BRPI0806782B1 - concreto compreendendo cimento portland e areia - Google Patents

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Batoz Jean-François
Behloul Mouloud
Fonollosa Philippe
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Lafarge Sa
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Abstract

concreto, mistura de cimento, e, uso de um material particulado. a invenção fornece um concreto que compreende, em partes em peso: 100 de cimento portland, 50 a 200 de uma areia tendo uma classificação única com uma d1o a d90 entre 0,063 e 5 mm, ou uma mistura de areias (preferivelmente duas areias), a areia mais fina tendo uma d1o a d90 entre 0,063 e 1 mm e a areia mais grossa tendo uma d1o a d90 entre 1 e 4 mm de um material particulado substancialmente não pozolânico tendo um tamanho de partícula médio menor do que 15 <109>m; 0,1 a 10 de superplastificante redutor de água, e 10 a 30 de água; concreto este substancialmente livre de sílica de fumo; o referido concreto tendo uma resistência à compressão maior do que 100 mpa em 28 dias.

Description

(54) Título: CONCRETO COMPREENDENDO CIMENTO PORTLAND E AREIA (73) Titular: LAFARGE, Companhia Francesa. Endereço: 61, Rue des Belles Feuilles, 75116 Paris, FRANÇA(FR) (72) Inventor: JEAN-FRANÇOIS BATOZ; MOULOUD BEHLOUL; PHILIPPE FONOLLOSA.
Prazo de Validade: 10 (dez) anos contados a partir de 04/12/2018, observadas as condições legais
Expedida em: 04/12/2018
Assinado digitalmente por:
Liane Elizabeth Caldeira Lage
Diretora de Patentes, Programas de Computador e Topografias de Circuitos Integrados
1/24 “CONCRETO COMPREENDENDO CIMENTO PORTLAND E AREIA” [0001] Esta invenção diz respeito a novas composições de concreto e a seu uso. [0002] A silica de fumo é conhecida como um aditivo nos cimentos desde os idos de 1980. Desde então, a extensão de seu uso tem crescido e é agora geralmente considerada como um material indispensável na produção de concreto de alto desempenho (HPC), particularmente o concreto de desempenho ultra-elevado (UHPC), se propriedades, tais como a resistência à compressão, adequadas para uso nos métodos de construção modernos, tiverem de ser garantidas.
[0003] O concreto de alto desempenho geralmente tem uma resistência à compressão em 28 dias de 50 a 100 MPa. O concreto de desempenho ultra-elevado geralmente tem uma resistência à compressão em 28 dias maior do que 100 MPa e geralmente maior do que 120 MPa.
[0004] A silica de fumo, também conhecida como microssílica, é um subproduto na produção de silício ou de ligas de ferrossilício. Seu principal constituinte é o dióxido de silício amorfo. As partículas individuais têm geralmente um diâmetro de cerca de 5 a 10 nm. As partículas individuais se aglomeram para formar aglomerados de 0,1 a 1 gm e depois se agregam entre si em agregados de 20 a 30 gm. A silica de fumo geralmente tem uma área superficial BET de 10 a 30 m2/g. É conhecida como um material pozolânico reativo.
[0005] Uma pozolana é descrita em Lea’s Chemistry of Cement and Concrete, 4a edição, publicado por Arnold como um material inorgânico, natural ou sintético, que endurece na água quando misturado com hidróxido de cálcio (cal) ou com um material que possa liberar hidróxido de cálcio (tal como a escória de Cimento Portland). Uma pozolana é geralmente um material silicioso ou silicioso e aluminoso que, isoladamente, possui pouco ou nenhum valor cimentício, mas que é capaz, na presença de umidade, de reagir quimicamente com hidróxido de cálcio na temperatura ambiente para formar compostos tendo propriedades cimentícias.
[0006] Será entendido, portanto, que a silica de fumo toma uma parte ativa no processo de cura das misturas de concreto contendo-a, e é ativamente envolvida na
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2/24 formação dos compostos cimentícios que ligam entre si os vários materiais particulados presentes, e por esse meio contribuem para a resistência do concreto resultante.
[0007] A WO 2005/077857 descreve um concreto de alto desempenho, que compreende uma mistura de areias de bauxita calcinada de diferentes granulometrias e sílica de fumo, em que o carbonato de cálcio ultrafino, tendo valores superficiais específicos definidos (mais elevados do que 10 m2/g) e o índice de forma (pelo menos 0,3, em que o índice de forma é a relação da espessura da partícula para o comprimento da partícula, medidos por microscopia eletrônica de varredura de efeito de campo) é adicionado de modo a melhorar a brancura do concreto. O diâmetro médio das partículas ultrafinas do carbonato de cálcio é de cerca de 70 nm.
[0008] A WO 2006/134080 A1 descreve o uso das partículas de carbonato de cálcio na produção de materiais de construção, tais como rebocos, estuque, serviços de caiação de cimento, argamassa e concreto tendo propriedades melhoradas. As propriedades melhoradas descritas incluem as propriedades de boa absorção do som e a elevada resistência à abrasão, mas não incluem a resistência à compressão.
[0009] A presente invenção busca substituir substancialmente todo a sílica de fumo pozolânica no concreto por material não pozolânico, ao mesmo tempo em que mantém propriedades desejáveis e suas combinações; tais propriedades incluem a resistência à compressão; a invenção busca prover concreto de alto desempenho, especialmente de desempenho ultra-elevado tendo, por exemplo, resistência à compressão adequada a despeito da falta de sílica de fumo. A invenção também busca prover concreto tendo um tempo de pega mais curto.
