PAINÉIS CIMENTO-MADEIRA

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1 CIMENTO-MADEIRA Prof. Setsuo Iwakiri UFPR - DETF INRODUÇÃO HISTÓRICO 1914 > Áustria > partículas excelsior + aglutinante (óxido magnésio + cloreto magnésio) 1928 > Alemanha > início > uso cimento portland / escala industrial 1960 > EUA > painéis tipo flake (Elmendorf) ASPECTOS GERAIS Painéis cimento-madeira > utilizados amplamente > Europa, Japão,... > função > propriedades isolantes / resistência ao fogo Alemanha > precursor > tecnologia produção > plantas BISON Mercado painéis cimento-madeira > depende > desenvolvimento > sistemas de construção modular Brasil > indústria em Blumenau > painéis excelsior p/construção civil Boas perspectivas > Brasil > disponibilidade cimento / resíduos florestais 1

2 INRODUÇÃO DEFINIÇÃO > Painéis compostos de partículas de madeira, cimento, acelerador de cura e água - consolidados através de prensagem a frio CARACTERÍSTICAS DOS CIMENTO-MADEIRA > Virtualmente incombustíveis Alta resistência a umidade / mudanças climáticas cíclicas Resistente a ataque de fungos e insetos Isolamento térmico / acústico Possibilidade de usinagem / aplicação de materiais de revestimentos Moldagem superfície do painel Aplicações > paredes externas, forro, piso,... INRODUÇÃO PRINCIPAIS TIPOS DE CIMENTO-MADEIRA > Painéis excelsior > Densidade > 0,24 0,42 g/cm³ Uso de partículas longas / estreitas > comprimento (500 mm) / largura (0,5 5 mm) / espessura (1,0 mm) Aplicações > painéis para isolamento térmico e acústico (paredes, forros) Painéis tipo flake > Densidade > 0,95 1,30 g/cm³ Uso de partículas tipo flake > comprimento (2-20mm), largura (0,2-2,5mm), espessura (0,1-0,9mm) Aplicações > construção civil > paredes / pisos Blocos para construção Dimensões > 0,2 x 0,3 x 1,21 m Peso > 45 kg Aplicação > paredes > casas / edifícios (Países escadinavos) 2

3 MATÉRIA PRIMA MADEIRA > Espécies baixa densidade Coníferas (mais indicadas) AGLUTINANTES > Cimento portland / ARI - cura rápida Magnesita > oxisulfato magnésio Gipsita / gesso > painel de gesso acartonado ÁGUA > Hidratação do cimento > reações exotérmicas Dissolver aditivos químicos (sal) Possibilitar > mistura homogênea > componentes do painel ACELERADOR DE CURA > Cloreto cálcio, silicato sódio, sulfato alumínio,... FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DOS MADEIRA > A) Propriedades físicas > Densidade da madeira > média a baixa Geometria de partículas > tipo flake > C = 2 20 mm, L = 0,2 2,5 mm, E = 0,1 0,9 mm Teor de umidade > 10 15% (seca ao ar) B) Propriedades químicas > Componentes químicos > prejudiciais > cura do cimento > polioses (folhosas) / açucares / tanino / amido / fenóis Casca > compostos fenólicos > inibidores cura cimento Madeiras folhosas > maiores índices de inibição da cura > + polioses (alburno) / + fenóis (cerne) 3

4 FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DOS C) Tratamento das partículas > Métodos > extração > compostos químicos > inibidor cura cimento > Tratamento em água fria > imersão > horas > secagem Tratamento em água quente > imersão > 80 C / 6 h > lavagem periódica (2 h) > secagem Tratamento químico > imersão > solução diluída (1%) NaOH > 24 h > lavagem > secagem Tratamento biológico > exposição partículas > ataque > fungos manchadores > 4 semanas FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DOS CIMENTO > Cimento Portland / ARI (cura rápida) Elementos químicos básicos > sílício, alumínio, ferro e cácio Compostos principais > silicato tricálcico, silicato dicálcico, aluminato tricálcico e ferro aluminato tetracálcico Cura cimento > processo hidratação > reações exotérmicas > liberação de calor (Figura) Produção > painéis > maior liberação calor > cura mais rápida Etapas de cura > (1) gelatinização > (2) cristalização (ligação entre partículas e cimento) Cimento > alto teor > silicato tricácico / aluminato férrico > adequadas > produção painéis cimento-madeira 4

