BR112019011610A2

BR112019011610A2 - produtos de paisagismo e método de produção dos mesmos

Info

Publication number: BR112019011610A2
Application number: BR112019011610A
Authority: BR
Inventors: Mahoutian Mehrdad; Shao Yixin
Original assignee: The Royal Institution For The Advancement Of Learning/Mcgill Univ
Priority date: 2016-12-09
Filing date: 2017-12-08
Publication date: 2019-10-15
Also published as: EP3551406B8; SI3551406T1; JP2020500820A; US20200087207A1; EP3551406A1; JP7173970B2; CN110167730A; PT3551406T; PL3551406T3; CN118003432A; CA3044943A1; FI3551406T3; EP3551406B1; HUE064663T2; BR112019011610B1; WO2018102931A1; EP3551406A4

Abstract

a presente invenção refere-se a um produto de paisagismo compreendendo escória de aciaria e, opcionalmente, cimento, composições e processos para preparação dos mesmos.

Description

“PRODUTOS DE PAISAGISMO E MÉTODO DE PRODUÇÃO DOS MESMOS”.

CAMPO DA INVENÇÃO [001 ]A presente invenção refere-se a produtos de paisagismo compreendendo escória de aciaria, composições e processos para preparação dos mesmos.

FUNDAMENTO DA INVENÇÃO [002]Tradicionalmente, a produção dos produtos de paisagismo à base de cimento utiliza cimento Portland como aglutinante. A produção de cimento é um processo de emissão de carbono e intensivo de energia. A produção de cada tonelada de cimento Portland emite 0,8 toneladas de dióxido de carbono para a atmosfera. Além disso, a produção de cimento consome quantidades consideráveis de recursos naturais. Se o cimento Portland puder ser substituído por aglutinantes alternativos, a emissão de dióxido de carbono para a atmosfera pode ser significativamente reduzida.

[003]Escória de aciaria demonstrou potencial para substituir cimento como um aglutinante alternativo se ativação de carbonatação for realizada. A escória de aciaria é bem conhecida por sua reação com dióxido de carbono. A substituição de cimento pela escória de aciaria ativada na produção de produtos de paisagismo reduzirá o consume de energia, o consume de recursos naturais e a emissão total de carbono. A redução da emissão de dióxido de carbono decorre de dois fatores; a) a eliminação do uso de cimento Portland no produto, b) o armazenamento permanente de dióxido de carbono no produto de paisagismo devido ao processo de ativação de carbonatação.

Variedades de Produtos de Paisagismo [004]Produtos de paisagismo incluem vários tipos de produtos, tais como pedra moldada, pavers (blocos pré-fabricados de concreto), lajes, paredes de blocos de contenção, tampas, meio-fio, bordas, degraus e fachada.

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2/25 [005]Por exemplo, um paver é uma pedra de pavimentação, telha, tijolo ou pedaço de concreto parecido com tijolo comumente usado como piso externo. Os pavers de concreto são produzidos comercialmente vertendo uma mistura de agregado, cimento Portland, aditivos e pigmentos (se necessário) em um molde com vários formatos e permitindo assentar. Embora cada um desses ingredientes demonstre sua própria propriedade microestrutural, todos eles são similarmente construídos de agregado-esqueleto, meio de aglutinação e vazios de ar. Pavers de concreto intertravado e pavers de pedra são tipos diferentes de paver. Ao unir os pavers intertravados, nenhuma pasta de cimento, aditivo químico ou método de contenção é normalmente usado; em vez disso, o peso da própria pavimentadora é usado para montá-los juntos. Pavers podem ser usados para revestir estradas, calçadas, pátios, passarelas e qualquer plataforma externa.

[006]As paredes de contenção são produtos de concreto pré-fabricados que dependem principalmente de sua massa para estabilidade. As paredes de contenção podem ser facilmente empilhadas umas sobre as outras. As paredes de contenção podem ser usadas em aplicações residenciais e comerciais. As paredes de contenção são produzidas em diferentes tamanhos, características, textura e estilo.

[007]A pedra fundida é considerada um dos produtos de alvenaria de concreto que melhor imita a pedra de corte natural e é mais utilizada em aplicações arquitetônicas. A aplicação de produtos de pedra fundida varia de arquitetura a estruturas e ornamentos de jardim.

[008]Os meios-fios de concreto pré-fabricados são instalados ao longo de uma rua ou estrada, formando uma borda para uma calçada. Os meios-fios de concreto pré-fabricados estão disponíveis em comprimentos convenientes e são geralmente rápidos e fáceis de instalar.

[009]Os painéis de fachada em concreto pré-fabricados são utilizados para proporcionar um melhor acabamento às paredes externas e internas. Esses painéis

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3/25 são usados para revestir toda ou parte das fachadas de edifícios ou paredes independentes usadas para paisagismo, isolamento acústico e paredes de segurança.

SUMÁRIO DA INVENÇÃO [010]Um aspecto da invenção refere-se a um processo para preparação de produtos de paisagismo compreendendo:

i) misturar uma parte seca; e uma parte líquida; em que a referida parte seca compreende um agregado e um aglutinante, em que o referido aglutinante consiste em escória de aciaria e, opcionalmente, cimento; e em que a referida parte líquida compreende água e um aditivo químico;

ii) moldar e compactar a mistura da etapa i) para um produto moldado tendo uma razão inicial de água para escória;

ill) opcionalmente reduzir a razão inicial de água para escória do referido produto moldado da etapa ii) para prover um produto moldado tendo uma razão précarbonatação de água para escória; e iv) curar o produto moldado da etapa ii) ou ill) com dióxido de carbono para prover os referidos produtos de paisagismo.

[O11]0utro aspecto da invenção refere-se a um produto de paisagismo compreendendo:

a) um agregado;

b) um aditivo químico, e

c) um aglutinante consistindo em escória de aciaria e, opcionalmente, cimento.

[012]Outro aspecto da invenção refere-se a um produto de paisagismo preparado pelo processo descrito neste documento.

