PT108864A - Argamassas térmicas de revestimento com aerogel subcrítico à base de sílica eco-agregados naturais leves. - Google Patents

Abstract

A PRESENTE INVENÇÃO REFERE-SE A ARGAMASSAS DESTINADAS À MELHORIA DE ISOLAMENTO TÉRMICO EM PAREDES DE EDIFÍCIOS, EM OBRA NOVA OU NA REABILITAÇÃO. ESTAS ARGAMASSAS SÃO PRODUZIDAS COM CIMENTO PORTLAND, CINZAS VOLANTES E/OU CAL AÉREA, AEROGEL HÍBRIDO SUBCRÍTICO À BASE DE SÍLICA, CO-AGREGADOS LEVES NATURAIS DE CORTIÇA EXPANDIDA E/OU ARGILA EXPANDIDA, FÍLER LEVE (ADIÇÃO DE GRANULOMETRIA FINA) E ADJUVANTES. AS ARGAMASSAS PODEM SER APLICADAS MANUALMENTE EM PARAMENTOS CORRENTES OU ANTIGOS, PELO EXTERIOR OU INTERIOR, EM CAMADA ÚNICA COM UM MÍNIMO DE 4 CM DE ESPESSURA, PERMITINDO RECEBER ACABAMENTOS DIVERSOS, INCLUINDO PINTURA. O MERCADO PROCURA ARGAMASSAS MULTIFUNCIONAIS, INOVADORAS, COM MATERIAIS ISOLANTES MAIS SUSTENTÁVEIS E ECONÓMICOS, QUE MELHOREM AS CARACTERÍSTICAS HIGROTÉRMICAS DAS ARGAMASSAS, GARANTINDO ADEQUADAS CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS PARA REVESTIMENTOS DE PAREDES.

Description

DESCRIÇÃO "Argamassas térmicas de revestimento com aerogel subcrítico à base de silica e co-agregados naturais leves"

Campo da invenção

Campo técnico em que a invenção se insere A presente invenção refere-se a argamassas térmicas de base cimenticia para aplicação como revestimento exterior ou interior de paredes de edifícios novos ou antigos, caracterizadas por compreenderem um aerogel híbrido subcrítico à base de sílica como nanoagregado isolante principal, co-agregados naturais leves de cortiça expandida e/ou argila expandida, um filer leve e adjuvantes.

Estado da técnica A indústria da construção tem sofrido profundas alterações nos últimos anos, desencadeadas pelas crescentes exigências de sustentabilidade e energia, de acordo com as atuais diretivas europeias (Diretivas 2002/91/CE de 16 de dezembro, e 2010/31/UE, de 19 de Maio). A legislação portuguesa em termos de desempenho energético dos edifícios tem também incentivado o desenvolvimento de novos produtos e sistemas construtivos com um melhor desempenho higrotérmico (DL n.° 118 / 2013 - REH de 2013 DL n.° 80/2006 - RCCTE, 2006).

Os sistemas ETICS (sistemas compósitos de isolamento térmico pelo exterior) têm vindo a constituir uma solução de revestimento exterior de crescente aplicação com vista à melhoria do comportamento térmico das paredes de edifícios.

No entanto, existem vários aspetos que limitam a aplicação generalizada desta solução, tais como: i) a complexidade de execução (várias etapas no processo de aplicação e muito dependente dos pormenores construtivos e da especialização da mão-de-obra); ii) baixa permeabilidade ao vapor, em particular da camada de isolante térmico, que condiciona a aplicação, em particular em paredes antigas; iii) incorporação de camada de isolante térmico com matérias-primas processadas, de menor durabilidade e menor resistência ao fogo (por exemplo, o poliestireno expandido que é o mais corrente); iv) sistema multicamada susceptivel a várias anomalias em serviço (sujidade, colonização biológica, manchas), associadas à perda da capacidade de hidrófugo da camada de acabamento causada pela lixiviação da água, radiação UV e condensações superficiais; e v) dificuldades de aplicação em suportes irregulares ou fachadas com muitos vãos. A procura do mercado em soluções com melhor desempenho térmico mas que possam minimizar os condicionalismos anteriores justifica o crescente interesse na aplicação de argamassas térmicas, que são em geral soluções de revestimento mais fáceis de aplicar (menos etapas no processo de execução e maior compatibilidade geométrica com o suporte e vãos), e com variado campo de aplicação dependendo dos constituintes incorporados.

