BR112021009563A2

BR112021009563A2 - geopolymer compositions

Info

Publication number: BR112021009563A2
Application number: BR112021009563-2A
Authority: BR
Inventors: David Preston Gregory
Original assignee: Canasia Australia Pty Ltd
Priority date: 2018-11-16
Filing date: 2019-11-15
Publication date: 2021-08-17
Also published as: WO2020097690A1; EP3880628A4; EP3880628A1; AU2019379875A1

Abstract

COMPOSIÇÕES DE GEOPOLÍMERO. Uma composição de geopolímero compreendendo o produto de reação de uma mistura reacional compreendendo 30-80% p/p de material aluminossilicato, o material aluminossilicato tendo um teor combinado de Al2O3 e SiO2 de 15-90% p/p; 1-20% p/p de cimento Portland; 10-60% p/p de água; e 1-10% p/p de silicato de metal alcalino, em que a proporção de cimento Portland:silicato de metal alcalino está na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 3,0.GEOPOLYMER COMPOSITIONS. A geopolymer composition comprising the reaction product of a reaction mixture comprising 30-80% w/w of aluminosilicate material, the aluminosilicate material having a combined content of Al2O3 and SiO2 of 15-90%w/w; 1-20% w/w Portland cement; 10-60% w/w water; and 1-10% w/w alkali metal silicate, wherein the Portland cement:alkali metal silicate ratio is in the range of about 0.1 to about 3.0.

Description

“COMPOSIÇÕES DE GEOPOLÍMERO” Campo da Invenção“GEOPOLYMER COMPOSITIONS” Field of Invention

[0001] A presente divulgação se refere a composições de concreto e, mais particularmente, a composições de geopolímero e método de produção das mesmas.[0001] The present disclosure relates to concrete compositions and, more particularly, to geopolymer compositions and method of production thereof.

Descrição do Estado da TécnicaDescription of the State of the Technique

[0002] Desde a sua concepção em 1994, os geopolímeros foram investigados e desenvolvidos como uma alternativa aos cimentos hidráulicos padrão, como o cimento Portland. Os geopolímeros oferecem muitas vantagens ambientais em relação aos cimentos tradicionais, por exemplo, ao apresentar uma pegada de carbono menor pela produção de aproximadamente 0,25 toneladas de dióxido de carbono por tonelada de geopolímero produzido, enquanto os cimentos tradicionais produzem até 1 tonelada de dióxido de carbono por tonelada de cimento produzido. Além disso, os geopolímeros podem ser formados a partir de fluxos de resíduos provenientes de processos industriais, como as cinzas volantes ou escórias de alto forno.[0002] Since their conception in 1994, geopolymers have been researched and developed as an alternative to standard hydraulic cements such as Portland cement. Geopolymers offer many environmental advantages over traditional cements, for example by having a smaller carbon footprint by producing approximately 0.25 tonnes of carbon dioxide per ton of geopolymer produced, while traditional cements produce up to 1 ton of carbon dioxide. of carbon per ton of cement produced. In addition, geopolymers can be formed from waste streams from industrial processes, such as fly ash or blast furnace slag.

[0003] Qualquer discussão de documentos, atos, materiais, dispositivos, artigos ou semelhantes que tenha sido incluída no presente relatório descritivo não deve ser considerada como uma admissão de que qualquer um ou todos estes assuntos façam parte da base do estado da arte ou constituam conhecimento geral comum no campo relevante para a presente divulgação, uma vez que existia antes da data de prioridade de cada uma das reivindicações anexas.[0003] Any discussion of documents, acts, materials, devices, articles or the like that has been included in the present specification shall not be considered an admission that any or all of these matters form part of the basis of the state of the art or constitute common general knowledge in the field relevant to the present disclosure as it existed prior to the priority date of each of the appended claims.

Descrição Resumida da InvençãoBrief Description of the Invention

[0004] Composições de geopolímero formadas a partir de materiais aluminossilicatos, cimento Portland e um silicato de metal alcalino em uma proporção predeterminada com o cimento Portland são divulgadas neste documento. Uma vantagem das composições de geopolímero aqui divulgadas é que a proporção entre cimento Portland e silicato de metal alcalino pode ser selecionada de modo a proporcionar propriedades vantajosas predeterminadas da composição de geopolímero. Uma outra vantagem das composições de geopolímero divulgadas neste documento é que, após a adição do silicato de metal alcalino a uma pasta que compreende um material aluminossilicato, cimento Portland e água, ocorre uma mudança de fase que gera uma mistura líquida de baixa viscosidade que é autocompactável e autonivelante antes do início da pega (setting) da composição de geopolímero. Além disso, uma pasta fluida pode ser formada a partir do material aluminossilicato, cimento Portland e água, que pode então ser ativada, conforme a necessidade, pela adição do silicato de metal alcalino para iniciar a reação de geopolimerização.[0004] Geopolymer compositions formed from aluminosilicate materials, Portland cement and an alkali metal silicate in a predetermined proportion with Portland cement are disclosed herein. An advantage of the geopolymer compositions disclosed herein is that the ratio of Portland cement to alkali metal silicate can be selected so as to provide predetermined advantageous properties of the geopolymer composition. A further advantage of the geopolymer compositions disclosed herein is that upon addition of the alkali metal silicate to a slurry comprising an aluminosilicate material, Portland cement and water, a phase change occurs which generates a low viscosity liquid mixture that is self-compacting and self-leveling prior to the start of setting (setting) of the geopolymer composition. In addition, a slurry can be formed from the aluminosilicate material, Portland cement and water, which can then be activated, as needed, by the addition of the alkali metal silicate to initiate the geopolymerization reaction.

[0005] De acordo com a presente divulgação, proporciona-se uma composição de geopolímero que compreende o produto de reação de uma mistura reacional compreendendo: 30-80% p/p de material aluminossilicato, o material aluminossilicato tendo um teor combinado de Al2O3 e SiO2 de 15-90% p/p; 1-20% p/p de cimento Portland; 10-60% p/p de água; e 1-10% p/p de silicato de metal alcalino, em que a proporção de cimento Portland: silicato de metal alcalino está na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 3,0.[0005] In accordance with the present disclosure, there is provided a geopolymer composition comprising the reaction product of a reaction mixture comprising: 30-80% w/w aluminosilicate material, the aluminosilicate material having a combined content of Al2O3 and 15-90% w/w SiO 2 ; 1-20% w/w Portland cement; 10-60% w/w water; and 1-10% w/w alkali metal silicate, wherein the Portland cement: alkali metal silicate ratio is in the range of about 0.1 to about 3.0.

[0006] O material aluminossilicato não é particularmente limitado e pode ser, por exemplo, selecionado do grupo que consiste em: cinza volante, metacaulim, escória de alto forno, perlita, lama vermelha, escória de ferroníquel, cinza vulcânica e combinações dos mesmos.[0006] The aluminosilicate material is not particularly limited and can be, for example, selected from the group consisting of: fly ash, metakaolin, blast furnace slag, perlite, red mud, ferronickel slag, volcanic ash and combinations thereof.

