ESTUDO COMPARATIVO DE MASSAS CERÂMICAS PARA TELHAS PARTE 2: PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS

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1 ESTUDO COMPARATIVO DE MASSAS CERÂMICAS PARA TELHAS PARTE 2: PROPRIEDADES TECNOLÓGICAS C. M. F. Vieira, T. M. Soares, R. Sánchez, S. N. Monteiro Av. Alberto Lamego, n o 2000, Horto. Campos dos Goytacazes-RJ Cep: e -mail: vieira@uenf.br Universidade Estadual do Norte Fluminense-UENF Laboratório de Materiais Avançados-LAMAV RESUMO Este trabalho tem por objetivo complementar o estudo comparativo de uma massa cerâmica para telhas do município de Campos dos Goytacazes com outras três massas cerâmicas de reconhecida qualidade técnica através da determinação de propriedades tecnológicas de queima. Foram avaliadas neste estudo comparativo com a massa de Campos dos Goytacazes-RJ, duas massas nacionais provenientes dos Estados de e e uma terceira massa proveniente de. As propriedades tecnológicas avaliadas foram: densidade, absorção de água, retração linear e tensão de ruptura à flexão nas temperaturas de queima de 825, 875, 925, e 1075 o C. Os resultados indicar am que a massa cerâmica para telhas proveniente de Campos dos Goytacazes apresentou maior porosidade até a temperatura de 1025 o C em relação às demais massas estudadas e maiores valores de retração linear e absorção de água em todas as temperaturas avaliadas. Entretanto, a massa cerâmica de Campos dos Goytacazes-RJ apresentou os maiores valores de resistência mecânica em todas as temperaturas de queima avaliadas. Palavras-chaves: massa cerâmica, telhas, propriedades tecnológicas. INTRODUÇÃO Na formula ção de uma massa cerâmica vermelha busca-se uma adequada trabalhabilidade para a etapa de conformação das peças e que após queima, possibilite a obtenção das propriedades finais requeridas como resistência mecânica, absorção de água, cor, etc. Um outro fator importante é o custo, já que os produtos de cerâmica vermelha apresentam baixo valor agregado. A trabalhabilidade da massa está relacionada com sua plasticidade que deve ser tal que possibilite uma fácil conformação no estado plástico e confira à peça verde resistência mecânica suficiente para seu manuseio. Uma baixa plasticidade pode acarretar em dificuldade de conformação e baixa resistência mecânica à verde. Por outro lado, uma elevada plasticidade acarreta num aumento dos riscos de defeitos em função da excessiva retração e maior tempo de secagem e maior gasto energético, que pode significar em maior custo. Já as propriedades tecnológicas de queima requeridas, como por exemplo, resistência mecânica, absorção de água e parâmetros dimensionais devem satisfazer valores e variações estipulados por normas técnicas. Estas propriedades tecnológicas são influenciadas pelas características das matérias-primas como: composição química- mineralógica, tamanho de partículas e parâmetros de processamento como tipo de preparação de massa e temperatura de queima, dentre outros. Com isso, a avaliação das características das matérias-primas e de suas propriedades tecnológicas em função dos parâmetros de processamento é fundamental para que se aproveite o melhor potencial das matérias-primas disponíveis. 661

