido ótima no que dizrespeito à resistência à compressão a 32,03 kg/m existe quando carregadopara obter a densidade do concreto de 1441 kg/m . Esse ótimo parece estarentre 330 mícrons e 650 mícrons para esta formulação particular.

Exemplo 3

Já que a densidade da partícula pré-intumescida tambémimpacta na densidade do concreto total, mudando a densidade de EPS exigeuma mudança no carregamento do nível de EPS para manter uma densidadeconstante do concreto. Esta relação mantêm-se somente contanto que aquantidade total de partículas pré-intumescidas não seja tão grande paracomprometer a resistência da matriz concreto envolvente. A relação entre adensidade da partícula pré-intumescida e o nível de carregamento forneceoportunidades adicionais de aperfeiçoar a resistência do concreto ao controlara densidade total do concreto.

O poliestireno na forma de grânulo não expandido (0,65milímetros) foi pré-expandido em partículas pré-intumescidas tendodensidades variadas como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-intumescidas foram formuladas nas composições de LWC contendo oscomponentes mostrados na tabela abaixo, em um misturador de tambor de0,099 cm3, e cada tendo uma densidade de concreto de 1441 kg/m3.

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A tabela com os dados a seguir descreve numericamente arelação entre a densidade inchável e a resistência do concreto em umadensidade constante do concreto de 1441 kg/m3.

<table>table see original document page 46</column></row><table>

Os dados mostram que como a densidade da partícula pré-intumescida aumenta, a resistência à compressão da composição de LWCtambém aumenta na densidade constante do concreto.

Exemplo 4

O poliestireno na forma de grânulo não expandido (0,65milímetros) foi pré- expandido em partículas pré-intumescidas tendo umadensidade em massa de 17,62 kg/m como mostrado na tabela abaixo. Aspartículas pré-intumescidas foram formuladas em composições de LWC, emum misturador de tambor de 0,099 cm , contendo os componentes mostradosna tabela abaixo.

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A tabela com os dados a seguir descreve numericamente arelação entre o carregamento do pré-intumescido, a resistência do concreto e adensidade do concreto.

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Os dados mostram que como o carregamento da partícula pré-intumescida na composição de LWC aumenta em densidade constante dapartícula de espuma, a densidade do concreto leve e a resistência àcompressão diminuem.

Exemplo 5

O poliestireno na forma de grânulo não expandido (0,65milímetros) foi pré- expandido em partículas pré-intumescidas tendo váriasdensidades como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-intumescidasforam formuladas em composições de LWC, em um misturador de tambor de0,09 cm3, contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 47</column></row><table>

A tabela a seguir descreve numericamente a relação entre adensidade do pré-intumescido e a resistência do concreto em umcarregamento constante de concreto pré-intumescido baseado no peso daformulação.

<table>table see original document page 47</column></row><table>

Os dados mostram que como a densidade da partícula pré-intumescida na composição de concreto leve aumenta no carregamentoconstante da partícula pré-intumescida (em peso), a densidade do concretoleve e a resistência à compressão aumentam.

Exemplo 6

O poliestireno na forma de grânulo não expandido (0,65milímetros) foi pré- expandido em partículas pré-intumescidas tendo váriasdensidades como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-intumescidasforam formuladas em composições de LWC, em um misturador de tambor de0,09 cm3, contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

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

A tabela a seguir descreve numericamente a relação entre adensidade do pré-intumescido e a resistência do concreto em uma densidadeconstante do concreto.

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

Os dados mostram que como a densidade da partícula pré-intumescida na composição de LWC aumenta em densidade constante doconcreto, a resistência à compressão do LWC aumenta.

Exemplo 7

O poliestireno na forma de grânulo não expandido (0,65milímetros) foi pré- expandido em partículas pré-intumescidas tendo váriasdensidades como mostrado na tabela abaixo. As partículas pré-intumescidasforam formuladas em composições de LWC, em um misturador de tambor de0,09 cm3, contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

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

A tabela com os dados a seguir descreve numericamente arelação entre a densidade do pré-intumescido e a resistência do concreto emuma densidade constante do concreto.

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Os dados mostram que como a densidade da partícula pré-intumescida na composição de LWC aumenta em densidade constante doconcreto, a resistência à compressão do LWC aumenta.