BREVE DESCRIÇÃO DOS DESENHOS [013]A fim de ilustrar como as modalidades da presente invenção podem ser realizadas efetivamente, referência será agora feita aos desenhos anexos, em que:

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4/25 [014]A Figura 1 é uma representação esquemática de uma configuração de carbonatação exemplificativa;

[015]A Figura 2 é um XRD de escória híbrida EAF e BOF (EBH) conforme recebida e após carbonatação; e [016]A Figura 3 é TG e DTG para compactos de escória EAF e EAF-BOF híbrida conforme recebidos e carbonatados.

DESCRIÇÃO DETALHADA DA INVENÇÃO [017]Produtos de paisagismo include: pedra moldada, pavers, lajes, paredes de blocos de contenção, tampas, meio-fio, bordas, degraus e fachada. Vários padrões podem ser aplicados com relação ao desempenho esperado dos produtos. Os padrões a seguir são referências úteis para entender melhor os desempenhos técnicos típicos necessários para produtos representativos.

[018]Como discutido aqui, a referência a um produto de paisagismo compreendendo um aglutinante que consiste em escória de aciaria (e, opcionalmente, cimento) é entendida como significando que o aglutinante no produto final de paisagismo é um aglutinante curado com dióxido de carbono ou, em outras palavras, um produto de paisagismo curado com dióxido de carbono. Portanto, as expressões produtos de paisagismo/produtos de paisagismo curado com dióxido de carbono, bem como aglutinante/aglutinante curado com dióxido de carbono podem ser utilizadas de forma intercambiável ou substituídas em qualquer lugar do relatório descritivo, se necessário, para melhorar a clareza.

[019]Parede de contenção: ASTM C1372: Especificação padrão para unidades de parede de cantençãa segmentadas cam malde seca:

Resistência à Compressão Mínima: 20.7 MPa

Captação Máxima de Água: 208 kg/m³ (cerca de 8,5%)

ÍO2O]Pedra fundida arquitetônica: ASTM C1364: Especificação padrão para pedra fundida arquitetônica

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Resistência mínima: 45 MPa

Captação máxima de água em água fria: 6%

Captação máxima de água em água quente: 10% [0211 Pedras de pavimentação: ASTM C936: Especificação padrão para unidades de pavimentacãa de intertravamentp de cancreta sólido

Resistência à compressão mínima: 55 MPa

Captação máxima de água: 5% [022]Método de Teste Padrão Americano: Especificação Padrão para Unidades de Pavimentação de Intertravamento de Concreto Sólido (Esta especificação é destinada a pavers de concreto intertravado usados na construção de superfícies pavimentadas e fabricados a partir de materiais cimentícios, agregados, aditivos químicos e outros constituintes, A especificação também oferece diretrizes para requisitos físicos, amostragem e testes, inspeção visual e rejeição de amostras.) [023]Associação Canadense de Padrões - CSA A231.2: Lajes de concreto pré-fabricadas/pavers de concreto pré-fabricados. Este Padrão especifica os requisitos para lajes de concreto fabricadas a partir de concreto de cimento hidráulico para serem usadas na construção de pavimentes e coberturas de telhado. Este Padrão inclui unidades com acabamentos arquitetônicos ou superfícies táteis.

[024]Meio-fio: BNQ 2624-210: Meios-fios de Concreto Pré-fabricados Características Dimensionais, Físicas e Geométricas

Resistência à compressão mínima de 28 dias: 32 MPa [025]Como discutido abaixo, a escória de aciaria é usada aqui como o único componente de um aglutinante ou o componente principal de um aglutinante em conjunto com uma proporção de cimento, se necessário, para permitir a produção de produtos de paisagismo em que dióxido de carbono é utilizado como agente de cura. Em outras palavras, todo ou a maior parte do cimento é substituída por escória de aciaria. Dióxido de carbono também é aplicado para promover resistência e ativar a

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6/25 escória.

[026]Em uma modalidade, o aglutinante consiste em escória de aciaria.

[027]Em uma modalidade, o aglutinante consiste essencialmente em escória de aciaria.

[028]Em uma modalidade, o aglutinante consiste em escória de aciaria e cimento, em que a razão de escória para cimento é de até 20, alternativamente, a razão é de até 15 ou até 10. Preferencialmente, a razão de escória para cimento é cerca de 7 a cerca de 9.

[029]Em uma modalidade, os produtos de paisagismo da presente invenção, preferencialmente, têm uma absorção de água inferior a cerca de 5% e uma resistência à compressão de cerca de 55 Mpa ou, preferencialmente, 60 MPa, ou maior.

[030]Em uma modalidade, o produto de paisagismo é um paver e, preferencialmente, tem uma absorção de água inferior a cerca de 5% e uma resistência à compressão de cerca de 55 MPa ou, preferencialmente, 60 MPa, ou maior.

[031 ]Em uma modalidade, os produtos de paisagismo, preferencialmente, têm uma resistência à compressão de cerca de 55 MPa ou, preferencialmente, 60 MPa, ou maior.

[032]Em uma modalidade, os produtos de paisagismo têm uma absorção de água inferior a cerca de 6% e uma resistência à compressão de cerca de 45 MPa.

[033]Em uma modalidade, o produto de paisagismo é uma pedra fundida arquitetônica ou um paver e tem uma absorção de água inferior a cerca de 6% e uma resistência à compressão de cerca de 45 MPa.

[034]Em uma modalidade, os produtos de paisagismo têm uma absorção de água de inferior a cerca de 8,5% e uma resistência à compressão de cerca de 20 MPa.

[035]Em uma modalidade, o produto de paisagismo é uma parede de

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7/25 contenção e tem uma absorção de água inferior a cerca de 8,5% e uma resistência à compressão de cerca de 20 MPa.

Escória de Aciaria [036]EAF, BOF e algumas escórias de aciaria de panela podem ser usadas para produzir pedras de pavimentação conforme aqui definido.

[037]“Escória de aciaria” refere-se ao subproduto de escória produzido por fabricantes de produtos siderúrgicos. A escória de aciaria pode incluir escória produzida a partir de Fornos Básicos de Oxigênio (BOF). A escória de aciaria também pode incluir escória produzida a partir de Fornos Elétrico a Arco (EAF). A escória EBH também é contemplada como útil aqui e refere-se a EAF-BOF Híbrida, que é um tipo de escória de aciaria formado por uma mistura de escórias produzidas por EAF e BOF.

