BR102014019712B1 - Composição de placa cimentícia plana de fibrocimento curada ao ar, e, uso da composição - Google Patents
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Abstract
composição de placa cimenticia plana de fibrocimento curada ao ar sem amianto com maior estabilidade dimensional para uso da dita placa cimentícia em fechamentos de fachadas, paredes, pisos e painéis a presente invenção se refere a uma composição de placa cimentícia plana de fibrocimento curada ao ar compreendendo: - cimento e pelo menos uma carga mineral em uma relação que varia entre 0,5 e 1,1; - fibra selecionada dentre fibra sintética e fibra de celulose; - pelo menos um componente de hidro repelência selecionado dentre silanos/siloxanos ou uma mistura de silanos/siloxanos e resinas acrílicas; - sendo que a referida composição apresenta retração hídricainferior a 2mm/m. a dita composição de placas planas de fibrocimento sem amianto curadas ao ar apresenta maior estabilidade dimensional quando comparadas com placas cimentícias tradicionais, sendo indicada para aplicações de fachadas, paredes, forros, pisos e painéis. ainda, as placas planas cimentícias curadas alcançadas apresentam absorção de água controlada, resultando em menor variação dimensional, melhorando o desempenho de estabilidade dimensional a variações climáticas.
Description
[0001] A presente invenção se refere à composição de placas planas de fibrocimento sem amianto curadas ao ar com maior estabilidade dimensional quando comparadas com placas cimentícias tradicionais, sendo indicada para aplicações de fachadas, paredes, forros, pisos e painéis.
[0002] A presente invenção se refere a placas planas cimentícias curadas que apresentam absorção de água controlada, resultando em menor variação dimensional, melhorando o desempenho de estabilidade dimensional a variações climáticas.
[0003] A tecnologia Hatschek foi originalmente desenvolvida para a produção de fibrocimento com amianto em 1890, e patenteada por seu inventor Ludwig Hatschek. Os mesmos princípios básicos são usados atualmente, embora as máquinas atuais exibam produtividades muito superiores às iniciais.
[0004] Fundamentalmente a máquina Hatschek consiste de um conjunto de telas cilíndricas rotativas que filtram uma solução diluída contendo um ligante hidráulico (usualmente cimento Portland), fibras e cargas minerais finamente moídas. As telas filtrantes rotativas são montadas dentro de caixas metálicas, com um eixo central apoiado em suas laterais. A solução de fibras, cimento e cargas minerais é alimentada na parte externa da tela, e em função da pressão hidrostática forçada a passar pela tela filtrante.
[0005] Uma fina camada (monopelícula) é depositada neste processo, a qual é transferida continuamente para o feltro que toca a tela metálica em sua parte superior, e causa a rotação do sistema.
[0006] Usualmente a máquina Hatschek é composta de um conjunto de caixas formadoras (frequentemente entre 3 e 6 caixas), e cada caixa contribui com uma monopelícula com espessura da ordem de 0,3mm-0,5mm de espessura. A espessura do produto final (lastra) é obtida pela soma das monopelículas individuais, multiplicada pelo número de ciclos da máquina. As películas são acumuladas em um rolo formador acionado por um rolo motor até obtenção da espessura desejada e, posteriormente, cortadas com um sistema automático de corte. Lastras com espessura de 6 mm, por exemplo, podem ser produzidos em uma máquina de 5 caixas, operando com monopelículas de 0,3 mm e 4 ciclos (6 mm = 5 x 0,3 mm x 4).
[0007] As fibras originais de amianto estão atualmente sendo substituídas por fibras como, por exemplo, uma mistura de fibras de celulose e fibras sintéticas, tais como, de PVA (Poli álcool vinílico), PP (polipropileno), PAN (acrílicas), PET (polietileno tereftalato) e outras ou misturas destas, de menores riscos à saúde e ambientais.