Exemplo 8

Os exemplos a seguir demonstram o uso de ardósia expandidacomo um agregado em combinação com as partículas pré-intumescidas dapresente invenção. O poliestireno na forma de grânulo não expandido foi pré-expandido em partículas pré-intumescidas tendo várias densidades comomostrado na tabela abaixo. As partículas pré-intumescidas foram formuladasem composições de LWC5 em um misturador de tambor de 0,99 cm3,contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.

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

Os dados mostram que o concreto leve desejável pode serobtido usando o pré-intumescido da presente invenção e ardósia expandidacomo o agregado em composições de concreto leve.

Exemplo 9

Os exemplos a seguir demonstram o uso da ardósia expandidacomo um agregado usado em combinação com as partículas pré-intumescidasda presente invenção. O poliestireno na forma de grânulo não expandido foipré-expandido nas partículas pré-intumescidas tendo várias densidades comomostrado na tabela abaixo. As partículas pré-intumescidas foram formuladasem composições de L WC, em um misturador de tambor de 0,099 cm3,contendo os componentes mostrados na tabela abaixo.<table>table see original document page 51</column></row><table>Exemplo 10

Formas de concreto de 10,16 cm, de 0,09 m foram produzidasvertendo formulações preparadas de acordo com exemplos X e Y na tabelaabaixo nas formas e deixando as formulações assentarem por 24 horas.

<table>table see original document page 52</column></row><table>

Após 7 dias, uma folha de madeira compensada de 1,27 cm, de0,09 cm2 foi fixa diretamente ao concreto formado. Um mínimo de 2,54 cmde penetração foi exigido para fixação adequada. Os resultados são mostradosna tabela abaixo.

<table>table see original document page 52</column></row><table>Os dados demonstram que a presente composição de concretoleve, sem ardósia, fornece a capacidade muito superior com madeiracompensada usando os prendedores padrão comparados às formulações deardósia expandida tradicionais, enquanto que o concreto que contem ardósianão aceitou prontamente prendedores. Isto representa uma melhoria sobre atécnica anterior já que a prática de consumo de tempo de fixar apoios noconcreto para permitir que os prendedores sejam presos ao mesmo pode sereliminada.

Exemplo 11

Formas de concretos de 10,16 cm, de 0,09 m foramproduzidas vertendo as formulações dos exemplos XeY em formas edeixando que as formulações assentem por 24 horas. Após 7 dias, uma folhade folha de parede seca padrão de 1,27 cm, 0,09 m foi fixa diretamente aoconcreto formada usando os parafusos padrão de parede seca de 4,4 cm. Ummínimo de uma penetração de 2,54 cm do parafuso foi exigida para a fixaçãoadequada. Os resultados são mostrados na tabela abaixo.

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

Os dados demonstram que a composição de concreto leveatual, sem ardósia, fornece a capacidade superior comparada às formulaçõesde ardósia expandida tradicionais, que não aceitaram prontamenteprendedores. Isto representa uma melhoria sobre a técnica como a prática deconsumo de tempo de fixar parafusos ao concreto para permitir a ligação daparede seca ao mesmo pode ser eliminada.Exemplo 12

Formas de concreto de 10,16 cm, de 0,18 cm2 foramproduzidas vertendo as formulações dos exemplos XeY em uma forma edeixando as formulações assentarem por 24 horas. Após 7 dias, um parafusode 2" χ 4", de 91,44 cm de comprimento foi fixo diretamente ao concretoformado usando pregos de 16d. Um mínimo de penetração do prego de 5,08cm foi exigida para fixação adequada. Os resultados são mostrados na tabelaabaixo.

<table>table see original document page 54</column></row><table>

Os dados demonstram que a presente composição de concretoleve, sem ardósia, fornece capacidade superior comparada as formulações deardósia expandida tradicionais, as quais não aceitam prontamenteprendedores. Isso representa uma melhoria sobre a técnica anterior já que aprática de consumo de tempo e cara de usar TAPCON® (disponível deIllinois Tool Works Inc., Glenview, Ilinóis) ou prendedores similares, apoios,ou outros métodos conhecidos na técnica para fixar pregos ao concreto podemser eliminados.

