Waldir

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VII ERUR
ENCONTRO DE REFRATÁRIOS
E USUÁRIOS DE REFRATÁRIOS
CONCRETOS REFRATÁRIOS PARA CIMENTO E CAL:
EVOLUÇÃO, PROPRIEDADES E MÉTODOS DE
APLICAÇÃO
Waldir de Sousa Resende
IBAR LTDA
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RESUMO
Definição
Concretos de Pega Hidráulica
Concretos sem cimento
Concretos de pega química
Concretos
Refratários
Evolução dos concretos refratários
Aplicação – projeção e shotcreting
Propriedades
Considerações finais
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CONCRETOS REFRATÁRIOS
Definição ASTM:
• “Uma combinação de agregados
refratários e ligantes, que após a adição de
água é vertido em moldes formando uma
estrutura que adquire resistência devido a
ação química”
• Funções Agregado e matriz
• Diversidade de instalação e uso
5,3
9,4
Concretos densos
7,7
7,2
Concretos isolantes
70,5
Massa de soca
Plásticos
Argamassas
Fonte: Influencia da Temperatura de Sinterização nas
propriedades de um concreto RefratÁrio contendo agregado
de andaluzita – G.C.R. Garcia et al.
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CONCRETOS REFRATARIOS
TIPOS DE
CONCRETOS
REFRATÁRIOS
Concretos de pega hidráulica
Agente Ligante
Cimento de Aluminato de Cálcio
Concretos convencionais (>2,5 %CaO)
baixo teor (BTC 1,0 - 2,5% CaO)
ultra baixo teor de cimento (UBTC 0,2 1,0% CaO)
Concretos sem Cimento
Agentes ligantes:
Silica Coloidal
Aluminas Reativas
Concretos de Liga Química
Agentes ligantes:
Monofosfato de Aluminio
Acido Fosforico
Fosfatos de Sodio
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Concretos Refratários – Pega Hidráulica
•
– C3A; C12A7; CA; CA2, CA6.
•
Acelerador
REATIVIDADE DAS FASES - CIMENTO
ALUMINOSO:
PROCESSO DE HIDRATAÇ
HIDRATAÇÃO
–
DISSOLUÇÃO,
–
NUCLEAÇÃO
T
e
m
p
o
– PRECIPITAÇÃO.
Retardador
água
Precipitação
Nucleação
Dissolução
Reação
R
M
Tempo
Capa
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Concretos Refratários – Pega Hidráulica
3
2
C
C
2
3
6
A
A
C
H
6
H
A
8
6
H
C
+
1
A
+
3
0
4
A
A
H
H
TEMP
< 10 ºC
HIDRATAÇÃO
REAÇÃO
3
3
Baixa
temperatura
CA + 10H
CAH10
2CA + 11H
C2AH8 + AH3
CA + 10 H
CAH10
3CA + 12H
C3AH6 + 2AH3
2CAH10
C2AH8 + AH3 + 9H
3C2AH8
2C3AH6 + AH3 + 9H
+ 60 H
1010-27 ºC
+ 24 H
+ 33 H
> 27 ºC
Alta temperatura
CAH10
C2AH8
C3AH6
Fonte: TP-GB-RE-LAF-071 - kerneos
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Concretos Refratários sem Cimento
• Concreto a base de sílica coloidal
• Processo de gelificação – uso de MgO; CaO;
Fosfatos, Cimento aluminoso
• formação de ligação siloxano e rede
