001 Refere-se a presente patente de invenção a compostos para construção civil em geral, mais especificamente a cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção que, de acordo com as suas características, possui como princípio básico propiciar à formação de um cimento geopolimérico em estrutura ligante própria e específica do tipo sólido rígido, formulada a base de vidro reciclado (resíduo), álcalis e água e obtido diretamente por meio de moagem, homogeneização, alcalinização e cura em temperatura ambiente ou forçada dos seus componentes - vidro moído em presença de álcalis e água é a essência do cimento geopolimérico, com vistas a possibilitar de forma extremamente prática, segura e económica a aplicação como nova matriz geopolimérica em substituição as tradicionais formadas por metacaulim, escória de alto forno, cinzas volante ou rocha vulcânica nas mais diversas aplicações - fabricação de placas cimentícias, concretos, compósitos fibrosos e materiais para recobrimentos, aliado ao conceito de ecologicamente correto pelo completo reaproveitamento deste resíduo descartado na natureza e, tendo como base, um cimento geopolimérico de grande resistência, durabilidade e precisão que apresenta características de praticidade no manuseio e na aplicação para melhor adaptação e segurança dos usuários, de custo bastante acessível e, devido às suas características gerais e composição, facilmente adaptável a uma vasta gama de resíduos de vidros, locais e usuários em geral, independentes das características que estes possam apresentar.

002 A industrialização de um modo geral, além de trazer acentuado progresso económico à humanidade nas últimas décadas, acabou ocasionando um crescimento totalmente desordenado da população, principalmente nas regiões urbanas de países menos industrializados. O resultado imediato foi o aumento do consumo da população e, com isso, a geração de maior quantidade de resíduos, que, geralmente, possuem manejo e destino totalmente inadequados, provocando, assim, efeitos diretos e indesejáveis ao meio ambiente.

003 Atualmente, grande parte dos entulhes gerados nas cidades possui como seu destino final os aterros, de modo a gerar um impacto ambiental de grandes proporções que preocupa engenheiros especializados em meio ambiente. A solução, para eles, deve ser a reciclagem do material, que pode gerar emprego e renda para uma vasta gama de mão-de-obra, pois se estima que nos lixões, até setenta por cento dos resíduos sejam de matérias de construção e, desse total, até oitenta por cento poderia ser material reciclado como, por exemplo, os vidros, isto é, o reaproveitamento de resíduos da construção civil ainda é pouco significativo, para não se dizer nulo, e só poderá crescer à medida que se desenvolva um grande mercado de utilização segura do entulho reciclado.

004 Nesta linha de ação, tem se tornado imprescindível para a sociedade como um todo, principalmente as empresas e órgãos governamentais responsáveis pelo acondicionamento e tratamento de resíduos sólidos em geral, a estruturação de versáteis, práticas, seguras, eficientes e económicas estruturas capazes de possibilitar um amplo, quando não completo, reaproveitamento dos resíduos sólidos gerados e em grande parte descartados em lixões, entre os quais se encontra a enorme quantidade e tipos de vidros descartados.

005 O cimento geopolimérico, sob o ponto de vista terminológico, pode ser definido como um sistema ligante que endurece a temperatura ambiente, apresenta propriedades de formar ligações químicas fortes com a maioria dos agregados rochosos e pode ser fabricado a partir de materiais naturais minimamente processados ou subprodutos, contribuindo em muito para a redução da emissão de carbono diretamente para a atmosfera.

006 O cimento geopolimérico apresenta-se como um material inovador e uma excelente alternativa a aplicação do cimento Portland convencional na construção civil e infraestrutura de transporte entre outras, como, por exemplo, na fabricação de concretos primordialmente devido a sua habilidade em formar ligações químicas fortes com todo tipo de agregados rochosos.

007 Atualmente, para a produção de cimento geopolimérico tradicional é necessário uma matéria-prima à base de aluminossilicato natural, um reagente alcalino compatível como silicato solúvel de sódio ou os hidróxidos de sódio, de potássio e água. Como exemplo de matérias-primas principais para a produção de cimento geopolimérico convencional pode-se citar argilas cauliníticas e lateríticas calcinadas, rochas vulcânicas, resíduos de mineração e matérias-primas oriundas de subprodutos industriais como escória de alto-forno e cinzas volantes da produção de carvão.