5 FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DOS Figura Curva de hidratação do cimento / madeira T E M P E R A T U R A ( 0 C ) FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DOS RELAÇÃO MADEIRA : CIMENTO > Madeira + cimento: principais componentes da estrutura do painel Relação ideal > 1:2,5 a 1:2,75 Relação acima > 1:3 > redução resistência do painel RELAÇÃO ÁGUA:CIMENTO > Hidratação > cimento portland > + 25% base peso cimento Água = 0,35 + (0,30 TU). M TU: teor umidade madeira M: massa da madeira em gramas Relação água:cimento ideal > A/C = 0,4 5

6 FATORES QUE AFETAM AS PROPRIEDADES DOS GEOMETRIA DE PARTÍCULAS > Partículas maiores > maior resistência a flexão estática Partículas menores > maior resistência a compressão Partículas menores > maior índice de inibição TEOR DE UMIDADE DAS PARTÍCULAS > Importante > cálculo > relação água : cimento Adição de água até o PSF: disponibilização para hidratação do cimento (TU madeira + água, até PSF) Recomendação: partículas com TU abaixo de 15% PROCESSO DE PRODUÇÃO > Painéis Excelsior < Descascamento das toras Seccionamento em toretes (50 cm) Geração de partículas excelsior > C = 50cm; L = 0,5-5mm; E = 1mm Tratamento > unidades de imersão em água Prensagem (rolos borracha) > drenagem água Misturador > partículas úmidas + cimento + aditivos químicos + água Formação do colchão > deposição material / placas untadas com óleo Reparos / enchimento - falhas superfície do painel Prensagem + grampeamento (vários painéis sobrepostos) Retirada da prensa > endurecimento (24 h) Retirada grampos / painéis Maturação > painéis empilhados verticalmente (28 dias) 6

7 PROCESSO DE PRODUÇÃO PROCESSO DE PRODUÇÃO 7

8 PROCESSO DE PRODUÇÃO PÁTIO DE TORAS > Descascamento toras Armazenamento toras (2 meses) > tratamento biológico > fungos manchadores > remoção de açúcares GERAÇÃO DE PARTÍCULAS > Picadores de disco / tambor > partículas flake Dimensões > E= 0,1-0,9mm; C= 2 10mm; L= 0,2 2,5mm Moinho de martelo > partículas finas (camadas externas) Silos de armazenamento CLASSIFICAÇÃO DE PARTÍCULAS > Peneiras > partículas maiores (miolo); partículas menores (camadas externas) MISTURA DE MATERIAIS > PROCESSO DE PRODUÇÃO Componentes > madeira + cimento + água + acelerador cura Materiais > camada interna / camadas externas > estações de mistura separadas Quantidade de materiais (processo Bison) > 280 kg madeira 770 kg cimento 50 kg acelerador de cura 400 kg água FORMAÇÃO DO COLCHÃO > Estação formadora > similar > processo aglomerados > adaptação p/material úmido / maior peso Controle > homogeneidade formação > distribuição / densidade Dimensionamento 8

9 PROCESSO DE PRODUÇÃO PRENSAGEM > Prensa com aparatos de grampeamento > conjunto de colchões sobrepostos Prensagem a frio; pressão específica = 25 kgf/cm² Prensagem + grampeamento CURA PRIMÁRIA ENDURECIMENTO > Câmara de endurecimento > T= 60 C; tempo= 6 8 h Remoção grampos > retirada painéis Pré-esquadrejamento MATURAÇÃO Área de estocagem > 18 dias PROCESSO DE PRODUÇÃO ACONDICIONAMENTO > Câmara climática > teor umidade equilíbrio ACABAMENTO > Esquadrejamento final Lixamento Pintura, materiais de revestimento 9

10 ASPECTOS TÉCNICOS, ECONÔMICOS E AMBIENTAIS Desnecessidade de secagem das partículas de madeira a baixos teores de umidade Processo de cura a frio > reações exotérmicas Baixo consumo total de energia (secagem, prensagem) Produtos químicos utilizados > baixa toxicidade, não são inflamáveis, sem perigo de explosão Não há formação de gases tóxicos e odores indesejáveis durante processo de produção Baixa emissão de poeiras > processo / material úmido Não há problemas de efluentes líquidos 10