[0007] Preferencialmente, o material aluminossilicato compreende menos de 10% p/p de óxido de cálcio, mais preferencialmente menos de 7% p/p de óxido de cálcio. Em algumas concretizações, o material aluminossilicato compreende cinzas volantes de Classe F.[0007] Preferably, the aluminosilicate material comprises less than 10% w/w calcium oxide, more preferably less than 7% w/w calcium oxide. In some embodiments, the aluminosilicate material comprises Class F fly ash.

[0008] O silicato de metal alcalino pode ser selecionado do grupo que consiste em: silicato de lítio, silicato de sódio, silicatos de potássio, silicato de rubídio, silicato de césio e combinações dos mesmos. Por exemplo, o silicato de metal alcalino é o silicato de sódio ou silicato de potássio. O silicato de metal pode ter uma proporção de SiO2% e M2O na faixa de 1 a 3.[0008] The alkali metal silicate can be selected from the group consisting of: lithium silicate, sodium silicate, potassium silicates, rubidium silicate, cesium silicate and combinations thereof. For example, alkali metal silicate is sodium silicate or potassium silicate. Metal silicate can have a proportion of SiO2% and M2O in the range of 1 to 3.

[0009] A mistura reacional pode compreender ainda agregado. O agregado pode compreender partículas de qualquer tamanho adequado, por exemplo, de cerca de 10 µm a cerca de 150 mm. O agregado pode compreender agregado grosso tendo um tamanho de partícula, por exemplo, de cerca de 5 mm a cerca de 40 mm e/ou agregado fino tendo tamanho de partícula, por exemplo, de cerca de 40 µm a cerca de 400 µm. Em algumas concretizações, o agregado fino compreende areia.[0009] The reaction mixture may further comprise aggregate. The aggregate may comprise particles of any suitable size, for example from about 10 µm to about 150 mm. The aggregate may comprise coarse aggregate having a particle size, for example, from about 5 mm to about 40 mm, and/or fine aggregate having a particle size, for example, from about 40 µm to about 400 µm. In some embodiments, the fine aggregate comprises sand.

[0010] A mistura reacional pode incluir outros aditivos, incluindo fibras, microesferas, agentes espumantes, surfactantes, dispersantes, retardadores e modificadores reológicos. Em algumas concretizações, a mistura reacional inclui fibras, por exemplo, fibras de celulose (por exemplo, casca de arroz), fibras minerais (por exemplo, fibras de basalto, fibras de quartzo), fibras de vidro, fibras de carbono, nanotubos de carbono e/ou fibras sintéticas (por exemplo, fibras de polipropileno, fibras de poliamida, fibras de poli(amida-hidrazida), fibras de poliacrilonitrila, fibras de poli(parafenileno tereftalamida). O tipo, as quantidades e as propriedades físicas das fibras podem ser selecionadas com base em uma série de parâmetros desejados, incluindo custo e resistência e flexibilidade do produto final.[0010] The reaction mixture may include other additives, including fibers, microspheres, foaming agents, surfactants, dispersants, retarders and rheology modifiers. In some embodiments, the reaction mixture includes fibers, e.g., cellulose fibers (e.g., rice husk), mineral fibers (e.g., basalt fibers, quartz fibers), glass fibers, carbon fibers, nanotubes of carbon and/or synthetic fibers (eg polypropylene fibers, polyamide fibers, poly(amide-hydrazide) fibers, polyacrylonitrile fibers, poly(paraphenylene terephthalamide fibers) The type, amounts and physical properties of the fibers can be selected based on a number of desired parameters, including cost and strength and flexibility of the final product.

[0011] A resistência à compressão da composição de geopolímero pode ser variada variando as concentrações e/ou proporções dos componentes na mistura reacional. Preferencialmente, a composição de geopolímero tem uma resistência à compressão de 7 dias superior a 5 MPa, mais preferencialmente superior a 10 MPa ou superior a 15 MPa. Preferencialmente, o geopolímero tem uma resistência à compressão de 28 dias superior a 10 MPa, preferencialmente superior a 15 MPa ou superior a 20 MPa.[0011] The compressive strength of the geopolymer composition can be varied by varying the concentrations and/or proportions of the components in the reaction mixture. Preferably, the geopolymer composition has a 7-day compressive strength of greater than 5 MPa, more preferably greater than 10 MPa or greater than 15 MPa. Preferably, the geopolymer has a 28-day compressive strength of greater than 10 MPa, preferably greater than 15 MPa or greater than 20 MPa.

[0012] A proporção de cimento Portland: silicato de metal alcalino pode ser selecionada para proporcionar uma composição de geopolímero com certas propriedades predeterminadas. Em algumas concretizações, a proporção de cimento Portland: silicato de metal alcalino é selecionada para controlar o tempo de pega da composição de geopolímero.[0012] The Portland cement: alkali metal silicate ratio can be selected to provide a geopolymer composition with certain predetermined properties. In some embodiments, the Portland cement: alkali metal silicate ratio is selected to control the setting time of the geopolymer composition.

[0013] A gravidade específica da composição de geopolímero pode ser superior a 1,0, superior a 1,5 ou superior a 2,0.[0013] The specific gravity of the geopolymer composition can be greater than 1.0, greater than 1.5 or greater than 2.0.

[0014] De acordo com a presente divulgação, um método de preparação de uma composição de geopolímero divulgada neste documento também é proporcionado, o método compreendendo: formar uma pasta aquosa do material aluminossilicato, cimento Portland e água; adicionar o silicato de metal alcalino à pasta para iniciar uma reação de geopolimerização; e permitir que a pasta endureça.[0014] In accordance with the present disclosure, a method of preparing a geopolymer composition disclosed herein is also provided, the method comprising: forming an aqueous slurry of the aluminosilicate material, Portland cement and water; adding the alkali metal silicate to the slurry to initiate a geopolymerization reaction; and allow the paste to harden.

[0015] A pasta aquosa pode ser misturada para formar uma mistura substancialmente homogênea.[0015] The aqueous slurry can be mixed to form a substantially homogeneous mixture.

[0016] Depois de adicionar o silicato de metal alcalino à pasta, a pasta pode ser formada em um formato predeterminado antes da pega da pasta. Em algumas concretizações, a pasta é formada em um formato de tijolo, por exemplo, por moldagem, extrusão ou qualquer outro método de produção adequado.[0016] After adding the alkali metal silicate to the slurry, the slurry can be formed into a predetermined shape before the slurry sets. In some embodiments, the paste is formed into a brick shape, for example, by molding, extrusion or any other suitable production method.

[0017] Em algumas concretizações, a reação de geopolimerização ocorre à temperatura ambiente. Definições[0017] In some embodiments, the geopolymerization reaction takes place at room temperature. Definitions

[0018] No que diz respeito às definições apresentadas neste documento, a menos que indicado de outra forma, ou implícito pelo contexto, os termos e frases definidos incluem os significados apresentados. A menos que explicitamente declarado de outra forma, ou implícito pelo contexto, os termos e frases abaixo não excluem o significado do termo ou frase adquirido por um técnico no assunto relevante. As definições são fornecidas para auxiliar na descrição de concretizações particulares e não pretendem limitar a invenção reivindicada, uma vez que o escopo da invenção é limitado apenas pelas reivindicações. Além disso, a menos que exigido de outra forma pelo contexto, os termos no singular devem incluir aqueles no plural e os termos no plural devem incluir aqueles no singular.[0018] With respect to the definitions presented in this document, unless otherwise indicated or implied by the context, defined terms and phrases include the meanings presented. Unless explicitly stated otherwise, or implied by the context, the terms and phrases below do not exclude the meaning of the term or phrase acquired by a person skilled in the art. The definitions are provided to assist in describing particular embodiments and are not intended to limit the claimed invention, as the scope of the invention is limited only by the claims. Also, unless otherwise required by the context, singular terms must include those in the plural and plural terms must include those in the singular.