008 Em uma ampla análise da literatura com o intuito de se estabelecer o estado da técnica vigente frente a cimentos geopoliméricos e seus processos de obtenção, objetos da presente patente de invenção, não foram descritos na literatura documentos relevantes ao estado da técnica que relacionem o objeto específico reivindicado na presente patente de invenção, ou seja, um cimento geopolimérico com formulação baseada no completo reaproveitamento de vidros reciclados.

009 Considerando que o principal agente formador dos cimentos geopoliméricos são materiais que apresentam estrutura amorfa, susceptíveis a formação de uma rede tridimensional de aíuminossilicatos, propõe-se uma nova matriz inorgânica e amorfa a base de vidros reciclados para formação de cimentos geopoliméricos è seus materiais derivados, sendo esta, uma alternativa de menor custo energético e ambientalmente correio para a produção de materiais de base cimentícia, somando- se aos esforços em voga atualmente dedicados a construções habitacionais do tipo verde ou greenhouse, as quais objetivam primordialmente a mitigação do CO ₂ de materiais com baixo custo energético de fabricação.

0010 De forma mais específica, propõem-se um material alternativo ao metacaulim (argilas cauliníticas e lateríticas calcinadas), rochas vulcânicas, escórias de alto forno e cinzas volantes como principal agente formador de cimentos geopoliméricos, com a vantagem adicional do material em questão - vidro reciclado, não necessitar de tratamento térmico para sua ativação, já que a sua estrutura é essencialmente amorfa. Além disso, por se tratar de um resíduo/rejeito doméstico e industrial que muitas vezes é disposto diretamente em aterros sanitários provocando sérios problemas ambientais e riscos a saúde humana, a sua eliminação do meio ambiente e fabricação de novos materiais vem a apresentar uma alternativa ambientalmente correia e eficaz para utilização destes rejeitos/resíduos industriais extremamente importante, considerando principalmente que os vidros não são materiais biodegradáveis.

001 1 Estes rejeitos/resíduos são vidros de vários tipos, oriundos de seus mais diferentes processos de fabricação, sejam eles rejeitos de vidros planos, laminados ou temperados, borossilicatos, transparentes ou coloridas, lâmpadas incandescentes ou fluorescentes, embalagens ou oriundos de lapidação entre outros, ou seja, qualquer tipo de resíduo/rejeito de vidro de processos industriais, construções civis ou domésticos, os quais quando adequadamente processados constituem a nova matriz geopolimérica em substituição as tradicionais formadas por metacaulim, escória de alto forno ou rocha vulcânica.

0012 Desta forma, a concepção geral do presente cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção, objeto da presente patente, é baseada totalmente na sua composição simples e robusta com um mínimo necessário de componentes e aplicabilidade extremamente simplificada, segura e otimizada, aliado aos procedimentos de obtenção bastante práticos, de modo a gerar um cimento geopolimérico prático e eficiente que, a partir de resíduos de vidros normalmente descartados na natureza, possui a propriedade de formar ligações químicas fortes com a maioria dos agregados rochosos, sendo a qualidade desta ligação pasta de cimento geopolimérico - agregado, quando comparada a de concretos a base do cimento Portland, ser muito superior, já que este último desenvolve uma interface formada por uma região de transição porosa rica em hidróxido de cálcio, que é caracterizado por ser um material frágil e de baixa resistência.

0013 Cabe ressaltar ainda que, não se faz necessário o emprego da temperatura para obtenção do cimento geopolimérico, o próprio vidro finamente dividido constitui-se na matéria-prima cimentante, ao contrário dos demais cimentos geopoliméricos, isto é, gera-se economia de energia e minimização da emissão de C0 ₂ para a atmosfera - principal causador do efeito estufa. Comparativamente com o processo de fabricação do clínquer do cimento Portland que compreende a calcinação do carbonato de cálcio, isto é, libera para a atmosfera o poluente químico C0 ₂ , o cimento polimérico a partir de vidro reciclado é extremamente menos poluente.

