Aluminato de cálcio

O aluminato de cálcio é frequentemente utilizado em concretos em que se deseja um rápido desenvolvimento da resistência e também para fins de resistência à corrosão, à abrasão e ao calor.

Os aglutinantes especiais desse material são fabricados para uso em química de construção, refratários e obras de construção. Apresenta excelente resistência à corrosão (particularmente ao ataque de sulfato), à abrasão e a altas temperaturas, além de oferecer propriedades de endurecimento rápido.

Usos

O cálcio é um ingrediente integral em muitos produtos químicos industriais e de construção, desde a produção de argamassa de construção e cimento até a produção de produtos químicos para construção e refratários. O cálcio também apresenta propriedades exclusivas quando usado como aglutinante especial em aplicações específicas - a resistência à corrosão, à abrasão e ao calor, combinada com tempos de endurecimento rápidos, faz do cálcio um ingrediente excepcional em muitos aspectos.

Os cimentos de aluminato de cálcio desenvolvidos especificamente para uso em aplicações de águas residuais são um exemplo de materiais de alto desempenho empregados por esse material. Essas aplicações normalmente exigem concreto que possa suportar a geração de ácido (devido à atividade bacteriana) e a resistência à abrasão.

Os cimentos de aluminato de cálcio podem ser feitos usando várias técnicas de mistura. Uma receita para fazer uma mistura de cimento de aluminato de cálcio consiste em misturar cimento Portland, escória, material calcário leve e aditivos para uso em 24 horas, produzindo um método de reparo econômico com capacidade de construção rápida de resistência.

Além disso, os cimentos especializados oferecem outros benefícios quando aplicados em ambientes de alta temperatura, onde o cimento comum se degradaria rapidamente. Seu teor de aluminato determina sua capacidade de resistir a esses ambientes; os produtos que contêm pelo menos 40% de alumina (Isidac40 ou Recipro50, por exemplo) se mostraram estáveis até temperaturas de 1450degC.

O cimento Portland tipo V contém uma baixa concentração de aluminato de cálcio para aumentar sua resistência ao ataque de sulfato, o que o torna particularmente útil quando aplicado como material de revestimento de tabuleiros de pontes sujeitos a tráfego pesado ou condições de carga.

Observe que os cimentos especializados devem ser curados adequadamente para obter o desempenho ideal, usando várias técnicas de cura, como spray de água/neblina/água parada/serapilheira úmida. Além disso, o concreto deve ser derramado e nivelado de forma semelhante ao concreto de cimento Portland e vibrado mecanicamente por pelo menos 10 minutos para garantir uma consolidação uniforme e um desempenho satisfatório.

Propriedades

As propriedades do cimento de aluminato de cálcio variam muito com base em seu nível de teor de alumina. Os produtos com mais alumina geralmente apresentam maior resistência à corrosão do que os produtos com menos alumina. Um alto teor também melhora a resistência à retenção em altas temperaturas. Entretanto, qualquer adição adicional de alumina deve ser mantida em um mínimo absoluto, pois quantidades excessivas podem afetar a rapidez com que o óxido de cálcio (CaO) se forma durante os processos de hidratação.

O aluminato de cálcio, conhecido pelo nome de aluminato de cálcio, tem uma estrutura alcalina e, portanto, resiste bem à acidez, o que o torna adequado para uso como revestimento de tubulações e revestimentos em sistemas de esgoto. Além disso, ele é frequentemente utilizado como argamassa de reparo em áreas expostas a ambientes ácidos, como granjas de frangos, fábricas de couro e outros locais industriais.

O aluminato de cálcio é fornecido em várias formas, desde pó e grânulos até a forma de pó. A American Elements tem aluminato de cálcio disponível nesses formatos como parte de seus graus padrão para fins de fabricação, quando aplicável: Mil Spec/ACS Reagent e Technical Grade, Food/Agricultural/Pharmaceutical Grade, bem como USP/EPBP (European Pharmacopoeia/British Pharmacopoeia).

A produção de aluminato de cálcio normalmente utiliza dois processos principais de fabricação: sinterização e fusão. As aplicações em águas residuais geralmente dependem de cimentos de aluminato de cálcio que foram fabricados por meio do último processo, no qual as matérias-primas são proporcionalmente alimentadas em um forno antes de serem fundidas para formar o clínquer que, mais tarde, será moído em diferentes níveis de gradação de agregados.

O clínquer é então combinado com outras matérias-primas para formar produtos de concreto à base de aluminato de cálcio, sendo os mais populares os que contêm pelo menos 40% de alumina; produtos com níveis mais baixos, como 20%, podem não oferecer resistência à corrosão e taxas de desenvolvimento de força inicial tão eficazes.

