Eco-efficient and multifunctional thermal renders based on silica aerogel and fibres

May 21, 2021

O desenvolvimento de novas soluções construtivas para utilização em edifícios deverá melhorar o seu desempenho energético e o conforto dos utilizadores, ao mesmo tempo que contribui para a mitigação da pobreza energética e para a progressiva descarbonização deste sector. Uma das principais soluções adoptadas está relacionada com o revestimento das fachadas com argamassas térmicas. Assim, este estudo desenvolve e caracteriza argamassas térmicas à base de aerogel de sílica, incorporando őbras naturais e sintéticas. Além de desenvolver uma nova formulação de argamassa térmica à base de aerogel, avalia ainda os impactos e melhorias que a incorporação das őbras tem no seu desempenho (mecânico, físico, ambiental e económico). Através de várias campanhas experimentais que avaliaram diversas misturas e agregados leves, foi possível obter uma formulação inicial, incorporando grânulos de aerogel, com condutibilidade térmica inferior a 0,030 W m−1 K −1 , mas apresentando reduzida resistência mecânica e elevada absorção de água por capilaridade, não cumprindo com os requisitos da EN 998-1 para argamassas térmicas. Para melhorar essas propriedades, foram incorporadas diferentes percentagens de őbras naturais e sintéticas (aramida, polipropileno, sisal e biomassa ŕorestal), em volume, na argamassa, com e sem aplicação de sistema de revestimento protector. As misturas mais promissoras (aramida 0,50%, sisal e biomassa 0,10% vol/vol) foram então caracterizadas em termos de propriedades mecânicas, físicas, microestruturais, ambientais e económicas. Os resultados experimentais mostraram que a incorporação de őbras na argamassa à base de aerogel melhorou as propriedades mecânicas e de absorção de água relativamente à formulação inicial devido à sua inŕuência microestrutural. No entanto, a baixa condutibilidade térmica inicial e a alta permeabilidade ao vapor de água não foram comprometidas. As simulações higrotérmicas e o estudo de Avaliação de Ciclo de Vida (ACV) do sistema de revestimento multicamadas (reboco conjuntamente com o sistema de protecção) permitiram, com uma análise de sensibilidade à síntese de aerogel, realizar uma análise integrada ambiental, económica e energética. Os resultados foram obtidos para diferentes cenários de aplicação e localizações geográőcas, permitindo conőrmar a ecoeőciência e multifuncionalidade destas argamassas térmicas, apresentando grande potencial para a sua futura aplicação em paredes de edifícios novos ou a reabilitar. The development of new constructive solutions to use in buildings should improve their energy performance and the users’ comfort while mitigating the energy poverty and contributing to the progressive decarbonisation of this sector. One of the adopted solutions is related to the coating of facades with thermal renders. Therefore, this study develops and characterises thermal renders based on silica aerogel while also incorporating natural and human-made őbres. Additionally to developing a new aerogel-based thermal render formulation, it is evaluated the impacts and improvements that the incorporation of őbres has on its performance (mechanical, physical, environmental and economic). Through various experimental campaigns which evaluated several mixtures and lightweight aggregates, it was possible to obtain an initial formulation, incorporating aerogel granules, with thermal conductivity of less than 0.030 W m−1 K−1 , but with reduced mechanical resistance and high capillary water absorption, not complying with the requirements of EN 998-1 for thermal renders. To improve these properties, different natural and human-made őbre percentages, by volume, of aramid, polypropylene, sisal, and forest biomass were incorporated in the render, with and without applying a protective coating system. The most promising mixtures (aramid 0.50%, sisal and biomass 0.10% vol/vol) were then characterised in terms of mechanical, physical, microstructural, environmental, and economic properties. The experimental results showed that the incorporation of őbres in the aerogel-based render improved the initial formulation’s mechanical and water absorption properties due to their microstructural inŕuence. Nonetheless, the initial low thermal conductivity and high water vapour permeability were not compromised. Hygrothermal simulations and a Life Cycle Assessment (LCA) study of the multilayer coating system (render + protective system), with a sensitivity analysis to the aerogel synthesis, it was possible to carry out an integrated environmental, economic and energy analysis. The results were obtained for different application scenarios and geographic locations and allowed to conőrm the eco-efficiency and multifunctionality of these renders, showing great potential for their future application in walls of new and retroőtted buildings.

Authors in the community:

• 

  M

  Marco Ivo Frazão Pedroso

  ist147288

  Affiliations and sources

  IST > DECivil > CERIS

  Instituto de Investigação e Inovação em Engenharia Civil para a Sustentabilidade

Supervisors of this institution:

• 

  I

  Inês Flores-Colen

  ist24597

• 

  J

  José Dinis Silvestre

  ist45413

• 

  M

  Maria da Glória De Almeida Gomes

  ist14175

101680414

Dotoramento em Engenharia Civil

civil-engineering - Civil engineering

Keywords

• Aerogel de sílica
• Argamassas térmicas
• Condutibilidade térmica
• Fibras
• Multifuncionalidade
• Fibres
• Multifunctionality
• Silica aerogel
• Thermal conductivity
• Thermal renders

eng - English

Instituto Superior Técnico

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