Atualmente em Portugal são comercializadas algumas argamassas de desempenho térmico melhorado, a maioria à base de cal (hidráulica ou aérea) ou com mistura de cal e cimento, com areia, adições e adjuvantes. Os agregados isolantes mais comuns são os grânulos de poliestireno expandido ou de cortiça.

Os documentos PT105937 e EP 2583954 AI referem-se a uma argamassa cimenticia com agregado calcário ou silicioso e granulado de cortiça, gue não cumprem a exigência da norma EN 998-1 (2010) para argamassa térmica ΤΙ (λ < 0.1 W/m.K). O mesmo acontece com a argamassa da patente PT 103641 A, à base de cal área (esta última sem indicação dos valores da resistência à compressão). A utilização de outros constituintes nas argamassas para melhoria de desempenho térmico é mencionada em patentes internacionais e nacionais. O documento W02010/097556A1 divulga uma argamassa constituída por ligante hidráulico e mais de 75% em volume de adições isolantes (poliestireno expandido, microesferas de vidro e de copolímeros, perlite). Esta argamassa apresenta uma condutibilidade baixa (λ entre 0.035-0.050 W/m.K) mas uma resistência à compressão muito fraca (0.3 a 0.4 MPa); por essa razão, a argamassa é mais adequada a ser incorporada como camada de um sistema de revestimento. O documento US2011/0024702A1 refere uma argamassa constituída por gesso, com 40 a 70% de vermiculite expandida para aplicações interiores. O documento PT104866 refere-se a uma argamassa com microcápsulas de materiais de mudança de fase (PCM), juntamente com um ligante à base de cal e outros materiais auxiliares, sem referência ao valor do coeficiente de condutibilidade térmica.

Os aerogéis à base de sílica são materiais com porosidade superior a 90 constituinte colocado isoladamente na argamassa. 0 documento CN104291769 expõe uma argamassa à base de gesso com melhor resistência ao gelo. Não dá qualquer dado sobre as caracteristicas técnicas, incluindo as propriedades higrotérmicas. A presente invenção difere, por estar claro que a argamassa é para revestimentos de paredes, com valores de condutibilidade térmica baixos. São também diferentes os constituintes principais de ligante e agregados (cimento Portland, aerogel hibrido subcritico à base de silica, cortiça expandida e argila expandida). 0 documento EP2504296B1 faz referência a uma invenção relacionada com a pasta ligante composta por ligante hidráulico, silica amorfa, filer reativo, etc. Este sistema de pasta ligante mineral pode ser usado em argamassas de revestimento, desde que adicionados fileres (areia, perlite, vermiculite) e outros adjuvantes (retentores de água, plastificantes, pigmentos, etc.). Estes últimos não são constituintes do sistema de ligante mineral objecto desta invenção. É referido que o cimento pode ser adicionado como adição. A presente invenção tem como ligante principal o cimento Portland, podendo ter cinzas volantes e/ou cal aérea hidratada, logo difere na constituição da pasta ligante do documento anterior. 0 documento W02014048871 refere uma mistura cimentícia constituída com nitrato de cálcio, nitrato de alumínio, superplastificante e agente introdutor de água. Pretende-se que esta mistura melhore o betão produzido com maior resistência em ambientes frios. É referida a possibilidade de produzir uma argamassa com essa mistura, com cimento, água, e um agregado (por exemplo, areia). A presente invenção difere significativamente na constituição da argamassa e no seu campo de aplicação. 0 documento W02014053341A1 refere uma composição de base hidráulica, contendo pelo menos um agente redutor da retracção (à base de álcool) . Esta composição pode ser usada em argamassas de revestimento de paredes. São argamassas com elevada densidade e sem indicação se podem ou não ser utilizadas para isolamento térmico. A presente invenção difere na composição de base hidráulica usada, que recorre ao corrente cimento Portland com ou sem cinzas volantes e/ou cal aérea. Não é adicionado nenhum agente à base de álcool para redução da retracção. 0 documento W02014162097A1 refere uma argamassa isolante com cimento e cal, cargas leves, adições e adjuvantes. São referidos nas cargas leves os aerogéis mas nenhuma informação sobre o tipo, método de produção e granulometria é indicada. São referidos bons valores de condutibilidade térmica mas valores baixos de resistência à compressão (abaixo ou no limiar do requisito da EN 998 para argamassas de revestimentos de paredes, que é 0.4 MPa) . A presente invenção difere, como referido, na junção de todos os constituintes (aerogel hibrido subcritico, cortiça expandida e argila expandida como agregados, cimento Portland e/ou cal aérea como ligantes e adjuvantes). Apresenta massas volúmicas e resistências à compressão superiores o que aumenta o leque do campo de aplicação, com classes de resistência I e II segundo a EN 998-1.