[0010] A presente invenção, consequentemente, provê um concreto que compreende, em partes relativas em peso:
100 de cimento Portland;
a 200 (preferivelmente 80 a 170, mais preferível 100 a 150) de uma areia tendo uma graduação única com um D10 a D90 entre 0,063 e 5 mm, ou uma
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3/24 mistura de areias (preferivelmente duas atéias), a areia mais fina tendo um D10 a
D90 entre 0,063 e 1 mm, e a areia mais grossa tendo um D10 a D90 entre 1 e 4 mm;
a 80 (preferivelmente 10 a 50, por exemplo 20 a 40) de um particulado substancialmente material não pozolânico tendo um tamanho de partícula médio de menos do que 15 μιτι;
0,1 a 10 de um superplastificante redutor de água; e a 30 de água;
concreto este que é substancialmente livre de sílica de fumo; o referido concreto tendo uma resistência à compressão mais elevada do que 100 MPa em 28 dias.
[0011] A resistência à compressão de 100 MPa é geralmente obtida com ou sem a cura térmica. A cura térmica é preferida para desenvolver resistência mais elevada. A resistência à compressão é preferivelmente mais elevada do que 120 MPa, mais preferível mais elevada do que 150 MPa. A areia é em geral uma areia de sílica ou de pedra calcária, uma bauxita calcinada ou um resíduo metalúrgico particulado; a areia fina pode também compreender um material mineral denso duro moído, por exemplo uma escória vitrificada moída. Uma mistura preferida de areias compreende uma mistura de areias (preferivelmente duas areias), a mais fina areia tendo um D10 a D90 entre 0,063 e 1 mm, e a areia mais grossa tendo um D10 a D90 entre 1 e 2 mm.
[0012] O concreto de acordo com a invenção é preferivelmente um concreto de autocolocação. Ele, preferivelmente, tem um tempo de cura de Vicat de 2 a 16 horas, por exemplo de 4 a 8 horas. O HPC e o UHPC geralmente apresentam contração mais elevada na cura devida a seu conteúdo de cimento mais elevado. A contração total pode ser reduzida pela inclusão geralmente de 2 a 8, preferivelmente de 3 a 5, por exemplo de cerca de 4 partes, de cal viva, cal queimada ou óxido de cálcio na mistura antes da adição de água.
[0013] O material substancialmente não pozolânico (daqui por diante referido como a não-pozolana) tem um tamanho de partícula médio de menos do que 10 μιτι, por exemplo menos do que 8 μιτι, preferivelmente menos do que 5 μιτι, por exemplo
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4/24 a 4 μιτι. O tamanho de partícula médio é geralmente mais elevado do que 0,1 μιτι.
[0014] A não-pozolana pode ser um material contendo carbonato de cálcio particulado (por exemplo carbonato de cálcio particulado tal como a pedra calcária moída ou o carbonato de cálcio precipitado). Ela é, preferivelmente, um carbonato de cálcio moído. O carbonato de cálcio moído pode ser, por exemplo, o Durcal® 1.
[0015] A não-pozolana pode ser um quartzo moído, por exemplo C800, o qual é um enchedor de sílica não pozolânico disponível da Sifraco, França.
[0016] A área superficial BET preferida (determinada por métodos conhecidos) da não-pozolana, por exemplo o carbonato de cálcio ou o quartzo moídos, é de 2 a 10 m2/g, geralmente de menos do que 8 m2/g, por exemplo de 4 a 7 m2/g, preferivelmente de menos do que 6 m2/g.
[0017] O carbonato de cálcio precipitado (PCC) é também um material substancialmente não pozolânico. O PCC acha-se disponível em uma variedade de tamanhos de partículas e formas cristalinas (por exemplo, calcita ou aragonita, que podem ser romboédricas, aciculares ou escalenoédricas). Por exemplo, o PCC tendo um tamanho de partícula maior do que 1 μιτι, preferivelmente escalenoédrica na forma, pode ser usado [tal como o PCC médio disponível da Specialty Minerais Inc. (SMI), que tem um tamanho de partícula médio de 1,4 a 3 μιτι, e é escalenoédrico]. [0018] O PCC tendo um tamanho de partícula de menos do que 1 μιτι, por exemplo 0,3 a 0,7 μιτι, pode também ser usado (PCC fino tendo um tamanho de partícula médio de 0,3 a 0,7 μιτι é disponível da Solvay).
[0019] O PCC ultrafino (algumas vezes referido como nano-PCC) tendo, por exemplo, um tamanho de partícula menor do que 0,07 μιτι, pode ser usado. Nas partículas individuais de PCC ultrafino (primárias) pode haver um tamanho de partículas de cerca de 20 nm. As partículas individuais se aglomeram em agrupamentos tendo um tamanho (secundário) de cerca de 0,1 a 1 μιτι. Os próprios agrupamentos formam aglomerados tendo um tamanho (ternário) maior do que 1 μιτι.
[0020] Quando o PCC ultrafino, tendo um tamanho de partículas de, por exemplo, menos do que 0,07 μιτι, seja usado, ele é preferivelmente acicular ou
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5/24 escalenoédrico; o índice de forma é preferivelmente de menos do que 0,3, preferivelmente de menos do que 0,2, por exemplo de 0,2 a 0,1. Exemplos incluem a aragonita acicular ou a calcita escalenoédrica, geralmente tendo um tamanho de partícula médio de 200 a 350 nm, preferivelmente com uma superfície específica de a 10 m2/g (por exemplo, os produtos Socai disponíveis da Solvay).
[0021] Uma não-pozolana ou uma mistura de não-pozolanas podem ser usadas, por exemplo a pedra calcárea moída, o quartzo moído ou o carbonato de cálcio precipitado, ou uma mistura dos mesmos.
[0022] O tempo de cura encurtado no concreto de acordo com a invenção é em comparação com um concreto semelhante que contenha sílica de fumo ao invés de não-pozolana.