2 Este trabalho, nesta segunda parte, teve por objetivo estudar comparativamente as propriedades tecnológicas tais como plasticidade, densidade, absorção de água, retração linear e resistência mecânica de uma massa cerâmica para telhas do município de Campos- RJ com outras três massas cerâmicas para telhas de reconhecida qualidade técnica. MATERIAIS E MÉTODOS Para realização deste trabalho foi utilizada uma massa cerâmica para telhas proveniente de indústria do pólo cerâmico do município de Campos dos Goytacazes- RJ (), a qual foi avaliada comparativamente com outras três massas cerâmicas para telhas provenientes de indústrias das regiões de: Teresina no Estado do (Pi), Morro da Fumaça no Estado de Santa (SC) e Coímbra de (Pt). As quatro massas cerâmicas estudadas são utilizadas para fabricação de telhas com cor de queima avermelhada. As massas cerâmicas foram coletadas na linha de produção após a etapa de extrusão, garantindo assim uma boa homogeneização. Após coleta das matérias-primas, estas foram inicialmente secas em estufa a 110 o C, desagregadas com pilão manual e peneiradas em 40 mesh. Em seguida, foram preparados corpos-de-prova de cada massa cerâmica por prensagem uniaxial em matriz de aço no tamanho 11,43x2,54x1,0 cm de forma que fossem obtidas densidade aparente a seco de 1,93g/cm 3 com desvio-padrão de 0,03g/cm 3. Em seguida, as amostras foram queimadas em forno de laboratório nas temperaturas de patamar de 825, 875, 925, 975, 1025 e 1075 o C durante 2 horas. Utilizou-se uma taxa de aquecimento/resfriamento de 4 o C/min. As propriedades tecnológicas avaliadas foram: plasticidade, densidade aparente, absorção de água, retração linear e tensão de ruptura à flexão. A plasticidade foi determinada de acordo com as normas ABNT NBR-7180 (1) e NBR-6459 (2), através da determinação dos índices de Atterberg: Limite de plasticidade (LP), limite de liquidez (LL) e índice de plasticidade (IP). A Densidade de queima e absorção de água das amostras foram determinadas de acordo com a norma ASTM C (3). A retração linear das amostras queimadas foi determinada utilizando paquímetro de resolução de 0,01 mm. A tensão de ruptura à flexão em três pontos foi determinada de acordo com a norma ASTM C (4) com auxílio de uma máquina de ensaios universal marca INSTRON, modelo RESULTADOS E DISCUSSÃO A Tabela I mostra a plasticidade das massas cerâmicas determinada através dos limites de Atterberg. A determinação da plasticidade é de grande importância para cerâmica vermelha, já que indica sua adequação para ser extrudada e a quantidade de água necessária. Estes parâmetros podem ser avaliados através do índice de plasticidade (IP) e limite de plasticidade (LP). O índice de plasticidade considerado mínimo que uma argila ou massa cerâmica deva apresentar para ser conformada por extrusão é de 10% (5). Abaixo deste valor torna-se muito perigosa a etapa de conformação já que há um grande risco de mudança no comportamento plástico com pequena alteração na quantidade de água utilizada. Com isso, observa-se que todas as massas cerâmicas apresentam índice de plasticidade (IP) superior a 10%, sendo então consideradas adequadas. Já o limite de plasticidade considerado adequado situa-se entre 18-25%. Um limite de plastic idade abaixo do limite mínimo indica uma argila ou massa cerâmica extremamente difícil de ser conformada por extrusão, com baixo poder de coesão e com isso baixa resistência mecânica. Já um limite de plasticidade acima de 25% indica a necessidade de uma excessiva quantidade de água, que vai acarretar numa maior dificuldade e maior tempo de secagem. Com isso, observa-se que à exceção da massa cerâmica de Campos -RJ, as demais massas apresentam limites de plasticidade adequados. 662