0014 Neste mesmo conceito, a temperatura atua como acelerador do processo de endurecimento do cimento geopolimérico o qual pode atingir a resistência mecânica a compressão aproximada de quarenta e um megapascal após tratamento a sessenta e cinco graus Celsius por quatro horas, ou seja, um poder de cura mais rápido, chegando a ganhar a maior parte de sua resistência num período de vinte e quatro horas.

0015 A patente em apreço caracteriza-se por reunir componentes e processos em uma concepção diferenciada, a qual atenderá às diversas exigências que a natureza da utilização demanda, isto é, obtenção de um cimento geopolimérico a base de vidro reciclado. Concepção esta que garante um cimento geopolimérico de grande eficiência, resistência, funcionalidade, versatilidade, durabilidade, segurança, integridade, confiabilidade e economia em razão das excelentes qualidades técnicas, o que proporciona vantagens e melhoras nos procedimentos de produção e aplicação de cimento geopolimérico, assim como na reciclagem de resíduos sólidos como os vidros e, cujas características gerais, diferem das demais formas e modelos conhecidos pelo atual estado da técnica.

0016 A presente patente consiste no emprego de um moderno, eficiente e preciso cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção formada por um conjunto de soluções físico-químicas e estruturais corretamente incorporadas, constituindo um cimento geopolimérico em estrutura ligante própria e específica com formulação geral diferenciada na forma sólida rígida que, por suas características próprias, é obtida mediante um processo específico através de moagem, homogeneização, alcalinização e cura (endurecimento) em temperatura ambiente ou forçada, e uma composição geral baseada em proporções definidas de vidro reciclado (resíduo), álcalis e água, de modo a possibilitar a obtenção de uma excelente composição à base de vidro moído em presença de álcalis e água que constitui a essência do cimento geopolimérico, caracterizando-se por seu poder altamente aglutinante para a formação de outros materiais nas mais diversas aplicações - fabricação de placas cimentícias, concretos em geral, compósitos fibrosos e materiais para recobrimentos.

0017 O presente cimento geopolimérico baseia-se na aplicação de componentes e processos em uma concepção diferenciada, com o objetivo de se alcançar a excelência na obtenção e aplicação deste, sem, no entanto, atingir um alto grau de sofisticação e complexibilidade, tornando possível solucionar alguns dos principais inconvenientes das demais formas e modelos conhecidos pelo atual estado da técnica e empregados na obtenção de cimentos geopoliméricos, que se situam em uma faixa de trabalho na qual as formas e/ou modelos apresentam dificuldades de obtenção e aplicação, baixa eficiência e performance, acidentes muito frequentes, pouca durabilidade e resistência, baixa versatilidade, trabalhosa na aplicação, elevadas perdas, elevado índice de poluição da atmosfera, e alto consumo de energia.

0018 Os objetivos, vantagens e demais características importantes da patente em apreço poderão ser mais facilmente compreendidas quando lidas em conjunto com a composição e os procedimentos de obtenção.

0019 A presente patente de invenção de "Cimento Geopolimérico a partir de Vidros Reciclados e seu Processo de Obtenção", é compreendida por um cimento geopolimérico em estrutura ligante com formulação geral diferenciada na forma sólida rígida que, por suas características próprias, é obtida mediante um processo específico através de moagem, homogeneização, alcalinização e cura (endurecimento) em temperatura ambiente ou forçada, e uma composição geral baseada em proporções definidas de vidro reciclado (resíduo), álcalis e água, de modo a possibilitar a obtenção de uma excelente composição à base de vidro reciclado para utilização como alternativa ao cimento Portland convencional nas mais diversas aplicações, sendo a formulação e, consequentemente, as quantidades empregadas, baseadas diretamente nas aplicações a que se destinam.

