PROPRIEDADES FÍSICAS DAS ARGILAS DE FÁTIMA DO SUL/MS. Km 12 Cx. P. 351; CEP Dourados MS;

Transcrição

1 1 PROPRIEDADES FÍSICAS DAS ARGILAS DE FÁTIMA DO SUL/MS A.A. FERREIRA 1,A.A. ZANFOLIM 1,A.L. ALVES 1, E.S. SARAIVA 2, A.R. SALVETTI 2 1 Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul UEMS, Rodovia Dourados/Itahum Km 12 Cx. P. 351; CEP Dourados MS; alberny@uol.com.br 2 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul UFMS, Depto de Física CCET C P: 549; CEP: 797; Campo Grande MS RESUMO: Neste trabalho utilizou-se das propriedades físicas dos corpos de prova prensados e queimados a diversas temperaturas, tais como: massa específica aparente, retração linear após secagem e queimas, perda de massa ao fogo, absorção de água, porosidade aparente, módulo de ruptura à flexão do corpo seco e queimado e curva de gresificação de cinco amostras A, B, C, D e E, coletadas no município de Fátima do Sul/MS. Os resultados mostraram boa compactação em todas as amostras, alta porosidade, alta absorção de água e baixo módulo de ruptura à flexão em todas as amostras e em todas as temperaturas. Pelos ensaios físicos e análises das curvas de gresificações, sugerimos que as amostras sejam utilizadas como: A para revestimento de fornos, B e C, para a confecção de tijolos maciços, D e E (misturas), verificar as concentrações, por apresentar módulo de ruptura à flexão muito baixa. Palavras-chaves: argila, caracterização, propriedades físicas. INTRODUÇÃO A cidade de Fátima do Sul localiza-se no sudoeste do Estado de Mato Grosso do Sul, região de Dourados na margem direita do Rio Dourados (figura 1). O material de nosso estudo é a matéria prima coletada nas proximidades do Rio Dourados, utilizada na Cerâmica Fátima do Sul LTDA, para a fabricação de tijolos e telhas,

2 2 sendo que desta matéria prima, três amostras A, B e C foram coletadas na jazida com profundidade média de: 2 cm para a amostra A; 65 cm para a amostra B; e a amostra C está a 1,5 m. As amostras D e E, (misturas) foram coletadas nos depósitos da Cerâmica da maneira como fabricavam tijolos e telhas. O material coletado foi armazenado em sacos plásticos e trazido até o Laboratório de Cerâmica da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul, onde, através de ensaios próprios, foram estudadas as características das argilas de Fátima do Sul (MS). Formação Serra Geral FÁTIMA DO SUL Formação Caiuá (Sedimentos da Bacia de Bauru) Figura 1 Mapa Geológico e Geomorfológico da região. Este trabalho tem como objetivo analisar os diferentes comportamentos físicos das amostras estudadas. Através dos resultados dos ensaios físicos teremos a idéia geral do comportamento das amostras. MATERIAIS E MÉTODOS As amostras foram moídas a seco sem resíduo, em moinho de cruzeta Tigre de modo a passar em peneiras de malhas 4 Tyler (,42mm) (1). Os corpos de prova foram prensados a uma umidade conveniente numa prensa hidráulica semiautomática de marca Gabbrielli. Os corpos foram moldados em forma de barra, tendo massa, comprimento e largura de aproximadamente 7g, 16 mm, 55 mm. Três corpos de prova de cada amostra foram queimados num forno tipo câmara da marca Brasimet até 115 C e dois corpos de prova de cada amostra