[0023] O concreto de acordo com a invenção é geralmente usado em associação com dispositivos de reforço, por exemplo fibras de metal e/ou orgânicas e/ou outros elementos de reforço aqui mais abaixo descritos.
[0024] As composições da invenção preferivelmente compreendem fibras de metal e/ou orgânicas.
[0025] A quantidade em volume das fibras é geralmente de 0,5 a 8 % em relação ao volume do concreto ajustado. A quantidade de fibras de metal, expressa em termos do volume da concreto final ajustado é geralmente de menos do que 4 %, por exemplo de 0,5 a 3,5 %, preferivelmente de cerca de 2 %. A quantidade de fibras orgânicas, expressa na mesma base, é geralmente de 1 a 8 %, preferivelmente de 2 a 5 %. Quando tais fibras são incluídas, o concreto de acordo com a invenção é preferivelmente um concreto de ultra-elevado desempenho: tais concretos preferivelmente têm uma resistência à compressão maior do que 120 MPa, por exemplo maior do que 140 MPa.
[0026] As fibras de metal são geralmente escolhidas de fibras de aço, tais como as fibras de aço de alta resistência, as fibras de aço amorfas ou as fibras de aço inoxidável. Opcionalmente, as fibras de aço podem ser revestidas com um metal não ferroso, tal como o cobre, o zinco, o níquel (ou suas ligas).
[0027] O comprimento individual (1) das fibras de metal é geralmente de pelo
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6/24 menos 2 mm e é preferivelmente de 10 a 30 mm. A relação de 1/d (d sendo o diâmetro das fibras) é geralmente de 10 a 300, preferivelmente de 30 a 300, e mais preferível de 30 a 100.
[0028] As fibras tendo uma geometria variável podem ser usadas: elas podem ser enrugadas, corrugadas ou recurvadas nas extremidades. A aspereza das fibras pode também ser variada e/ou fibras de seção transversal variável podem ser usadas; as fibras podem ser obtidas por qualquer técnica adequada, incluindo pelo entrelaçamento ou cablagem de vários arames de metal, para formar uma montagem torcida.
[0029] A ligação entre as fibras e a matriz podem ser promovidas por vários meios, os quais podem ser usados individualmente ou em combinação.
[0030] A ligação das fibras de metal na matriz cimentícia pode ser promovida pelo tratamento da superfície das fibras. Este tratamento das fibras pode ser realizado por um ou mais dos seguintes processos: cauterização das fibras; ou deposição de um composto mineral sobre as fibras, especialmente pela deposição da sílica ou de um fosfato de metal.
[0031] A cauterização pode ser realizada, por exemplo, pelo contato das fibras com um ácido, seguido por neutralização.
[0032] A sílica pode ser depositada pelo contato das fibras com um composto de silício, tal como um silano, um siliconato ou uma sol de sílica. Será entendido que a sílica ou o fosfato são então substancialmente confinados à superfície das fibras de metal na matriz de concreto e não é uniformemente dispersa na matriz.
[0033] Os tratamentos de fosfatagem são conhecidos e são descritos, por exemplo,no artigo por G. LORIN intitulado “The Phosphatizing of Metals” (1973), Pub. Eyrolles.
[0034] Em geral, um fosfato de metal é depositado com o uso de um processo de fosfatagem, o qual compreende introduzir fibras de metais pré-desoxidado em uma solução aquosa compreendendo um fosfato de metal, preferivelmente o fosfato de manganês ou o fosfato de zinco, e depois filtrando-se a solução de modo a recuperar as fibras: as fibras são então lavadas, neutralizadas e levadas novamente.
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Diferente do que ocorre no processo de fosfatagem usual, as fibras obtidas não têm de ser submetidas a acabamento do tipo de graxa; elas podem, entretanto, opcionalmente, ser impregnadas com um aditivo, ou de modo a proporcionar proteção anticorrosão ou a tornar mais fácil para que elas sejam processadas com um meio cimentício. O tratamento de fosfatagem pode também ser realizado pelo revestimento ou pulverização de uma solução de fosfato de metal sobre as fibras. [0035] Quando as fibras de metal se acham presentes na composição da invenção, um agente modificador da viscosidade (por exemplo, Kelco-Crete, um polissacarídeo aniônico da CP Kelco) é preferivelmente usado para prevenir ou reduzir uma falta de homogeneidade na distribuição das fibras por causa da sedimentação das fibras.
[0036] As fibras orgânicas incluem fibras de álcool polivinílico (PVA), fibras de poliacrilonitrila (PAN), fibras de polietileno (PE), fibras de polietileno de alta densidade (HDPE), fibras de polipropileno (PP), homo- ou copolímeros, fibras de poliamida ou de poliimida. As misturas destas fibras podem também ser usadas. As fibras reforçadoras orgânicas usadas na invenção podem ser classificadas como: fibras reativas de elevado módulo, fibras não reativas de baixo módulo e fibras reativas. O termo “módulo” como usado neste relatório descritivo, incluindo as reivindicações que o acompanham, refere-se ao módulo de Young (módulo de elasticidade).
[0037] Uma mistura de fibras de metal e orgânicas pode também ser usada: um compósito “híbrido”, compreendendo fibras de várias naturezas e/ou comprimentos, é por este meio obtido, cujo comportamento mecânico pode ser adaptado, dependendo do desempenho requerido.
[0038] A presença de fibras orgânicas torna possível modificar o comportamento do concreto ao calor ou ao fogo.
[0039] A fusão das fibras orgânicas torna possível desenvolver caminhos através dos quais o vapor ou a água sob pressão possam escapar quando o concreto seja exposto a elevadas temperaturas.