Esses produtos apresentam altos teores de alumina que permitem que os processos de hidratação do aluminato de cálcio ocorram rapidamente, de modo que o material possa ser colocado em uso rapidamente após a fabricação. Esse recurso pode ser particularmente útil em aplicações como misturas de lama e formas pré-moldadas, em que o ganho de resistência logo no início pode ser fundamental para o sucesso do projeto.

Aplicativos

Os cimentos de aluminato de cálcio são comumente usados como aglutinantes especiais em aplicações que envolvem refratários, química de construção e construção que exigem resistência à corrosão, à abrasão e ao calor. Eles também podem ser misturados a formulações de concreto para obter tempos de presa rápidos e desenvolvimento precoce de resistência.

Os cimentos são produzidos por meio da reação, em alta temperatura, de uma combinação de calcário, bauxita ou cal e alumina, dependendo do nível de pureza, para formar um clínquer de aluminato de cálcio que é moído em pó fino antes de ser misturado com água em uma reação de hidratação extremamente rápida que leva a uma forte resistência inicial - a resistência final é atingida em 24 horas após a mistura.

Além de oferecer resistência inicial rápida, o cimento tem uma condutividade térmica muito baixa, ideal para ambientes em que as temperaturas podem aumentar com o tempo, como fornos de produção de aço ou outros processos de alta temperatura.

O cimento também pode ser utilizado como material de revestimento ou de reparo em infraestruturas de águas residuais, especificamente contra a corrosão por sulfeto biogênico, um problema cada vez mais prevalente nas redes de esgoto. Os tubos de ferro dúctil usados para o fornecimento de água residual e os tubos de concreto usados para redes de esgoto podem ser revestidos com cimento para melhorar a resistência contra a abrasão e a corrosão por ácido e sulfeto biogênico.

Esses revestimentos podem ser aplicados a tubos de ferro dúctil e concreto, poços de visita e outros componentes da infraestrutura de esgoto, novos ou existentes, para proteção duradoura e de longo prazo contra a formação de H2S resultante da decomposição do sulfeto nos efluentes por bactérias aeróbicas. Eles também protegem contra possíveis reparos nas seções de tubulação onde o H2S se forma.

A Bisley distribui os cimentos de aluminato de cálcio (CAC) Calucem, fabricados pelo segundo maior produtor mundial de aluminatos de cálcio fundido e refratários, para uso em vários produtos de construção, incluindo contrapisos autonivelantes, rejuntes de alta resistência, soluções de revestimento de tubulações, argamassas de reabilitação e argamassas de reabilitação. Eles podem ser usados sozinhos ou como parte de sistemas binários ou ternários.

Produção

A produção de cimento de aluminato de cálcio requer a fusão de fontes de matérias-primas, como bauxita calcinada e calcário, sob altas temperaturas em um forno de chama rotativo para formar o clínquer, que pode ser posteriormente moído até ficar fino antes de ser utilizado em várias aplicações.

Duas aplicações notáveis que demonstram esse ponto são os revestimentos para tubulações de esgoto, onde as bactérias geram ácido sulfúrico, e as barragens hidráulicas, onde a resistência à abrasão é fundamental. Ambas as aplicações demonstram como a durabilidade não pode ser generalizada a partir da resistência, mas deve ser adaptada especificamente às condições de uso.

Essas aplicações exigem um cimento estável e com controle reativo, para o qual a hidratação de várias fases é fundamental. Neste estudo, os hidratos CA, CA2 e C12A7 foram caracterizados por meio de MEV e difração de raios X, usando o cimento comercial como referência, antes da execução de testes de tração por divisão em pastas feitas com eles.

O tamanho e a forma das partículas de aluminato desempenham um papel essencial na determinação de sua reatividade com compostos contendo água, conforme ilustrado pelas micrografias de MEV na Figura 1. A variação das temperaturas de tratamento térmico causa variações drásticas em sua morfologia; a diminuição dos tamanhos das partículas com o aumento das áreas de superfície aumenta a capacidade de hidratação da água, enquanto a diminuição simultânea dos tamanhos das partículas diminui a velocidade de reação com outras substâncias de hidratação, como o ferro.

Os cimentos de aluminato de cálcio oferecem propriedades mecânicas superiores, bem como boa resistência à abrasão e ao sulfato, o que os torna uma opção atraente quando características específicas como essas são exigidas nas aplicações. Nessas aplicações, o aluminato é combinado com o cimento Portland em vários produtos químicos para construção, como adesivos para azulejos, rejuntes e pisos rápidos para formar soluções químicas para construção. A construção refratária utiliza o aluminato em combinação com outros materiais refratários, como cinzas volantes, escória e material calcário leve, para produzir cimentos estáveis em altas temperaturas com excelentes propriedades de reatividade, resistência à abrasão e resistência a sulfatos. Além disso, esses cimentos são ótimos materiais de reparo endodôntico, pois atuam como barreiras químicas e mecânicas contra o microvazamento de bactérias nos canais endodônticos.