[0019] Ao longo deste relatório descritivo, a palavra "compreende", ou variações como "compreender" ou "compreendendo", serão entendidas como implicando a inclusão de um elemento, número inteiro ou etapa declarada, ou grupo de elementos, números inteiros ou etapas, mas não a exclusão de qualquer outro elemento, número inteiro ou etapa, ou grupo de elementos, números inteiros ou etapas.[0019] Throughout this specification, the word "comprises", or variations such as "comprise" or "comprising", will be understood to imply the inclusion of an element, integer or stated step, or group of elements, integers or steps, but not the exclusion of any other element, integer or step, or group of elements, integers or steps.

[0020] Deve ser compreendido que certas características que são descritas neste documento, por questões de clareza, no contexto de concretizações separadas, podem ser fornecidas também em combinação em uma única concretização. Por outro lado, várias características que são descritas, por questões de concisão, no contexto de uma única concretização, também podem ser fornecidas separadamente ou em qualquer subcombinação.[0020] It should be understood that certain features which are described in this document, for the sake of clarity, in the context of separate embodiments, may also be provided in combination in a single embodiment. On the other hand, various features that are described, for the sake of brevity, in the context of a single embodiment, may also be provided separately or in any subcombination.

[0021] Ao longo do presente relatório descritivo, vários aspectos e componentes da invenção podem ser apresentados em um formato de faixa. O formato de faixa é incluído por conveniência e não deve ser interpretado como uma limitação inflexível ao escopo da invenção. Consequentemente, a descrição de uma faixa deve ser considerada como tendo divulgado especificamente todas as subfaixas possíveis, bem como valores numéricos individuais dentro dessa faixa, salvo indicação em contrário. Por exemplo, a descrição de uma faixa, como de 1 a 5, deve ser considerada como tendo subfaixas especificamente divulgadas, como de 1 a 3, de 1 a 4, de 1 a 5, de 2 a 4, de 2 a 5, de 3 a 5, etc., bem como números individuais e parciais dentro do intervalo recitado, por exemplo, 1, 2, 3, 4, 5, 5,5 e 6, a menos que números inteiros sejam necessários ou implícitos pelo contexto. Isso se aplica independentemente da amplitude da faixa divulgada. Nos casos em que forem necessários valores específicos, estes serão indicados no relatório descritivo.[0021] Throughout this specification, various aspects and components of the invention can be presented in a banner format. The track format is included for convenience and should not be interpreted as an inflexible limitation on the scope of the invention. Accordingly, the description of a range should be deemed to have specifically disclosed all possible sub-ranges, as well as individual numerical values within that range, unless otherwise stated. For example, a range description such as 1 to 5 should be considered to have specifically disclosed subranges such as 1 to 3, 1 to 4, 1 to 5, 2 to 4, 2 to 5, from 3 to 5, etc., as well as individual and partial numbers within the recited range, e.g., 1, 2, 3, 4, 5, 5,5, and 6, unless whole numbers are required or implied by the context. This applies regardless of the width of the advertised range. In cases where specific values are required, these will be indicated in the descriptive report.

Descrição das concretizaçõesDescription of achievements

[0022] Com referência aos exemplos abaixo, é proporcionada uma composição de geopolímero compreendendo o produto de reação de uma mistura reacional compreendendo 30-80% p/p de material aluminossilicato, o material aluminossilicato tendo um teor combinado de Al2O3 e SiO2 de 15-90% p/p, 1- 20% p/p de cimento Portland, 10-60% p/p de água e 1-10% p/p de silicato de metal alcalino, em que a proporção de cimento Portland: silicato de metal alcalino está na faixa de 0,1 a 3,0.[0022] With reference to the examples below, there is provided a geopolymer composition comprising the reaction product of a reaction mixture comprising 30-80% w/w aluminosilicate material, the aluminosilicate material having a combined Al2O3 and SiO2 content of 15- 90% w/w, 1-20% w/w Portland cement, 10-60% w/w water and 1-10% w/w alkali metal silicate, wherein the proportion of Portland cement: alkali metal is in the range of 0.1 to 3.0.

[0023] Um método de preparação de uma composição de geopolímero divulgada neste documento também é proporcionado, que compreende formar uma pasta aquosa compreendendo o material aluminossilicato, cimento Portland e água, e permitir que a pasta endureça.[0023] A method of preparing a geopolymer composition disclosed herein is also provided, which comprises forming an aqueous slurry comprising the aluminosilicate material, Portland cement and water, and allowing the slurry to harden.

[0024] Descobriu-se surpreendentemente que as propriedades da composição de geopolímero, incluindo o tempo de pega após o início da reação de geopolimerização através da introdução do silicato de metal alcalino e a resistência à compressão da composição de geopolímero, podem ser seletivamente variadas pelo controle das concentrações e, mais particularmente, da proporção de cimento Portland: silicato de metal alcalino da mistura reacional.[0024] It was surprisingly found that the properties of the geopolymer composition, including the setting time after the start of the geopolymerization reaction through the introduction of the alkali metal silicate and the compressive strength of the geopolymer composition, can be selectively varied by the control of concentrations and, more particularly, the proportion of Portland cement: alkali metal silicate of the reaction mixture.

[0025] Além disso, descobriu-se surpreendentemente que o uso de uma combinação de cimento Portland e silicato de metal alcalino resulta em uma mudança de fase da pasta após a adição do silicato de metal alcalino, isto é, o início da reação de geopolimerização. Esta mudança de fase resulta em uma mistura líquida de baixa viscosidade que é autocompactável e autonivelante antes do início da pega da composição de geopolímero. Esta característica torna as composições, de acordo com a presente divulgação, particularmente adequadas para formar produtos moldados, por exemplo, tijolos e similares para a indústria de construção. Além disso, o tempo de pega das composições de geopolímero pode ser variado de forma a adequar a composição de geopolímero à aplicação pretendida da composição de geopolímero. Por exemplo, o cimento Portland e o silicato de metal alcalino podem ser selecionados de modo a proporcionar um tempo de pega rápido para aplicações, como aplicações de concreto pulverizado, ou a proporcionar um tempo de pega relativamente lento para aplicações como reparos de subsidência de edifícios que requerem a injeção da composição de geopolímero no subsolo.[0025] Furthermore, it was surprisingly found that the use of a combination of Portland cement and alkali metal silicate results in a phase change of the paste after the addition of the alkali metal silicate, i.e. the initiation of the geopolymerization reaction. . This phase change results in a low viscosity liquid mixture that is self-compacting and self-leveling before the geopolymer composition begins to set. This feature makes the compositions according to the present disclosure particularly suitable for forming molded products, for example bricks and the like for the construction industry. In addition, the setting time of the geopolymer compositions can be varied to suit the geopolymer composition to the intended application of the geopolymer composition. For example, Portland cement and alkali metal silicate can be selected to provide fast setting time for applications such as sprayed concrete applications, or to provide relatively slow setting time for applications such as subsidence building repairs. that require the injection of the geopolymer composition underground.