[0008] Produtos de fibrocimento exibem uma grande variedade de usos e formas, compatibilizando durabilidade, praticidade, versatilidade, e custos atraentes. As telhas onduladas ou planas, também conhecidas como telhas de fibrocimento e as placas planas são os produtos mais usuais.
[0009] As telhas onduladas ou planas e as placas planas de fibrocimento são produtos obtidos pela mistura agregados, adições ou aditivos com reforço de fibras, fios, filamentos ou telas, aqui considerando produtos sem amianto, que são conformados na forma ondulada ou plana, respectivamente, em placas delgadas geralmente com espessura que variam de 3 a 30 mm. Os processos de fabricação utilizam as máquinas tipo Hatschek ou "Flow on" (moldagem sobre um feltro ou esteira).
[00010] Placas cimentícias têm tido um uso crescente nas tecnologias atuais de construção a seco, possibilitando ganhos significativos no tempo de obra, redução de desperdícios, racionalização e qualidade final do projeto. É uma técnica construtiva alternativa à alvenaria com tijolos ou blocos cuja mão de obra é intensiva além de apresentar maiores desperdícios e ser mais morosa.
[00011] As placas cimentícias reúnem atributos importantes como a facilidade de instalação e manuseio, grande durabilidade às intempéries, resistentes ao fogo, boa impermeabilidade, além da resistência à degradação ou ataques por micro-organismos ou cupins.
[00012] Ainda, as placas cimentícias podem ser fixadas diretamente sobre estruturas de perfis de aço delgado ("steel framing") ou de madeira ("wood framing"), para a composição de paredes internas ou externas (fachadas) ou, ainda, em forros. Podem ainda constituir elementos externos em painéis com diferentes tipos de preenchimento entre os quais tem-se: lã de rocha, lã de vidro, poliestireno expandido, agregados isolantes, concretos com ou sem agregados isolantes.
[00013] Para a montagem em fechamento de paredes são usualmente oferecidas com larguras de 1,2 m e comprimentos que podem variar até 3 m. Peças de larguras menores, semelhantes à madeira, tem uso frequente em mercados dos EUA e Europa ("sidings"). Telhas planas semelhantes às ardósias naturais são também produzidas em países Europeus.
[00014] As placas podem ser texturizadas, assemelhando-se a madeira ou pedras naturais, pigmentadas ou pintadas para adequação ao projeto arquitetônico e melhoria estética.
[00015] Nas paredes e fachadas, as placas são fixadas com o auxílio de parafusos ou fixadores específicos, segundo procedimentos de instalação definidos pelos fabricantes. As juntas entre placas podem ficar aparentes ou, em outros casos, serem tratadas para obtenção de um painel monolítico, onde as placas individuais não são percebidas.
[00016] No caso específico das juntas não aparentes ou invisíveis, a estabilidade dimensional das placas é um fator essencial para o sucesso e durabilidade da obra, em especial para evitar abaulamentos ou fissuras na região das juntas.
[00017] Todos os produtos cimentícios (como concretos e argamassas) exibem uma variação dimensional resultante da interação da água ou umidade relativa do ar com os produtos decorrentes da hidratação do cimento Portland, que de outro lado conferem integridade e resistência mecânica a esses produtos.
[00018] Esta variação dimensional justifica a necessidade das juntas de dilatação em pisos, pavimentos de rodovia, aeroportos e demais obras de concreto.
[00019] Similarmente, a movimentação hídrica no fibrocimento está diretamente relacionada às variações dos processos de absorção de água e secagem levando a placa cimentícia a expandir em presença de água ou umidade ou a se retrair quando há uma secagem mais rigorosa em função de variações das características climáticas ambientais, resultando em empenamento ou de trincas nas regiões das juntas entre placas. Dessa forma, é extremamente desejado que este fenômeno seja reduzido de modo a ser absorvido pela estrutura como um todo.