Relativamente a argamassas industriais existe apenas uma, comercializada no pais de origem (Suiça), constituída por ligante de cal hidráulica e cimento branco, e aerogel supercrítico como único agregado. Esta argamassa é integrada num sistema multicamada (Fixit 222), do tipo ETICS.

Verifica-se que, no presente estado da técnica, o mercado procura argamassas multifuncionais, inovadoras, com materiais isolantes mais sustentáveis e económicos, que melhorem as características higrotérmicas das argamassas, garantindo adequadas caracteristicas mecânicas para revestimentos de paredes. 0 mercado começa também a ter uma maior consciencialização para a necessidade de diminuir a incorporação de matérias-primas processadas e de energia, bem como o impacte ambiental resultante da produção, utilização e destino final das argamassas no fim da sua vida útil.

Apesar de alguns dos documentos anteriores referirem argamassas para a construção, cujas composições incluem determinados constituintes da invenção proposta, nenhuma dessas composições inclui todos os constituintes. 0 aerogel hibrido subcritico produzido à base de sílica resulta de processos de produção mais económicos e seguros do que os aerogéis supercríticos, nomeadamente hidrofobização pós-síntese por banho de envelhecimento e secagem subcritica (Fidalgo, et al 2003; Fidalgo, et al 2004) . Este aerogel é sintetizado com as caracteristicas adequadas para incorporação em argamassas.

Assim, no que diz respeito ao desenvolvimento de argamassas de base cimenticia com aerogel híbrido subcritico e co-agregados de cortiça expandida e argila expandida, nas pesquisas efetuadas, não são conhecidos patentes ou produtos comerciais semelhantes.

Sumário da invenção A presente invenção relaciona-se com argamassas térmicas de base cimenticia para melhoria da eficiência energética dos edifícios, em obra nova ou na reabilitação, que têm na sua constituição ligante cimento Portland, cinzas volantes e/ou cal aérea, aerogel hibrido subcritico à base de silica como nanoagregado isolante principal, co-agregados leves naturais de cortiça expandida e/ou argila expandida, filer leve de microesferas de perlite e adjuvantes.

Estas argamassas são muito leves, com um bom desempenho térmico e comportamento mecânico adequado para aplicação, pelo exterior ou interior, de paredes de edifícios novos ou antigos. Estas argamassas podem ser aplicadas manualmente em paramentos correntes ou antigos, pelo exterior ou interior, em camada única com um mínimo de 4 cm de espessura, permitindo receber acabamentos diversos, incluindo pintura.