0020 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por uma composição geral na qual a sua formulação básica consiste de uma faixa de aproximadamente quarenta e cinco a oitenta por cento de vidro reciclado; meio a cinco por cento de álcalis; e vinte a cinquenta e cinco por cento de água, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0021 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por os álcalis serem hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0022 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido em sua composição geral na qual sua formulação básica pode consistir de uma faixa de vinte e cinco a trinta e cinco por cento de cargas minerais tipos naturais ou sintéticas, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0023 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por as cargas minerais inertes tipo sintética serem óxido de alumínio, óxido de zinco ou magnésio, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0024 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por as cargas minerais inertes tipo naturais serem argilominerais, silicatos ou aluminosilicatos, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0025 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por poder conter materiais fibrosos inertes - fibras do tipo natural ou sintética, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0026 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido em sua composição geral na qual sua formulação básica pode consistir de uma faixa de um a cinco por cento de materiais fibrosos inertes - fibras do tipo natural ou sintética, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0027 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por os materiais fibrosos inertes - fibras do tipo natural serem pó de serra, fibra celulose, casca de arroz ou bagaço de cana, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0028 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por os materiais fibrosos inertes - fibras do tipo sintética serem nylon, polipropileno, ou fibra de vidro, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0029 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido por poder conter resíduos da construção civil, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0030 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção é compreendido em sua composição geral na qual sua formulação básica pode consistir de uma faixa de um a cinco por cento de resíduos da construção civil, mantendo todas as demais características do cimento geopolimérico.

0031 O processo de obtenção do cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados baseia-se na perfeita moagem, homogeneização, alcalinização e cura (endurecimento) em temperatura ambiente ou forçada, isto é, uma mistura dos componentes com consistência reologia de argamassa curada a temperatura ambiente ou sob a ação da temperatura para acelerar o processo de pega. Inicialmente, realiza-se a moagem do vidro reciclado até obter-se um material finamente moído. Em seguida, realiza-se a homogeneização dos componentes básicos da formulação vidro reciclado, álcalis e água, assim como dos demais materiais como carga mineral inerte do tipo maturais ou sintéticas, material fibrosos inertes - fibras natural ou sintética, ou resíduo da construção civil. Na sequência, realiza-se a alcalinização do composto homogeneizado através dos álcalis como hidróxido de potássio e hidróxido de sódio e água obtendo-se uma argamassa. Por último, realiza-se a cura da argamassa através de temperatura ambiente durante aproximadamente doze horas ou a temperatura forçada em estufa com temperatura entre sessenta e cinco a cento e setenta e cinco graus Celsius durante duas a quatro horas, obtendo-se um sólido rígido como cimento geopolimérico.

0032 Esta base de cimento geopolimérico composta na proporção em peso por quarenta e cinco por cento de vidro moído, meio a cinco por cento de álcalis, e vinte a cinquenta e cinco por cento de água, possui resistência mecânica a compressão de vinte a trinta megapascal após doze horas de cura a temperatura ambiente. Quando curado em estufa entre sessenta e cinco e setenta e cinco graus Celsius as composições atingem estes valores após um período de duas horas, isto é, a temperatura é uma variável importante a ser considerada quando se deseja acelerar o processo de cura.

0033 De uma forma mais específica, para a obtenção do cimento geopolimérico, resíduos/rejeitos de vidro plano das mais variadas fontes devem ser moídos até uma granulometria apropriada, sendo que, o grau de finura do vidro obtido no processo de moagem está relacionado com o seu poder reativo, ou seja, quanto mais fino, maior a velocidade da reação com os álcalis do processo de geopolimerização. Uma boa reatividade é obtida com partículas de vidro em tamanho médio menor do que 250μιη até 1 μιη. O grau de finura das partículas é uma variável dependente do tipo de material geopolimérico a ser fabricado, ou seja, para aplicação como compostos cimentantes, de acabamento superficial, materiais monolíticos ou ainda materiais compósitos. Desta forma, o vidro finalmente dividido após a etapa de moagem e alcalinizado com hidróxido de potássio ou hidróxido de sódio, em presença de água, adquire consistência pelo rápido aumento da viscosidade, tornando-se um sólido rígido decorrido certo tempo de cura, com resistência mecânica variável em função da estequiometria Si: Al, da quantidade de água adicionada e da presença ou não de cargas minerais inertes. Adição dos álcalis hidróxido de cálcio, juntamente com o hidróxido de sódio e silicato de sódio, acelera o processo de cura e atuam no sentido de aumentar a resistência mecânica dos materiais.