3 Tabela I Limites de Atterberg das massas cerâmicas. Plasticidade Massas Cerâmicas Campos-RJ LP LL IP De acordo com a Figura 1, pode-se observar que até a temperatura de 975 o C todas as massas apresentam uma relação densidade a seco / densidade de queima < 1, indicando que as massas apresentam valores de densidade aparente de queima menor que os valores obtidos após secagem. Este comportamento é devido à perda de massa através de reações de decomposição de hidróxidos, oxidação de matéria orgânica e desidroxilação dos minerais argilosos. Observa-se também que dentre as massas avaliadas, a massa cerâmica de Campos apresenta menores valores para a relação densidade de queima / densidade a seco até a temperatura de 1025 o C. Este comportamento é atribuído principalmente ao elevado percentual de minerais argilosos que durante a queima contribuem para a obtenção de uma perda ao fogo de 11,4%, conforme mostrado na parte 1 deste trabalho (6). Na temperatura de 1075 o C a massa cerâmica de Campos apresenta índice de densificação superior à massa de, similar à massa de e próximo à massa de. O incremento na relação densidade de queima / densidade a seco da massa de Campos, que ocorre a partir de 975 o C, é devido à formação de fase líquida de forma mais acentuada e favorecida pelo elevado percentual de minerais com pequeno tamanho de partículas. Densidade de queima / Densidade a seco (%) 1,08 1,06 1,04 1,02 1,00 0,98 0,96 0,94 0,92 0,90 0,88 Figura 1 Densidade de queima / densidade a seco versus temperatura de queima. Observa-se de acordo com a Figura 2, que as curvas de absorção de água em função da temperatura de queima das massas cerâmicas apresentam comportamento inverso das curvas referentes a densificação, mostradas na Figura 1. Na Figura 2 está delimitado o valor máximo de absorção de água recomendável para telha cerâmica nacional, que é de 18% (7). Observa-se que as massas cerâmicas de e alcançam este valor já a partir de 825 o C. A massa de alcança o valor de 18% na temperatura de 890 o C aproximadamente. Já a massa cerâmica de Campos só alcança o valor de 18% de absorção de água na temperatura de 1015 o C. Apesar da massa de Campos apresentar teores de fundentes alcalinos (K 2 O + Na 2 O) maiores que a massa de, o seu comportamento é mais refratário. Isto pode ser atribuído ao elevado percentual de Al 2 O 3 que dificulta a formação de eutéticos nos diagramas SiO 2-Al 2O 3- K 2 O/Na 2 O. 663

4 Absorção de Água (%) Figura 2 Absorção de água versus temperatura de queima. De acordo com a Figura 3 pode-se observar que para as massas cerâmicas de Campos, e, há um aumento dos valores de retração linear para todas as temperaturas de queima avaliadas. Isto ocorre devido à evolução da densificação do material e conseqüente diminuição da porosidade. A massa de inicialmente apresenta uma expansão para as temperaturas de 825 e 875 o C para em seguida apresentar os mais baixos valores retração linear dentre as massas cerâmicas estudadas. Observa-se também que a partir de 975 o C, o aumento da retração linear é mais significativo para todas as massas. Com isso, o risco de trincas de aquecimento é também maior. Além disso, deve-se garantir uma distribuição de temperatura bastante homogênea nos fornos para que não haja problemas dimensionais nos produtos. Retração Linear (%) 6,0 5,5 5,0 4,5 4,0 3,5 3,0 2,5 2,0 1,5 1,0 0,5 0,0 Figura 3 Retração linear versus temperatura de queima. 664

