Novos Materiais e Revestimentos para Exterior. José António Santos Investigador Principal aposentado do LNEG

Transcrição

1 Novos Materiais e Revestimentos para Exterior José António Santos Investigador Principal aposentado do LNEG

2 Construções de madeira em Portugal Vivendas, estrutura em alvenaria e madeira. Fachadas em madeira termo-modificada pintada. Modelo, estrutura e isolamentos térmicos. Fachada exterior em reboco de argamassa de cal ou revestimento de madeira

3 Estruturas decorativas em pinho bravo

4 Acabamentos novos com óleos pigmentados Acabamentos sem película

5 Acabamentos após um ano de exposição ao exterior (3 demãos) Tinta com solvente (formação de película) (2 demãos) (1 demão) Óleo com pigmento (sem película) (óleo)

6 Madeira natural após exposição ao exterior 1 ano Carvalho camada superficial 0,2 mm de profundidade Carvalho Após 20 anos sem manutenção

7 Madeira natural após um ano de exposição ao exterior 1 ano Carvalho camada superficial Pinho bravo Controlo inicial

8 Pinho bravo preservado em auto-clave após mais de 2 anos de exposição ao exterior Fendilhação normal e inevitável

9 Classes de risco da aplicação de madeiras (condições de Portugal), EN 335:2011 Durabilidade da madeira e de produtos derivados da madeira. Definição das classes de risco. Aplicação à madeira maciça e produtos derivados. Classe de rico Condições de serviço Exposição à humidade Teor de água da madeira Agentes causadores de degradação 1 No interior, protegido Seco Até 20 % 2 No interior ou protegido Ocasionalmente húmido > 20 % No exterior, acima do solo, Protegido No exterior, acima do solo, desprotegido No exterior, em contacto com o solo e/ou com água No exterior, em contacto (severo) com o solo e/ou com água doce Ocasionalmente húmido ou Frequentemente húmido Predominante ou frequentemente húmido Permanentemente húmido > 20 % > 20 % 5 Na água salgada Permanentemente húmido > 20 % Insetos Térmitas (1) Fungos Insetos Térmitas Fungos Insetos Térmitas Fungos Insetos Térmitas Xilófagos marinhos

10 EN Fungos Esta classificação dá indicação da durabilidade da madeira em contacto com o solo, classe de risco 4 Classificação durabilidade natural cerne. Classe de risco 4 Classes de qualidade Fungos lenhívoros Descrição 1 Muito durável 2 Durável 3 Medianamente durável 4 Pouco durável 5 Não durável Borne é sempre classe 5

11 Revestimentos e materiais para exterior Alvenaria Metal Madeira X X Derivados Madeira natural Madeira modificada OSB Contraplacados Aglomerados Fenólicos Espécies: Carvalho Pinho Eucalipto Criptoméria Termo modificada Furfurilada Acetilada Cerne Borne Juvenil Impregnada Com nós Sem nós Acabamentos: Verniz Velatura Óleo Pigmentos

12 Dilema das escolhas Tudo serve para alguma coisa mas, Nenhuma coisa serve para tudo

13 Madeira furfurilada O processo começou a ser comercialmente conhecido desde 2005, com bons resultados quanto à melhoria de algumas propriedades conferidas à madeira. A eficácia do tratamento depende do grau de impregnação, correspondendo a diferentes níveis de ganho de massa volúmica ( %) ( * 1), resultando também diferentes graus de melhoria das propriedades. ( * 1) Nota : Ganho de peso em percentagem. Fonte:

14 Madeira furfurilada Fonte:

15 Madeira furfurilada Informação disponível de fontes independentes Estabilidade dimensional melhorada. Durabilidade natural muito melhorada aos fungos da podridão. Sem impacte ambiental no final do ciclo de vida. Aumento de massa volúmica em cerca de 38 %. O que falta confirmar Durabilidade às térmitas subterrâneas e de madeira seca? Durabilidade equivalente ao antigo tratamento de preservação CCA? Comportamento à fissuração superficial em climas com forte amplitude higro-térmica??