[0040] As fibras orgânicas podem estar presentes como um monofilamento ou
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8/24 múltiplos filamentos; o diâmetro do monofilamento ou dos múltiplos filamentos é preferivelmente de 10 gm a 800 gm. As fibras orgânicas podem também ser usadas na forma de estruturas tecidas ou não tecidas, ou de um filamento híbrido compreendendo um diferente filamento.
[0041] O comprimento individual das fibras orgânicas é preferivelmente de 5 mm a 40 mm, mais preferível de 6 a 12 mm; as fibras orgânicas são de preferência fibras de PVA, [0042] A quantidade ótima das fibras orgânicas usadas geralmente depende da geometria das fibras, de sua natureza química e de suas propriedades mecânicas intrínsecas (por exemplo, o módulo elástico, limiar de circulação, resistência mecânica).
[0043] A relação l/d, d sendo o diâmetro da fibra e I sendo o comprimento, é geralmente de 10 a 300, preferivelmente de 30 a 90.
[0044] O uso de misturas de fibras com diferentes propriedades permite a modificação das propriedades do concreto que as contém.
[0045] A aderência da fibra polimérica a uma matriz de concreto pode ser promovida por vários métodos usados isoladamente ou em combinação. A aderência é promovida pelo uso de fibras reativas: a aderência pode ser intensificada por tratamento térmico do concreto, por exemplo mediante cura. A aderência pode também ser promovida por tratamento superficial das fibras.
[0046] A relação R do comprimento médio L das fibras para o tamanho D dos grãos da areia, é geralmente de pelo menos 5, particularmente quando a areia tenha um tamanho máximo de grãos de 1 mm.
[0047] O cimento no concreto da invenção é geralmente um cimento cinza ou branco contendo pouca ou nenhuma sílica de fumo de modo que o concreto fique substancialmente livre de sílica de fumo. Cimentos adequados são os cimentos Portland isentos de sílica de fumo descritos em Lea’s Chemistry of Cement and Concrete. Os cimentos Portland incluem escória, pozolana, cinzas volantes, xisto queimado, pedra calcária e cimentos compósitos (os cimentos compósitos contendo pouca ou nenhuma sílica de fumo). Um cimento preferido para uso na invenção é o
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CEM 1 (geralmente PMS).
[0048] O cimento branco é preferido para a produção de materiais arquiteturais e para moldagem tais como móveis e esculturas em que a aparência do material pode ser importante. A ausência de sílica de fumo, que possa comunicar uma aparência cinza (a sílica de fumo pode ser branca ou cinza), e o uso de não-pozolanas brancas, possibilita a produção de materiais de boa aparência. Tais materiais arquiteturais podem compreender fibras de vidro ou de plásticos que não prejudiquem a brancura da aparência.
[0049] Para aplicações estruturais em que a cor e a aparência não sejam importantes, as fibras de metal e, por exemplo, o cimento cinza podem ser usados. [0050] A relação em peso de água/cimento da composição de acordo com a invenção pode variar se substitutos do cimento forem usados, mais particularmente os materiais pozolânicos. A relação é definida como a relação em peso da quantidade de água para o peso adicionado do cimento e de quaisquer pozolanas: é geralmente de cerca de 8 % a 25 %, preferivelmente de 13 % a 25 %. O índice de água/cimento pode ser ajustado com o uso, por exemplo, de agentes redutores da água e/ou superplastificantes.
[0051] No Concrete Admixtures Handbook, Properties Science and Technology, V. S. Ramachandran, Noyes Publications, 1984:
[0052] Um redutor de água é definido como um aditivo que reduz a quantidade de água de mistura do concreto para uma dada trabalhabilidade tipicamente em 10 a 15 %. Redutores de água incluem, por exemplo, os lignossulfonatos, os ácidos hidroxicarboxílicos, carboidratos e outros compostos orgânicos especializados como, por exemplo, o glicerol, álcool polivinílico, alumíno-metil-siliconato de sódio, ácido sulfanílico e caseína.
[0053] Os superplastificantes pertencem a uma nova classe de redutores de água quimicamente diferentes dos redutores de água normais e capazes de reduzir os conteúdos de água em cerca de 30 %. Os superplastificantes têm sido amplamente classificados em quatro grupos: condensado de naftaleno formaldeído sulfonados (SNF) (geralmente um sal sódico); ou condensado de melamina
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10/24 formaldeído sulfonado (SMF); lignossulfonatos modificados (MLS); e outros. Superplastificantes mais recentes incluem os compostos policarboxílicos tais como poliacrilatos. O superplastificante preferivelmente é uma superplastificante de nova geração, por exemplo um copolímero contendo polietileno glicol como cadeia de enxerto e funções carboxílicas na cadeia principal tal como um éter policarboxílico. O policarboxilato-polissulfonatos de sódio e os poliacrilatos de sódio também podem ser usados. A quantidade de superplastificante necessária em geral depende da reatividade do cimento. Quanto mais baixa a reatividade, mais baixa a quantidade de superplastificantes requerida. De modo a reduzir o conteúdo total de álcalis, o superplastificante pode ser usado como um sal cálcico ao invés de um sal sódico. [0054] Outros aditivos podem ser adicionados à composição de acordo com a invenção, por exemplo um agente desespumante (por exemplo, polidimetilsiloxano). Estes também incluem siliconas na forma de uma solução, um sólido ou, preferivelmente, na forma de uma resina, um óleo ou uma emulsão, preferivelmente em água. Mais particularmente adequadas são as siliconas compreendendo os componentes (RSiOO,5) e (R2SiO).
[0055] Nestas fórmulas, os radicais R, que podem ser os mesmos ou diferentes, são preferivelmente hidrogênio ou um grupo alquila de 1 a 8 átomos de carbono, o grupo metila sendo o preferido. O número de componentes é preferivelmente de 30 a 120.
[0056] A quantidade de um tal agente na composição é geralmente no máximo de 5 partes em pelo em relação ao cimento.