[0026] Em aplicações sensíveis ao custo, é preferível minimizar as concentrações de cimento Portland e silicato, enquanto mantém as metas de resistência à compressão no produto final de mais de 2 MPa não estrutural, 3 MPa estrutural e 8 MPa estrutural abaixo do solo após 7 dias.[0026] In cost-sensitive applications, it is preferable to minimize Portland cement and silicate concentrations, while maintaining compressive strength targets in the final product of more than 2 MPa non-structural, 3 MPa structural, and 8 MPa structural below ground after 7 days.

[0027] O material aluminossilicato para uso nas composições de geopolímero, de acordo com a presente divulgação, pode ser qualquer material aluminossilicato adequado, por exemplo, o material aluminossilicato pode ser selecionado do grupo que consiste em: cinzas volantes, metacaulim, escória de alto forno, perlita, lama vermelha, escória de ferroníquel, cinza vulcânica e combinações dos mesmos. É preferível que o material aluminossilicato seja um produto residual contendo aluminossilicato que pode ser reciclado, o que evita os custos ambientais e financeiros de descarte e armazenamento de tais produtos residuais.[0027] The aluminosilicate material for use in the geopolymer compositions according to the present disclosure can be any suitable aluminosilicate material, for example, the aluminosilicate material can be selected from the group consisting of: fly ash, metakaolin, high furnace, perlite, red mud, ferronickel slag, volcanic ash and combinations thereof. It is preferred that the aluminosilicate material be an aluminosilicate-containing waste product that can be recycled, which avoids the environmental and financial costs of disposing and storing such waste products.

[0028] Em uma concretização, o material aluminossilicato é a cinza volante. As cinzas volantes são um subproduto da queima da combustão do carvão, por exemplo, em centrais elétricas. A própria cinza volante possui pouca ou nenhuma propriedade cimentícia. Dados os altos níveis de dióxido de silício (SiO2) e óxido de alumínio (Al2O3) tornam as cinzas volantes um precursor adequado para formar materiais geopoliméricos.[0028] In one embodiment, the aluminosilicate material is fly ash. Fly ash is a by-product of burning coal combustion, for example in power stations. Fly ash itself has little or no cementitious properties. Given the high levels of silicon dioxide (SiO2) and aluminum oxide (Al2O3) make fly ash a suitable precursor to form geopolymer materials.

[0029] As cinzas volantes são categorizadas em duas classes: cinzas volantes de Classe F e Cinzas volantes de Classe C. Entre outras diferenças, as cinzas volantes de Classe F contêm menos de 7% de óxido de cálcio (CaO),[0029] Fly ash is categorized into two classes: Class F fly ash and Class C fly ash. Among other differences, Class F fly ash contains less than 7% calcium oxide (CaO),

significativamente menos do que as cinzas volantes de Classe C, que geralmente contém mais do que 20% de CaO.significantly less than Class C fly ash, which generally contains more than 20% CaO.

[0030] As composições de geopolímero, de acordo com a presente divulgação, podem ser formadas a partir de cinzas volantes de Classe F, cinzas volantes de Classe C ou suas misturas, preferencialmente, de cinzas volantes de Classe F.[0030] The geopolymer compositions according to the present disclosure may be formed from Class F fly ash, Class C fly ash or mixtures thereof, preferably from Class F fly ash.

[0031] Preferencialmente, para controlar melhor os tempos de pega e as resistências à compressão das composições de geopolímero, o material aluminossilicato compreende menos de 10% p/p de óxido de cálcio, mais preferencialmente menos de 7% p/p de óxido de cálcio.[0031] Preferably, to better control setting times and compressive strengths of geopolymer compositions, the aluminosilicate material comprises less than 10% w/w calcium oxide, more preferably less than 7% w/w calcium oxide. calcium.

[0032] A mistura reacional compreende ainda água, que pode ser combinada com o material aluminossilicato e o cimento Portland para formar uma pasta. Preferencialmente, a quantidade de água adicionada é apenas o suficiente para formar uma pasta trabalhável com boa dispersão dos componentes da pasta. Verificou-se que minimizar a quantidade de água presente na mistura reacional ajuda a reduzir o encolhimento do produto de geopolímero final. A quantidade de água necessária para formar a pasta dependerá do teor de água dos outros componentes da mistura reacional, incluindo o teor de água do material aluminossilicato e do silicato de metal alcalino, se adicionado como uma solução aquosa.[0032] The reaction mixture further comprises water, which can be combined with the aluminosilicate material and Portland cement to form a paste. Preferably, the amount of water added is just enough to form a workable pulp with good dispersion of the pulp components. Minimizing the amount of water present in the reaction mixture has been found to help reduce shrinkage of the final geopolymer product. The amount of water needed to form the slurry will depend on the water content of the other components of the reaction mixture, including the water content of the aluminosilicate material and the alkali metal silicate if added as an aqueous solution.

[0033] Verificou-se que a pasta formada compreendendo o material aluminossilicato, cimento Portland e água, bem como quaisquer aditivos opcionais, tais como agregado, apresentam uma boa estabilidade. A pasta pode ser armazenada, manuseada e transportada prontamente e pode permanecer fluida até o momento em que a reação de geopolimerização seja iniciada.[0033] The slurry formed comprising the aluminosilicate material, Portland cement and water, as well as any optional additives such as aggregate, has been found to exhibit good stability. The slurry can be readily stored, handled and transported and can remain fluid until the geopolymerization reaction is initiated.

[0034] O silicato de metal alcalino atua para iniciar uma reação de geopolimerização da mistura reacional. O silicato de metal alcalino pode ser qualquer silicato de metal adequado, por exemplo silicato de lítio, silicato de sódio, silicato de potássio, silicato de rubídio, silicato de césio e combinações dos mesmos. Normalmente, devido aos custos e disponibilidade, o silicato de metal é o silicato de potássio ou sódio.[0034] The alkali metal silicate acts to initiate a geopolymerization reaction of the reaction mixture. The alkali metal silicate may be any suitable metal silicate, for example lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, rubidium silicate, cesium silicate and combinations thereof. Typically, due to cost and availability, the metal silicate is potassium or sodium silicate.

[0035] O silicato de metal alcalino pode ser fornecido na forma anidra, ou pode ser fornecido em uma solução aquosa para auxiliar na dispersão do silicato de metal através da mistura reacional. Para os fins da presente divulgação, quando uma solução aquosa foi usada, o teor de água da solução aquosa de silicato de metal faz parte do teor de água descrito da mistura reacional.[0035] The alkali metal silicate can be supplied in anhydrous form, or it can be supplied in an aqueous solution to aid in dispersing the metal silicate through the reaction mixture. For the purposes of the present disclosure, when an aqueous solution was used, the water content of the aqueous metal silicate solution forms part of the described water content of the reaction mixture.