[038]A escória de aciaria, como aqui utilizado, pode ainda incluir escória de panela. “Escória de panela” refere-se aqui a um tipo de escória de aciaria. A escória de panela é produzida como subproduto de uma operação de refino de panelas. Em vários processos de produção de aço, o aço fundido produzido em um processo de EAF ou BOF passa por um processo adicional de refino com base na qualidade do aço desejado. Fluxos e ligas adicionais são adicionados a uma panela para remover as impurezas do aço e para produzir aço com as propriedades desejadas. Esta operação é conhecida como refino de panela, porque é executada na panela de transferência. Durante esse processo, geram-se escórias de aciaria adicionais, que são escórias de panela.

[039]Será compreendido que “escória de aciaria”, como aqui utilizado, exclui escória de ferro e escória de alto-forno que são tipicamente geradas durante a produção de ferro. A morfologia de escória de aciaria, como aqui utilizado, desempenha um papel na reatividade com dióxido de carbono. A escória de aciaria pode ser reativa com dióxido de carbono uma vez que é cristalina. Escória de aciaria contendo silicates de cálcio superiores e compostos de ferro inferiores seriam

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8/25 candidatos ideais para receber a ativação de carbonatação para produzir produtos de paisagismo à base de escória. Em contraste com a escória de aciaria, a escória de ferro não pode ser usada como aglutinante (na produção de produtos de paisagismo com o processo de cura com CO2) uma vez que é resfriada bruscamente por pulverização de água para produzir um material amorfo. Esse material amorfo (escória de ferro) não é reativo com CO2.

[040]O ganho de resistência na escória de aciaria é dependente do teor de silicates de cálcio na escória. A ativação de carbonatação de silicates de cálcio de qualquer polimorfo pode produzir hidrates de silicate de cálcio misturados com cristais de carbonato de cálcio, contribuindo assim para a resistência da ligação de escória.

Composição Química da Escória de Aciaria [041 ]A escória de aciaria utilizada para produzir produtos de paisagismo tem um teor de cal livre inferior a cerca de 10%, preferencialmente, inferior a cerca de 7,2% ou, mais preferencialmente, inferior a cerca de 4% por composição química.

[042]A escória de aciaria utilizada para produzir 0 produto de paisagismo tem um teor de silicate de cálcio acumulado (por exemplo: concentração de fase C2S + C3S) de pelo menos cerca de 15% ou, mais preferencialmente, superior a cerca de 40%.

[043]A escória de aciaria usada para produzir 0 produto de construção tem um teor de S1O2 de pelo menos cerca de 6%, ou mais preferencialmente, pelo menos cerca de 15%.

Tamanho da Escória de Aciaria [044]A escória de aciaria mais grossa não pode ser completamente ativada por dióxido de carbono. O valor da finura para a escória de aciaria deve ser superior a cerca de 150 m²/kg em um ensaio de finura de Blaine ou, mais preferencialmente, superior a cerca de 300 m²/kg. A escória mais fina resulta em um produto de paisagismo tendo propriedades mecânicas apropriadas, enquanto que a escória de

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9/25 aciaria grossa pode resultar em um produto de paisagismo que não satisfaz os requisitos necessários.

[045]A distribuição de tamanho da escória pode ser caracterizada como D50 de 200 microns e inferior, preferencialmente, 100 microns ou inferior, ou mais preferencialmente, 20 microns ou inferior.

[046]A tabela a seguir mostra que a escória de aciaria mais fina resulta em maior captação de carbono e resistência à compressão para algumas amostras de escórias:

	ID	Tipo de escória	Finura de Blaine (kg/m²)	Pasta: escória+água	Pressão de CO2 (psi)	Captação de dióxido de carbono (%)*	Resistência à compressão (MPa)
Escória	SB16	EAF+BOF	<150	10:1	73	7,7	25,8
grossa	SB20	EAF	<150	12:1	73	4,3	16,6
Escória Fina	PV2	EAF+BOF	>150	10:1	73	11,5	55,6

* A base percentual é o peso de CO2 em relação ao peso de escória (por exemplo, absorção de 11,5% significa que 1 kg de escória pode sequestrar 115 gramas de dióxido de carbono).

Teste Padronizado de Captação de CCte/Resistência à Compressão - Escória de Aciaria de 80x80x60mm [047] Uma escória adequada para uso na presente invenção preferencialmente apresenta uma captação de CO2 de pelo menos cerca de 4%, preferencialmente, cerca de 10% de CO2 e/ou resistência à compressão de pelo menos cerca de 55 Mpa, preferencialmente, cerca de 60 MPa para a pasta de escória quando medido em uma amostra de escória, como descrito aqui.

[048]Para avaliar a porcentagem de captação de CO2 e resistência à

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10/25 compressão de uma escória, como usado aqui, uma amostra de 80x80x60mm é compactada/formada a uma pressão de 12,5 MPa com uma razão de água para escória de cerca de 0,08 a 0,15. As amostras formadas são, então, secas com/sem ventilador em condições ambientes por 2 a 7 horas. O teor de água da amostra reduz em cerca de 40%. A amostra semisseca é, então, submetida à ativação de carbonatação. O processo de carbonatação é conduzido usando um gás CO2 com uma pureza de 99,5%. O gás é primeiro aquecido por um aquecedor acoplado ao cilindro de CO2, a fim de impedir 0 bloqueio do gás de tal forma que ele não entre na câmara. Se um aquecedor não for utilizado, 0 gás fica congelado e 0 fornecimento de dióxido de carbono será interrompido. O gás CO2 é, então, injetado na câmara a uma pressão de 0,01 a 0,50 MPa por um período de 0,2 a 24 horas. A pressão é mantida constante pelo regulador para que 0 dióxido de carbono consumido pelos produtos de escória possa ser reabastecido.

[049]O método de ganho de massa, expresso na equação a seguir, estima a diferença de massa antes e após a carbonatação. A diferença de massa, junto com a água evaporada da reação exotérmica de carbonatação, representa 0 ganho de massa devido à captação de dióxido de carbono. A reação de carbonatação é exotérmica na natureza e, como resultado, parte da água de mistura nas amostras evapora e condensa nas paredes internas da câmara. Essa água pode ser coletada com papel absorvente e deve ser adicionada à massa da amostra carbonatada, uma vez que a água presente na câmara é parte da água na massa de escória original.