Descrição detalhada da invenção

As argamassas térmicas de base cimenticia, objeto de invenção, são inovadoras dentro do seu campo técnico já que usam aerogel híbrido subcritico à base de sílica como nanoagregado isolante principal, com uma mistura de co-agregados naturais leves de cortiça expandida e/ou argila expandida, um filer leve e adjuvantes. As argamassas da presente invenção são utilizadas como revestimento exterior ou interior de paredes de edifícios novos ou antigos. 0 aerogel produzido resulta de processos de produção mais económicos e seguros do que os habitualmente utilizados em aerogéis supercríticos.

As argamassas contêm ainda adjuvantes à base de retentor de água, de preferência metilhidroxietil celulose modificada; tensioativo, de preferência um olefinossulfonato; e uma resina, de preferência à base de copolimeros de acetato de vinilo/versatato de vinilo na forma de pó redispersivel.

Estas argamassas incluem os seguintes constituintes relativamente ao total da massa da mistura: i) 4,5 a 93,0

Estas argamassas apresentam boa trabalhabilidade (espalhamento adequado para a sua massa volúmica no estado fresco, de acordo com a norma EN 1015-2), são leves (massa volúmica aparente em estado endurecido varia entre 300 e 786 kg/m3) e de fácil aplicação manual em paredes exteriores ou interiores, não existindo a necessidade de elevada especialização de mão-de-obra. O facto de recorrerem a co-agregados leves naturais já comercializados, aumenta a competitividade do produto e a possibilidade de aplicação industrial.

As argamassa são sustentáveis e mais económicas do que outras argamassas com aerogel, reduzindo os riscos ambientais e de segurança humana, já que incorporam aerogel produzido por meios mais seguros e económicos (redução de 27-78 e têm uma percentagem reduzida de compostos orgânicos na sua constituição.

As argamassas podem ser aplicadas como única camada, podendo ser pigmentadas ou receber um acabamento à base de pintura. A granulometria fina dos agregados isolantes (< 2 mm) permite a possibilidade de realizar nas argamassas acabamentos finais mais lisos.

As argamassas apresentam caracteristicas higrotérmicas melhoradas, reduzindo a propensão para a ocorrência de condensações superficiais e consequentes anomalias. A estrutura mesoporosa e a elevada superficie especifica do aerogel permitem a melhoria das caracteristicas higrotérmicas das argamassas, com elevada porosidade aberta (57-60

Descrição das figuras A Figura 1 representa as imagens MEV (Microscopia Eletrónica de Varrimento) das argamassas realçando a diferença entre os agregados. A) mistura cimenticia com boa ligação entre agregados (grânulos de aerogel, argila expandida e granulado de cortiça expandida); B) ampliação da figura A na zona de ligação do grão de argila expandida com a mistura; C) ampliação da figura A na zona de ligação do grão de cortiça expandida com a mistura; D) pormenor de um grão de cortiça. A Figura 2 representa as curvas isotérmicas de adsorção-desadsorção de nitrogénio liquido a 77 K (volume adsorvido em função da pressão relativa) de uma argamassa térmica, uma argamassa de referência e do agregado principal (o aerogel hibrido subcritico à base de silica). A Figura 3 representa a relação entre a massa volúmica e a condutibilidade térmica (λ) de argamassas industriais de desempenho térmico melhorado ao fim de 28 dias (com granulado de cortiça; poliestireno expandido ou terra diatomácea) e de argamassas com incorporação de aerogel híbrido subcritico à base de sílica. É possível observar que as argamassas com aerogel apresentam menor condutibilidade térmica do que as argamassas sem aerogel, para a mesma massa volúmica.

Os exemplos seguintes pretendem ilustrar a invenção e não limitam de modo nenhum o âmbito da invenção a proteger. EXEMPLO 1

Preparação de lOOOg de argamassa térmica com cimento

Portland

A argamassa obtida tem uma massa volúmica de 786 kg/m3 e uma condutibilidade térmica de 0,097 W/m.K.

