22º CBECiMat - Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais 06 a 10 de Novembro de 2016, Natal, RN, Brasil

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1 ESTUDO DA INCORPORAÇÃO DE CHAMOTE DE TELHAS E BLOCOS CERÂMICOS ORIUNDOS DA REGIÃO DE ASSÚ/RN E SÃO JOSE DO MIPIBU/RN NO PROCESSAMENTO DE MASSAS ARGILOSAS PARA A FABRICAÇÃO DE PRODUTOS CERÂMICOS J. C. S. Andrade 1*, D. P. O. Brito 2, A. M. D. Sousa 3, J. C. C. Sales Junior 1, R. M. Nascimento 3, J. B. Lima 3, C. A. Paskocimas 3 1* Universidade Federal do Amazonas - UFAM, Departamento de Engenharia de Materiais - DEMA Av. Rodrigo Otávio Jordão Ramos, Coroado I, , Manaus/AM 2 Escola Agrícola de Jundiaí / PRONATEC, (EAJ/UFRN) RN Km 03 - Distrito de Jundiaí - Macaíba/RN CEP: Cx Postal 07 3 Universidade Federal do Rio Grande do Norte UFRN Campus Universitário, Lagoa Nova, , Natal, Rio Grande do Norte * jean.engmateriais@gmail.com Resumo Este trabalho avaliou a incorporação de resíduo cerâmico queimado (chamote) de telhas e blocos cerâmicos em massa argilosa para a produção produtos cerâmicos, na qual foram adicionados 20% de cada resíduo, respectivamente. A queima foi realizada em três temperaturas (800 C, 900 C e 1000 C). Foram realizados estudos comparativos dos corpos de prova contendo 100% de massa argilosa com as misturas contendo 20% de chamote e 80% de massa argilosa, de telhas e blocos cerâmicos. Os resultados evidenciaram que a incorporação de chamote de telhas e blocos cerâmicos foi aceitável quanto à absorção de água, variando entre 10% e 14,5%, e também quanto à tensão de ruptura à flexão, que variou entre 7 MPa e 17 MPa (resistência mecânica), pois se enquadram nos pré-requisitos exigidos em normas técnicas de telhas, blocos de vedação e de tijolos maciço (NBR 7170/1983b). Palavras-chave: telhas cerâmicas, blocos cerâmicos, chamote, cerâmica vermelha 10045

2 INTRODUÇÃO No Rio Grande do Norte são produzidos telhas, tijolos e lajotas, estas últimas em menor escala já que o bloco predomina no mercado. Essas indústrias estão localizadas na zona rural, onde o estado atualmente conta com mais de 200 cerâmicas vermelhas, com 159 em pleno funcionamento, 12 em processo de implantação/reimplantação, 14 temporiamente sem atividade e 21 desativadas (Carvalho, 2001). Segundo Reinaldo Filho Bezerra (2010), na chapada do Ápodi e no litoral leste potiguar localizam-se aglomerações de argilas, sendo que as maiores concentrações são encontrados nos municípios de Assú, Ipanquaçú, São José do Mipibú e São Gonçalo do Amarante, onde também se concentra a maioria dos pólos industriais, com uma produção de mais de 82 milhões de peças/mês. Perdas na etapa pós-queima podem variar de 5% a 20% conforme o tipo de material produzido e queimado. No Brasil estima-se que as perdas são de 10%, o que equivale aproximadamente à 200 kg ou 0,2 toneladas de fragmentos por milheiro, considerando o peso médio de 2 mil kg por milheiro (MME, 2009). Com a incorporação do chamote na massa cerâmica para conformação das peças observaram-se tanto aspectos físicos, mecânicos e químicos do produto final, com vistas à redução do impacto ambiental causado por sua disposição indiscriminada e a garantia de viabilidade técnica do produto. MATERIAIS E MÉTODOS Para a realização deste estudo foram coletados duas amostras de chamote, uma do município de Assú (telha) e a outra de São de José do Mipibu (bloco) com suas respectivas massas padrões com proporção de 3:1. Depois da coleta do material foi utilizado uma estufa a 100ºC para sua secagem, destorroada em almofariz de porcelana e moinho de bolas para seu posterior peneiramento em malha de 150 μm de diâmetro ou 100 mesh. Em seguida os chamotes foram adicionados em 20% nas suas respectivas massas, homogeneizadas com auxilio de moinho periquito com oito esferas de alumínio. Adicionou-se 8% de água para conformação de 8 corpos de prova 10046