[00020] De modo geral, os produtos existentes no mercado apresentam retrações dimensionais típicas de acordo com o processo de fabricação, conforme apresentado na tabela 1, que seguem:
[00021] O estado da técnica apresenta ensinamentos relacionados ao tema aqui apresentado, ou seja, relacionados a estas características finais nos produtos de fibrocimento.
[00022] O documento WO 99/28275 descreve um processo de produção de materiais de fibrocimento com resistência termo higrométrica sem afetar as propriedades mecânicas, porém não suficiente para evitar que as regiões não tratadas das bordas ou próximas aos furos de fixação tenham a mesma eficiência, por se tratar de um processo de tratamento superficial do produto.
[00023] Outro exemplo é o documento EP 2 036 871 que descreve um processo de fabricação de fibrocimento com aplicação de uma névoa de agente hidro-repelente de água após cura a uma temperatura que varia entre 45 e 75°C por um período de 5 a 10 horas. Os produtos tratados seguem para estocagem para melhorar a penetração do agente hidro-repelente por um período de 2 a 6 semanas. Após este período, uma segunda película translúcida é aplicada na superfície da frente dos produtos por meio de rolos de modo a reduzir a infiltração e absorção de água no produto. Trata-se de um processo que demanda um longo período de fabricação e com maior consumo energético utilizado para obtenção das temperaturas de cura e secagem da película translúcida.
[00024] O documento WO 2005/033043 descreve um produto obtido com teor de cimento médio para produtos de fibrocimento com variação dimensional entre o estado seco a uma temperatura de 105°C e o estado saturado de 1,8 e 2,0 mm/m, valores estes adequados à aplicação como placas de recobrimento, elementos de revestimento ou divisórias, com boas características mecânicas para estas aplicações. Neste produto, a proteção contra a absorção de água, que afeta diretamente a estabilidade dimensional está restrita à camada de recobrimento e sua região subadjacente. Entretanto, há a inconveniência de no caso de cortes transversais para adequação das dimensões ou furação durante a aplicação do produto, ocorre a exposição áreas não sem recobrimento ocasionando absorções mais elevadas em algumas regiões do produto e comprometendo sua estabilidade dimensional. O objeto da presente invenção detalhada mais adiante tem como um de seus objetivos também minimizar estes efeitos.
[00025] Já, o documento WO 2002/081399, descreve a obtenção de um produto obtido no processo Hatschek e curado por autoclave que combina um agente repelente de água aplicado na forma de névoa sobre o feltro para que este agente repelente de água fique integralmente associado ao produto. Além de ser um processo que demanda maior consumo de energia para o processo de autoclave diferente do processo de fibrocimento de cura ao ar. Novamente, por se tratar de um tratamento superficial sua eficiência é reduzida quando há uma exposição da parte interna do produto sejam em seções de corte transversal ou furação.
[00026] O documento WO 2013/166280 descreve um processo para aumentar apenas a hidrofobicidade de produtos porosos tratando-os com um material hidro-repelente de modo a reduzir a sua absorção de água.
[00027] É objetivo da presente invenção prover uma composição de placa plana cimentícia de fibrocimento sem amianto curadas ao ar com maior estabilidade dimensional quando comparadas com placas cimentícias tradicionais.
[00028] É outro objetivo da presente invenção prover uma placa plana cimentícia de fibrocimento sem amianto cuja maior estabilidade dimensional permite aplicações em fachadas, paredes, forros, pisos e painéis.
[00029] É outro objetivo da presente invenção prover uma placa plana cimentícia que apresenta absorção de água controlada, resultando em menor variação dimensional, melhorando o desempenho de estabilidade dimensional a variações climáticas.
[00030] É outro objetivo da presente invenção prover uma placa plana cimentícia que contém um ou mais agente com características de hidro repelência, possibilitando uma redução da retração por secagem de entre 35 e 18% em relação a uma placa de composição tradicional.