„ . ~ ííassaisal +Massacteperda de água-$assa ifiiclai captaçao deÇOj.r^q ™ :-----------------------Massa tíe amostra seca [050] Os valores de resistência à compressão devem satisfazer os valores indicados na ASTM C140, ASTM C936, ASTM C1372, ASTM C1364 e BNQ 2624210.

Cimento

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11/25 [051 ]Na presente invenção, a seguinte lista não limitativa de cimentos pode ser usada para produzir pavers à base de escória: cimento Portland (Tipo I - Tipo V); Cimento Portland-Calcário; cimento de endurecimento rápido; cimento de assentamento rápido; cimento de baixo calor; cimento de escória de alto-forno; cimento de escória Portland; cimento com alto teor de alumina; cimento branco; cimento colorido; cimento pozolânico (cimento Portland pozolânico); cimento com ar incorporado; cimento hidrográfico; e cimento com misturas ternárias. Como usado aqui, os cimentos que são úteis são aqueles que contêm fases de silicate de cálcio, especificamente, C3S, que lhes permite ganhar resistência quando reagidos com água. A presença de fases de silicato de cálcio garante 0 desenvolvimento de resistência de curto prazo e longo prazo.

Aditivo químico [052]Redutor de água é adicionado à mistura de concreto para aumentar a resistência à compressão, reduzir 0 teor de água, diminuir a porosidade e reduzir a permeabilidade de água. O aditivo de redução de água é classificado como plastificante ou superplastificante (que é um redutor de água à base de policarboxilato). Qualquer aditivo que seja capaz de reduzir 0 teor de água necessário em cerca de 50% ou aumentar a resistência à compressão em cerca de 60% pode ser usado como redutor de água na inovação atual. Os aditivos utilizados nesta inovação devem atender aos requisitos da ASTM C494 (Especificação Padrão para Aditivos Químicos para Concreto).

[053]Qs aditivos repelentes de água são projetados para prover repelência integral à água ao concreto, afetando a ação capilar de água dentro ou fora do concreto. Os aditivos repelentes de água podem funcionar como tamponantes de poros estáticos, criando um caminho mais difícil para a migração de água ou podem atuar como produtos químicos reativos, formando materiais hidrofóbicos in situ que não apenas tamponam os poros, mas também repelem quimicamente a água das

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12/25 superfícies de cimento.

	Tipo	Base	Cor	Gravidade Específica
Sika ViscoCrete 2100	Agente redutor de água	Polímero de policarboxilato	Líquido azul claro	1,09
Sika AE3	Aditivo redutor de eflorescência e repelente de água	-	Líquido branco	0,92
Sika AEA	Aditivo de incorporação de água	Solução aquosa de materiais orgânicos	Líquido marrom escuro	1,01
Sika W-10	Aditivo de controle de eflorescência e repelência de água	-	Líquido branco leitoso	1,02

[054]A faixa típica de aditivo redutor de água utilizada no concreto varia de 0,2% a 3,5% em peso de materiais cimentícios. Nesta prática, o redutor de água (Viscocrete) foi utilizado a 2,2% em peso de escória de aciaria. O aditivo repelente de água é tipicamente utilizado como 0,1 -3,0% em peso dos materiais cimentícios. Como exemplo, repelente de água na presente invenção (W-10, AE-3) foi adicionado aos materiais a 2,2% em peso de escória de aciaria na presente invenção.

Agregados [055]Na presente invenção, os produtos de paisagismo são compostos de agregados incorporados em uma matriz rígida de material. Os agregados podem ser naturais ou artificiais. Exemplos de agregados incluem agregado de peso normal, agregado leve natural, agregado de argila expandida, agregado de xisto expandido,

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13/25 agregado de escória expandida, agregado de escória de aciaria expandida, agregado de escória de ferro expandida, agregados de cascalho, agregados de calcário e agregado secundário. Preferencialmente, o agregado é agregado de granito ou calcário.

[056]Em uma modalidade, a razão da massa de agregado (A) para a massa total do agregado + cimento + escória (A + C + S) varia de 0,2 a 0,8, preferencialmente, de 0,45 a 0,6 ou de 0,47 a 0,58.

Preparação de Misturas Antes da Cura [057]Em uma modalidade, é preferível que a parte seca compreendendo o agregado e aglutinante (consistindo em escória de aciaria e cimento) seja misturada separadamente da parte líquida compreendendo água e um aditivo químico.

[058]Os materiais secos podem ser misturados até que uniformidade seja alcançada. O aditivo químico, incluindo redutor de água ou repelente de água, é adicionado à água. Os materiais líquidos e secos também são misturados até a obtenção de uma dispersão adequada.

[059]Em uma modalidade, a mistura pode ter uma razão inicial de água para a escória tão alta quanto cerca de 0,20. A mistura fresca é, então, vertida nos moldes moldados de várias formas e tamanhos. A máquina de produção de pré-moldados comprime os materiais frescos compactando-os em alta pressão. A etapa de compactação pode ser efetuada por qualquer meio convencional, tal como compactação/vibração ou compressão estática, permitindo atingir a densidade necessária. A compactação/vibração pode ser tão alta quanto 12 MPa. O produto formado após a moldagem e compactação, preferencialmente, tem uma densidade de cerca de 2000 a cerca de 2800 kg/m³.

Secagem Pré-carbonatação [060]Em alguns casos, a proporção da mistura com um teor inicialmente alto de água é desejada para se obter uma superfície lisa. Ao mesmo tempo, a água extra

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14/25 no produto fresco impede que dióxido de carbono penetre. Nesses casos, pode-se obter uma menor razão pré-carbonatação de água para escória (tal como cerca de 0,08-0,13) a partir da mistura moldada com maior razão de água para escória. Além disso, curar diretamente a mistura preparada com uma baixa razão inicial de água para escória permite obter um produto com uma superfície áspera. Para obter a razão pré-carbonatação de água para escória adequada, a mistura com maior razão de água para escória é inicialmente formada (por exemplo, até cerca de 0,20). Nos casos em que a razão inicial e a razão pré-carbonatação de água para escória são a mesma (por exemplo, referência pode ser feita a alguns dos exemplos aqui onde nenhuma etapa de “pré-secagem” é relatada), as duas expressões podem ser usadas de forma intercambiável.

