BR102012029312A2 - Painel compósito incombustível, colorido e de elevado desempenho estrutural, à base de ligantes cimentícios e partículas de madeira - Google Patents

Abstract

Painel compósito incombustível, colorido e de elevado desempenho estrutural, à base de ligantes cimentícios e partículas de madeira. A presente invenção refere-se a um painel compósito de madeira e ligantes cimentícios, de superfícies planas, com várias colocações possíveis. Este painel é constituído por 35 a 85% cimento portland cinzento ou braco; 10 a 30% de partículas de madeira resinosa descascada; 5 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado; 0 a 10% de um acelerador de superfície;0 a 10% de solução de sulfato de alumínio; 0 a 30% de carbono 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 umidade, às variações térmicas, ao ruído e aos fungos e outros microorganismos, cumpre com todos os requesitos da norma de produto associada.

Description

Relatório Descritivo da Patente de Invenção para "PAINEL COMPÓSITO INCOMBUSTÍVEL, COLORIDO E DE ELEVADO DESEMPENHO ESTRUTURAL, À BASE DE LIGANTES CIMENTÍCIOS E PARTÍCULAS DE MADEIRA".

CAMPO DA INVENÇÃO A presente invenção refere-se a um novo tipo de painel de madeira cimento incombustível, permitindo a sua utilização uma maior segurança das construções para a ação 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 pavimen-tos, 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 água, estabilidade dimensional, elevada susceptibilidade ao ataque de fungos, insectos e microrganismos, e, sobretudo, um fraco desempenho ao nível 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 B1 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 multicamada e cujo painel é classificado como incombustível segun- do 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 anteriores, contudo contempla a utilização de fileres leves, como perlite, em mistura com gesso e fibras de celulose, para a produção de painéis multicamada. 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 contém cimento e devido a esse fato é-Ihe limitado o campo de aplicação, em especial, às solicitações de natureza estrutural e á exposição ambiental exterior. DESCRIÇÃO PORMENORIZADA DA INVENÇÃO Problema técnico e solução encontrada A principal vantagem desta invenção baseia-se no fato de ser um painel incombustível, sem liberar 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 incêndio. Em simultâneo, apresenta um bom desempenho ao nível do seu comportamento térmico e acústico, resistente ao impacto, tração e flexão, resistente à umidade, estável do ponto de vista dimensional, resistente a fungos, insetos e microrganismos, economicamente competitivo e muito fácil de aplicar. Face a estas características pode ser utilizado em uma vasta diversidade de áreas, inclusive com funções estruturais, arquitetônicas 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 ci- mento, em proporções devidamente estudadas de forma a controlar as eventuais reações expansivas que se poderíam 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 à ação do fogo.

Obiecto da Invenção Sendo assim, constitui o objecto da invenção um painel compó-èito 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 total da composição: 1) 35 a 85% cimento Portland cinzento ou branco; 2) 10 a 30% de partículas de madeira resinosa descascada; 3) 5 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado; 4) 0 a 10% de um acelerador de superfície; 5) 0 a 10% de solução de sulfato de alumínio; 6) 0 a 30% de carbonato de cálcio; e 7) 0 a 15% de pigmentos. A madeira resinosa utilizada para obter o componente 2) é normalmente pinho.

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

Geralmente, as referidas aparas tê 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<1 mm e 26 a 40%, de preferência cerca de 1/3 tem comprimento entre 1 e 4 mm.

Habitualmente, percentagem de componente 3) é de cerca de 11%.

Preferencialmente, o acelerador de superfície utilizado como componente 4) 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 razão de SiCVNaaO entre 3,19 e 3,53. O sulfato de alumínio utilizado como componente 5) tem normalmente uma densidade entre 1,05 e 1,10 g/cm3. O carbonato de cálcio utilizado como componente 6) é normalmente enchimento de calcário, proveniente da moagem fina de calcários.

Os pigmentos utilizados com componente 7) 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 tração por flexão>9 N/mm2 e uma resistência à tração perpendicular ao plano>0,5 N/mm2, um módulo de elasticidade>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.

