Aluminato de cálcio

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

Os aglutinantes especiais deste material são fabricados para utilização em química de construção, refractários e trabalhos de construção. Apresenta uma excelente resistência à corrosão (particularmente ao ataque de sulfatos), à abrasão e a temperaturas elevadas, oferecendo simultaneamente propriedades de endurecimento rápido.

Utilizações

O cálcio é um ingrediente integral em muitos produtos químicos industriais e de construção, desde a produção de argamassa de construção e cimento até à produção de produtos químicos para construção e refractários. O cálcio também apresenta propriedades únicas quando utilizado como ligante especial em aplicações específicas - a resistência à corrosão, à abrasão e ao calor, combinada com tempos de endurecimento rápidos, fazem do cálcio um ingrediente excecional em muitos aspectos.

Os cimentos de aluminato de cálcio desenvolvidos especificamente para utilização em aplicações de águas residuais são um exemplo de materiais de elevado desempenho utilizados por este material. Estas aplicações exigem normalmente um betão que possa suportar a produção de ácido (devido à atividade bacteriana) e a resistência à abrasão.

Os cimentos de aluminato de cálcio podem ser fabricados utilizando 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 uma utilização de 24 horas, produzindo um método de reparação económico com capacidades de reforço rápido.

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

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

Note-se que os cimentos especializados devem ser adequadamente curados para um desempenho ótimo, utilizando várias técnicas de cura, como pulverização de água/nevoeiro/água parada/serapilheira húmida. Além disso, o betão deve ser vertido e nivelado de forma semelhante ao betão de cimento Portland e vibrado mecanicamente durante, pelo menos, 10 minutos, a fim de garantir uma consolidação uniforme e um desempenho satisfatório.

Propriedades

As propriedades do cimento de aluminato de cálcio variam muito em função do seu teor de alumina. Os produtos com mais alumina apresentam frequentemente uma maior resistência à corrosão do que os produtos com menos alumina. Um teor elevado também melhora a resistência à retenção a altas temperaturas. No entanto, qualquer adição adicional de alumina deve ser mantida a um mínimo absoluto, uma vez que as quantidades em excesso podem afetar a rapidez com que o óxido de cálcio (CaO) se forma durante os processos de hidratação.

O aluminato de cálcio, conhecido pelo seu nome aluminato de cálcio, tem uma estrutura alcalina e, por isso, resiste bem à acidez, o que o torna adequado para utilização como revestimento de tubos e revestimentos em sistemas de águas residuais. Além disso, é frequentemente utilizado como argamassa de reparação em áreas expostas a ambientes ácidos, como explorações avícolas, fábricas de couro e outras instalações industriais.

O aluminato de cálcio apresenta-se sob várias formas, desde pó e grânulos até à forma de pó. A American Elements tem aluminato de cálcio disponível nestes formatos como parte dos seus graus padrão para fins de fabrico, 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 utiliza normalmente dois processos principais de fabrico: sinterização e fusão. As aplicações em águas residuais baseiam-se frequentemente em cimentos de aluminato de cálcio que foram fabricados através do último processo; no qual as matérias-primas são proporcionalmente alimentadas num forno antes de serem fundidas para formar o clínquer que será posteriormente moído em diferentes níveis de gradação de agregados.

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

Estes produtos apresentam elevados teores de alumina que permitem que os processos de hidratação do aluminato de cálcio ocorram rapidamente, pelo que o material pode ser utilizado rapidamente após o fabrico. Esta caraterística pode ser particularmente útil em aplicações como misturas de lamas e formas pré-fabricadas, em que o ganho de resistência numa fase inicial pode ser fundamental para o sucesso do projeto.

Aplicações

Os cimentos de aluminato de cálcio são normalmente utilizados como ligantes especiais em aplicações que envolvem refractários, química de construção e construção que requerem resistência à corrosão, à abrasão e ao calor. Podem também ser misturados com formulações de betão para obter tempos de presa rápidos e um desenvolvimento precoce da resistência.

Os cimentos são produzidos através da reação a alta temperatura de uma combinação de calcário, bauxite ou cal e alumina, dependendo do seu nível de pureza, para formar um clínquer de aluminato de cálcio que é moído em pó fino antes de ser misturado com água numa reação de hidratação extremamente rápida que conduz a uma forte resistência inicial - a resistência final é atingida no prazo de 24 horas após a mistura.

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

O cimento também pode ser utilizado como material de revestimento ou material de reparação em infra-estruturas de águas residuais, especificamente contra a corrosão por sulfureto biogénico - um problema cada vez mais prevalecente nas redes de esgotos. Os tubos de ferro dúctil utilizados para o transporte de águas residuais e os tubos de betão utilizados nas redes de esgotos podem ser revestidos com cimento para melhorar a resistência à abrasão, à corrosão ácida e à corrosão por sulfuretos biogénicos.

Estes revestimentos podem ser aplicados a tubos de ferro dúctil e betão, caixas de visita e outros componentes de infra-estruturas de águas residuais, novos ou existentes, para uma proteção duradoura e a longo prazo contra a formação de H2S resultante da decomposição do sulfureto nos efluentes por bactérias aeróbias. Também protegem contra potenciais reparações em secções de tubos onde se forma H2S.

A Bisley distribui os cimentos de aluminato de cálcio Calucem (CAC), fabricados pelo segundo maior produtor mundial de aluminatos de cálcio fundido e refractários, para utilização em vários produtos de construção, incluindo betonilhas autonivelantes, caldas de injeção de elevada resistência, soluções de revestimento de tubos, argamassas de reabilitação e argamassas de reabilitação. Podem ser utilizados isoladamente ou como parte de sistemas binários ou ternários.

Produção

A produção de cimento de aluminato de cálcio requer a fusão de matérias-primas, como a bauxite calcinada e o calcário, a altas temperaturas num forno de chama rotativo, a fim de formar clínquer que pode mais tarde ser moído até ficar fino antes de ser utilizado em várias aplicações.

Duas aplicações notáveis que demonstram este ponto são os revestimentos para tubagens de esgotos, 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 utilização.

Tais aplicações requerem um cimento que seja simultaneamente estável e de reação controlada, para o qual a hidratação de várias fases é fundamental. Neste estudo, os hidratos CA, CA2 e C12A7 foram caracterizados por SEM e difração de raios X, utilizando o cimento comercial como referência, antes de se realizarem ensaios de tração por fracionamento em pastas feitas a partir deles.

O tamanho e a forma das partículas de aluminato desempenham um papel essencial na determinação da sua reatividade com compostos que contêm água, tal como ilustrado nas micrografias SEM da Figura 1. A variação das temperaturas de tratamento térmico provoca variações drásticas na sua morfologia; a diminuição das dimensões das partículas com o aumento das áreas de superfície aumenta a capacidade de hidratação da água, enquanto a diminuição simultânea das dimensões 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 uma boa resistência à abrasão e aos sulfatos, o que os torna uma opção atractiva quando são necessárias características específicas como estas nas aplicações. Nestas aplicações, o aluminato é combinado com o cimento Portland em vários produtos químicos para a construção, tais como colas para azulejos, betumes e betonilhas rápidas para formar soluções químicas para a construção. A construção refractária utiliza o aluminato em combinação com outros materiais refractários, como cinzas volantes, escórias e materiais calcários leves, para produzir cimentos estáveis a altas temperaturas com excelentes propriedades de reatividade, resistência à abrasão e resistência aos sulfatos. Além disso, estes cimentos são excelentes materiais de reparação endodôntica, uma vez que actuam como barreiras químicas e mecânicas contra a microinfiltração de bactérias nos canais endodônticos.