[061 ]O produto formado por compactação e moldagem pode, por exemplo, ser exposto ao ar por até 7 horas. Um ventilador industrial também pode acelerar o processo de secagem ao ar. A criação de vários caminhos para a penetração de CO2 é a razão da cura pré-carbonatação. Uma quantidade adequada da água inicialmente misturada com outros ingredientes deve ser removida durante 0 processo de secagem ao ar. Por exemplo, quando a razão inicial de água para escória de 0,16 é utilizada para a formulação dos produtos, 0 processo de secagem ao ar pode prosseguir até que a razão de água para escória caia para 0,08. Os espaços vazios permitem que dióxido de carbono passe através do produto, enquanto a água remanescente assegura a reação de carbonatação.

[062]Em determinadas modalidades, a razão pré-carbonatação de água para escória é inferior a cerca de 0,20; ou, alternativamente, uma razão de água para escória adequada é de cerca de 0,08 a cerca de 0,13, 0,14 ou 0,15.

Cura de Carbonatação [063]Os produtos tendo uma razão adequada de água para escória (tal como de cerca de 0,18 a cerca de 0,1 - tal como 0,13, 0,14 ou 0,15) devem ser curados na

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15/25 presença de um ambiente de CO2. A pureza do dióxido de carbono pode ser tão alta quanto 99%. A pureza do dióxido de carbono pode alternativamente ser menor, tal como 80%, 70% ou inferior. Além disso, 0 gás de combustão com uma concentração de CO2 de 12% pode ser usado na produção de produtos à base de escória.

[064]O período de cura pode variar de 0,2 a 24 horas. A pressão de dióxido de carbono pode ser ajustada de 0,01 a 0,50 MPa. Pressão mais alta (por exemplo, até 1 MPa) pode ser usada em ambientes industriais apropriados. Maior pressão é benéfica para acelerar a reação de carbonatação e, em última instância, resulta em propriedades técnicas melhoradas.

Configuração de Carbonatação [065]Com referência à Figura 1, é nela ilustrado uma representação esquemática de uma configuração de carbonatação exemplificativa. Os produtos a serem submetidos à cura de carbonatação são colocados dentro de uma câmara de cura. Uma fonte de gás CO2 é aquecida à temperatura ambiente por um aquecedor e injetada na câmara. A pressão de CO2 liberada na câmara é regulada por um regulador. Uma balança e um registrador de dados podem ser adicionalmente fornecidos.

[066]A densidade de produtos finais (produtos curados com CO2) é medida como cerca de 2000 a cerca de 2800 kg/m³.

[067]Em uma modalidade, é provido um processo para a preparação de um produto de paisagismo compreendendo:

i) misturar uma parte seca; e uma parte líquida; em que a referida parte seca compreende um agregado e um aglutinante, em que 0 referido aglutinante consiste em escória de aciaria e, opcionalmente, cimento; e em que a referida parte líquida compreende água e um aditivo químico;

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16/25 iii) opcionalmente reduzir a razão inicial de água para escória do referido produto moldado da etapa ii) para prover um produto moldado tendo uma razão précarbonatação de água para escória; e iv) curar o produto moldado da etapa ii) ou iii) com dióxido de carbono para prover o referido produto de paisagismo.

[068]Em uma modalidade, é provido um processo para preparação de um produto de paisagismo compreendendo:

i) misturar uma parte seca; e uma parte líquida; em que a referida parte seca compreende um agregado e um aglutinante, em que o referido aglutinante consiste em escória de aciaria e cimento e em que a referida parte líquida compreende água e um aditivo químico;

iii) opcionalmente reduzir a razão inicial de água para escória do referido produto moldado da etapa ii) para prover um produto moldado tendo uma razão précarbonatação de água para escória; e iv) curar o produto moldado da etapa ii) ou iii) com dióxido de carbono para prover o referido produto de paisagismo.

[069]Em uma modalidade, é provido um processo para preparação de um produto de paisagismo (tal como um paver) compreendendo:

i) misturar uma parte seca; e uma parte líquida;

em que a referida parte seca compreende um agregado (preferencialmente, agregado de granito ou calcário) e um aglutinante, em que o referido aglutinante consiste em escória de aciaria e, opcionalmente, cimento, em que a escória (tal como escória BOF, EAF, Panela ou escória híbrida EAF-BOF) tem um teor de cal livre inferior a cerca de 10% e um teor de silicate de cálcio acumulado (por exemplo: concentração de fase C2S +C3S) de pelo menos cerca de 15%, uma finura de cerca

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17/25 de 150 m²/kg ou superior em uma finura de Blaine, e em que o cimento é um cimento Portland tendo fase de silicate de cálcio, especificamente CsS; e em que a referida parte líquida compreende água e um aditivo químico que atende os requisitos da ASTM C494;

em que a razão de escória para cimento (S/C) é de até 20, alternativamente a razão é de até 15 ou até 10 ou preferencialmente, cerca de 7 a cerca de 9, e a razão da massa de agregado (A) para a massa total do agregado + cimento + escória (A + C + S) varia de 0,2 a 0,8, preferencialmente, de 0,45 a 0,6;

ii) moldar e compactar a mistura da etapa i) para um produto moldado tendo uma razão inicial de água para escória (W/S), tal como uma W/S de até cerca de 0,20;

iii) quando a razão de água para escória é superior a cerca de 0,08-0,15 ou 0,08-0,14 ou 0,08-0,13, opcionalmente reduzir a razão inicial de água para escória do referido produto moldado da etapa ii) para prover um produto moldado tendo uma razão pré-carbonatação de água para escória de cerca de 0,08-0,15 ou 0,08-0,14 ou 0,08-0,13; e iv) curar o produto moldado da etapa ii) ou iii) com dióxido de carbono para prover o referido produto de paisagismo.