[0036] Em uma concretização, o ativador alcalino é um silicato de metal com uma proporção de SiO2% e M2O% na faixa de 1 a 3. A quantidade de silicato de metal alcalino na mistura reacional variará dependendo de uma série de fatores, incluindo o tipo de silicato de metal usado, a proporção de SiO2% e M2O%, a quantidade de cimento Portland presente na mistura reacional, bem como as propriedades desejadas da composição de geopolímero.[0036] In one embodiment, the alkali activator is a metal silicate with a proportion of SiO2% and M2O% in the range of 1 to 3. The amount of alkali metal silicate in the reaction mixture will vary depending on a number of factors, including the type of metal silicate used, the proportion of SiO2% and M2O%, the amount of Portland cement present in the reaction mixture, as well as the desired properties of the geopolymer composition.

[0037] A mistura reacional pode ainda incluir agregado. A quantidade e o tamanho do agregado adicionado à mistura reacional variarão dependendo das propriedades do agregado, como densidade e tamanho de partícula, bem como das propriedades desejadas do produto de geopolímero final. Por exemplo, o agregado grosso com um tamanho de partícula superior a 5 mm pode ser adicionado para aumentar a resistência à compressão e/ou o agregado fino com um tamanho de partícula inferior a 5 mm pode ser adicionado para reduzir o encolhimento. Em um exemplo, a quantidade de agregado na mistura reacional está na faixa de 0-30%.[0037] The reaction mixture may also include aggregate. The amount and size of aggregate added to the reaction mixture will vary depending on aggregate properties such as density and particle size, as well as the desired properties of the final geopolymer product. For example, coarse aggregate with a particle size greater than 5 mm can be added to increase compressive strength and/or fine aggregate with a particle size of less than 5 mm can be added to reduce shrinkage. In one example, the amount of aggregate in the reaction mixture is in the range of 0-30%.

[0038] De forma alternativa ou adicional, a mistura reacional pode ainda incluir fibras. A quantidade de fibras adicionadas à mistura reacional variará dependendo do tipo e das propriedades da fibra, como comprimento, diâmetro e resistência, bem como as propriedades desejadas do produto final de geopolímero, como a resistência à flexão desejada do produto final.[0038] Alternatively or additionally, the reaction mixture may also include fibers. The amount of fibers added to the reaction mixture will vary depending on the fiber type and properties, such as length, diameter, and strength, as well as the desired properties of the final geopolymer product, such as the desired flexural strength of the final product.

[0039] Os técnicos no assunto compreenderão que numerosas variações e/ou modificações podem ser realizadas nas concretizações descritas acima, sem se afastar do amplo escopo geral da presente divulgação. As presentes concretizações devem, portanto, ser consideradas em todos os aspectos como ilustrativas e não restritivas.[0039] Those skilled in the art will understand that numerous variations and/or modifications may be made to the embodiments described above, without departing from the broad general scope of the present disclosure. The present embodiments are therefore to be considered in all respects as illustrative and not restrictive.

ExemplosExamples

[0040] A presente divulgação é descrita agora mais detalhadamente nos seguintes exemplos não limitativos.[0040] The present disclosure is now described in more detail in the following non-limiting examples.

EXEMPLO DE COMPOSIÇÕES DE GEOPOLÍMEROEXAMPLE OF GEOPOLYMER COMPOSITIONS

[0041] As composições de geopolímero foram preparadas de acordo com a presente divulgação a partir de vários materiais aluminossilicatos. Os teores de Al2O3 e SiO2 dos materiais aluminossilicatos usados para formar composições de geopolímero de acordo com a presente divulgação estão contemplados nas tabelas de resultados abaixo.[0041] Geopolymer compositions were prepared in accordance with the present disclosure from various aluminosilicate materials. The Al2O3 and SiO2 contents of the aluminosilicate materials used to form geopolymer compositions in accordance with the present disclosure are contemplated in the results tables below.

[0042] As composições de geopolímero foram preparadas pela mistura a seco do material aluminossilicato com cimento Portland e, opcionalmente, agregado de 5 mm e/ou 10 mm. Água foi então adicionada à mistura seca e bem misturada para formar uma pasta.[0042] The geopolymer compositions were prepared by dry mixing the aluminosilicate material with Portland cement and, optionally, 5 mm and/or 10 mm aggregate. Water was then added to the dry mixture and mixed well to form a paste.

[0043] O silicato de sódio ou de potássio na forma líquida foi adicionado à pasta e a mistura foi agitada rapidamente para auxiliar a distribuição, após o qual a mistura foi deixada para endurecer. As medições de resistência foram realizadas em 7 dias. Um resumo representativo e não exaustivo das composições de geopolímero formadas usando este método, a gravidade específica e o teste de resistência do dia 7 estão contemplados nas Tabelas 1 e 2 abaixo.[0043] Sodium or potassium silicate in liquid form was added to the slurry and the mixture was stirred rapidly to aid distribution, after which the mixture was allowed to harden. Resistance measurements were performed at 7 days. A representative, non-exhaustive summary of the geopolymer compositions formed using this method, specific gravity and day 7 strength test are contemplated in Tables 1 and 2 below.

[0044] Na preparação das composições de geopolímero de acordo com este método, observou-se que a adição da solução de silicato de metal à pasta levou a uma diminuição inicial na viscosidade da pasta para formar uma "fase fluida" antes da pega da composição de geopolímero. Além disso, conforme descrito em mais detalhes abaixo em relação às amostras 18 a 20, a diminuição da viscosidade após a adição da solução de silicato de metal foi maior do que seria alcançada pela adição da mesma quantidade de água, apesar de a solução de silicato de metal ser mais viscosa do que a água. Esta "fase fluida" promoveu a autocompactação e autonivelamento da composição de geopolímero, em que a maior diminuição na viscosidade normalmente gera composições de geopolímero com maior densidade e/ou resistência à compressão. Observou-se ainda que a “fase fluida” poderia ser controlada ao controlar as concentrações e proporções do cimento Portland e silicato de metal.[0044] In preparing the geopolymer compositions according to this method, it was observed that the addition of the metal silicate solution to the slurry led to an initial decrease in the viscosity of the slurry to form a "fluid phase" prior to setting the composition. of geopolymer. Also, as described in more detail below with respect to samples 18 to 20, the decrease in viscosity after the addition of the metal silicate solution was greater than would be achieved by adding the same amount of water, despite the fact that the silicate solution metal is more viscous than water. This "fluid phase" promoted self-compacting and self-leveling of the geopolymer composition, where the greater decrease in viscosity typically generates geopolymer compositions with higher density and/or compressive strength. It was further observed that the “fluid phase” could be controlled by controlling the concentrations and proportions of Portland cement and metal silicate.