16 Madeira termo-modificada O processo de modificação estudado há mais de 75 anos começou a sua grande expansão comercialmente a partir de 2000, com justificação na melhoria de algumas propriedades conferidas à madeira, nomeadamente a estabilidade dimensional, resistência aos fungos e não utilização de químicos. A eficácia do tratamento depende essencialmente das temperaturas máximas, resultando também diferentes graus de melhorias / limitação das propriedades. Fonte: Jukka Ala-Viikari. COST E 38.

17 Madeira termo-modificada Fonte: Fonte: Atlantic Wood

18 Madeira termo-modificada Material Massa volúmica Módulo elasticidade Resistência à Rotura Dureza Resistência ao impacto Fissuração Natural -> Termo-modificada Diminuição 5 a 15 % Diminuição 5 a 20 % Diminuição 10 a 20 % Diminuição 5 a 10 % Diminuição 30 a 80 % Aumenta Material Absorção de água Isolamento térmico Podridão por fungos Inchamentos / retrações Natural -> Termo-modificada Diminuição Melhoria Melhor 4 a 20 vezes Menores até 4 vezes Principais usos recomendados Fins decorativos e revestimentos não estruturais Principais espécies: Pinhos e abeto (mais de 90 %) Fonte: Holger Militz, Michael Altgen.

19 Madeira termo-modificada Informação disponível de fontes independentes Estabilidade dimensional melhorada (até 50 % menos inchamento) Durabilidade natural aos fungos da podridão melhorada (5 a 10 vezes) Sem impacte ambiental no final do ciclo de vida Limitações Tendência para fissuração superficial (mais nos padrões tangenciais) Fendas nos órgãos de ligação (pregos e parafusos requerem furação prévia). Susceptível às térmitas subterrâneas O que falta confirmar Tempo razoável de durabilidade natural em fachadas ao exterior, 15 a 20 anos? Classe de durabilidade 2 segundo norma EN

20 Madeira acetilada O que muda A madeira deixa de ter a possibilidade de se ligar com a água, não absorve água e tem comportamento hidro-repelente.

21 Madeira acetilada O processo é conhecido em laboratório há mais de 50 anos, com bons resultados quanto às melhorias conferidas à madeira, mas houve dificuldade de implementação à escala industrial pela dificuldade técnica e elevado custo. A modificação por acetilação pode ser feita a diferentes níveis (0 20%)* 1, resultando também diferentes graus de melhoria das propriedades. * 1 Nota : Ganho de peso em percentagem. Informação disponível de fontes independentes Estabilidade dimensional aumentada pelo menos 3 vezes. Durabilidade aos fungos da podridão melhorada de 4 a 20 vezes, dependendo do nível de acetilação (0 20%) e da espécie de fungo. Sem impacte ambiental no material fabricado, nem no final do ciclo de vida. A madeira acetilada mantém a cor da madeira natural após tratamento. Após prolongada exposição ao exterior a cor acinzentada aparece igual à madeira natural. As propriedades mecânicas mantêm-se pouco alteradas. A densidade fica aumentada cerca de 20 %.

22 Madeira acetilada Material Massa volúmica Módulo elasticidade Resistência à Rotura Dureza Podridão por fungos Inchamentos / retrações Pinho radiata Natural -> Acetilado Aumento até 20 % Diminuição até 10 % Diminuição até 10 % Aumento até 40 % Melhor 4 a 20 vezes Menores até 4 vezes Limitações e dúvidas sobre a madeira acetilada Exige tecnologia e boa preparação técnica e científica dos fabricantes. Manuseamento de produtos perigosos em fábrica. A madeira acetilada suporta mal alguns acabamentos e a colagem, por a superfície se tornar mais hidrofóbica. Não há informação sobre a resistência às térmitas. Preço muito elevado. Referência: Roger M. Rowell, et al. (2008). Production of Dimensionally Stable and Decay Resistant Wood Components Based on Acetylation. 11DBMC International Conference on Durability of Building Materials and Components. ISTANBUL - TURKEY] May th, 2008.