[070]Em uma modalidade, é provido um processo para preparação de um produto de paisagismo (tal como um paver) compreendendo:

i) misturar uma parte seca; e uma parte líquida;

em que a referida parte seca compreende um agregado (preferencialmente, agregado de granito ou calcário) e um aglutinante, em que o referido aglutinante consiste em escória de aciaria e cimento, em que a escória (tal como escória BOF, EAF, Panela ou escória híbrida EAF-BOF) tem um teor de cal livre inferior a cerca de 10% e um teor de silicate de cálcio acumulado (por exemplo: concentração de fase C2S +C3S) de pelo menos cerca de 15%, uma finura de cerca de 150 m²/kg ou superior em uma finura de Blaine, e em que 0 cimento é um cimento Portland tendo fase de

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18/25 silicato de cálcio, especificamente C3S; e em que a referida parte líquida compreende água e um aditivo químico que atende os requisitos da ASTM C494;

iii) quando a razão de água para escória é superior a cerca de 0,08-0,13, opcionalmente reduzir a razão inicial de água para escória do referido produto moldado da etapa ii) para prover um produto moldado tendo uma razão précarbonatação de água para escória de cerca de 0,08 -0,15 ou 0,08 -0,14 ou 0,08 0,13; e iv) curar o produto moldado da etapa ii) ou iii) com dióxido de carbono para prover o referido produto de paisagismo.

[071 ]Em uma modalidade, é provido um produto de paisagismo compreendendo:

a) um agregado;

b) um aditivo químico, e

c) um aglutinante consistindo em escória de aciaria e cimento.

[072]Em uma modalidade, é provido um produto de paisagismo (tal como um paver) compreendendo:

a) um agregado, preferencialmente, agregado de granito ou calcário;

b) um aditivo químico que atende os requisitos da ASTM C494, e

c) um aglutinante consistindo em escória de aciaria e, opcionalmente, cimento, em que a escória (tal como escória BOF, EAF, Panela ou escória híbrida

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EAF-BOF) tem um teor de cal livre inferior a cerca de 10% e um teor de silicate de cálcio acumulado (por exemplo: concentração de fase C2S +C3S) de pelo menos cerca de 15%, uma finura de cerca de 150 m²/kg ou superior em uma finura de Blaine e em que 0 cimento é um cimento Portland;

os produtos de paisagismo têm uma absorção de água inferior a cerca de 8,5% (ou inferior a cerca de 6% ou, preferencialmente, inferior a cerca de 5%) e uma resistência à compressão de cerca de 20 MPa (ou cerca de 55 MPa ou, preferencialmente, 60 MPa ou superior) em que a razão de escória para cimento (S/C) é de até 20, alternativamente, a razão é de até 15 ou até 10 ou, preferencialmente, de cerca de 7 a cerca de 9.

a razão da massa de agregado (A) para a massa total do agregado + cimento + escória (A + C + S) varia de 0,2 a 0,8, preferencialmente, de 0,45 a 0,6.

[073]Em uma modalidade, é provido um produto de paisagismo (tal como um paver) compreendendo:

a) um agregado, preferencialmente, agregado de granito ou calcário;

b) um aditivo químico que atende os requisitos da ASTM C494, e

c) um aglutinante consistindo em escória de aciaria e cimento, em que a escória (tal como escória BOF, EAF, Panela ou escória híbrida EAF-BOF) tem um teor de cal livre inferior a cerca de 10% e um teor de silicate de cálcio acumulado (por exemplo: concentração de fase C2S +C3S) de pelo menos cerca de 15%, uma finura de cerca de 150 m²/kg ou superior em uma finura de Blaine e em que 0 cimento é um cimento Portland; os produtos de paisagismo têm uma absorção de água inferior a cerca de 8,5% (ou inferior a cerca de 6% ou, preferencialmente, inferior a cerca de 5%) e uma resistência à compressão de cerca de 20 MPa (ou cerca de 55 MPa ou, preferencialmente, 60 MPa ou superior) em que a razão de escória para cimento (S/C) é de até 20, alternativamente, a razão é de até 15 ou até 10 ou, preferencialmente, de cerca de 7 a cerca de 9;

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20/25 a razão da massa de agregado (A) para a massa total do agregado + cimento + escória (A + C + S) varia de 0,2 a 0,8, preferencialmente, de 0,45 a 0,6.

EXEMPLOS [074]Os materiais secos compreendendo a escória (combinação híbrida de escória BOF e EAF), cimento Portland e agregados de granito foram misturados até estarem uniformemente distribuídos (tipicamente até 2 minutos para os tamanhos dos lotes usados aqui).

[075]O cimento Portland usado para produzir pedra de pavimentação dos exemplos a seguir tem a seguinte composição química (%)

	CaO	SiO₂	AI2O3	Fe₂O3	Na₂O	K2O
Cimento Portland (%)	61,0-67,0	19,0-23,0	2,5-6,0	0,0-6,0	<0,01	0,01

[076]A composição química de lotes representativos de escória de aciaria é mostrada na tabela abaixo. A tabela também inclui um exemplo de uma composição de escória “não reativa” como referência:

Composição Química de Escória de Aciaria (%)

	Tipo de Escória	S1O2	AI2O3	Fe₂O3	MnO	CaO	Na₂O	C2S+C3S	Cal Livre
	EAF	9,41	10,78	24,22	3,84	35,23	0,03	37,2	0,8
Escória	EBH	12,47	6,87	19,48	3,84	39,08	<0,01	51,6	0,8
reativa	Panela	12,35	16,55	0,79		65,23	0,08	40,6	7,2
Escória
não	Panela	6,21	23,17	3,55	-	57,55	0,16	12,9	10,8
reativa

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21/25 [077]Nos exemplos aqui apresentados, a distribuição de tamanho de escória pode ser caracterizada como D50 = 18,8 microns e D90 = 86,7 microns. D50 = 18,8 microns significa que 50% dos grãos de escória são menores que 18,8 microns e D90 = 86,7 microns significa que 90% das partículas de escória são menores que 86,7 microns. A distribuição de tamanho de partículas (PSD) e a finura de escórias de aciaria podem ser avaliadas considerando esses padrões: ASTM C204 (Métodos de Teste Padrão para a Finura do Cimento Hidráulico por Aparelho de Permeabilidade ao Ar), ASTM C110 (Métodos de Teste Padrão para Teste Físico de Cal Viva, Cal Hidratada e Calcário), ASTM C115 (Método de Teste Padrão para Finura de Cimento Portland pelo Turbidímetro), ASTM C311 (Métodos de Teste Padrão para Amostragem e Ensaio de Cinzas Volantes ou Pozolanos Naturais para Uso em Concreto de Cimento Portland), ASTM D197 (Método de Teste Padrão para Teste de Amostragem e Finura de Carvão Pulverizado) e ASTM E2651 (Guia Padrão para Análise de Tamanho de Partículas em Pó).