5 De acordo com a Figura 4, observa-se que todas as massas cerâmicas apresentam um aumento dos valores de tensão de ruptura à flexão em função do aumento da temperatura de queima, que é atribuído à diminuição da porosidade das amostras. Observa-se também que massa cerâmica de Campos apresenta maiores valores de tensão de ruptura à flexão dentre as massas cerâmicas avaliadas em todas as temperaturas de queima. Era de se esperar menores valores de tensão de ruptura à flexão que às demais massas em função da maior porosidade obtida. Este comportamento pode estar relacionado com a existência de micro-trincas nas massas cerâmicas de, e, em função do elevado percentual de quartzo apresentado. Com isso, as massas cerâmicas de e não atingiram o valor mínimo recomendado que é de 6,5 MPa (8). A massa cerâmica de só superou este valor na temperatura de 1075 o C. Já a massa de Campos apresentou valores de tensão de ruptura à flexão superior ao mínimo recomendado a partir de 975 o C. Tensão de Ruptura à Flexão (MPa) Figura 4 Tensão de ruptura à flexão versus temperatura de queima. 4. CONCLUSÕES A massa cerâmica de Campos-RJ apresenta excessiva plasticidade que acarreta em uma maior quantidade de água necessária para sua conformação. Isto retarda o processo de secagem e pode originar defeitos nas peças devido à elevada retração linear. A massa de Campos-RJ apresenta a menor densificação das massas avaliadas até a temperatura de 1025 o C. Este comportamento é atribuído a sua elevada perda ao fogo e comportamento refratário com excessivo percentual de Al 2 O 3 e baixo percentual de óxidos alcalinos. Diferentemente das demais massas cerâmicas avaliadas, a massa de Campos só alcançou valores de absorção de água abaixo de 18% em temperaturas superiores a 1000 o C. Além disso, a massa de Campos apresentou as maiores retrações lineares dentre as massas avaliadas em todas as temperaturas de queima. Entretanto, a massa de Campos apresentou os maiores valores de tensão de ruptura à flexão dentre as massas cerâmicas estudadas em todas as temperaturas de queima, alcançando o valor mínimo recomendado a partir de 975 o C. Pelos resultados laboratoriais apresentados, a massa cerâmica de Campos utilizada neste trabalho só alcança os valores de absorção de água e resistência mecânica recomendados, em 665

6 temperaturas superiores a 1000 o C. Entretanto, a elevada retração linear obtida, requer uma queima bastante homogênea para não acarretar em problemas dimensionais. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a FAPERJ pelo apoio para realização deste trabalho, processos n o E /2001e E- 26 E /2002. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, Determinação do Limite de Plasticidade, NBR , (1984). 2. ABNT Associação Brasileira de Normas Técnicas, Determinação do Limite de Liquidez. NBR , (1984). 3. ASTM American Society for Testing and Materials, Standard test Method for Water Absorption, Bulk Density, Apparent Porosity and Apparent Specific Gravity of Fired Whiteware Products, ASTM - C , (1977). 4. ASTM American Society for Testing and Materials, flexural properties of Ceramic Whiteware Materials, ASTM C , (1977). 5. M. F. Abajo, Manual Sobre Fabricación de Baldosas, Tejas y Ladrillos, Ed. BERALMAR S.A. Espanha (2000) C. M. F. Vieira, T. M. Soares, S. N. Monteiro, R. J. Sánchez, Anais do 15 o Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Natal, RN, Novembro de 2002, em CD- ROM. Submetido à publicação /02/ p. 8. P. S. Santos, Tecnologia das argilas, Editora Edgard Blucher, São Paulo, Brasil (1989)

7 COMPARATIVE STUDY OF ROOFING TILES BODIES PART 2: TECHNOLOGICAL PROPERTIES C. M. F. Vieira, T. M. Soares, S. N. Monteiro and R. Sánchez Av. Alberto Lamego 2000, Zip code , Campos dos Goytacazes-RJ, State University of the North Fluminense, UENF Advanced Materials Laboratory ABSTRACT The objective of this second part was to complement the study of one ceramic body for roofing tiles from Campos dos Goytacazes as compared to three others of well recognized quality, in terms of technological properties after firing. In this study, the comparison of the Campos dos Goytacazes ceramic body was made against two Brazilian bodies from the state of and. A third body from was also compared.the technological properties evaluated were: density, water absorption, linear shrinkage and flexural rupture stress. This was done for firing temperatures of 825, 875, 925, 975, 1025 and 1075 o C. The results indicated that the ceramic bodies for roofing tiles produced in Campos dos Goytacazes present greater porosity at 1025 o C in relation to the others. They also present higher values of linear shrinkage and water absorption for all firing temperatures. On the other hand, the ceramic bodies from Campos dos Goytacazes displayed the highest values of mechanical strength at all firing temperatures. Key -words: ceramic body, roofing tile, technological properties. 667