[0045] Nos exemplos mostrados na Tabela 1, o material aluminossilicato usado para preparar as amostras 1, 2 e 3 tinha maiores quantidades de compostos de cálcio do que o material aluminossilicato usado para preparar as amostras 4 e 5. Sem desejar estar limitado pela teoria, as composições de geopolímero formadas a partir de materiais aluminossilicatos compreendendo maiores quantidades de compostos de cálcio tinham uma tendência a endurecer mais rapidamente do que as composições de geopolímero formadas a partir de materiais aluminossilicatos compreendendo quantidades menores de compostos de cálcio. Nas amostras 1 a 5, este tempo de pega mais rápido foi observado para reduzir o desenvolvimento da resistência à compressão da composição de geopolímero, no entanto, essa relação entre tempos de pega rápidos e resistências à compressão menores não foi o caso para todos os materiais aluminossilicatos testados.[0045] In the examples shown in Table 1, the aluminosilicate material used to prepare samples 1, 2 and 3 had greater amounts of calcium compounds than the aluminosilicate material used to prepare samples 4 and 5. Without wishing to be bound by theory , geopolymer compositions formed from aluminosilicate materials comprising greater amounts of calcium compounds had a tendency to harden faster than geopolymer compositions formed from aluminosilicate materials comprising smaller amounts of calcium compounds. In samples 1 to 5, this faster setting time was observed to reduce the compressive strength development of the geopolymer composition, however, this relationship between fast setting times and lower compressive strengths was not the case for all materials. tested aluminosilicates.

[0046] Além de ter menores quantidades de compostos de cálcio, o material aluminossilicato usado para formar as amostras 4 e 5 tinha um tamanho de partícula maior do que o material aluminossilicato usado para formar as amostras 1, 2 e 3. Como se pode observar na Tabela 1, exigiu-se menos água para formar a pasta de amostras de tamanho de partícula de material aluminossilicato maior 4 e 5 do que para as amostras 1, 2 e 3.[0046] In addition to having lower amounts of calcium compounds, the aluminosilicate material used to form samples 4 and 5 had a larger particle size than the aluminosilicate material used to form samples 1, 2 and 3. As can be seen in Table 1, less water was required to slurry for samples of larger aluminosilicate material particle size 4 and 5 than for samples 1, 2 and 3.

TABELA 1: Composições de Geopolímero Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra 1 2 3 4 5 Material aluminossilicato 58,8 53,3 28,6 36,0 36,0 (% p/p) Teor de Al2O3 (% p/p de material (24,0) (24,0) (24,0) (20,2) (20,2) aluminossilicato)TABLE 1: Geopolymer Compositions Sample Sample Sample Sample Sample Sample 1 2 3 4 5 Aluminosilicate material 58.8 53.3 28.6 36.0 36.0 (% w/w) Al2O3 content (% w/w of material ( 24.0) (24.0) (24.0) (20.2) (20.2) aluminosilicate)

Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra 1 2 3 4 5 Teor de SiO2 (% p/p de material (65,9) (65,9) (65,9) (68,5) (68,5) aluminossilicato) Teor de Al2O3 (% p/p de material (89,9) (89,9) (89,9) (88,7) (88,7) aluminossilicato) Cimento Portland 6,5 6,7 10,7 10,0 10,0 (% p/p) Agregado (5 mm) - 6,7 22,5 30,7 30,7 (% p/p) Agregado (10 mm) - - 22,5 - - (% p/p) Água 31,7 30,5 22,3 17,3 16,1 (% p/p) Silicato de Sódio com proporção SiO2%/Na2O% de 2,9 2,9 6,3 6,1 - 2,0 (% p/p) Silicato de Potássio com proporção - - - - 7,3 SiO2%/K2O% de 1,5 (% p/p) Proporção de Cimento Portland: 2,2 2,3 1,7 1,6 1,4 Silicato de Metal Gravidade 1,45 1,51 Específica Resistência à Compressão (dia 7) 5,4 6,7 32,2 11,6 11,1 (MPa)Sample Sample Sample Sample Sample 1 2 3 4 5 SiO2 content (% w/w material (65.9) (65.9) (65.9) (68.5) (68.5) aluminosilicate) Al2O3 content (% w/w material (89.9) (89.9) (89.9) (88.7) (88.7) aluminosilicate) Portland Cement 6.5 6.7 10.7 10.0 10, 0 (% w/w) Aggregate (5 mm) - 6.7 22.5 30.7 30.7 (% w/w) Aggregate (10 mm) - - 22.5 - - (% w/w) Water 31.7 30.5 22.3 17.3 16.1 (% w/w) Sodium Silicate with SiO2%/Na2O% ratio of 2.9 2.9 6.3 6.1 - 2.0 (% w/w) Potassium Silicate with proportion - - - - 7.3 SiO2%/K2O% of 1.5 (% w/w) Proportion of Portland Cement: 2.2 2.3 1.7 1.6 1, 4 Metal Silicate Gravity 1.45 1.51 Specific Compressive Strength (day 7) 5.4 6.7 32.2 11.6 11.1 (MPa)

TABELA 2: Outro Exemplo de Composições de Geopolímero Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra 6 7 8 9 10 11 Material aluminossilicato 65 68 63 70 68 65 (% p/p) Teor de Al2O3 (% p/p de (20,2) (20,2) (20,2) (20,2) (20,2) (20,2) material aluminossilicato) Teor de SiO2 (% p/p de (68,5) (68,5) (68,5) (68,5) (68,5) (68,5) material aluminossilicato) Teor de Al2O3 (% p/p de (88,7) (88,7) (88,7) (88,7) (88,7) (88,7) material aluminossilicato) Cimento Portland 6 6 6 4 6 6 (% p/p) Agregado - - 5 - - 5 (% p/p) Água 26,6 24,1 24,1 24,1 23,6 22,1 (% p/p) Silicato de Sódio com proporção 2,4 1,9 1,9 1,9 2,4 1,9 SiO2%/Na2O% de 2,0 (% p/p) Proporção de Cimento 2,5 3,1 3,1 2,1 2,5 3,1 Portland: Silicato de Metal Resistência à Compressão 6,4 6,7 4,8 3,9 7 7,6 (dia 7) (MPa)TABLE 2: Another Example of Geopolymer Compositions Sample Sample Sample Sample Sample Sample 6 7 8 9 10 11 Aluminosilicate Material 65 68 63 70 68 65 (% w/w) Al2O3 Content (% w/w of (20.2) ( 20.2) (20.2) (20.2) (20.2) (20.2) aluminosilicate material) SiO 2 content (% w/w of (68.5) (68.5) (68.5 ) (68.5) (68.5) (68.5) aluminosilicate material) Al 2 O 3 content (% w/w of (88.7) (88.7) (88.7) (88.7) (88 .7) (88.7) aluminosilicate material) Portland Cement 6 6 6 4 6 6 (% w/w) Aggregate - - 5 - - 5 (% w/w) Water 26.6 24.1 24.1 24, 1 23.6 22.1 (% w/w) Sodium Silicate with proportion 2.4 1.9 1.9 1.9 2.4 1.9 SiO2%/Na2O% of 2.0 (% w/w ) Cement Ratio 2.5 3.1 3.1 2.1 2.5 3.1 Portland: Metal Silicate Compressive Strength 6.4 6.7 4.8 3.9 7 7.6 (day 7) (MPa)

EFEITO DA PROPORÇÃO DE CIMENTO PORTLAND: SILICATO DE METALEFFECT OF PORTLAND CEMENT PROPORTION: METAL SILICATE SOBRE O TEMPO DE PEGAABOUT CATCH TIME

[0047] As composições de geopolímero foram preparadas de acordo com a presente divulgação a partir de vários materiais aluminossilicatos da maneira descrita acima para as amostras nas Tabelas 1 e 2. A proporção de cimento Portland: silicato de metal das composições foi variada para avaliar o efeito da proporção sobre os tempos de pega. Um resumo das composições de geopolímero formadas usando este método e os tempos de pega para as composições de geopolímero formadas estão contemplados na Tabela 3 abaixo.[0047] The geopolymer compositions were prepared in accordance with the present disclosure from various aluminosilicate materials in the manner described above for the samples in Tables 1 and 2. The Portland cement:metal silicate ratio of the compositions was varied to assess the effect of proportion on setting times. A summary of the geopolymer compositions formed using this method and the setting times for the geopolymer compositions formed are contemplated in Table 3 below.