Exemplo 13

Concreto sem agregado adicional foi produzido usando osingredientes mostrados na tabela abaixo.<table>table see original document page 55</column></row><table>Os dados mostram que o tamanho média do pré-intumescidorequerida para fornecer composições de máxima resistência à compressão édependente, em algum grau, do fator de expansão do pré-intumescido.Focando no tamanho média do pré-intumescido somente não fornece uma boaindicação da resistência máxima potencial do concreto. Esse ponto é ilustradocomparando Exemplos BB e FF. Exemplo FF (granulometria de 1,54 mm)não fornece resistência à compressão máxima em um fator de expansão de18X, ainda está próxima da resistência máxima que pode ser obtida dosgrânulos expandidos 48X.

Usando uma combinação de tamanho do pré-intumescido efator de expansão pode fornecer um indicador para resistência máximo doconcreto. Como um exemplo, Exemplo AA (tamanho do pré-intumescido,135 mm e fator de expansão 48) fornece 1489 kg/m de concreto com umaresistência à compressão de 1750 psi (12,1 MPa) enquanto um pré-intumescido similarmente ajustado em tamanho, Exemplo II (tamanho do pré-intumescido 1,41 mm e fator de expansão 12) fornece concreto de 1441 kg/mcom uma resistência à compressão significativamente maior de 2100 psi (14,5MPa). Desse modo tamanho do pré-intumescido menor e um fator deexpansão menor podem fornecer maior resistência à compressão na presentecomposição de concreto leve dentro de uma faixa ótima de tamanho do pré-intumescido.

Exemplo 14

Concreto com ardósia expandida como um agregado foiproduzido usando os ingredientes mostrados na tabela abaixo.<table>table see original document page 57</column></row><table>Os dados indicam que enquanto o volume de EPS requeridopara manter a densidade de aproximadamente 1441 kg/m de concretodiminui alguma coisa linearmente conforme a concentração de ardósiaaumenta; a presente resistência do concreto leve aumenta exponencialmenteconforme a quantidade de ardósia na formulação aumenta. Essa relaçãoaumenta o impacto potencialmente significante de incluir agregados napresente formulação de concreto leve e demonstra o potencial para otimizar aquantidade de EPS e agregados na formulação para maximizar a resistênciaem uma densidade desejada. Além disso, o custo de vários componentes podetambém ser incluído em tal um padrão e a formulação de concreto leve podeser otimizada para ambos resistência máxima e custo mais baixo.

Exemplo 15

Concreto com EPS não expandido (1037C) e nenhumagregado adicional foi produzido usando os ingredientes mostrados na tabelaabaixo.

<table>table see original document page 58</column></row><table>

Os dados mostram que grânulos de resina de poliestireno nãoexpandido (densidade em massa de 640,7 kg/m3) podem fornecer umacomposição de concreto leve tendo surpreendentemente alta resistência àcompressão (2500-3200 psi) (17,2-22,1 MPa) em baixa densidade (1217-1601kg/m3).

Exemplo 16

Pré-intumescido do grânulo F271T expandido para 19,2 kg/m ,grânulo F271C expandido para 20,8 kg/m e grânulo M87BC expandido para24 kg/m3 foram avaliados usando microscopia de varredura eletrônica (SEM).

A estrutura externa das partículas pré-intumescidas erageralmente esférica em forma tendo uma superfície ou pele externa desuperfície contínua. A estrutura celular interna das amostras pré-intumescíveislembra uma estrutura tipo favo de mel.

O tamanho das partículas pré-intumescidas foi também medidousando SEM, os resultados são mostrados na tabela abaixo.

<table>table see original document page 59</column></row><table>

Tomados com todos os dados apresentados acima, os dadosfornecem uma indicação que a estrutura interna da célula deve afetar aresistência de uma formulação de concreto leve.

Quando usadas nas composições de concreto leve, aspartículas pré-intumescidas podem impactar na resistência total do concretode duas formas. Primeira, as grandes partículas, as quais têm uma densidademenor, mudam a matriz do concreto que envolve a partícula pré-intumescidae segunda, a partícula pré-intumescida de menor densidade é menos rígidadevido a estrutura da célula da partícula espumada. Já que a resistência doconcreto depende, pelo menos em alguma extensão, da resistência daspartículas pré-intumescidas, a resistência aumentada da partícula pré-intumescida deveria resultar em maior resistência do concreto leve. Oaumento da resistência potencial pode ser limitado pela extensão para a qualela impacta iia matriz de concreto. Os dados nos presentes exemplos sugeremque a tamanho do grânulo original pode ser otimizada para fornecer umapartícula pré-intumescida otimamente ajustável em tamanho (o que écontrolado pela densidade do pré-intumescido), o qual resulta na resistênciamais alta possível do concreto leve.