3 3 foram queimados a 125 C e 135 C, num forno de alta temperatura, tipo mufla da marca Thermolyne 461, a uma taxa de aquecimento de 1 C/min, permanecendo 3 min a 5 C e duas horas no patamar de temperatura máxima. Os corpos eram deixados esfriar até uma temperatura de aproximadamente 9 C no próprio forno de queima, após isso levado ao dessecador até atingir a temperatura ambiente e, ao serem retirados tinha suas massas e dimensões determinadas. Os ensaios foram: - Teor de umidade de cada amostra, determinada pela equação. h=[(m v m s ): m s ].1 (A) m v é a massa verde e m s é a massa seca. - Retração linear após secagem em estufa e após queimas determinadas. RL S = (C V C S ). 1 C v e RL q = (C S C sq ). 1 C S (B) C V é o comprimento do corpo de prova verde, C S é o comprimento do corpo de prova seco em estufa e C sq é o comprimento do corpo de prova seco após a queima. - Perda de massa ao fogo, determinada. PF(%) = 1.(m S - m sq ) m S (C) - Massa específica aparente MEA =(m V a ) m é a massa da amostra e V a é o volume aparente da amostra. (D) - Absorção de água, determinada. AA(%) = (m u m S ). 1 m S (E) - A porosidade aparente, determinada. PA(%) = (m qu m sq ) (m qu - m qi ). 1 (F) - O módulo de ruptura à flexão e curvas de gresificação. RESULTADOS E DISCUSSÕES UMIDADES A figura 2 mostra os teores de umidades das amostras: pó granulado antes da prensagem e após a prensagem. Conforme a equação (A).

4 4 Umidade do pó Umidade após prensagem 14% 12% UMIDADE% 1% 8% 6% 4% 2% % FIGURA 2 Gráfico dos teores de umidade das amostras A,B,C,D e E. VARIAÇÃO LINEAR DIMENSIONAL (RL %) A figura 3 mostra as retrações lineares dos corpos de prova de cada amostra estudada, após secagem em estufa (11 C). 1,2 RETRAÇÃO LINEAR% 1,8,6,4,2 11 C AMOSTRA FIGURA 3 Gráfico mostrando as retrações lineares dos corpos de prova secos. A figura 4 mostra as retrações lineares de cada amostra estudada, após secagem em estufa (11 C) e queimados, ocorrem, devidas à perda da matéria orgânica e sulfetos, perda de água de estrutura e processos de recristalizações (2). RETRAÇÃO LINEAR% C 8 C 9 C 1 C 11 C 115 C 125 C 135 C FIGURA 4 Gráfico mostrando as retrações lineares dos corpos de prova após queimas. Observamos que a retração linear nas amostras B,C,D e E está entre,19% e,78% a 7 C, retração esta que deve ter ocorrido devido, provavelmente, à perda

5 5 de água de estrutura, de matéria orgânica e sulfetos e, cresce em todas as amostras até 1 C. Entre 1 C e 115 C há um crescimento considerável da retração linear em todas as cinco amostras; devido, provavelmente, aos processos de recristalizações com formação de novas fases cristalinas e sinterizações. Entre 115 C e 135 C, a retração linear em todas as quatro amostras sofre pequenas variações (conforme mostra a figura 5). A amostra A apresentou dilatação linear para as temperaturas de 7 C e 1 C. Para o cálculo, utilizamos os comprimentos dos corpos de prova, conforme a equação (B). PERDA DE MASSA AO FOGO (PF%) A figura 5 mostra as perdas de massas ao fogo dos corpos de provas a diversas temperaturas. PF% C 8 C 9 C 1 C 11 C 115 C 125 C 135 C FIGURA 5 Gráfico, mostrando as perdas de massa ao fogo dos corpos, após queimas. O resultado da perda de massa ao fogo, de cada corpo de prova foi obtido utilizando a equação (C). Essas variações de massas devem-se, principalmente, à eliminação de matéria orgânica em torno de 34 C e sulfetos em torno de 38 C, perda de água por desidroxilação em torno de 49 C e descarbonatação entre 6 C e 9 C. MASSA ESPECÍFICA APARENTE (MEA) A figura 6 mostra as massas específicas aparentes dos corpos de prova de cada amostra estudada, antes das queimas verdes e secos (11 C). A massa específica aparente de cada corpo de prova foi obtida através da equação (D), onde V A, antes da queima foi determinado pelo processo geométrico.