23 Relação de preços Madeira resinosas Madeira preservada Madeira termomodificada Madeira furfurilada Madeira tropical Madeira acetilada

24 Modelo da degradação UV-A Madeira sem protecção Após 6 meses a um ano

25 Padrões de serragem dos toros tangencial Direções Pranchas tangencial radial

26 Influência da própria madeira após um ano de exposição Tangencial cerne Lenho juvenil Radial borne Tangencial borne Radial cerne Ensaios LNEG - Divercol

27 Soluções de acabamento Vernizes Resina Solvente Evaporação do solvente Com película Pouco ou nenhum pigmento Óleo Oxidação Sem película Tinta alquídica Com cor Resina Poliésteres / óleo secante Solvente Pigmento Polimerização por evaporação do solvente Com película Tinta acrílica Emulsões em água Polimerização por perda de água Com película Com cor Tinta epoxídica Dois componentes Reação Com película

28 Modelos de envelhecimento de acabamentos Verniz com película Óleo / sem película

29 Futuro - Investigação de acabamentos Hidro-repelência / hidrofobia / efeito lótus Uma das soluções mais procuradas pelos cientistas é conferir às superfícies propriedades hidrofóbicas o que significa repelirem a água. Este comportamento é conhecido por "efeito lótus porque é semelhante ao que acontece quando a água cai sobre as folhas de algumas plantas, incluindo flores de lótus, couves, etc.. Pensa-se que a superfície destas folhas têm partículas de cera de dimensões nanométricas que interferem com a tensão superficial da água. Também produtos como veludos finos apresentam propriedades de repelência à água, o que faz supor que há também um efeito físico da rugosidade das superfícies à micro-escala que potencia este efeito. Procura através de compostos da família dos silicones (silanos e siloxanos). Vantagens da hidrofobia A madeira não ganha água não incha não retrai não fissura Não há aderência de sujidade Continua a permitir permeabilidade ao ar e ao vapor de água Não há desenvolvimento de fungos Muito maior estabilidade dimensional

30 Hidro-repelência / hidrofobia / efeito lótus Modelo à escala nanométrica Superfície eucalipto com produto comercial hidrofóbico Acabamento óleo com pigmento sobre Pinho-bravo

31 Conclusões

32 Conclusão 1/6 Fissuração e degradação muito mais rápida e intensa nos elementos de corte tangencial do que nos de corte radial

33 Conclusão 2/6 Madeira sem acabamento exposta ao exterior tende para descoloração acinzentada ao fim dos primeiros 6 meses, após radiação solar UV e chuva. Depois pode manter-se quase inalterada por muitos anos.

34 Conclusão 3/6 Superfícies cobertas têm muito melhor durabilidade do que superfícies expostas e com maior intermitência de humidificação. Necessidade de barreiras arquitetónicas. Menos deteriorada Mais deteriorada

35 Conclusão 4/6 Superfícies horizontais degradam-se mais rapidamente do que superfícies verticais Em geral acabamentos com pigmentos mais escuros têm maior duração do que pigmentos de cores claras

36 Conclusão 5/6 Materiais derivados à base de partículas e folha de madeira (OSB e contraplacados) e ainda os lamelados-colados, necessitam dos mesmos cuidados de proteção superficial do que a madeira maciça. Materiais derivados de alta densidade, à base de resinas fenólicas, também se degradam na exposição à radiação e à humidade. Boas referências para algumas das soluções com madeira modificada, termo-modificada, furfurilada e acetilada. Necessidade de melhor confirmação.

37 Conclusão 6/6 Boas referências para algumas das soluções com madeira modificada, termo-modificada, furfurilada e acetilada. Necessidade de melhor confirmação. Classificação durabilidade natural cerne. Classe de risco 4 Classes de qualidade Fungos lenhívoros Descrição 1 Muito durável 2 Durável 3 Medianamente durável 4 Pouco durável 5 Não durável Algumas madeiras tropicais Madeira preservada Fenólicos Madeira acetilada? Contraplacados mad. tropicais Madeira furfurilada? Madeira termo-modificada? Contraplacados em geral OSB

38 fim Obrigado pela vossa atenção