[0057] Os concretos podem ser preparados por métodos conhecidos, incluindo a mistura dos componentes sólidos com água, configurando (moldagem, fusão, injeção, bombeamento, extrusão, calandragem), e depois endurecendo.
[0058] Eles podem também apresentar uma resistência à compressão Rc de pelo menos 120 MPa.
[0059] A composição do cimento pode compreender um agente de reforço com uma configuração anisotrópica e um tamanho médio de 1 mm no máximo, preferivelmente de 500 μιτι no máximo. Os agentes de reforço geralmente têm uma
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11/24 configuração de plaquetas.
[0060] A quantidade de agente de reforço é preferivelmente de 2,5 % e 35 %, geralmente de 5 a 25 % em volume da ateia e não-pozolanas.
[0061] Pelo tamanho do agente de reforço denota-se o tamanho médio de sua maior dimensão.
[0062] Os agentes podem ser produtos naturais ou sintéticos.
[0063] Os agentes de reforço como plaquetas podem ser selecionados entre as plaquetas de mica, as plaquetas de talco, as plaquetas de silicato compósitas (argilas), plaquetas de vermiculita, plaquetas de alumina.
[0064] É possível usar uma mistura de agentes de reforço na composição de concreto de acordo com a invenção.
[0065] Os agentes de reforço podem compreender, sobre a superfície, um revestimento orgânico polimérico contendo um material selecionado de: álcool polivinílico, silanos, siliconatos, resinas de siloxano ou poliorgano-siloxanos, ou produtos de reação entre (i) pelo menos um ácido carboxílico contendo de 2 a 22 átomos de carbono, (ii) pelo menos uma amina polifuncional aromática ou alifática ou uma amina substituída, contendo de 2 a 25 átomos de carbono, e (iii) um agente de reticulação que seja um completo de metais hidrossolúveis, contendo pelo menos um metal selecionado dentre zinco, alumínio, titânio, cobre, cromo, ferro, zircônio e chumbo, por exemplo como descrito na EP-A-0372804.
[0066] A espessura do revestimento é geralmente de 0,01 gm a 10 gm, preferivelmente de 0,1 gm a 1 gm.
[0067] Os látexes incluem os látexes de estireno-butadieno, os látexes de acrílico, os látexes de estireno-acrílico, os látexes metacrílicos, os látexes carboxilados e fosfonados. Os látexes tendo funções de complexação de cálcio são preferidos.
[0068] Um revestimento orgânico polimérico pode ser obtido pelo tratamento dos agentes de reforço em um leito fluidificado ou com o uso de um misturador do tipo FORBERG na presença de um dos compostos acima definidos.
[0069] Compostos preferidos incluem poliorganossiloxano H240, resinas de
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12/24 siloxano Rhodorsil 878, 865 e 1830 PX, Manalox 403/60/WS e WB LS 14, todos siliconatos de potássio comercializados pela RHODIA Chimie.
[0070] Um tal tratamento é preferido para agentes de reforço que sejam produtos naturais.
[0071] De modo a preparar o concreto de acordo com a invenção, as fibras constituintes e de reforço, quando elas devam ser incluídas, são misturadas com água. A seguinte ordem de mistura pode, por exemplo, ser adotada: mistura dos constituintes pulverulentos da matriz (por exemplo por 2 minutos), introdução da água e uma fração, por exemplo meia, das misturas; mistura (por exemplo por 1 minuto); introdução da fração remanescente das misturas; mistura (por exemplo por 3 minutos; introdução das fibras de reforço e dos constituintes adicionais; mistura (por exemplo por 2 minutos).
[0072] O concreto pode ser submetido a uma cura térmica para melhorar suas propriedades mecânicas. A cura é geralmente conduzida em uma temperatura a partir da temperatura ambiente (por exemplo, 20 °C a 90 °C), preferivelmente de 60 °C a 90 °C. A temperatura de cura deve ser mais baixa do que o ponto de ebulição da água na pressão ambiente. A temperatura de cura é geralmente mais baixa do que 100 °C. A autoclavagem em que a cura é conduzida em pressões elevadas permite que temperaturas de cura mais elevadas sejam usadas.
[0073] O tempo de cura pode ser, por exemplo, de 6 horas a 4 dias, de preferência de cerca de 2 dias. A cura é iniciada após o endurecimento, geralmente em pelo menos um dias após o endurecimento ter iniciado e, preferivelmente no concreto que tenha 2 dias até cerca de 7 dias de idade, em 20 °C.
[0074] A cura pode ser realizada em condições secas ou úmidas ou em ciclos que alternem ambos os ambientes, por exemplo uma cura de 24 horas em um ambiente úmido, seguida por uma cura de 24 horas em um ambiente seco.
[0075] A inclusão de pó de quartzo na composição do concreto é vantajosa quando o concreto deva ser curado em uma temperatura elevada.
[0076] Meios de reforço usados em associação com o concreto de acordo com a invenção também incluem o seguinte:
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13/24 [0077] O concreto pode ser submetido à pré-tensão, mediante arames ligados ou mediante tendões ligados, ou à pós-tensão, por tendões únicos não ligados, ou por cabos ou por bainhas ou barras, o cabo compreendendo uma montagem de arames ou compreendendo tendões.
[0078] A pré-tensão, quer na forma de pré-tensão ou na forma de pós-tensão, é particularmente bem adequada aos produtos produzidos do concreto de acordo com a invenção. Os cabos de pré-tensão de metal têm uma resistência de tração muito elevada, de pouco uso, como a resistência de tração inferior da matriz que os contém não permitem que as dimensões dos elementos estruturais do concreto sejam otimizadas.
[0079] Entender-se-á que os meios de reforço, incluindo fibras, podem ser usados isoladamente ou em combinação.