Todos os componentes são misturados em seco e a argamassa é ensacada. A sua mistura com água ocorre no momento da utilização. O método de mistura é o seguinte: 15 segundos em rotação lenta na misturadora, seguido de uma paragem de 60 segundos. A mistura foi reiniciada pela misturadora durante 120 a 150 segundos em rotação lenta. A misturadora encontra-se em conformidade com a norma EN 196-1.

Foi realizada, em laboratório, uma bateria de ensaios que resultou na síntese apresentada na Tabela 1.

Tabela 1. Síntese das características físicas e mecânicas determinadas em ensaio para argamassa térmica do exemplo 1.

Os resultados obtidos permitem concluir que a argamassa formulada é uma argamassa leve, com a classificação térmica Tl, segundo a norma aplicável EN 998-1. A condutibilidade térmica desta argamassa apresenta um valor muito baixo, o que contribui preponderantemente para a redução da condutibilidade térmica da solução de revestimento. EXEMPLO 2

Preparação de 1000 g de argamassa térmica com cimento Portland e cinzas volantes

A argamassa obtida tem uma massa volúmica de 689 kg/m3 e uma condutibilidade térmica de 0,084 W/m.K.

Todos os componentes são misturados em seco e a argamassa é ensacada. A sua mistura com água ocorre no momento da utilização. O método de mistura é o seguinte: 15 segundos em rotação lenta na misturadora, seguido de uma paragem de 60 segundos. A mistura foi reiniciada pela misturadora durante 135 segundos em rotação lenta. A misturadora encontra-se em conformidade com a norma EN 196-1.

Foi realizada, em laboratório, uma bateria de ensaios que resultou na sintese apresentada na Tabela 2.

Tabela 2. Síntese das características físicas e mecânicas determinadas em ensaio para argamassa térmica do exemplo 2.

Os resultados obtidos permitem concluir que a argamassa formulada é uma argamassa leve, com a classificação térmica Tl, segundo a norma aplicável EN 998-1. A condutibilidade térmica desta argamassa apresenta um valor muito baixo, o que contribui preponderantemente para a redução da condutibilidade térmica da solução de revestimento. EXEMPLO 3

Preparação de 1000 g de argamassa térmica com cimento Portland, cinzas volantes e cal aérea

A argamassa obtida tem uma massa volúmica de 562 kg/m3 e uma condutibilidade térmica de 0,071 W/m.K.

Todos os componentes são misturados em seco e a argamassa é ensacada. A sua mistura com água ocorre no momento da utilização. O método de mistura é o seguinte: 15 segundos em rotação lenta na misturadora, seguido de uma paragem de 60 segundos. A mistura foi reiniciada pela misturadora durante 135 segundos em rotação lenta. A misturadora encontra-se em conformidade com a norma EN 196-1.

Foi realizada, em laboratório, uma bateria de ensaios que resultou na sintese apresentada na Tabela 3.

Tabela 3. Síntese das características físicas e mecânicas determinadas em ensaio para argamassa térmica do exemplo 3.

Os resultados obtidos permitem concluir que a argamassa formulada é uma argamassa leve, com a classificação térmica Tl, segundo a norma aplicável EN 998-1. A condutibilidade térmica desta argamassa apresenta um valor muito baixo, o que contribui preponderantemente para a redução da condutibilidade térmica da solução de revestimento.

Claims (2)

1. REIVINDICAÇÕES

   1. Argamassas térmicas de base cimentícia para aplicação como revestimento exterior ou interior de paredes de edifícios novos ou antigos caracterizadas por compreenderem um aerogel híbrido subcrítico à base de sílica como nanoagregado isolante principal, co-agregados naturais leves de cortiça expandida e/ou argila expandida, um filer leve e adjuvantes.
2. 2. Argamassas de acordo com a reivindicação 1, caracterizadas por o ligante ser cimento Portland nas quantidades de 4,5 a 93,0 serem constituídos por granulado de cortiça expandida e/ou argila expandida, numa razão de 0 a 68