[0048] Como pode ser observado na Tabela 3 abaixo, um aumento na concentração de silicato de metal em relação à concentração de cimento Portland (ou seja, uma diminuição na proporção de cimento Portland: silicato de metal) resultou normalmente em tempos de pega maiores.[0048] As can be seen in Table 3 below, an increase in metal silicate concentration relative to Portland cement concentration (i.e., a decrease in Portland cement: metal silicate ratio) typically resulted in longer setting times. .

TABELA 3: Efeito da Proporção de Cimento Portland: Silicato de Metal sobre o Tempo de Pega Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra 12 13 14 15 160 17 Material aluminossilicato 54,5 60,3 58,2 43,2 46,3 51,4 (% p/p) Teor de Al2O3 (% p/p de (20,2) (20,2) (20,2) (24,0) (24,0) (24,0) material aluminossilicato) Teor de SiO2 (% p/p de (68,5) (68,5) (68,5) (65,9) (65,9) (65,9) material aluminossilicato) Teor total de Al2O3 + SiO2 (% p/p de (88,7) (88,7) (88,7) (89,9) (89,9) (89,9) material aluminossilicato)TABLE 3: Effect of Portland Cement: Metal Silicate Ratio on Set Time Sample Sample Sample Sample Sample Sample 12 13 14 15 160 17 Aluminosilicate material 54.5 60.3 58.2 43.2 46.3 51.4 (% w/w) Content of Al2O3 (% w/w of (20.2) (20.2) (20.2) (24.0) (24.0) (24.0) aluminosilicate material) SiO2 (% w/w of (68.5) (68.5) (68.5) (65.9) (65.9) (65.9) aluminosilicate material) Total content of Al2O3 + SiO2 (% w/w p of (88.7) (88.7) (88.7) (89.9) (89.9) (89.9) aluminosilicate material)

Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra Amostra 12 13 14 15 160 17 Cimento Portland 6,1 3,2 1,5 2,3 2,4 2,7 (% p/p) Água 30,1 28,1 31,8 50,5 46,0 37,6 (% p/p) Silicato de Sódio com proporção 9,3 - 8,5 4,0 5,4 8,3 SiO2%/Na2O% de 2,0 (% p/p) Silicato de Potássio com proporção - 8,4 - - - - SiO2%/K2O% de 1,5 (% p/p) Proporção de Cimento 0,7 0,4 0,2 0,6 0,4 0,3 Portland: Silicato de Metal Tempo de Pega 2,5 4 14 7,5 11 16 (mins)Sample Sample Sample Sample Sample Sample 12 13 14 15 160 17 Portland Cement 6.1 3.2 1.5 2.3 2.4 2.7 (% w/w) Water 30.1 28.1 31.8 50, 5 46.0 37.6 (% w/w) Sodium Silicate with proportion 9.3 - 8.5 4.0 5.4 8.3 SiO2%/Na2O% of 2.0 (% w/w) Silicate of Potassium with proportion - 8.4 - - - - SiO2%/K2O% of 1.5 (% w/w) Proportion of Cement 0.7 0.4 0.2 0.6 0.4 0.3 Portland: Metal Silicate Set Time 2.5 4 14 7.5 11 16 (mins)

EFEITO DA CONCENTRAÇÃO DE SILICATO SOBRE A RESISTÊNCIA ÀEFFECT OF SILICATE CONCENTRATION ON RESISTANCE TO COMPRESSÃOCOMPRESSION

[0049] As composições de geopolímero foram preparadas de acordo com a presente divulgação a partir de um material aluminossilicato da maneira descrita acima para os exemplos anteriores. As concentrações de água e solução de silicato de sódio foram variadas para avaliar o efeito da concentração de silicato de metal sobre a composição de geopolímero. Um resumo das composições de geopolímero formadas usando este método e o teste de resistência do dia 7 estão contemplados na Tabela 4 abaixo.[0049] Geopolymer compositions were prepared in accordance with the present disclosure from an aluminosilicate material in the manner described above for the previous examples. The concentrations of water and sodium silicate solution were varied to assess the effect of metal silicate concentration on the geopolymer composition. A summary of the geopolymer compositions formed using this method and the day 7 strength test are contemplated in Table 4 below.

TABELA 4: Efeito da Concentração de Silicato sobre a Resistência à CompressãoTABLE 4: Effect of Silicate Concentration on Compressive Strength

Amostra Amostra Amostra 18 19 20Sample Sample Sample 18 19 20

Material aluminossilicato 60 60 60 (% p/p)Aluminosilicate material 60 60 60 (% w/w)

Teor de Al2O3 (% p/p de material 5-20 5-20 5-20 aluminossilicato)Al2O3 content (% w/w of material 5-20 5-20 5-20 aluminosilicate)

Teor de SiO2 (% p/p de material <10 <10 <10 aluminossilicato)SiO2 content (% w/w of material <10 <10 <10 aluminosilicate)

Teor de Na4Al3Si3Cl (% p/p de material 15-35 15-35 15-35 aluminossilicato)Na4Al3Si3Cl content (% w/w of material 15-35 15-35 15-35 aluminosilicate)

Cimento Portland 10 10 10 (% p/p)Portland Cement 10 10 10 (% w/w)

Agregado (10 mm) 10 10 10 (% p/p)Aggregate (10 mm) 10 10 10 (% w/w)

Água 12 10 8Water 12 10 8

Solução de Silicato de Sódio # 8 10 12 (% p/p)Sodium Silicate Solution # 8 10 12 (% w/w)

Proporção de Cimento Portland: 2,8 2,3 1,9 Silicato de SódioPortland Cement Proportion: 2.8 2.3 1.9 Sodium Silicate

Resistência à Compressão (dia 7) 4,8 7,1 11,5 (MPa) # 44% p/p de sólidos; proporção SiO2%/Na2O% de 2,0Compression Strength (day 7) 4.8 7.1 11.5 (MPa) # 44% w/w solids; SiO2%/Na2O% ratio of 2.0

[0050] Na preparação das amostras 18 a 20, observou-se que a densidade da composição de geopolímero aumentou com o aumento da concentração de silicato de sódio.[0050] In the preparation of samples 18 to 20, it was observed that the density of the geopolymer composition increased with increasing concentration of sodium silicate.

Além disso, observou-se que uma “fase fluida” de menor viscosidade foi alcançada com um nível de silicato mais alto antes da pega, o que resultou em um tempo de pega mais lento.In addition, it was observed that a lower viscosity “fluid phase” was achieved with a higher silicate level prior to setting, which resulted in a slower setting time.