[0080] A redução no volume obtido, por causa deste aumento na resistência mecânica, permite a produção de elementos pré-fabricados. Existe então a possibilidade de se ter elementos de concreto de longa abrangência que sejam facilmente transportáveis por causa da sua leveza; isto é particularmente bem adequado à construção de grandes estruturas em que o uso da pós-tensão é amplamente empregado. No caso deste tipo de estrutura, a solução fornece economias particularmente favoráveis a serem feitas em termos de tempos de duração do local do trabalho e de montagem.
[0081] Além disso, no caso de uma cura térmica, o uso de pré-tensão ou de póstensão reduz significativamente o encholhimento.
[0082] Eles podem também ter uma resistência à compressão Rc de pelo menos 150 MPa.
[0083] Na mistura dos componentes do concreto de acordo com a invenção, os materiais particulados que não o cimento podem ser introduzidos como pós secos pré-misturados ou suspensões aquosas diluídas ou concentradas.
[0084] O material substancialmente não pozolânico particulado nos concretos de acordo com a invenção, é substancialmente, de preferência, uniformemente distribuído por todo o concreto. O concreto de acordo com a invenção pode: (a) não
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14/24 conter substancialmente nenhuma bauxita, por exemplo menos do que 5 %, por exemplo menos do que 2 %, mais preferível menos do que 1 %, o mais preferível menos do que 0,5 %, em peso, em relação ao peso do cimento.
[0085] A menos que de outra forma especificado, neste relatório descritivo, incluindo nas reivindicações que o acompanham:
os valores da resistência à compressão são medidos após a cura úmida por 28 dias em 20 °C, ou uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm;
as resistências à flexão são medidas em amostras de teste prismáticas medindo 7x7x 28 ou 4x4x16 cm apoiadas em flexura de 4 pontos sobre uma máquina IBERTEST UMIB CO-300 classe A;
a expressão “substancialmente livre de sílica de fumo” significa contendo menos do que 5 %, por exemplo menos do que 2 %, mais preferível menos do que 1 %, o mais preferível menos do que 0,5 % em peso, em relação ao peso do cimento;
os percentuais, a menos que de outra forma especificado, são em peso; as áreas superficiais dos materiais são medidas pelo método BET com o uso de um aparelho Beckman Coulter SA 3100 com nitrogênio como o gás adsorvido;
os valores de consistência (dinâmicos, com choques - normalmente 20 - em intervalos de cerca de 1 segundo, ou estáticos, sem choques) são medidos sobre uma mesa de choques circulares (diâmetro de 300 mm, espessura de 5,99 mm, peso de cerca de 4,1 kg) com uma queda de cerca de 12 mm. As amostras de teste são preparadas com o uso de um molde cônico achatado, altura de 50 mm, diâmetro de topo de 70 mm, diâmetro de fundo de 100 mm, de acordo com a ASTM C230; os valores estáticos (antes ou sem choques) são medidos após a amostra ter interrompido o movimento após a desmoldagem.
[0086] Os tamanhos médios das partículas e as distribuições das partículas finas, por exemplo não-pozolana particulada, por exemplo carbonato de cálcio, são medidos na dispersão aquosa mediante granulometria a leiser com o uso de um Malvern Mastersizer 2000 operado como segue:
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15/24 o ruído de fundo é determinado com força de laser de pelo menos 80 %, para verificar que a curva exponencial decrescente é obtida; a amostra é então medida com o uso de uma concentração que produza uma obscuridade entre 10 e 20 %, velocidade da bomba de 2000 rpm, velocidade do agitador de 800 rpm, sem agitação ultrassônica com medição por 30 segundos e depois, na mesma amostra com agitação ultrassônica, com o uso dos seguintes parâmetros: (a) inicialmente, velocidade da bomba de 2500 rpm, velocidade do agitador de 1000 rpm, ultrassom 100 % (30 watts) e, após 3 minutos (b) velocidade da bomba de 2000 rpm, velocidade do agitador de 800 rpm, ultrassom de 0 %, possibilitando 10 segundos sob condições de operação (b), medição por 30 segundos.
os tamanhos de partículas menores do que 0,1 μιτι são geralmente medidos com o uso da microscopia eletrônica.
[0087] A invenção é ilustrada pelos seguintes Exemplos não limitativos. Nos Exemplos, os materiais usados acham-se disponíveis dos seguintes fornecedores:
(1) Cimento HTS: Lafarge France Le Teil.
(2) 980 NS (sílica de fumo): SEPR, França
(3) Enchedor de pedra calcária ultrafina Durcal 1 : OMYA, França
O Durcal 1 tem um valor BET de cerca de 5 nri/g e um tamanho de partícula médio de cerca de 2,5 μιτι.
(4) Enchedor de pedra calcária Durcal 5: OMYA, França
O Durcal 5 tem um valor BET de 2,10 nri/g e um tamanho de partícula médio de cerca de 7 μιτι.
(5) Areia Be01: Sifraco, França
(6) Superplastificante F2: Chryso, França
(7) PCC ARW200 (BET: 22,27 m2/g): Solvay, França
(8) Cimento branco: Lafarge France Le Teil
(9) FS MST branco: SEPR, França
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(10) Enchedor silicioso Millisil® C400: Sifraco, França
C400 tem um valor BET de 1,61 irri/g e um tamanho de partícula médio de cerca de 11 μιτι;
(11) Enchedor silicioso Sikron® C800: Sifraco, França
C400 tem um valor BET de 5,98 irri/g e um tamanho de partícula médio de cerca de 2,6 μιτι.