3 devidamente identificados nas dimensões 6,0 cm x 2,0 cm x 0,50 cm em comprimento, largura e altura, respecitvamente, conformadas à carga de 3 toneladas em uma prensa pneumática para cada amostra de chamote. A queima das amostras foi realizada em um forno elétrico de laboratório a 3 temperaturas diferentes (800ºC, 900ºC, 1000ºC). A taxa de aquecimento foi de 3ºC/minuto com 30 minutos de patamar nos tempos de 4 e 6 horas de duração da queima dos corpos de prova. Foram avaliadas algumas propriedades tais como: densidade aparente (MEA); retração linear de queima (RL); absorção de água (AA); porosidade aparente (PA) e tensão de ruptura à flexão (TRF). A densidade aparente foi determinada a partir da Equação A. MEA (g/cm³) = M q V q Onde Onde MEA é a massa específica aparente (densidade aparente), M q é a massa da peça após sinterização e V q é o volume da peça obtido pelo produto de suas dimensões médias. A Retração Linear de queima foi determinada através da Equação B: (A) RL T (%) = C v C q C v x 100 (B) Onde RL T é a retração linear total; C v é o comprimento do corpo de prova verde e C q é o comprimento do corpo de prova após sinterização. A absorção de água foi determinada com a pesagem das massas dos corpos de prova queimados e saturados após imersos por 24 horas em água, conforme Equaçaõ C. AA (%) = M u M q M q x 100 Onde AA é a absorção de água; M u é a massa da peça saturada de água e M q é a massa do corpo de prova queimado. A porosidade aparente é obtida através do peso da massa úmida dos corpos de prova que foram utilizados na absorção de água, realizando uma nova pesagem imersa na água das respectivas amostras, conforme Equação D: (C) 10047

4 PA (%) = M u M q M u M i x 100 (D) Onde M u é a massa saturada de água; M q é a massa do corpo de prova queimado e M i é a massa do corpo de prova imerso em água. O ensaio de tensão de ruptura à flexão foi realizado em uma máquina universal de ensaios modelo (SHIMADSU ), onde é possível verificar a força que é submetida na amostras. O valor da tensão é determinado de acordo com a Equação E: TRF (MPA) = 3Pb 2Le² (E) Onde P é a carga em Kgf; b é a distância entre dois pontos de apoio (cm); L é a largura do corpo de prova e e é a espessura do corpo de prova (cm) RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 apresenta a retração linear total das peças sinterizadas em diferentes temperaturas, da qual observou-se uma pequena redução em relação ao padrão da telha e bloco com uma mudança brusca entre 900ºC a 1000ºC. Esse comportamento foi atribuído ao processo de vitrificação, que possibilita a redução da porosidade das peças provocando aproximação das particulas. Pode-se observar que na temperatura de 900ºC as amostras se estabilizam em relação as outras devido a eliminação total da água, aumentando a retração até 1000ºC

5 Figura 1 - Gráfico da Retração Linear total (%) X Temperatura ( C). A Figura 2 mostra a absorção de água das amostras, apresentado resultados significativos em relação ao padrão da massa do bloco com um aumento elevado da absorção. Os resultados de AA variaram entre 12,22% a 12,78% de média e de 0,49% a 0,71% de desvio padrão, mas respeitando a NBR (ABNT,2005) para os blocos de vedação e NBR 15310/05 (ABNT,2009) para telhas e que determina uma absorção inferior a 20%. Este comportamento deve-se ao aumento dos poros provocado pelo chamote incorporado na massa. Como o chamote já havia sido sinterizado antes de ser acrescentado na massa tanto do bloco como na telha, eliminou-se totalmente sua água intersticial e impediu-se melhor aglomeração das particulas. Entretanto, uma vez que a massa da telha é mais impermeável por natureza, não houveral alterações significativas referentes à padrão, tendo valores praticamentes iguais à 825ºC e 940ºC, com uma média de 14,08% a 14,31% e uma diferênca entre 0,31% a 0,50% em relação ao padrão

6 Figura 2 - Gráfico da Absorção de Água (%) X Temperatura ( C). Na Figura 3 apresentam-se os resultados da porosidade aparente das amostras em cada temperatura, onde pode-se observar que há grande aumento da porcentagem de poros na incorporação de 20% de chamote na massa de telha da cerâmica de Itajá, justificando o aumento da aborção de água acima descrito. Mesmo com a temperatura elevada não houveram alterações siginificativas em relação as outras anteriores, já que no padrão ocorreu uma queda brusca de 900ºC até 1000ºC, com as particulas juntas e a eliminação total dos materiais orgânicos existentes, com valores entre 26,11% a 27,66% de média e de 0,28% a 0,70% de desvio padrão. Entretanto, o bloco da região de São José do Mimpibu apresentou resultados mais proximos e iguais em dois pontos, na queima à 860ºC e 940ºC, com destaque para a temperatura de 900ºC com valor 27,6% em relação ao padrão, ajudando diretamente na absorção de água das peças