Os cimentos utilizados são cimentos Portland cinzentos ou brancos, consoante a tonalidade pretendida para o painel e em conformidade EN 197-1, apresentando um 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 liga 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 A utilização de sulfato do tipo alumínio Al2(S04)3.nH20 em solução com densidade de entre 1,05 e 1,10 g/cm3 (1,07) permite a desfribilha-ção das aparas mais grossas, sendo que a utilização de silicato de sódio Na20.nSi02 com rácio Si02/Na20 = entre 3,19 e 3,53 em uma 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 à fabricação da mistura deverão ser inorgânicos e a cor pretendida. A fabricação da placa segue o processo industrial do painel Vi-roc 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 a 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, retificada e embalada.

Exemplos Dados 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 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<1 mm e 1/3 15,4 [1;4] mm) 2 Solução de sulfato de alumínio de densidade 1,07 4,1 g/cm3 Etapa Componente % em peso 3 Solução de silicato de sódio de densidade 1,13 6,3 g/cnrr 4 Cimento cinzento CEM ll/A-L 42,5R 62,8 5 Gesso 11,5 Etapas de fabricação: Os toros de madeira são reduzidos em aparas. As aparas são a-fjnadas 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 metade restante 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 os constituintes restantes. 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 em uma estufa de endurecimento, onde sob o efeito da pressão, temperatura e umidade e tempo de permanência, irão adquirir a resistência necessária de 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 umidade 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, exceto no que respeita ao carbonato de cálcio, que é processado juntamente com o cimento e o gesso, foram preparados painéis com os seguintes componen- tes e nas percentagens em peso indicadas: Etapa Componente % em peso 1 Aparas de madeira de Pinho (2/3<1 mm e 1/3 [1;4] 16,1 mm) 2 Solução de sulfato de alumínio de densidade 1,07 4,3 g/cnr 3 Solução de silicato de sódio de densidade 1,13 5,8 g/crrr 4 Cimento cinzento CEM I42.5R 47,4 5 Gesso 16,1 6 Carbonato de cálcio 10,3 Utilização do produto da invenção As aplicações mais comuns para este painel são: Fachadas: A utilização deste tipo de painéis em fachadas, garante diversas vantagens pelo fato de ser um material de construção que pode ser utilizado tanto em exteriores, com bom comportamento à exposição solar, aos ciclos úmidos 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 tra-baíhabilidade, podendo ser aplicado tal e qual, ou ser adotado um acabamento por pintura ou revestimento com materiais cerâmicos.

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

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

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

Pavimentos: As excelentes características de resistência mecânica, a sons aéreos e de percussão, resistência térmica, à ação do fogo, à ação dos fungos, térmicas e outros microrganismos, permitem, quando aplicado em um sistema adequado de suporte, responder aos requisitos específicos da construção de pavimentos.

Tetos: Uma outra possibilidade é a utilização destes painéis como tetos falsos, podendo ser obtidos excelentes resultados ao nível 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 estanqueidade.

Cofraaem perdida: As suas características de rigidez, resistência e durabilidade permitirão utilizar este painel no domínio das cofragens perdidas.

Quttas-aplicacões: • Decoração de interiores • Barreiras sonoras • Mobiliário urbano e de interiores • Paletes Características do produto da invenção As principais características do produto da invenção constam no tabela seguinte: Tabela 2 - Características dos painéis

Claims (11)

1. Painel compósito incombustível e de elevado desempenho 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: 1) 35 a 85% cimento Portland cinzento ou branco; 2) 10 a 30% de partículas de madeira resinosa descascada; 3) 5 a 20% de sulfato de cálcio hemi-hidratado; 4) 0 a 10% de um acelerador de superfície; 5) 0 a 10% de solução de sulfato de alumínio; 6) 0 a 30% de carbonato de cálcio; e 7) 0 a 15% de pigmentos.

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

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

5. Painel compósito de acordo com a reivindicação 3 ou 4, caracterizado por 50 a 70% das referidas aparas terem comprimento<1 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 4) ser solução de silicato 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 5) ter uma densidade entre 1,05 e 1,10 g/cm3.

9. Painel compósito de acordo com qualquer uma das reivindica- ções 1 a 7, caracterizado por os pigmentos utilizados com componente 7) serem pigmentos de óxidos metálicos.

10. Painel compósito de acordo com qualquer uma das reivindicações 1 a 8, caracterizado por possuir resistência à tração por flexão>9 N/mm2, resistência à tração perpendicular ao plano>0,5 N/mm2 e módulo de elasticidade>4000 N/mm2.

11. Painel compósito de acordo com qualquer uma das reivindi-•cações 1 a 9, caracterizado por possuir condutividade térmica <0,23 W/m .K.