(12) Mistura A2: Chryso, França
(13) Fibras de PVA: Kuraray, Japão
(14) Kelko-Crete K400: CP Kelko, USA
(15) Fibras metálicas (aço): Sodetal, França
(16) PCC Socai P2 e P3: Solvay, França
[0088] EXEMPL01 [0089] Uma comparação foi feita entre um concreto contendo sílica de fumo (designado SFC) e um concreto (designado D1) tendo as seguintes composições:
D1 SFC
Cimento HTS 1 1
980 NS (sílica de fumo) 0,25
Enchedor de pedra calcária ultrafina Durcal 1 0,3
Enchedor de pedra calcária Durcal 5 0,3 0,3
Areia Be01 1,37 1,37
Superplastificante F2 0,0365 0,0365
Relação W/C. 0,225 0,225
em que a sílica de fumo foi substituída por Durcal 1, um carbonato de cálcio moído. As fibras de aço (diâmetro de 0,175 mm, comprimento de 13 mm, Sodetal, França) foram adicionadas em uma quantidade para fornecer 2 % em volume no concreto ajustado.
[0090] Os pós foram primeiro misturados em um misturador de elevado índice de cisalhamento (Eirich) e a mistura de concreto foi então preparada em um misturador
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Shako.
[0091] Os resultados obtidos são apresentados na seguinte Tabela 1. [0092] TABELA 1
Tempo de cura (início) 4h 35 6 h 50
Tempo da cura (final) 9h 35 13h50
Dispersão antes dos choques (mm) 265 275
Dispersão após os choques (mm) 295 290
Resistência à compressão em 48 h (1) 115 MPa 108 MPa
Resistência à flexão em 48 h (3) 13 MPa 28 MPa
Resistência à compressão após a cura térmica (2) 165 MPa 210 MPa
Resistência à flexão após a cura térmica (4) 14 MPa 38 MPa
(1) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
(2) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
(3) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, em uma amostra de teste conformada em prisma (7 x 7 x 28 cm).
(4) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C, em uma amostra de teste conformada em prisma (7x7 x28 cm).
[0093] EXEMPLO 2 [0094] Uma comparação foi feita, com o uso do procedimento descrito no Exemplo 1, entre uma mistura tendo a composição dada abaixo em que a sílica de fumo foi substituída por (a) uma mistura de 20 % em peso de carbonato de cálcio precipitado (PCC) e 80 % de Durcal 1 e (b) 100 % de PCC.
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100% PCC 20 % PCC 80 % D1
Cimento HTS 1 1
980 NS (sílica de fumo) 0,25
Enchedor de pedra calcária ultrafina Durcal 1 0,3
PCC ARW200 0,3 0,3
Areia Be01 1,37 1,37
Superplastificante F2 0,0365 0,0365
Relação W/C. 0,225 0,225
[0095] Enchedor de pedra calcária Durcal 5 - Areia Be01 - Superplastificante F2 relação W/C.
[0096] Os resultados obtidos são apresentados na seguinte Tabela 2.
[0097] TABELA 2
Tempo de cura (início) 2h25 3h00
Tempo da cura (final) 3h50 6h00
Dispersão antes dos choques (mm) 155 255
Dispersão após os choques (mm) 195 280
Resistência à compressão em 48 h (1) 110 MPa 110 MPa
Resistência à compressão após a cura térmica (2) 150 MPa 180 MPa
(1) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
(2) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
[0098] EXEMPLO 3 [0099] Uma comparação foi feita com o uso do procedimento descrito no Exemplo 1, entre uma mistura contendo fibra e misturas correspondentes, cujas
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19/24 composições são dadas abaixo, em que a sílica de fumo foi substituída pelo seguinte:
C800 (enchedor de sílica) 100%
Durcal 1 (enchedor de carbonato de cálcio) 100%
C800 50% Durcal 1 50%
C800 75% Durcal 1 25%
[00100] Cada uma das misturas usadas continham 4 % (em volume em relação ao volume da mistura) de fibras de álcool polivinílico (PVA) (diâmetro de 0,2 mm, comprimento de 12 mm).
FO 100%C80 0 100%D1 50%C800- 50%D1 75%C800- 25%D1
Cimento branco 1 1 1 1 1
FS MST branco 0,3
Enchedor silicioso C400 0,24 0,24 0,24 0,24 0,24
Enchedor de pedra calcária ultrafina Durcal 1 0,35 0,17 0,09
Enchedor silicioso ultrafino C800 0,34 0,17 0,26
Areia Be01 1,43 1,43 1,43 1,43 1,43
Superplastificant e F2 0,046 0,046 0,046 0,046 0,046
Mistura A2 0,0175 0,0175 0,0175 0,0175 0,0175
Fibras de PVA 12 mm 0,079 0,079 0,079 0,079 0,079
Relação W/C 0,26 0,26 0,26 0,26 0,26
[00101] Os resultados obtidos são apresentados na seguinte Tabela 3.
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20/24 [00102] TABELA 3
Tempo de cura (início) 8h00 4h00 3h25
Tempo da cura (final) 15h00 6h30 6h25
Dispersão antes dos choques (mm) 140 130 140 120 125
Dispersão após os choques (mm) 230 180 200 175 190
Resistência à compressão em 48 h (1) 79 MPa SO MPa 79 MPa 80 MPa 80 MPa
Resistência à compressão após a cura térmica (2) 166 MPa 160 MPa 120 MPa 150 MPa 167 MPa
(1) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
(2) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
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21/24 [00103] EXEMPLO 4 [00104] Os seguintes materiais foram usados.
Cimento HTS 1
Enchedor de pedra calcária ultrafina Durcal 1 0,2
Enchedor de pedra calcária Durcal 5 0,2
Areia Be01 1,37
Kelco-Crete K400 0,00005
Superplastificante F2 0,04
Relação W/C 0,2
[00105] Os pós e as misturas de concreto foram preparadas em um misturador Rayneri. Os tempos de cura, os valores de dispersão, e as resistências à compressão e à flexão (em 48 horas e após a cura térmica) foram medidos. Os resultados obtidos são apresentados na seguinte Tabela 4.
