PT106007A

PT106007A - Painel compósito incombustível, à base de cimento portland, gesso e partículas de madeira

Info

Publication number: PT106007A
Application number: PT106007A
Authority: PT
Inventors: Angela Maria Jesus De Sequeira Serra Nunes
Original assignee: Secil Companhia Geral De Cal E Cimento S A
Priority date: 2011-11-16
Filing date: 2011-11-16
Publication date: 2014-09-12
Also published as: US20130139731A1; BR102012029312A2; US20140047997A1; US8852338B2

Abstract

O PRESENTE INVENTO DIZ RESPEITO A UM PAINEL COMPÓSITO DE MADEIRA E LIGANTES CIMENTÍCIOS, DE SUPERFÍCIES PLANAS, COM VÁRIAS COLORAÇÕES POSSÍVEIS. ESTE PAINEL É CONSTITUÍDO POR 35 A 85% CIMENTO PORTLAND CINZENTO OU BRANCO; 10 A 20% DE PARTÍCULAS DE MADEIRA RESINOSA DESCASCADA; 10 A 20% DE SULFATO DE CÁLCIO HEMI-HIDRATADO; 0 A 10% DE UM ACELERADOR DE SUPERFÍCIE; 1,5 A 6% DE SOLUÇÃO DE SULFATO DE ALUMÍNIO; 0 A 30% DE CARBONATO DE CÁLCIO; E 0 A 15% DE PIGMENTOS. A INVENÇÃO UTILIZA O PROCESSO DE PREPARAÇÃO PARA O PAINEL VIROC EXISTENTE, AJUSTADO AO NOVO MATERIAL. ESTE PAINEL PARA ALÉM DE SER MUITO RESISTENTE, COM ELEVADAS PRESTAÇÕES AO NÍVEL DA RESISTÊNCIA AO IMPACTO, À HUMIDADE, ÀS VARIAÇÕES TÉRMICAS, AO RUÍDO E AOS FUNGOS E OUTROS MICRORGANISMOS, CUMPRE COM TODOS OS REQUISITOS DA NORMA DE PRODUTO ASSOCIADA.

Description

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DESCRIÇÃO "PAINEL COMPÓSITO INCOMBUSTÍVEL À BASE DE CIMENTO PORTLAND, GESSO E PARTÍCULAS DE MADEIRA"

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção diz respeito a um novo tipo de painel de madeira cimento incombustível, permitindo a sua utilização uma maior segurança das construções para a acção do fogo, garantindo-se as restantes propriedades de elevada durabilidade, resistência mecânica, comportamento acústico e interesse estético, habituais para este material.

Permite uma enorme diversidade de aplicações desde pavimentos, tectos, coberturas, revestimento e isolamento de fachadas, de entre outros.

ANTECEDENTES DA INVENÇÃO

Os painéis ou revestimentos de madeira maciça ou derivados da madeira, embora apresentem elevada resistência à flexão, como são o caso do contraplacado, os painéis de fibras de média densidade (MDF) ou os painéis de partículas (OSB), apresentam um fraco desempenho à durabilidade à 2 água, estabilidade dimensional, elevada susceptibilidade ao ataque de fungos, insectos e microrganismos, e sobretudo um fraco desempenho ao nivel da reacção ao fogo (classificação na maioria dos casos de equivalente à euroclasse D).

Os actuais painéis de madeira-cimento designados comercialmente por VIROC apresentam vantagens relativamente aos anteriormente mencionados, pois o desempenho mecânico e a durabilidade já estavam assegurados pela presença do cimento portland na composição. Porém a sua classificação no respeitante á acção do fogo não permite atingir o grau de incombustibilidade, sendo no máximo classificados com classe B.