[00031] A presente invenção atinge esses e outros objetivos por meio de uma composição de placa cimentícia plana de fibrocimento curada ao ar compreendendo: - cimento e pelo menos uma carga mineral em uma relação que varia entre e 1,1; - fibra selecionada dentre fibra sintética e fibra de celulose; - pelo menos um componente de hidro repelência selecionado dentre silanos/siloxanos e resinas acrílicas; - sendo que a composição apresenta retração hídrica inferior a 2 mm/m.
[00032] A presente invenção ainda atinge esses e outros objetivos por meio de uso da placa cimentícia objetivada acima cujas características permitem ser aplicadas em fechamentos de fachadas, paredes, pisos e painéis. Breve Descrição dos Desenhos
[00033] A presente invenção será descrita a seguir com mais detalhes, com referência aos desenhos anexos, nos quais: a Figura 1 - ilustra influência da relação cimento/carga mineral na movimentação hídrica e nas propriedades mecânicas de produtos à base de fibrocimento da presente invenção como representados no exemplo 1; a Figura 2 - ilustra curvas de absorção de água de acordo com o teor de impermeabilizante(s) e composição utilizada conforme invenção representada no exemplo 2; a Figura 3 - ilustra curvas de absorção de água de acordo com o teor de impermeabilizante(s) e composição utilizada conforme invenção representada no exemplo 3; a Figura 4 - ilustra curvas de absorção de água de acordo com o teor de impermeabilizante(s) e composição utilizada conforme invenção representada no exemplo 4; e, a Figura 5 - ilustra absorção superficial da placa cimentícia ao longo do tempo para placas impermeabilizadas com 0,3% em massa como representado no exemplo 5.
[00034] A presente invenção se refere a placas cimentícias reforçadas por fios sintéticos que compreendem composições ajustadas com base na influência da proporção cimento/Carga mineral combinadas com tratamentos de superfície e/ou de massa com adição de silanos/siloxanos e/ou resinas acrílicas para redução da movimentação hídrica até valores inferiores a 2 mm/m ou entre 15 e 35% do valor original do produto sem tratamento.
[00035] A composição compreende uma relação cimento/carga mineral de 0,5 e 1,1 para placas cimentícias de fibrocimento sem amianto curada ao ar, fabricada via processo Hatschek.
[00036] A composição objeto da presente invenção compreende ainda a adição de fibras sintéticas ou de celulose. As fibras sintéticas estão presentes preferencialmente em quantidade que varia entre 1,0% e 2,5%, em massa, com base na massa total da composição. Preferencialmente, as fibras sintéticas são fibras de polipropileno 0,8 a 1,2 dtex, preferencialmente sendo 1,1 dtex, 9,9 a 10,1 mm de comprimento, sendo preferencialmente 10 mm de comprimento, tenacidade > 9,0 cN/dtex. Já, as fibras de celulose estão presentes preferencialmente em quantidade que varia entre 2,0% e 4,0%, em massa, com base na massa total da composição.
[00037] Em uma concretização preferida, utiliza-se a relação de cimento/carga mineral de 0,7. Esta concretização preferida foi testada e os resultados são apresentados nos exemplos que seguem.
[00038] Preferencialmente, pode ser utilizado cimento Portland tipo I ou com adição (tipos II, III, IV ou V), podendo ser parcial ou totalmente substituído por cimento aluminoso, cimento de sulfoaluminato, misturas de cal com ou sem materiais reativos, escórias siderúrgicas, vidro moído, zeolitas, microssílica, gesso ou silicatos. No caso de cimentos de pega hidráulica, podem ser adicionadas cargas minerais (carbonatos de cálcio e/ou magnésio naturais ou sintéticos, sílica de areia ou silicatos), fibras (minerais fibrosos ou aciculares - amianto, wollastonita, silimanita, andaluzita e atapulgitas), desde que sejam mantidas as relações cimento/carga mineral total.
[00039] Placas cimentícias com diferentes relações cimento/carga mineral foram elaboradas de modo a quantificar o nível de movimentação hídrica apresentado cujos resultados encontram-se na tabela 2 e figura 1.