[078]Os padrões de XRD de painéis carbonatados de escória EBH são mostrados na Figura 2. Os componentes minerais básicos que aparecem nos difratogramas são silicates de cálcio, silicato de magnésio e cálcio (merwanita), gehlenite e compostos de ferro. A presença de carbonato de cálcio e a redução de fases de silicato de cálcio (C2S e C3S) foram indicativas da reação de carbonatação. A carbonatação prolongada de 24 horas produziu mais carbonato de cálcio.

[079]A termogravimetria (TG) e as curvas de termogravimetria diferencial (DTG) para a escória híbrida EAF-BOF como recebida e carbonatada são apresentadas na Figura 3. A perda de água no produto de hidratação e teor de CaCOs painéis de escória aumentaram com um aumento no tempo de carbonatação de 2 h para 24 h. Um aumento no teor de perda de água indica a formação de mais produtos de hidratação.

[080]0 aditivo químico foi adicionado à água. Os materiais líquidos e secos

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22/25 foram misturados até estarem uniformemente dispersos (tipicamente cerca de 5 minutos para os tamanhos dos lotes aqui utilizados). A mistura foi então vertida no molde. Um molde de 80x80x80 mm e um molde de 50x50x50 mm foram usados para produzir um paver; no entanto, moldes com qualquer tamanho e formato podem ser usados. Uma máquina MTS foi usada como máquina de produção de pré-moldados para formar os pavers compactando a mistura a uma pressão de cerca de 12 MPa. A pressão compactou a mistura para produzir um produto com a densidade de 2600 kg/m³.

[081]Uma etapa de cura pré-carbonatação é realizada usando um ventilador industrial durante o tempo especificado nas tabelas abaixo. A etapa de cura de carbonatação é conduzida na presença de um ambiente de gás CO2 99% puro durante um período de 24 horas sob uma pressão de 60 psi.

ID	Razão água/escória de produto seco (antes da carbonatação)	Perda de água devido ao processo de pré-secagem (%)
PV77	0,10	30
PV81	0,11	29
PV85	0,10	32

EXEMPLO DE REFERÊNCIA [082]As propriedades do produto de referência (produto sem cimento nem aditivo químico), PV11, indicam que a resistência à compressão é de 49,3 MPa e a absorção de água é de 8,6% (Tabela 1).

Exemplos de Modalidades Usando Parede de Contenção [083]A adição de aditivo químico em 1% em peso do produto ao produto de referência PV11 (sem cimento nem aditivo) reduz a absorção de água dos produtos, sem afetar substancialmente a resistência à compressão que permanece no nível do

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PV11 na Tabela 1.

Tabela 1

Proporção de Mistura (Kg/m³)
ID	Escória	Agregado	Cimento	Água (w/s)	Viscocrete	AE-3	Présecagem (h)	Resist, à compressão (MPa)	Absorção de água (%)
PV11	1120	1120	0	168 (0,15)	0	0	0	49,3	8,6
PV101	1120	1120	0	124 (0.12)	25	0	0	47,0	6,1

Exemplos de Modalidades Usando o Paver [084]A proporção de mistura proposta para paredes de contenção precisava ser modificada para atender aos requisitos do paver. Para melhorar as propriedades da pedra de pavimentação, dois tipos diferentes de repelente de água (W-10 e AE-3) foram adicionados à mistura contendo o cimento Portland (PV25). A resistência à compressão e absorção de água de PV59 e PV77 têm um perfil melhorado em comparação com PV11 e PV25 (Tabela 2).

[085]A adição de Viscocrete (redutor de água) à mistura (PV63) melhorou as propriedades técnicas do produto resultante. Como mostrado na tabela a seguir, a resistência à compressão e absorção de água são melhoradas em comparação com PV11 (sem cimento ou aditivo) e também PV25 (sem aditivo) (Tabela 2).

Tabela 2

Proporção de Mistura (Kg/m³)
ID	Escória * (S/C)	Agreg ado	Cim ento	Água (w/s)	W- 10	Visco crete	AE-3	Présecagem (h)	Compa ctação	Resist, à compress ão (MPa)	Absorção de água (%)

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PV25	1120 (9)	1120	125	310 (0,28)	0	0	0	2	Estática	48,0	5,7
PV59	1120 (9)	1120	125	142 (0,13)	25	0	0	2	Compa ctação π / Vibraçã 0	60,0	4,1
PV63	1120 (9)	1120	125	164 (0,15)	0	25	0	2	Compa ctação π / Vibraçã 0	50,5	3,6
PV77	1120 (9)	1120	125	164 (045)	0	0	25	2	Estática	56,3	4,3

[086]Os exemplos adicionais compilados nas Tabelas 3 e 4 ilustram o efeito benéfico das misturas da presente invenção na produção de produtos que atendem a altos padrões.