Em outras palavras, dentro de um tamanho da partícula pré-intumescida ótima e faixa de densidade ótima, a espessura da parede do pré-intumescido irá fornecer suficiente suporte para permitir que a presentecomposição de concreto leve tenha melhor resistência do que as composiçõesde concreto leve da técnica anterior.

Os dados apresentados aqui demonstram que diferente apresunção e abordagem realizadas na técnica anterior, partículas de EPSexpandidas podem fazer surpreendentemente mais que agir simplesmentecomo um espaço vazio no concreto. Mais especificamente, a estrutura ecaráter das partículas pré-intumescidas usadas na presente invenção podemsignificativamente aumentar a resistência da composição de concreto leveresultante.

Exemplo 17

Esse exemplo demonstra o uso de prendedores com a presentecomposição de concreto leve e resistência ao extrair relacionada. Essaavaliação foi usada para comparar a capacidade da carga de um parafusodiretamente instalado no presente concreto leve (aproximadamente 1441kg/m3) com prendedores de concreto convencionais instalados em concretoleve tradicional e de peso normal.

O teste de extração do prendedor foi realizado em três tipos deconcreto: peso normal, 2290 kg/m (amostra MM5 concreto normal de 2242 kg/m ), concreto leve usando ardósia expandida (1970 kg/m ) (amostra NN,1922 kg/m3 de LWC), e concreto leve com EPS (1393 kg/m3) (amostra OO,1441 kg/m de LWC) produzidos como descritos acima de acordo com asformulações na tabela a seguir.

<table>table see original document page 61</column></row><table>

Um aparelho foi construído onde pesos deixados para ser pendurados verticalmente de cada prendedor usando gravidade para aplicaruma carga em linha com o eixo do prendedor. O LWC de 1441 kg/m3 tinhaparafusos de parede seca padrão de 6,35 cm diretamente instalado a umaprofundidade de aproximadamente 3,81 cm.

O LWC de 1922 kg/mJ tinha doistipos de prendedores instalados em buracos pré-furados: apoios de fixação dealvenaria do tipo parafuso de metal TAPCON® de 6,9 cm (Illinois ToolWorks Inc., Glenview, IL) instalados aproximadamente 5,08 cm deprofundidade e apoios de pino/porca preso por clipe expandindo de 5,7 cmpadrões instalados aproximadamente 3,1 cm de profundidade. O concretonormal de 2242 kg/m também tinha dois tipos de prendedores instalados emfuros pré-furados: apoios TAPCON de 6,9 cm instalados aproximadamente5,08 cm de profundidade e apoios de pino/porca preso por clipe expandindode 5,7 cm padrões instalados aproximadamente 3,1 cm de profundidade. Umdos parafusos de parede seca no concreto leve foi retirado e re-instalado nomesmo furo do prendedor para teste. Também um dos parafusos TAPCON foiremovido e re-instalado para avaliar qualquer perda na capacidade. As tabelasa seguir mostram os dados e carregamentos para cada âncora/prendedortestado.<table>table see original document page 63</column></row><table>A força de retenção dos parafusos de parede seca no LWC de1442 kg/m3 foi surpreendentemente alta já que eles não facilmente quebraramou rasgaram do concreto. Os parafusos de parede seca foram facilmenteinstalados, somente requerendo uma furadeira elétrica de tamanho padrão. Aresistência de aperto dos parafusos de parede seca no LWC de 1442 kg/m3 eratal que se o torque de perfuração aplicado não fosse parado antes que a cabeçado parafuso alcançasse a superfície de concreto, a cabeça do parafuso iriatorcer. Todos os prendedores mantiveram os 335 kg de carga por pelo menos10 minutos exceto o parafuso de parede seca retirado e re-instalado no LWCde 1442 kg/m3, o qual manteve 317 kg por 30 segundos antes de rasgar doconcreto. Esse parafuso de parede seca não quebrou no ponto de falha, masfoi extraído do concreto.