[00040] Considerando-se os valores obtidos de retração e resistência mecânica, adotou-se a composição ajustada para uma relação cimento/carga mineral de 0,7 para placas cimentícias de fibrocimento sem amianto curada ao ar, fabricada via processo Hatschek, contendo 2% de fibras (fibras de polipropileno 1,1 dtex, 10mm de comprimento, tenacidade > 9 cN/dtex) e 3% de celulose semi-branqueada (pinus refinado acima de 55°SR).
[00041] A suspensão de matérias-primas foi alimentada em uma máquina Hatschek para obtenção de placas planas cimentícias sem amianto utilizando moldes metálicos. Após a moldagem, as placas seguiram para um ciclo de cura de período de 8 a 12 horas para então serem retiradas dos moldes metálicos. As placas foram deixadas por 14 dias após a retirada do molde metálico, empilhadas e mantidas em temperatura ambiente, para alcançar cura final.
[00042] As referidas placas após cura final foram submetidas ao ensaio para determinação da variação dimensional por imersão e secagem para quantificação da estabilidade dimensional segundo o procedimento a seguir: Testes de determinação da variação dimensional por imersão e secagem (seg. NBR ABNT 15210-05) 1. Imergir os corpos de prova em água sendo as placas após cura final e mantê-los imersos durante um período mínimo de 24 horas para corpos de prova de espessura máxima de 20 mm. 2. Remover os corpos de prova da água e secá-los superficialmente. 3. Determinar seu comprimento inicial (li) em milímetros, medindo esse comprimento inicial na região central, garantindo a planicidade do corpo de prova e a exatidão dos pontos de medida. 4. Secar cada corpo de prova por um período de 24 horas em estufa a uma temperatura de 90°C ± 3°C ou até alcançar massa constante (variação inferior a 0,1%). 5. Retirar os corpos de prova da estufa e esfriá-los em dessecador até a temperatura de 25°C ± 3°C. 6. Determinar o comprimento final (lf) dos corpos de prova, em milímetros, nos mesmos pontos de medida. 7. A temperatura ambiente durante as medições finais não pode diferir de 25°C ± 3°C. 8. Os valores da variação dimensional por umidade serão obtidos através da média aritmética dos quatro valores obtidos (dois em cada direção), conforme a seguinte expressão:
onde v é a variação dimensional, expressa em porcentagem (%); li é o comprimento inicial, expresso em milímetros (mm); lf é o comprimento final, expresso em milímetros (mm).
[00043] As placas produzidas e curadas conforme o exemplo 1 acima foram submetidas a secagem em estufa por um período de 8 horas a uma temperatura de 50°C. Exemplares das placas foram submetidos a tratamento por imersão em diferentes soluções aquosas contendo 10%, 15% e 30% de impermeabilizante de co-polímero a base de ésteres acrílico estirenado, Mowilith LDM 6483BR por um período de 10 minutos. Outras duas amostras foram imersas em soluções aquosas a 10% de uma mistura compostas por Mowilith LDM 6483BR e Impermesil NF52 a base de trietoxioctil silano e poli (oxi-l,2-etadenil) a-hidro-w-hidroxi na relação de 9:1 e 8:2, respectivamente, como ilustrado na figura 2. As placas após imersão são levadas à secagem por mais um período de 8 horas a uma temperatura de 50°C.
[00044] As placas produzidas e curadas conforme o exemplo 1 foram submetidas a secagem em estufa por um período de 8 horas a uma temperatura de 50°C, seguida de imersão em diferentes soluções aquosas contendo relações de 3,3 e 4 de impermeabilizante de co-polímero a base de ésteres acrílico estirenado - Mowilith LDM 6483BR e de Impermesil NF52 a base de trietoxioctil silano e poli (oxi-l,2-etadenil) a-hidro-w-hidroxi, SILRES BS3003 preparado a base de alcoxilano, siloxanos e água, como ilustrado na figura 3. As placas após imersão são levadas à secagem por mais um período de 8 horas a uma temperatura de 50°C. Tabela 3 - Variação dimensional seco a 90-1050C/saturado
[00045] A variação dimensional por secagem/imersão do produto tratado com uma mistura de hidro-repelentes por imersão resultou em melhora das propriedades de estabilidade dimensional do produto com redução da variação dimensional por imersão e secagem total em 33%. Preferencialmente, o componente de hidro repelência é adicionado durante a produção das placas, em íntima mistura com as matérias-primas.