Por outro lado na patente US 6.221.521 BI é descrito um processo onde é utilizado gesso na forma de hemi-hidrato ou anidro e reforçado com fibras orgânicas, com aditivos como sulfato de potássio, para formar painéis multi-camada e cujo painel é classificado como incombustível segundo a ASTM E 136. A patente US 5.320.677 descreve um outro processo onde uma mistura de gesso fluidizado com fibras de celulose é aquecida sob pressão, passando posteriormente por arrefecimento por forma a produzir um painel com a conformação desejada, embora com referencia á calcinação do gesso. A patente US 5.342.566 está em linha com as 3 anteriores, contudo contempla a utilização de fileres leves, como perlite, em mistura com gesso e fibras de celulose, para a produção de painéis multi-camada. A patente US 5.135.805 aborda a possibilidade de se utilizarem fibras de diferentes origens, de vidro ou outro mineral e/ou polipropileno em percentagens entre 10 e 20%. Todos estes painéis são considerados incombustíveis segundo a ASTM E 136, mas a sua fórmula não contêm cimento e devido a esse facto é-lhe limitado o campo de aplicação, em especial, às solicitações de natureza estrutural e á exposição ambiental exterior. DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DO INVENTO Problema técnico e solução encontrada A principal vantagem deste invento baseia-se no facto de ser um painel incombustível, sem libertar gotas incandescentes e com uma produção limitada de fumo, contribuindo portanto para minimizar o risco de deflagração e propagação do fogo nas construções, contribuindo para a segurança de pessoas e bens em caso de incêncio. Em simultâneo apresenta um bom desempenho ao nível do seu comportamento térmico e acústico, resistente ao impacto, tracção e flexão, resistente à humidade, estável do ponto de vista dimensional, resistente a fungos, insectos e microrganismos, economicamente competitivo e muito fácil de aplicar. Face a estas características pode ser utilizado 4 numa vasta diversidade de áreas, inclusive com funções estruturais, arquitectónicas em ambientes interiores e exteriores. A sua composição tem em vista a minimização da incorporação de matéria orgânica na forma de aparas de madeira, de forma a não comprometer as resistências mecânicas do painel (em especial, resistência à flexão), e a combinação do sulfato de cálcio na forma de hemidrato com cimento, em proporções devidamente estudadas de forma a controlar as eventuais reações expansivas que se poderiam gerar, possibilitam um comportamento ao fogo muito bom tornando o material incombustível. Este novo benefício alarga muito o campo de utilização do produto e melhora significativamente o comportamento das construções á acção do fogo.

Objecto da Invenção

Sendo assim, constitui o objecto da invenção um painel compósito incombustível e de elevado desempenho à base de cimento portland, gesso e partículas de madeira, que compreende, em percentagem em peso dos componentes relativamente ao peso seco da composição: a) 35 a 85% cimento Portland cinzento ou branco; b) 10 a 20% de partículas de madeira resinosa descascada; c) 10 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado; 5 d) 0 a 10% de um acelerador de superfície; e) 1,5 a 6% de solução de sulfato de alumínio; f) 0 a 30% de carbonato de cálcio; e g) 0 a 15% de pigmentos. A madeira resinosa utilizada para obter o componente b) é normalmente pinho.

De preferência, as partículas de madeira aí utilizadas apresentam-se a forma de aparas.

Geralmente as referidas aparas têm espessuras entre 0,25 e 0,32 mm.

Nos modelos de realização preferidos 50 a 70% das referidas aparas, de preferência cerca de 2/3, têm comprimento<l mm e 26 a 40%, de preferência cerca de 1/3, têm comprimento entre 1 e 4 mm.

Habitualmente, percentagem de componente c) é de cerca de 11%.

Preferencialmente, o acelerador de superfície utilizado como componente d) é uma solução de silicato de sódio com uma densidade entre 1,10 e 1,15 g/cm3, em que o silicato de sódio tem um rácio Si02/Na20 entre 3,19 e 3,53. O sulfato de alumínio utilizado como componente 6 e) tem normalmente uma densidade entre 1,05 e 1,10 g/cm3. O carbonato de cálcio utilizado como componente f) é normalmente filer calcário, proveniente da moagem fina de calcários.

Os pigmentos utilizados com componente g) são usualmente pigmentos de óxidos metálicos. O painel compósito de acordo da invenção, é da classe A segundo ASTM E 136 e classe A2 segundo EN 13501-1 e DIN 4102, tem bom desempenho ao nível das resistências mecânicas, possuindo, no caso geral, uma resistência à tracção por flexão>9 N/mm2 e uma resistência à tracção perpendicular ao plano>0,5 N/mm2, um módulo de elastici-dade>4000 N/mm2 e uma condutividade térmica < 0,23 W/m2.K.

Parte Experimental

Esta fórmula tem em vista a minimização da incorporação das aparas de madeira e a introdução de uma mistura de ligantes com a incorporação de cimento portland e sulfato de cálcio hemi-hidratado, de forma a garantir a resistência mínima característica à flexão, superior a 9 N/mm2. utilizados sao cimentos Portland consoante a tonalidade pretendida

Os cimentos cinzentos ou brancos, para o painel e em conformidade EN 197-1, apresentando um 7 desenvolvimento rápido de resistências(designação "R" da respectiva norma). A utilização de gesso, sob a forma de sulfato de cálcio hemi-hidratado, em percentagens controladas permitirá não só acelerar o processo de presa da mistura, como melhorar o comportamento térmico e a resistência ao fogo do painel.