0034 Um exemplo, não restritivo frente ao objeto reivindicado, baseia-se em composições geopoliméricas com substituição parcial do vidro moído por materiais inertes (cargas minerais) na qual estes podem ser fabricadas tendo um mínimo de quarenta e cinco a oitenta por cento de vidro moído como agente cimentante, um a cinco por cento de álcalis, vinte cinco a trinta e cinco por cento de carga mineral e água na proporção estequiométrica de trinta e cinquenta por cento em peso. As cargas minerais utilizadas podem ser oriundas de matérias-primas naturais constituídos em grande parte por argilominerais, tais como o talco, caulim, siltitos, quartzitos, xistos/folhelhos, solos lateríticos, ou seja, silicatos e/ou aluminossilicatos diversos e outras matérias-primas naturais tais como o calcário calcítico ou dolomítico, cal virgem, os quais constituem as matérias-primas inertes naturais. A alumina (óxido de alumínio), óxidos de zinco e magnésio, constituem as matérias primas inertes sintéticas, e também podem ser utilizadas em composições geopoliméricas a base de vidro. Podem também ser utilizados resíduos de materiais de construções civis devidamente moídos para fabricação de argamassas, concretos e outros materiais monolíticos. Devido á estes materiais também possuírem materiais cimentantes em sua composição, as mesmas apresentam características altamente favoráveis quanto ao tempo de cura e resistência mecânica final.

0035 Desta forma, na aplicação em concretos, além das altas resistências obtidas num período relativamente curto e as resistências à corrosão química, abrasão, choque térmico e altas temperaturas, superam a dos concretos tradicionais que utilizam o cimento Portland como composto ligante.

0036 O cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção apresentam como vantagens específicas tanto na sua obtenção como na sua aplicação: alternativa eficiente ao cimento Portland convencional; elevada economia de energia no processo de obtenção; diminuição na emissão de C0 ₂ na atmosfera durante a obtenção; menor capacidade de poluição do ambiente; não necessita de tratamento térmico; alta capacidade de reciclagem de vidros que são materiais não biodegradáveis; alta resistência a elevadas temperaturas como frente ao fogo; ótimo isolante térmico e acústico; altamente refratário; ótimo ligante - ligações químicas fortes; e matriz inorgânica a amorfa.

0037 Por tudo que foi exposto, trata-se de um composto para construção civil que será bem recebido pelos usuários de cimentos Portland e cimentos geopoliméricos em geral, pois o presente cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção apresentam inúmeras vantagens, tais como: grande segurança, confiabilidade e agilidade na obtenção e nas aplicações; grande resistência e durabilidade geral, aliado a um baixo grau de deterioração; grande rendimento e desempenho na sua aplicação em virtude de sua concepção geral; elevado conforto, comodidade e segurança aos usuários; custos totalmente acessíveis, o que possibilita uma ótima relação custo/benefício; prática e segura utilização por quaisquer usuários; grande faixa de alcance; perfeita e direta adaptação aos mais diversos tipos de vidros reciclados; baseado no conceito de ecologicamente correto; excelente precisão na formulação: e a certeza de se ter um cimento geopolimérico que atenda plenamente as legislações e normas vigentes e as condições básicas necessárias a sua aplicação como um todo.

0038 Todos estes atributos permitem classificar este cimento geopolimérico a partir de vidros reciclados e seu processo de obtenção, como uma solução totalmente versátil, eficiente, prática e segura para ser aplicado diretamente tanto na forma de cimentos como elemento aglutinante, materiais de revestimento (acabamento), união de diferentes materiais de base metálica, mineral ou vegetal, ou ainda na forma de materiais monolíticos tradicionais ou materiais compósitos, pelos mais variados usuários e nos mais diversos tipos de locais, independente das características gerais, que estas possam apresentar, sendo ainda de grande facilidade de aplicação e manuseio, aliada ao grande desempenho e excelentes características gerais; contudo as quantidades podem variar de acordo com as necessidades de cada aplicação.