7 Figura 3 - Gráfico da Porosidade Aparente (%) X Temperatura ( C). Na Figura 4 apresentam-se os resultados das massas especificas aparentes após queima dos corpos de prova em cada temperatura, na qual ambas tiveram uma regularidade em seus valores, mesmo com adição do chamote, não interferindo nesta propriedade. Houve variação da massa específica aparente das peças em relação a padrão de 0,5% a 0,6% na telha e de 0,1% a 0,8% no bloco, com isso tornando viável seu uso nessa etapa

8 Figura 4 - Gráfico da Massa Específica Aparente de queima (g/cm 3 ) X Temperatura ( C). Na Figura 5, estão representados os resultados obtidos da tensão de ruptura á flexão dos corpos de prova sinterizados. Observa-se que na massa da telha com o acrécimo dos 20% de chamote houve aumento da tensão de ruptura em todas as temperaturas desde 800ºC até 1000ºC, obtendo valores de desvio padrão 1,27% a 2,34% em MPa. Observou-se que na temperatura 800ºC a média foi um pouco maior que 11 MPa, comparado com o padrão que foi de 8 Mpa. Entretanto, na temperatura de 1000ºC o comportamento foi similar com uma diferencia de apenas 1 MPa em relação ao padrão, do qual pode-se afirmar que com a incorporação do chamote é viavél para o seu uso na massa, aumentando sua durabilidade e resistência da telha cerâmica. Já na massa do bloco os resultados foram menores comparados aos do material padrão, com queda de resistência significativa, com valores de médias entre 3,5% a 5,5 % de diferença, e um desvio padrão entre 0,84% a 2,05%, mas com todas as amostras apresentando valores acima de 7 Mpa, ou seja, aptas para comercialização, com base na NBR (ABNT,2005), na qual a resistência à compreensão deve ser superior a 1,5 MPa

9 Figura 5 - Gráfico da Tensão de Ruptura à Flexão (MPa) X Temperatura ( C). CONCLUSÃO A incorporação de 20% de chamote na massa cerâmica da telha da região do Itajá/RN e do bloco da região de São José do Mipibu/RN apresentou resultados que demonstram não alteraram significativamente suas propriedades, mostrando um leve aumento tanto da massa específica do bloco como da massa da telha, nos parâmetros pré e pós-queima. Destaca-se o aumento da porosidade aparente e da absorção de água, com valores de 3% da porosidade na temperatura de 900ºC, onde atingiu seu maior índice e de 1,5% na absorção de água também à 900ºC. Na massa de telha houve um aumento gradativo em sua resistência a compressão para temperaturas abaixo de 900ºC e uma porosidade menor em relação ao padrão, melhorando suas propriedades na taxa de absorção de água, resistência e impermeabilidade com valores bem próximos ao padrão, apresentando uma diferença de 1% na temperatura final de 1000ºC

10 O estudo contribui desta forma para as indústrias cerâmicas vermelhas e estruturais, assim como o meio ambiente, reaproveitando seu rejeito e diminuindo a exploração de jazidas de matérias-primas, sem comprometer a qualidade do produto final para sua utilização no mercado. REFERÊNCIAS [1]. ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 6023: informação e documentação: referências: elaboração. Rio de Janeiro, [2]. LAKATOS, Eva Maria. Metodologia Científica. São Paulo: Atlas, [3]. MORAES, Irani Novah. Elaboração da Pesquisa Científica. Rio de Janeiro: Ateneu, [4]. ABNT, ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR :2005 blocos de vedação e estrutural, Terminologia e requisitos. Rio de Janeiro- RJ (2005). [5]. FILHO, F.R. A utilização do Rejeito Industrial Cerâmico-Chamote-como Fator de Qualidade na Fabricação de Elementos Cerâmicos: Estudo Experimental. Laboratório de Material de Construção Civil Campus UFSM- Camobi Santa Maria-RS Universidade Federal de Santa Maria

11 INCORPORATION STUDY OF BRICK POWDER CERAMIC TILES AND BLOCKS REGION ARISING OUT OF ASSÚ/RN AND SÃO JOSE DO MIPIBU/RN IN THE MASSES CLAYEY PROCESSING FOR MANUFACTURE OF CERAMIC ABSTRACT This study evaluated the burned ceramic residue incorporation (grog) tiles and ceramic blocks in clayey mass for producing ceramic products, which were added 20% of each residue, respectively. The firing was performed at three temperatures (800 C, 900 C and 1000 C). comparative studies of the samples containing 100% clayey mass with mixtures containing 20% grog and 80% of clay mass, tiles and ceramic blocks were performed. The results showed that the incorporation of chamotte ceramic blocks and tiles was acceptable as the water absorption ranging between 10% and 14.5%, as well as the breakdown voltage flexural between 7 MPa and 17 MPa ( mechanical strength) because they fit the prerequisites required in technical standards tiles, sealing blocks and solid bricks (NBR 7170 / 1983b). Key-words: ceramic tiles, ceramic bricks, grog, red ceramic