As aparas de madeira utilizadas, podendo ser provenientes de pinho ou outra resinosa, são destroçadas e afinadas para as seguintes dimensões:

Quadro 1 - Características das aparas de madeira

Espessura (mm) Comprimento (mm) % fracção<l mm % fracção [1;4] mm % fracção>4 ma 0,25 e 0,32 50-70 46—26 4 A utilização de sulfato do tipo alumínio AI2(S04) 3.nH20 em solução com densidade de entre 1,05 e 1,10 g/cm3 (1,07) permite a desfribilhação das aparas mais grossas, sendo que a utilização de silicato de sódio Na20.nSi02 com rácio Si02/Na20 = entre 3,19 e 3,53 numa solução com densidade entre 1,10 e 1,15 g/cm3, ajudará por um lado no aceleramento de presa da mistura como na mineralização das aparas de madeira. A água a utilizar deverá ser limpa (incolor e sem cheiro), de preferência potável, e isenta de óleos ou outras impurezas que possam contaminar a cor do betão, obedecendo ao estipulado na EN 1008.

Os pigmentos adequados ao fabrico da mistura deverão ser inorgânicos e á cor pretendida. O fabrico da placa segue o processo industrial do painel Viroc já referido, em instalação adequada para o efeito. Compreendendo uma fase de tratamento da madeira, com descasque, corte e fibrilação às dimensões referidas, seguindo-se um processo de mistura dos constituintes de pelo menos 90s em misturador industrial, após o que passa á conformação da placa em equipamento de conformação, seguindo-se a prensagem para estabilização dimensional. Segue-se a cura em estufa de endurecimento, maturação ao ar e finalmente a secagem em túnel de secagem. Após esta fase a placa é cortada, rectifiçada e embalada.

Exemplos

Damos em seguida alguns dos exemplos possíveis de preparação dos painéis. Estes exemplos destinam-se a ilustrar a invenção mas não pretendem ser, de modo nenhum, limitativos do âmbito da mesma.

Exemplo 1 9

Foram preparados painéis com os seguintes componentes e nas percentagens em peso seco de material indicadas:

Etapa Componente % em peso 1 Aparas de madeira de Pinho (2/3<l mm e 15,4 1/3 [1;4] mm) 2 Solução de sulfato de alumínio densi- 4,1 dade 1,07 g/cm3 3 Solução de silicato de sódio de densi- 6,3 dade 1,13 g/cm3 4 Cimento cinzento CEM II/A-L 42,5R 62,8 5 Gesso 11,5

Etapas de fabrico:

Os toros de madeira, são reduzidos em aparas. As aparas são afinadas e repartidas em grossas entre 1 e 4 mm e finas, abaixo dos 1 mm. As aparas entram no misturador onde após 30 s entra metade da água necessária ao processo (variável de acordo com o equipamento utilizado) e após outros 30 s, a restante metade de água. Passados mais 30 s entra a solução de sulfato de alumínio e após 60 s, entra a solução de silicato de sódio. O cimento e o gesso são pré-misturados durante 60 s, sendo então adicionados na misturadora principal com 10 os restantes constituintes. A mistura entra na fase de conformação onde é distribuída com uma espessura uniforme sobre chapas de aço, formando um colchão. É formada uma pilha de chapas e colchões alternados com um número de andares em função da espessura das placas a fabricar. A pilha é prensada e introduzida numa estufa de endurecimento, onde sob o efeito da pressão, temperatura e humidade e tempo de permanência, irão adquirir a resistência necessária por forma a serem manipuladas. O conjunto das placas é desprensado a as placas são separadas das chapas. Os painéis sofrem uma operação de pré-corte e são empilhadas e deixadas em maturação em parque coberto. Após a maturação, as placas são introduzidas no túnel de secagem a fim de retirar a humidade em excesso.

Na fase final as placas são cortadas à dimensão pretendida e tratadas superficialmente.

Exemplo 2

Seguindo o mesmo procedimento descrito no Exemplo 1, excepto no que respeita ao carbonato de cálcio, que é processado juntamente com o cimento e o gesso, foram preparados painéis com os seguintes componentes e nas percentagens em peso indicadas:

Etapa Componente % em peso 1 Aparas de madeira de Pinho (2/3<l mm e 1/3 [ 1; 4] mm) 16,1 2 Solução de sulfato de alumínio dade 1,07 g/cm3 densi- 4,3 3 Solução de silicato de sódio de dade 1,13 g/cm3 densi- 5, 8 4 Cimento cinzento CEM 142,5R 47, 4 5 Gesso 16,1 6 Carbonato de cálcio 10,3

Utilização do produto da invenção

As aplicações mais comuns para este painel sao:

Fachadas: A utilização deste tipo de painéis em fachadas, garante diversas vantagens pelo facto de ser um material de construção que pode ser utilizado tanto em exteriores, com bom comportamento à exposição solar, aos ciclos húmidos e secos das águas da chuva, aos ciclos de gelo e degelo, pela sua resistência sonora e mecânica e pela inerente facilidade de aplicação e trabalhabilidade, podendo ser aplicado tal e qual, ou ser adoptado um acabamento por pintura ou revestimento com materiais cerâmicos.

Paredes: 12

Outra das aplicações poderá ser na construção de paredes divisórias ou estruturais em interiores ou exteriores .

