Concretos refratários com baixo teor de cimento são comparados aos concretos refratários tradicionais de cimento aluminoso. A quantidade de cimento adicionada nos concretos refratários tradicionais de cimento aluminoso geralmente varia de 12 a 20%, e a quantidade de água adicionada geralmente varia de 9 a 13%. Devido à alta quantidade de água adicionada, o corpo moldado apresenta muitos poros, não é denso e tem baixa resistência; devido à grande quantidade de cimento adicionada, embora se obtenham resistências mais elevadas em temperaturas normais e baixas, a resistência diminui devido à transformação cristalina do aluminato de cálcio em temperaturas médias. Obviamente, o CaO introduzido reage com o SiO₂ e o Al₂O₃ no concreto, gerando algumas substâncias de baixo ponto de fusão, resultando na deterioração das propriedades do material em altas temperaturas.
Quando se utilizam tecnologia de pó ultrafino, aditivos de alta eficiência e granulometria científica, o teor de cimento do concreto refratário é reduzido para menos de 8% e o teor de água para ≤7%, podendo-se preparar um concreto refratário de baixo teor de cimento com teor de CaO ≤2,5%, e seus indicadores de desempenho geralmente superam os dos concretos refratários de cimento aluminoso. Esse tipo de concreto refratário apresenta boa tixotropia, ou seja, o material misturado adquire uma forma definida e começa a fluir com uma pequena força externa. Ao remover a força externa, ele mantém a forma obtida. Portanto, também é chamado de concreto refratário tixotrópico. O concreto refratário autoaglomerante também é denominado concreto refratário tixotrópico e pertence a essa categoria. O significado preciso de concretos refratários de baixo teor de cimento ainda não foi definido. A Sociedade Americana para Testes e Materiais (ASTM) define e classifica os concretos refratários com base em seu teor de CaO.
Densidade e alta resistência são as características marcantes dos concretos refratários de baixo teor de cimento. Isso contribui para aumentar a vida útil e o desempenho do produto, mas também apresenta dificuldades na cura antes do uso, pois o vazamento pode ocorrer facilmente se não houver cuidado durante a cura. O fenômeno de explosão da massa pode exigir, no mínimo, um novo vazamento ou, em casos graves, colocar em risco a segurança dos trabalhadores próximos. Portanto, diversos países têm realizado estudos sobre a cura de concretos refratários de baixo teor de cimento. As principais medidas técnicas incluem: a formulação de curvas de cura adequadas e a introdução de excelentes agentes anti-explosão, entre outras, o que permite a eliminação suave da água nos concretos refratários sem causar outros efeitos colaterais.
A tecnologia de pós ultrafinos é fundamental para concretos refratários de baixo teor de cimento (atualmente, a maioria dos pós ultrafinos utilizados em cerâmicas e materiais refratários possui tamanho entre 0,1 e 10 µm e funciona principalmente como aceleradores de dispersão e densificadores estruturais. O primeiro promove alta dispersão das partículas de cimento sem floculação, enquanto o segundo preenche completamente os microporos da massa de concreto, melhorando sua resistência).
Os tipos de pós ultrafinos mais utilizados atualmente incluem SiO2, α-Al2O3, Cr2O3, etc. A área superficial específica do micropó de SiO2 é de cerca de 20 m²/g, e seu tamanho de partícula é aproximadamente 1/100 do tamanho da partícula de cimento, o que lhe confere boas propriedades de preenchimento. Além disso, o micropó de SiO2, Al2O3, Cr2O3, etc., também pode formar partículas coloidais em água. Quando um dispersante está presente, forma-se uma dupla camada elétrica sobreposta na superfície das partículas, gerando repulsão eletrostática, que supera a força de van der Waals entre as partículas e reduz a energia interfacial. Isso impede a adsorção e a floculação entre as partículas; ao mesmo tempo, o dispersante é adsorvido ao redor das partículas, formando uma camada de solvente, o que também aumenta a fluidez do concreto refratário. Este é também um dos mecanismos de ação do pó ultrafino: a adição de pó ultrafino e dispersantes adequados pode reduzir o consumo de água em concretos refratários e melhorar a fluidez.
A pega e o endurecimento de concretos refratários de baixo teor de cimento resultam da ação combinada da ligação por hidratação e da ligação por coesão. A hidratação e o endurecimento do cimento de aluminato de cálcio ocorrem principalmente pela hidratação das fases hidráulicas CA e CA2 e pelo processo de crescimento cristalino de seus hidratos, ou seja, reagem com a água para formar cristais hexagonais em forma de flocos ou agulhas, como CAH10 e C2AH8. Produtos de hidratação, como cristais cúbicos de C3AH6 e géis de Al2O3aq, formam uma estrutura de rede interconectada por condensação-cristalização durante os processos de cura e aquecimento. A aglomeração e a ligação ocorrem devido ao pó ultrafino de SiO2 ativo, que forma partículas coloidais ao entrar em contato com a água e com os íons que se dissociam lentamente do aditivo adicionado (ou seja, da substância eletrolítica). Como as cargas superficiais dos dois são opostas, ou seja, a superfície do coloide adsorve contra-íons, o potencial ΔH diminui e a condensação ocorre quando a adsorção atinge o "ponto isoelétrico". Em outras palavras, quando a repulsão eletrostática na superfície das partículas coloidais é menor que sua atração, ocorre a ligação coesiva com o auxílio da força de van der Waals. Após a condensação do concreto refratário misturado com pó de sílica, os grupos Si-OH formados na superfície do SiO₂ secam e desidratam, formando pontes e uma estrutura de rede de siloxano (Si-O-Si), resultando no endurecimento. Nessa estrutura de rede de siloxano, as ligações entre silício e oxigênio não diminuem com o aumento da temperatura, de modo que a resistência também continua a aumentar. Ao mesmo tempo, em altas temperaturas, a estrutura de rede de SiO₂ reage com o Al₂O₃ nela contido, formando mulita, o que pode melhorar a resistência em temperaturas médias e altas.
Data da publicação: 28/02/2024