Tabela 3

Proporção de Mistura (Kg/m³)
ID	Escóri a * (S/C)	Agreg ado	Cim ento	W-10	Água - (i_ w/s)	Visco crete	AE-3	Présecagem (h) ***(P- w/s)	AEA	Compac tação
PV54	875 (7)	1375	125	-	120 (0,14)	12,5	-	2	-	Vibraçã o/Comp actação
PV62	1000 (8)	1250	125	-	131 (0,13)	25	-	2	-	Vibraçã o/Comp actação
PV65	1120 (9)	1120	124	-	142 (0,13)	-	25	-	-	Vibraçã o/Comp actação
PV81	980 (8)	1225	123	-	142	25	-	7	-	Vibraçã o/Comp actação

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					(0,13)
PV85	1097 (9)	1097	122	-	160 (0,15)	-	24	7	-	Estática 20 MPa
PV95	1120 (9)	1120	124	-	142 (0J3)	-	25	-	12	Vibraçã o/Comp actação

* (S/C): razão de escória para cimento (i-w/s): razão inicial de água para escória *** (p-w/s): razão pré-carbonatação de água para escória

Tabela 4: Desempenho Técnico de Pedras de Pavimentação Selecionadas

	PV54	PV59	PV62	PV63	PV65	PV77	PV81	PV85	PV95
Resistência à compressão (MPa)	>60	>60	>60	50,5	>60	56,3	72,9	-	58,8
Absorção de água (%)	4,5	4,1	4,3	3,6	3,7	4,3	3,5	3,7	-
Congelamento e descongelame nto (perda de massa)								Insignificante	Insignificante

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Claims

REIVINDICAÇÕES

1. Processo para preparação de produtos de paisagismo (tais como um paver), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

i) misturar uma parte seca; e uma parte líquida; em que a referida parte seca compreende um agregado e um aglutinante, em que o referido aglutinante consiste em escória de aciaria e, opcionalmente, cimento; e em que a referida parte líquida compreende água e um aditivo químico;

ii) moldar e compactar a mistura da etapa i) para um produto moldado tendo uma razão inicial de água para escória;

iii) opcionalmente reduzir a razão inicial de água para escória do referido produto moldado da etapa ii) para prover um produto moldado tendo uma razão précarbonatação de água para escória; e iv) curar o produto moldado da etapa ii) ou iii) com dióxido de carbono para prover os referidos produtos de paisagismo.
2. Processo, de acordo com a reivindicação 1, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida escória de aciaria é uma escória BOF, EAF ou EBH.
3. Processo, de acordo com a reivindicação 1 ou 2, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida escória de aciaria tem um teor de silicate de cálcio acumulado de pelo menos cerca de 15% ou, mais preferencialmente, superior a cerca de 40%.
4. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 3, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida escória de aciaria tem uma finura superior a cerca de 150 m²/kg em um ensaio de finura de Blaine.
5. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 4, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido cimento contém uma fase de silicate de cálcio.
6. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido agregado é agregado de peso normal,

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2/4 agregado leve natural, agregado de argila expandida, agregado de xisto expandido, agregado de escória expandida, agregado de escória de aciaria expandida, agregado de escória de ferro expandida, agregados de cascalho, agregados de calcário ou agregados secundário.
7. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 6, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão inicial de água para escória é de até cerca de 0,20.
8. Processo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão pré-carbonatação de água para escória é de cerca de 0,08-0,15.
9. Processo para preparação de um produto de paisagismo (tal como um paver) CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

i) misturar uma parte seca; e uma parte líquida;

em que a referida parte seca compreende um agregado (preferencialmente, agregado de granito ou calcário) e um aglutinante, em que o referido aglutinante consiste em escória de aciaria e cimento, em que a escória (tal como escória BOF, EAF, Panela ou escória híbrida EAF-BOF) tem um teor de cal livre inferior a cerca de 10% e um teor de silicate de cálcio acumulado (por exemplo: concentração de fase C2S +C3S) de pelo menos cerca de 15%, uma finura de cerca de 150 m²/kg ou superior em uma finura de Blaine, e em que 0 cimento é um cimento Portland tendo fase de silicato de cálcio, especificamente, C3S; e em que a referida parte líquida compreende água e um aditivo químico que atende os requisitos da ASTM C494;

em que a razão de escória para cimento (S/C) é de até 20, alternativamente, a razão é de até 15 ou até 10 ou, preferencialmente, cerca de 7 a cerca de 9, e a razão da massa de agregado (A) para a massa total do agregado + cimento + escória (A + C + S) varia de 0,2 a 0,8, preferencialmente, de 0,45 a 0,6;

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2/4 ii) moldar e compactar a mistura da etapa i) para um produto moldado tendo uma razão inicial de água para escória (W/S), tal como uma W/S de até cerca de 0,20;

iii) quando a razão de água para escória é superior a cerca de 0,08-0,15, opcionalmente, reduzir a razão inicial de água para escória do referido produto moldado da etapa ii) para prover um produto moldado tendo uma razão précarbonatação de água para escória de cerca de 0,08-0,15; e iv) curar o produto moldado da etapa ii) ou iii) com dióxido de carbono para prover o referido produto de paisagismo.
10. Produto de paisagismo (tal como um paver), CARACTERIZADO pelo fato de que compreende:

a) um agregado;

b) um aditivo químico, e

c) um aglutinante consistindo em escória de aciaria e, opcionalmente, cimento.
11. Produto de paisagismo, de acordo com a reivindicação 10, CARACTERIZADO pelo fato de que o referido aglutinante consiste em escória de aciaria e cimento.
12. Produto de paisagismo, de acordo com a reivindicação 10 ou 11, CARACTERIZADO pelo fato de que a razão da massa de agregado (A) para a massa total do agregado + cimento + escória (A + C + S) varia de 0,2 a 0,8.
13. Produto de paisagismo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 12, CARACTERIZADO pelo fato de que a densidade de produto de paisagismo é de cerca de 2000 a cerca de 2800 kg/m³.
14. Produto de paisagismo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 13, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida escória de aciaria é uma escória BOF, EAF ou EBH.

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15. Produto de paisagismo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 14, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida escória de aciaria tem um teor de silicate de cálcio acumulado (por exemplo: concentração de fase C2S +C3S) de pelo menos cerca de 15% ou, mais preferencialmente, superior a cerca de 40%.
16. Produto de paisagismo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 15, CARACTERIZADO pelo fato de que a referida escória de aciaria tem uma finura superior a cerca de 150 m2/kg em um ensaio de finura de Blaine.
17. Produto de paisagismo, de acordo com qualquer uma das reivindicações 10 a 16, CARACTERIZADO pelo fato de que 0 referido agregado é agregado de peso normal, agregado leve natural, agregado de argila expandida, agregado de xisto expandido, agregado de escória expandida, agregado de escória de aciaria expandida, agregado de escória de ferro expandida, agregados de cascalho, agregados de calcário e agregados secundário, preferencialmente, 0 agregado é agregado de granito ou calcário.