As caracteristicas de resistência mecânica, térmica, de resistência à acção do fogo, quando aplicado com um sistema de suporte e fixação poderão constituir uma boa solução.

De facto a resistência mecânica, durabilidade e facilidade de manutenção, poderão tornar os painéis numa excelente solução para o revestimento de interiores em edifícios de grande afluência de pessoas (edifícios públicos). Por outro lado, os recintos húmidos interiores podem também ser áreas indicadas para a utilização deste tipo de painel, devido ao seu bom comportamento com a humidade, como são o caso de balneários e instalações sanitárias em geral.

Pavimentos:

As excelentes caracteristicas de resistência mecânica, a sons aéreos e de percussão, resistência térmica, à acção do fogo, à acção dos fungos, térmitas e outros microrganismos, permitem, quando aplicado num sistema adequado de suporte, responder aos requisitos específicos da construção de pavimentos. 13

Tectos:

Uma outra possibilidade é a utilização destes painéis como tectos falsos, podendo ser obtidos excelentes resultados ao nivel estético e de durabilidade.

Coberturas:

Sendo um material que não se degrada quando exposto em exteriores, poderá ser utilizado como revestimento final de acabamento, requerendo naturalmente que haja um sistema de impermeabilização de forma a garantir a estanquidade.

Cofraqem perdida:

As suas caracteristicas de rigidez, resistência e durabilidade, permitirão utilizar este painel no domínio das cofragens perdidas.

Outras aplicações: • Decoração de interiores. • Barreiras sonoras. • Mobiliário urbano e de interiores • Paletes 14

Características do produto da invenção

As principais características do produto da invenção constam no quadro seguinte:

Quadro 2 - Características dos painéis

Característica Desempenho Densidade 1500-1600 kg/m3 Condutividade térmica k=0,23 W/m2.K Alcalinidade superficial pH= 11-13 Módulo de elasticidade à flexão 6000 MPa Tracção paralela ao plano 5,00 MPa Tracção perpendicular ao plano 0,60 MPa Tracção por flexão 10,5 MPa Compressão paralela ao plano 15,0 MPa

Compressão perpendicular ao plano 40,0 MPa

Esforço transverso 2,00 MPa Factor de resistência à difusão μ=30 (método húmido) do vapor de água μ=50 (método seco) Resistência ao Fogo A2-Sl-d0 - ΕΝ 634.1/EN 13501-1/DIN 4102-1 M0 - NF P 92-501 A - ASTM E136-1 15 (continuação)

Característica Desempenho Propriedades acústicas índice de redução sonora Rw entre 31 e 37 dB consoante espessura Coeficiente de absorção sonora Estabilidade dimensional α = 0,10 para frequências de 250-500 Hz Variação longitudinal e 0,7% entre amplitudes extremas transversal máxima de humidade relativa ao ar Variação de espessura 1,5% - variação de espessura após imersão em água durante 24 h

Lisboa, 25 de julho de 2014

Claims

1 REIVINDICAÇÕES 1. Painel compósito incombustível à base de cimento Portland, gesso e partículas de madeira, caracterizado por compreender, em percentagem em peso dos componentes relativamente ao peso seco da composição: a) 35 a 85% cimento Portland cinzento ou branco; b) 10 a 20% de partículas de madeira resinosa descascada; c) 10 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado; d) 0 a 10% de um acelerador de superfície; e) 1,5 a 6% de solução de sulfato de alumínio; f) 0 a 30% de carbonato de cálcio; e g) 0 a 15% de pigmentos.

2. Painel compósito de acordo com a reivindicação 1, caracterizado por a madeira resinosa utilizada para obter o componente b) ser pinho.

3. Painel compósito de acordo com a reivindicação 1 ou 2, caracterizado por as partículas de madeira utilizadas como componente b) se apresentarem a forma de aparas.

4. Painel compósito de acordo com a reivindicação 3, caracterizado por as referidas aparas terem espessuras entre 0,25 e 0,32 mm. 2

5. Painel compósito de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por 50 a 70% das referidas aparas terem comprimento<l mm e 26 a 40% terem comprimento entre 1 e 4 mm.

6. Painel compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 5, caracterizado por o acelerador de superfície utilizado como componente d) ser solução de si-licato de sódio com uma densidade entre 1,10 e 1,15 g/cm3.

7. Painel compósito de acordo com a reivindicação 6, caracterizado por o silicato de sódio ter um rácio Si02/Na20 entre 3,19 e 3,53.

8. Painel compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por o sulfato de alumínio utilizado como componente e) ter uma densidade entre 1,05 e 1,10 g/cm3.

9. Painel compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 7, caracterizado por os pigmentos utilizados com componente g) serem pigmentos de óxidos metálicos. Lisboa, 25 de julho de 2014