Levando em consideração os dados acima como um todo, temsido demonstrado que um tamanho do grânulo pré-intumescido ótimo existe(como um exemplo não limitativo, grânulos de resina de 450-500 mmexpandidos a um fator de expansão de aproximadamente 10-20 g/cm para umdiâmetro do pré-intumescido de aproximadamente 750 a 1400 mm paraconcreto leve de 1442 kg/m ) para maximizar a resistência à compressão daspresentes formulações de concreto leve. A resistência à compressão daspresentes formulações de concreto leve pode ser aumentada aumentando adensidade do presente grânulo de pré-intumescido de EPS. Resina depoliestireno não expandido (densidade em massa de -640,7 kg/m ) produzLWC de alta resistência à compressão (2500-3200 psi) (17,2-22,06 MPa)considerando a baixa densidade (1217-1601 kg/m3). Agregados podem serusados nas presentes formulações de concreto leve. As presentes formulaçõesde concreto leve, sem agregados brutos, fornecem uma composição deconcreto, a qual pode ser diretamente fixada usando parafusos e furadeiraspadrão. Quando os grânulos pré-intumescíveis de EPS são expandidos paradensidades em massa baixas (por exemplo, <16 kg/m ), os grânulos têm umaestrutura interna da célula fraca, o que cria uma espuma mais fraca, e por suavez fornece uma composição de concreto leve tendo uma resistência àcompressão menor.

Exemplo 18

Os exemplos a seguir demonstram o uso de partículas pré-intumescidas da presente invenção em formulações de pronta aplicação.Poliestireno na forma de grânulo não expandido (F271 disponível de NovaChemicals Inc.) foi pré-expandido em partículas pré-intumescidas tendovárias densidades como mostrado abaixo. As partículas pré-intumescidasforam formuladas em composições de mistura rápida, em um misturador dealmofariz de 0,06 m3, (READYMAN® 120, IMER USA Inc., São Francisco,CA) contendo os componentes mostrados nas tabelas abaixo. Os ingredientesforam combinados na seguinte ordem: areia (bruta, 2,5 de peso específico),agregado grosseiro, cimento Portland (tipo 1, CEMEX), pré-intumescido, eágua. Cilindros (4"x 8") foram preparados de acordo com ASTM C192 ecurados de acordo com ASTM C511.<table>table see original document page 66</column></row><table><table>table see original document page 67</column></row><table>Os dados indicam que excelente resistência à compressão podeser obtida usando formulações de pronta aplicação contendo partículas pré-intumescidas de acordo com a invenção.

A presente invenção tem sido descrita com referência adetalhes específicos de suas modalidades particulares. Ela não é intencionadaque tais detalhes seja considerados como limitações sob o escopo da invençãoexceto a medida que e a extensão que elas são incluídas nas reivindicaçõesque as acompanham.

Claims (20)

1. Composição de concreto leve de mistura rápida,caracterizada pelo fato de que compreende:8-20% em volume de cimento,11-50% de areia,10-31% em volume de partículas pré-intumescidas,9-40% em peso de agregado grosseiro,10-22% em volume de água;em que as partículas pré-intumescidas têm um diâmetro de partícula médio de0,2 mm a 8 mm, uma densidade em massa de 0,02 g/cm a 0,64 g/cm , umarelação de aspecto de 1 a 3, segundo a qual a soma de componentes usadosnão excede 100% em volume; segundo o qual o valor de consistência medidode acordo com ASTM C143 é de 5,08 cm a 20,32 cm; e segundo a qual após acomposição de concreto leve de mistura rápida ter assentado por 28 dias, temuma resistência à compressão de pelo menos 1400 psi (9,65 MPa) conformetestado de acordo com ASTM C39.

2. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que as partículas pré-intumescidas têm umacamada externa substancialmente contínua.

3. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que as partículas pré-intumescidas compreendepartículas de polímero expandido tendo uma espessura da parede interna dacélula de pelo menos 0,15 μιη.

4. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que as partículas compreendem partículas depolímero expandido compreendendo um ou mais polímeros selecionados dogrupo que consiste de homopolímeros de monômeros aromáticos de vinila;copolímeros de pelo menos um monômero aromático de vinila com um oumais de divinilbenzeno, dienos conjugados, metacrilatos de alquila, acrilatosde alquila, acrilonitrila, e/ou anidrido maleico, poliolefinas, policarbonatos,poliésteres, poliamidas, borrachas naturais, borrachas sintéticas e suascombinações.

5. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que as partículas pré-intumescidas compreendempartículas de polímero expandido preparadas expandindo um grânulo depolímero tendo um diâmetro de partícula médio da resina não expandida decerca de 0,2 mm a cerca de 2 mm.

6. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que o cimento compreende um ou mais materiaisselecionados do grupo que consiste de cimento Portland, cimento pozzolana,cimento de gesso, composições de gesso, cimento aluminoso, cimento demagnésia, cimento de sílica, cimento de escória, cimento Tipo I, cimento Tipo-IA, cimento Tipo II, cimento Tipo IIA, cimento Tipo III, cimento Tipo IIIA,cimento Tipo IV e cimento Tipo V.

7. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que compreende plastificantes e/ou fibras.

8. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-7, caracterizada pelo fato de que as fibras são selecionadas do grupo queconsiste de fibras de vidro, carbeto de silício, fibras aramida, poliéster, fibrasde carbono, fibras compósitas, fibra de vidro, suas combinações, tecidocontendo ditas fibras, e tecido contendo combinações de ditas fibras.

9. Composição de concreto leve de acordo com a reivindicação-1, caracterizada pelo fato de que o agregado grosseiro é selecionado do grupoque consiste 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, escóriaexpandida, sílica defumada, agregado pelotizado, cinza volante extrudada,tufo, macrolita, ardósia, escória expandida de alto forno, cinza volantesintetizada, cinzas de carvão, e suas combinações.

10. Composição de concreto leve de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que tem uma densidade de cerca de-640,7 kg/m3 a 2082,4 kg/m3.

11. Leito da rodovia, caracterizado pelo fato de quecompreende a composição de concreto leve como definida na reivindicação 1.

12. Composição de concreto leve de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que é fornecida na forma de umpainel de construção.

13. Composição de concreto leve de acordo com areivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a relação de água para cimentoé maior que 0,40.

14. Método para produzir uma composição de concreto leve demistura rápida, caracterizado pelo fato de que compreende combinar areia,agregado grosseiro, cimento, partículas pré-intumescidas, água, eopcionalmente um redutor de água em um misturador do tipo tambor oupanela, segundo as quais as partículas pré-intumescidas têm um diâmetro departícula médio de 0,2 mm a 8 mm, uma densidade em massa de 0,02 g/cm a-0,64 g/cm , uma relação de aspecto de 1 a 3.

15. Método de acordo com a reivindicação 14, caracterizadopelo fato de que o cimento compreende 8-20% em volume da formulação,areia compreende 11-50% em volume da formulação, partículas pré-intumescidas compreendem 10-31% em volume da formulação, agregadogrosseiro compreende 9-40% em volume da formulação, e água compreende-10-22% em volume da formulação.

16. Composição de concreto leve de mistura rápida,caracterizada pelo fato de que é preparada de acordo com o método comodefinido na reivindicação 14.

17. Composição de concreto leve de acordo com areivindicação 16, caracterizada pelo fato de que tem um valor de consistênciamedido de acordo com ASTM C 143 de 5,08 cm a 20,32 cm.

18. Composição de concreto leve de acordo com areivindicação 16, caracterizada pelo fato de que após a composição deconcreto leve de mistura rápida ter sido assentada por 28 dias, tem umaresistência à compressão de pelo menos 1400 psi (9,65 MPa) conformetestado de acordo com ASTM C39.

19. Composição de concreto leve de acordo com areivindicação 16, caracterizada pelo fato de que o cimento compreendecimento Tipo I, cimento Tipo II, ou cimento Tipo III.

20. Composição de concreto leve de acordo com areivindicação 16, caracterizada pelo fato de que o redutor de água éselecionado do grupo que consiste de lignossulfonatos, condensados denaftaleno sulfonato de sódio e formaldeído, resinas de melamina sulfonada-formaldeído, vinilcopolímeros sulfonados, resinas de uréia, e sais de ácidoshidróxi- ou poli-hidróxi carboxílicos, e suas combinações.