tridimensional
• Vantagens
• Redução do tempo de cura
• Maior taxa de velocidade de aquecimento
• Menor sensibilidade a explosão
• Maior estabilidade volumétrica
• Menor deformação a altas temperaturas
• Dificuldades
• Maior sensibilidade a formação de trincas
• Dificuldade de ajuste do tempo de pega
Si-OH + Si-OH ---> Si -O- Si + H2O
Silica Sol
I
II
SiO2 (%)
30 - 31
40 - 41
Na2O (%)
≤ 0,6
≤ 0,6
9,5 - 10,5
9,0 - 10,5
≤6
≤ 25
375
200
1,20 - 1,22
1,28 - 1,35
10 ~20
10 ~20
pH
Viscosidade
(cP-25°C)
Area
Superficial
(m2/g)
Densidade
(g/cm3) 20°C
Tamanho de
Particulas
(nanometro)
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Concretos Refratários sem Cimento
Concreto a base Liga Fosfática
Fosfato de
dihidrogenio
aluminio
Processo de pega
A
(Liquido)
H3PO4
80%
58
reação com MgO - formação de MgHPO4 ou
P2O5 (%)
33
Mg(H2PO4 )2
Al2O3 (%)
8,5
Cimento aluminoso - formação de Ca(H2PO4)2
pH
1,4
~ 1,0
Densidade
(g/cm3) 20°C
1,47
1,64
Reação com impurezas: carbonatos alcalinos;
sulfetos, metais
As reações são reversíveis antes de tratamento
térmico >350ºC
Exemplo de Reação: alumina + fosfato de
CONCRETO DE LIGA FOSFÁTICA
dihidrogenio alumínio
2 Al(H2PO4)3 + Al2O3
2 Al2(HPO4)3 + 3 H2O
Al(H2PO4)3 + Al2O3
3 AlPO3 + 3 H2O
2 Al(H2PO4)3 + (calor)
Al2(H2P2O7)3 + 3 H2O
n Al2(H2P2O7)3 + (calor
[Al(PO3)3]n + H2O
CONCRETO CONVENCIONAL
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Concretos Refratários - Secagem
0,4
2
Taxa de saída de água (g/min)
Supercastibar 70 NF
1,8
1,6
Taxa de saída de água (g/min)
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
Supercastibar DD45
0,35
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
0
100
200
300
400
500
0
600
50ºC por hora
200
300
400
Temperatura (ºC)
15ºC por hora
Temperatura (ºC)
30ºC por hora
100
500
600
20ºC por hora
70ºC por hora
2
1,8
1,6
1,4
1,2
1
0,8
0,6
0,4
0,2
0
Supercastibar DD45
0,35
Supercastibar 70 NF
0
5
30ºC por hora
10
Tempo (h)
50ºC por hora
15
70ºC por hora
20
Taxa de saída de água (g/min)
Taxa de saída de água (g/min)
0,4
0,3
0,25
0,2
0,15
0,1
0,05
0
0
10
15ºC por hora
20
Tempo (h)
20ºC por hora
30
30ºC por hora
40
Capa
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Concretos Refratários - Evolução
Concreto Convencional
1932 - 1971
Concreto baixo Teor de Cimento
1970 – 1980
Concreto de U.B.T. Cimento
1980 - 1988
Revestimento Monolítico em Panelas
1984 - 1988
Concretos Aplicados por Shotcreting
1991 - 1997
Concretos Auto Escoantes
1991 – 2001
Concretos sem Cimento
1994 – 2002
Concretos de Liga Fosfática
2003 - 2008
Adição de materiais nanométricos.
2008...