[00106] TABELA 4
Tempo de cura (início) 8h00
Tempo da cura (final) 12h30
Dispersão antes dos choques (mm) 230
Dispersão após os choques (mm) 255
Resistência à compressão em 48 h (1) em MPa 93,6
Resistência à flexão em 48 h (3) em MPa 12,3
Resistência à compressão após a cura térmica (2) em MPa 153
Resistência à flexão após a cura térmica (4) em MPa 16,3
(1) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
(2) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
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22/24 (3) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, em uma amostra de teste conformada em prisma (4x4x16 cm).
[00107] Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C, em uma amostra de teste conformada em prisma (4x4x16 cm).
[00108] EXEMPLO 5 [00109] Os seguintes materiais foram usados.
Cimento HTS 1
Enchedor de pedra calcária ultrafina Durcal 1 0,2
Enchedor de pedra calcária Durcal 5 0,2
Areia Be01 1,37
Kelco-Crete K400 0,00007
Superplastificante F2 0,04
Fibras metálicas 0,19
Relação W/C 0,2
[00110] Os pós e as misturas de concreto foram preparadas em um misturador Rayneri. Os tempos de cura, os valores de dispersão, e as resistências à compressão e à flexão foram medidos. Os resultados obtidos são apresentados na seguinte Tabela 5.
[00111] TABELA 5
Tempo de cura (início) 8h00
Tempo de cura (final) 11 hOO
Dispersão antes dos choques (mm) 180
Dispersão após os choques (mm) 215
Resistência à compressão em 48 h (1) em MPa 101
Resistência à compressão em 48 h (2) em MPa 149
Resistência à flexão após a cura térmica (4) em MPa 25,6
(1), (2) e (4): a cura e as amostras foram como descritas no Exemplo 1.
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23/24 [00112] EXEMPLO 6 [00113] Os seguintes materiais foram usados.
10% Socai P2 30% Socai P2 10% Socai P3 30% Soca! P3
Cimento HTS 1 1
Enchedor de pedra calcária ultrafina Durcal 1 0,18 0,14 0,18 0,14
PCC Socai P2 0,02 0,06 -
PCC Socai P3 0,02 0,06
Enchedor de pedra calcária Durcal 5 0,2 0,2 0,2 0,2
Areia Be01 1,37 1,37 1,37 1,37
Superplastificante F2 0,05 0,05 0,05 0,05
Relação W/C 0,2 0,9 0,2 0,2
[00114] Os pós e as misturas de concreto foram preparadas em um misturador Rayneri. Os resultados obtidos são mostrados na seguinte Tabela 6.
[00115] TABELA 6
10% Socai P2 30% Socai P2 10% Socai P3 30% Socai P3
Tempo de cura (início) 10h00 9h30 9h30 9h00
Tempo de cura (final) 15h00 14h00 14h00 15h00
Dispersão antes dos choques (mm) 245 245 255 240
Dispersão após os choques (mm) 270 270 280 265
Resistência à compressão em 48 h (1) em MPa 93,6 94,9
Resistência à compressão 149 150 159 157
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24/24
após a cura térmica (2) em MPa
Resistência à flexão após a cura térmica (3) em MPa 16,1 16,4 16,0 18,1
(1) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
(2) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C em uma amostra de teste cilíndrica tendo um diâmetro de 7 cm e uma altura de 14 cm.
(3) Após a cura úmida por dois dias em 20 °C, e depois cura úmida por 2 dias em 90 °C, em uma amostra de teste conformada em prisma (4x4 x 16 cm).
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1/2

Claims (8)

REIVINDICAÇÕES
1. Concreto, caracterizado pelo fato de que compreende, em partes em peso:
100 de cimento Portland;
50 a 200 de uma areia tendo uma classificação única com uma D10 a D90 entre 0,063 e 5 mm, ou uma mistura de areias, a areia mais fina tendo uma D10 a D90 entre 0,063 e 1 mm e a areia mais grossa tendo uma D10 a D90 entre 1 e 4 mm;
10 a 50 de um material particulado não pozolânico tendo um tamanho de partícula médio menor do que 15 gm e tendo uma área superficial BET de 2 a 10 m2/g;
0,1 a 10 de superplastificante redutor de água; e
10 a 30 de água;
concreto este substancialmente livre de silica de fumo; o referido concreto tendo uma resistência à compressão maior do que 100
MPa em 28 dias.
2/2 que compreende 2 a 5 % de fibras orgânicas em volume, em relação ao volume do cimento endurecido.
2. Concreto de acordo com a reivindicação 1, caracterizado pelo fato de que ainda compreende cal viva, cal queimada ou óxido de cálcio.
3. Concreto de acordo com as reivindicações 1 ou 2, caracterizado pelo fato de que a não-pozolana compreende uma pedra calcária moída ou quartzo moído.
4. Concreto de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende uma pedra calcária moída, quartzo moído ou um carbonato de cálcio precipitado, ou uma mistura dos mesmos.
5. Concreto de acordo com qualquer uma das reivindicações precedentes, caracterizado pelo fato de que compreende fibras orgânicas ou de metal.
6. Concreto de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de que compreende 0,5 a 3,5 % de fibras de metal em volume em relação ao volume do cimento endurecido.
7. Concreto de acordo com a reivindicação 5, caracterizado pelo fato de
Petição 870180073834, de 22/08/2018, pág. 7/9
8. Concreto de acordo com as reivindicações 5, 6 ou 7, caracterizado pelo fato de que tem uma resistência à compressão maior do que 120 MPa.
Petição 870180073834, de 22/08/2018, pág. 8/9
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