Este é um resultado inesperado, pois a viscosidade do silicato de sódio líquido é maior do que a da água, embora uma maior diminuição da viscosidade seja observada na adição de silicato do que seria esperado pela adição de água padrão.This is an unexpected result, as the viscosity of liquid sodium silicate is higher than that of water, although a greater decrease in viscosity is observed with the addition of silicate than would be expected by the addition of standard water.

Isso sugere ainda que a mudança de fase, que fornece as propriedades benéficas de autocompactação e autonivelamento das composições de geopolímero de acordo com a presente divulgação, está ligada à formação de geopolímero.This further suggests that the phase change, which provides the beneficial self-compacting and self-leveling properties of geopolymer compositions in accordance with the present disclosure, is linked to geopolymer formation.

Claims

Reivindicaçõesclaims

1. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO caracterizada por compreender o produto de reação de uma mistura reacional compreendendo: 30-80% p/p de material aluminossilicato, o material aluminossilicato tendo um teor combinado de Al2O3 e SiO2 de 15-90% p/p; 1-20% p/p de cimento Portland; 10-60% p/p de água; e 1-10% p/p de silicato de metal alcalino, em que a proporção de cimento Portland:silicato de metal alcalino está na faixa de cerca de 0,1 a cerca de 3,0.1. GEOPOLYMER COMPOSITION characterized in that it comprises the reaction product of a reaction mixture comprising: 30-80% w/w of aluminosilicate material, the aluminosilicate material having a combined content of Al2O3 and SiO2 of 15-90% w/w; 1-20% w/w Portland cement; 10-60% w/w water; and 1-10% w/w alkali metal silicate, wherein the Portland cement:alkali metal silicate ratio is in the range of about 0.1 to about 3.0.

2. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo material aluminossilicato ser selecionado do grupo que consiste em: cinza volante, metacaulim, escória de alto forno, perlita, lama vermelha, escória de ferroníquel, cinza vulcânica e combinações dos mesmos.2. GEOPOLLYMER COMPOSITION, according to claim 1, characterized in that the aluminosilicate material is selected from the group consisting of: fly ash, metakaolin, blast furnace slag, perlite, red mud, ferronickel slag, volcanic ash and combinations thereof .

3. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 1 ou reivindicação 2, caracterizada pelo material aluminossilicato compreender menos de 10% p/p de óxido de cálcio.A GEOPOLLYMER COMPOSITION according to claim 1 or claim 2, characterized in that the aluminosilicate material comprises less than 10% w/w calcium oxide.

4. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo material aluminossilicato compreender menos de 7% p/p de óxido de cálcio.A GEOPOLLYMER COMPOSITION according to claim 3, characterized in that the aluminosilicate material comprises less than 7% w/w calcium oxide.

5. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pelo aluminossilicato compreender cinzas volantes de Classe F.5. GEOPOLYMER COMPOSITION, according to any one of the preceding claims, characterized in that the aluminosilicate comprises Class F fly ash.

6. GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado pelo silicato de metal alcalino ter uma proporção de SiO2% e M2O% na faixa de 1 a 3.6. GEOPOLYMER, according to any one of the preceding claims, characterized in that alkali metal silicate has a proportion of SiO2% and M2O% in the range of 1 to 3.

7. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 5 ou reivindicação 6, caracterizada pelo silicato de metal alcalino ser selecionado do grupo que consiste em: silicato de lítio, silicato de sódio, silicato de potássio, silicato de rubídio, silicato de césio e combinações dos mesmos.7. A GEOPOLLYMER COMPOSITION, according to claim 5 or claim 6, characterized in that the alkali metal silicate is selected from the group consisting of: lithium silicate, sodium silicate, potassium silicate, rubidium silicate, cesium silicate and combinations thereof.

8. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 7, caracterizada pelo silicato de metal ser silicato de sódio ou silicato de potássio.8. GEOPOLYMER COMPOSITION, according to claim 7, characterized in that the metal silicate is sodium silicate or potassium silicate.

9. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pela mistura reacional compreender ainda agregado.9. A GEOPOLYMER COMPOSITION, according to any one of the preceding claims, characterized in that the reaction mixture further comprises aggregate.

10. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 9, caracterizada pelo agregado compreender agregado grosso com tamanho de partícula de 5 mm a 40 mm.10. GEOPOLYMER COMPOSITION, according to claim 9, characterized in that the aggregate comprises coarse aggregate with a particle size of 5 mm to 40 mm.

11. GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 9 ou reivindicação 10, caracterizado pelo agregado compreender agregado fino com tamanho de partícula de 40 µm a 400 µm.11. GEOPOLYMER, according to claim 9 or claim 10, characterized in that the aggregate comprises fine aggregate with a particle size of 40 µm to 400 µm.

12. GEOPOLÍMERO, de acordo com a reivindicação 11, caracterizado pelo agregado fino compreender areia.12. GEOPOLYMER, according to claim 11, characterized in that the fine aggregate comprises sand.

13. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pela composição de geopolímero ter uma resistência à compressão de 7 dias superior a 15 MPa.A GEOPOLLYMER COMPOSITION according to any one of the preceding claims, characterized in that the geopolymer composition has a compressive strength of 7 days greater than 15 MPa.

14. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pela composição de geopolímero ter uma resistência à compressão de 28 dias superior a 20 MPa.A GEOPOLLYMER COMPOSITION according to any one of the preceding claims, characterized in that the geopolymer composition has a compressive strength of 28 days greater than 20 MPa.

15. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pela proporção de cimento Portland:silicato de metal alcalino ser selecionada para controlar o tempo de endurecimento da composição de geopolímero.A GEOPOLYMER COMPOSITION according to any one of the preceding claims, characterized in that the Portland cement:alkali metal silicate ratio is selected to control the hardening time of the geopolymer composition.

16. COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizada pela composição de geopolímero ter uma gravidade específica superior a 1,5.A GEOPOLLYMER COMPOSITION according to any one of the preceding claims, characterized in that the geopolymer composition has a specific gravity greater than 1.5.

17. MÉTODO DE PREPARAÇÃO DE UMA COMPOSIÇÃO DE GEOPOLÍMERO, de acordo com qualquer uma das reivindicações anteriores, caracterizado por compreender: formar uma pasta aquosa compreendendo o material aluminossilicato, cimento Portland e água; adicionar o silicato de metal alcalino à pasta para iniciar uma reação de geopolimerização; e permitir que a pasta endureça.17. A METHOD OF PREPARING A GEOPOLYMER COMPOSITION, according to any one of the preceding claims, characterized in that it comprises: forming an aqueous slurry comprising the aluminosilicate material, Portland cement and water; adding the alkali metal silicate to the slurry to initiate a geopolymerization reaction; and allow the paste to harden.

18. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17, caracterizado pela pasta aquosa ser misturada para formar uma mistura substancialmente homogênea.18. METHOD according to claim 17, characterized in that the aqueous slurry is mixed to form a substantially homogeneous mixture.

19. MÉTODO, de acordo com a reivindicação 17 ou reivindicação 18, caracterizado pela reação de geopolimerização ocorrer à temperatura ambiente19. METHOD, according to claim 17 or claim 18, characterized in that the geopolymerization reaction takes place at room temperature