CONCRETOS REFRATÁRIOS PARA CIMENTO E CAL: EVOLUÇÃO, PROPRIEDADES E MÉTODOS DE APLICAÇÃO. Waldir de Sousa Resende IBAR LTDA

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1 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

2 RESUMO Definição Concretos de Pega Hidráulica Concretos sem cimento Concretos Refratários Concretos de pega química Evolução dos concretos refratários Aplicação projeção e shotcreting Propriedades Considerações finais

3 Definição ASTM: CONCRETOS REFRATÁRIOS 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 7,2 5,3 7,7 9,4 70,5 Concretos densos Concretos isolantes 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.

4 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

5 Concretos Refratários Pega Hidráulica REATIVIDADE DAS FASES - CIMENTO ALUMINOSO: Acelerador C 3 A; C 12 A 7 ; CA; CA 2, CA 6. PROCESSO DE HIDRATAÇÃO DISSOLUÇÃO, NUCLEAÇÃO T e m p o Retardador água Nucleação Precipitação PRECIPITAÇÃO. Dissolução Reação R M Tempo

6 TEMP HIDRATAÇÃO < 10 ºC CA + 10H ºC > 27 ºC Concretos Refratários Pega Hidráulica 2CA + 11H CA + 10 H 3CA + 12H 2CAH 10 REAÇÃO CAH 10 C 2 AH 8 + AH 3 CAH10 C 3 AH 6 + 2AH 3 C 2 AH 8 + AH 3 + 9H 3 2 C A C H 6 A 8 6 H C 1 + A A H H + 24 H Baixa temperatura + 33 H 3C 2 AH 8 2C 3 AH 6 + AH 3 + 9H Alta temperatura CAH 10 C 2 AH 8 C 3 AH 6 Fonte: TP-GB-RE-LAF kerneos

7 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 Si-OH + Si-OH ---> Si -O- Si + H 2 O Silica Sol I II SiO2 (%) Na2O (%) 0,6 0,6 ph 9,5-10,5 9,0-10,5 Viscosidade (cp-25 C) 6 25 Area Superficial (m2/g) Densidade (g/cm3) 20 C 1,20-1,22 1,28-1,35 Tamanho de Particulas (nanometro) 10 ~20 10 ~20 Dificuldade de ajuste do tempo de pega

8 Concretos Refratários sem Cimento Concreto a base Liga Fosfática Processo de pega reação com MgO - formação de MgHPO 4 ou Mg(H 2 PO 4 ) 2 Cimento aluminoso - formação de Ca(H 2 PO 4 ) 2 Reação com impurezas: carbonatos alcalinos; sulfetos, metais As reações são reversíveis antes de tratamento térmico >350ºC Exemplo de Reação: alumina + fosfato de dihidrogenio alumínio Fosfato de dihidrogenio aluminio A (Liquido) H 3 PO 4 80% P2O5 (%) Al2O3 (%) 8,5 ph 1,4 ~ 1,0 Densidade (g/cm3) 20 C 1,47 1,64 CONCRETO DE LIGA FOSFÁTICA 2 Al(H 2 PO 4 ) 3 + Al 2 O 3 2 Al 2 (HPO 4 ) H 2 O Al(H 2 PO 4 ) 3 + Al 2 O 3 3 AlPO H 2 O 2 Al(H 2 PO 4 ) 3 + (calor) Al 2 (H 2 P 2 O 7 ) H 2 O n Al 2 (H 2 P 2 O 7 ) 3 + (calor [Al(PO 3 ) 3 ]n + H 2 O CONCRETO CONVENCIONAL

9 Concretos Refratários - Secagem Taxa de saída de água (g/min) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Supercastibar 70 NF Temperatura (ºC) 30ºC por hora 50ºC por hora 70ºC por hora Taxa de saída de água (g/min) 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Supercastibar DD Temperatura (ºC) 15ºC por hora 20ºC por hora Taxa de saída de água (g/min) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1 0,8 0,6 0,4 0,2 0 Supercastibar 70 NF Tempo (h) 30ºC por hora 50ºC por hora 70ºC por hora Taxa de saída de água (g/min) 0,4 0,35 0,3 0,25 0,2 0,15 0,1 0,05 0 Supercastibar DD Tempo (h) 15ºC por hora 20ºC por hora 30ºC por hora

10 Concretos Refratários - Evolução Concreto Convencional Concreto baixo Teor de Cimento Concreto de U.B.T. Cimento Revestimento Monolítico em Panelas Concretos Aplicados por Shotcreting Concretos Auto Escoantes Concretos sem Cimento Concretos de Liga Fosfática Adição de materiais nanométricos

11 Concretos Refratários - Aplicação Soldagem Isolamento Preparação de Moldes Instação 102 min shotcreting (16 âncoras) min Projeção (16 âncoras) min Vertimento (16 âncoras) Tempo estimado em mão de obra necessária para instalação de 1 m 2 de revestimento com ancoragem Espessura do revestimento 215 mm (100mm de isolamento e 115 mm de trabalho) Ref Olsen, E.; World Cement, December 2006

12 Concretos Refratários - Aplicação Projeção Shotcreting Tipo de concreto Convencional Fluência Livre Bambeável Tipo de equipamento Rotor ou dupla câmara Misturador de pás (150 a 300 l) Ar comprimido Mangueiras Misturador de alta energia Bomba de duplo pistão Ar comprimido, dutos metálicos Bomba de aditivos, mangueiras Custo do equipamento Máquina de projeção ~U$ ,00 Sistema de bombeamento ~U$ ,00 Pressão de transporte do < 6,0 bar ~200 bar material Concreto semi-seco concreto úmido Adição de líquido no bico Rebote Formação de poeira Instalação Propriedades do material aplicado Água + aditivo % Água: 5 a 10% Água pre umidecimento: ~ 3% Convencional 10 a 20% Redução de formação de pó Capacidade: 100 Kg/min Procedimento: fácil Próximos a produtos aplicado por shotcreting Água + agente floculante % Água: 5 a 8% (silicato de sódio, cal, etc) Praticamente sem rebote Não há formação de pó Capacidade: Kg/min Procedimento: difícil (entupimento) Propriedades similares à aplicação por fluência livre

13 Concretos Refratários Aplicação Fonte: Mizuma, Y. et al, Development of New Dry Gunning Method Unitecr 2011

14 Concretos Refratários Propriedades RCF (MPa) 1000ºC

15 Concretos Refratários Propriedades 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 MEA (g/cm 3 ) 1000ºC Supercastibar DD 65 Supercastibar 510 SiC Petrobond 70 GUN 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

16 Concretos Refratários Propriedades EROSÃO (cm 3 ) 1000ºC Supercastibar DD 65 Supercastibar 510 SiC Petrobond 70 GUN brasilcast 270 GUN Supercastibar 250 GUN SiC

17 Concretos Refratários - Propriedades Concretos Refratários Supercastibar 530 SiC Supercastibar 250 GUN SiC Supercastibar DD 60 RCTA (MPa) 110ºCx24 h ºCx5h ºCx5h MEA (g/cm3) 1000ºC 2,84 2,37 2,55 VLD (comprimento) (%) 1400ºCx5h -0,4-0,1 0,6 ANÁLISE QUÍMICA (%) 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

18 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.