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Concretos Refratários - Aplicação
Soldagem
Isolamento
Preparação de Moldes
Instação
102 min
4
8
60
30
shotcreting (16 âncoras)
120 min
10
20
60
30
Projeção (16 âncoras)
150 min
40
60
80
100
30
20
30
0
60
30
Vertimento (16 âncoras)
120
140
Tempo estimado em mão de obra necessária para instalação de 1 m2 de revestimento com ancoragem
Espessura do revestimento 215 mm (100mm de isolamento e 115 mm de trabalho)
Ref – Olsen, E.; World Cement, December 2006
160
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Concretos Refratários - Aplicação
Projeção
Shotcreting
Tipo de concreto
Convencional
Fluência Livre Bambeável
Tipo de equipamento
Rotor ou dupla câmara
Misturador de alta energia
Misturador de pás (150 a 300 l)
Bomba de duplo pistão
Ar comprimido
Ar comprimido, dutos metálicos
Mangueiras
Bomba de aditivos, mangueiras
Máquina de projeção
Sistema de bombeamento
~U$ 36.000,00
~U$ 140.000,00
Pressão de transporte do
< 6,0 bar
~200 bar
material
Concreto semi-seco
concreto úmido
Adição de líquido no bico
Água + aditivo
Água + agente floculante
% Água: 5 a 10%
% Água: 5 a 8%
Água pre–umidecimento: ~ 3%
(silicato de sódio, cal, etc)
Rebote
Convencional – 10 a 20%
Praticamente sem rebote
Formação de poeira
Redução de formação de pó
Não há formação de pó
Instalação
Capacidade: 100 Kg/min
Capacidade: 250- 600 Kg/min
Procedimento: fácil
Procedimento: difícil (entupimento)
Propriedades do material
Próximos a produtos aplicado por
Propriedades similares à aplicação
aplicado
shotcreting
por fluência livre
Custo do equipamento
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Concretos Refratários – Aplicação
Fonte: Mizuma, Y. et al,
Development of New Dry
Gunning Method – Unitecr´2011
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Concretos Refratários – Propriedades
RCF (MPa) – 1000ºC
145
135
125
115
105
95
85
75
65
55
45
35
25
15
0
20
40
60
80
Supercastibar DD 65
brasilcast 270 GUN
Supercastibar 510 SiC
Supercastibar 250 GUN SiC
Petrobond 70 GUN
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Concretos Refratários – Propriedades
MEA (g/cm3) – 1000ºC
2,80
2,75
2,70
2,65
2,60
2,55
2,50
2,45
2,40
2,35
2,30
2,25
2,20
2,15
2,10
0
20
Supercastibar DD 65
Supercastibar 510 SiC
Petrobond 70 GUN
40
60
80
brasilcast 270 GUN
Supercastibar 250 GUN SiC
Máquina: Allenton
Pressão na câmara: 4 Kgf/cm2
Pressão do bico: 2,5 - 3,5 Kgf/cm2
Tipo de bico: rígido espirolado 16 furos
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Concretos Refratários – Propriedades
EROSÃO (cm3) – 1000ºC
12
10
8
6
4
2
0
0
20
40
60
80
Supercastibar DD 65
brasilcast 270 GUN
Supercastibar 510 SiC
Supercastibar 250 GUN SiC
Petrobond 70 GUN
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Dia 18
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Concretos Refratários - Propriedades
Supercastibar
530 SiC
Supercastibar
250 GUN SiC
Supercastibar
DD 60
110ºCx24 h
90
91
60
1000ºCx5h
1400ºCx5h
100
85
105
104
80
80
MEA (g/cm3)
1000ºC
VLD (comprimento) (%)
1400ºCx5h
ANÁLISE QUÍMICA (%)
2,84
-0,4
2,37
-0,1
2,55
0,6
Al2O3
56,0
48,0
68,0
SiO2
14,0
35,4
27,0
Fe2O3
1,0
1,0
0,7
CaO
1,5
4,5
1,3
SiC
27,0
10,0
-
Método de Aplicação
Auto escoante
Água 6 %
Projeção
Água 6,5%
Vibração
Água 5,0%
MATERIAS PRIMAS
Chamote Aluminoso
Carbeto de Silicio
Cimento Aluminoso
Aditivos
Chamote Sílico
Aluminoso
Carbeto de Silicio
Cimento Aluminoso
Aditivos
Chamote Aluminoso
Alumina Fundida
Cimento Aluminoso
Aditivos
Concretos Refratários
RCTA (MPa)
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Programação
Títulos
Interceran
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Dia 18
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Concretos Refratários
CONSIDERAÇÕES FINAIS
Os concretos de BTC aplicados por vibração, ainda se mantém numa
perspectiva estável de uso em função de seu desempenho
Os concretos contendo cimento continuam ainda a dominar a produção dos
produtos monolíticos
A técnica de projeção é uma alternativa viável ao método de Shotcreting em
função do desenvolvimento de novos materiais e ainda por apresentarem
propriedades físicas similares.
Estudos atualmente em desenvolvimento visam a obtenção de concretos
sem cimento aplicados por projeção. Neste caso, a grande vantagem é a
eliminação do tempo de cura e uso de curvas de aquecimento mais rápidas.