[00046] Suspensão com a mesma proporção de matérias primas das placas cimentícias do exemplo 1 receberam durante a etapa de diluição no HM (12) na figura 1, a adição do agente hidro-repelente entre 0,5% de Impermesil NF52 ou SILRES BS3003 antes de ser alimentada à caixa de filtração para formação das monopelículas na figura 4. As placas formadas seguiram o processo de cura normal em moldes metálicos e desmoldagem, seguido de cura ao ar por 14 dias. Tabela 4 — Variação dimensional seco a 90-100°C/saturado
[00047] As composições que foram tratadas antes do processo de formação da lastra obtiveram também uma melhoria significativa na estabilidade dimensional por imersão e secagem total da ordem de 18% em relação ao produto sem tratamento com hidro-repelente, como pode ser visto na tabela 5 abaixo:
[00048] Outra suspensão com a mesma proporção de matérias primas das placas cimentícias do exemplo 1 recebeu a adição em igual dosagem à base de silano-siloxano com adições 0,3% sobre a massa seca dos produtos IMPERMESIL NF52 e WACKER BS3003, adicionados à composição destinada à produção de placa cimentícia, na etapa de alimentação da suspensão na caixa de filtração para formação da camada funcional resultou em melhora nas propriedades de absorção de água principalmente nas primeiras 6 horas de imersão, conforme observado na figura 5. As placas formadas seguiram o processo de cura normal em moldes metálicos e desmoldagem, seguido de cura ao ar por 14 dias, conforme Tabela 6.
Tabela 6. Redução na taxa de absorção de água para produtos com tratamento de hidro-repelente em monopelículas
Claims (6)
1. Composição de placa cimentícia plana de fibrocimento curada ao ar, compreendendo: - cimento e pelo menos uma carga mineral em uma relação cimento/carga mineral que varia entre 0,5 e 1,1; - fibra selecionada dentre fibra sintética e fibra de celulose; - pelo menos um componente de hidro repelência selecionado dentre silanos/siloxanos e resinas acrílicas; caracterizada pelo fato de que o componente de hidro repelência é selecionado dentre trietoxioctil silano e poli (oxi-l ,2-etadenil) a- hidro-w-hidroxi ou, alcoxisilanos e siloxanos com teores de 0,3 a 1% em massa.
2. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que a relação cimento/carga mineral varia entre 0,5 e 0,7.
3. Composição de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 ou 2, caracterizada pelo fato de que compreende fibras sintéticas em uma quantidade que varia entre 1,0% e 2,5%, em massa, e fibras de celulose em uma quantidade que varia entre 2,0% e 4,0%, em massa, com base na massa total da composição.
4. Composição de acordo com a reivindicação 3, caracterizada pelo fato de que compreende 2,0% de fibras sintéticas sendo fibras de polipropileno (0,8 a 1,2 dtex, 9,9 a 10,1 mm de comprimento, tenacidade > 9 cN/dtex) e 3,0% de fibras de celulose semi-branqueada (pinus refinado acima de 55°SR).
5. Composição de acordo com a reivindicação 1, caracterizada pelo fato de que o componente de hidro repelência é associado a um produto de co-polímero a base de ésteres acrílico estirenado com teores de 0,2 a 0,5% em massa.
6. Uso da composição conforme definida em qualquer uma das reivindicações 1 a 5 caracterizado pelo fato de ser para preparação de placas planas para fechamentos de fachadas, paredes, pisos e painéis.
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