6 6 MEA(g/cm 3 ) 1,95 1,9 1,85 1,8 1,75 1,7 1,65 1,6 Verde 11 C FIGURA 6 Gráfico mostrando as MEA dos corpos: verdes e secos. Na figura 6, temos que a massa específica aparente dos corpos de prova das cinco amostras sofre uma variação de forma acentuada entre verde e 11 C, devido à perda de água livre. Na figura 7 mostra que a massa específica aparente dos corpos de prova das cinco amostras sofre uma variação de forma acentuada entre 11 C e 7 C, provavelmente devido à perda de água de estrutura, perda de matéria orgânica e sulfetos; mantém-se com poucas variações entre 7 C e 1 C para as amostras, B, C, D e E, sendo que para a amostra B estas variações é um pouco mais acentuada, voltando a ter variações de forma acentuada entre 1 C e 115 C e tornando-se praticamente constante entre 115 C e 135 C. Já a amostra A, a massa específica aparente mantém-se constante entre 7 C e 8 C, sofrendo variação entre 8 C e 115 C, voltando a ter massa específica aparente praticamente constante entre 115 C e 135 C. MEA (g/cm 3 ) 2,2 2,1 2, 1,9 1,8 1,7 1,6 1,5 1,4 11 C 7 C 8 C 9 C 1 C 11 C 115 C 125 C 135 C FIGURA 7 Gráfico mostrando as massas específicas aparentes dos corpos de prova secos (11 C) e queimados.

7 7 ABSORÇÃO DE ÁGUA (AA%) e POROSIDADE APARENTE (PA%) As figuras 8 e 9 mostram as absorções de água e as porosidades aparentes dos corpos de prova a diversas temperaturas de queima. Os resultados foram obtidos utilizando as equações (E) e (F). AA% C 8 C 9 C 1 C 11 C 115 C 125 C 135 C FIGURA 8 Gráfico das absorções de água dos corpos de prova após as queimas Todas as amostras sofrem uma queda acentuada na porosidade aparente, exceto para a amostra A, em que se mantém em torno de 31,3% a partir daí as diminuições sofridas pela porosidade aparente são pequenas em todas as cinco amostras (ver figuras 8 e 9), demonstrando assim correlação com os resultados da AA%. 4 7 C 35 8 C PA% C 1 C 11 C 115 C 125 C C FIGURA 9 Gráfico das porosidades aparentes dos corpos de prova após as queimas. MÓDULO DE RUPTURA À FLEXÃO (MRF) A figura 1 mostra os módulos de ruptura à flexão dos corpos de prova secos em estufa (11 C) e queimados a diversas temperaturas.

8 8 7, 6, 11 C 7 C MRF(MPa) 5, 4, 3, 2, 1,, 8 C 9 C 1 C 11 C 115 C 125 C 135 C FIGURA 1 (Gráfico em colunas dos módulos de ruptura à flexão dos corpos de provas). Vimos através da figura 1, que os corpos de prova das amostras B e C possuem módulo de ruptura à flexão (MRF), quando secos em estufa, menor do que os corpos de prova das amostras A, C e E. A partir da temperatura de 7 C, todas as amostras sofrem aumento no MRF, sendo mais acentuada nos corpos de prova da amostra B. Os corpos de prova da amostra A, desde a temperatura de 7 C até 135 C, apresentam baixíssimos MRF. CURVA DE GRESIFICAÇÃO Na queima de produtos cerâmicos preparados com matérias-primas argilosas é importante conhecer o intervalo de queima para o qual a contração e a porosidade da peça não variem excessivamente. Este intervalo (variação de temperatura) depende das características da cada material e deve ser o mais amplo possível. Caso contrário, pequenas variações na temperatura de queima podem produzir uma deformação da peça ou uma queima insuficiente da mesma, fazendo com que os valores de porosidade e resistência mecânica do produto acabado não sejam o desejado (3). A fim de obtermos uma possível utilização para cada amostra, fixamos um valor de (AA) para cada caso, considerou-se à meia altura do forno uma temperatura de 9 C e também para fins de análise uma variação no forno em torno de 1 C, podendo então se supor que a temperatura no interior do forno estaria entre 8 C e 1 C. A utilização da meia altura do forno a uma temperatura de 9 C e de 125 C foi devida, que as curvas de gresificações em todas as amostras, indicam a

9 9 existência de duas regiões bem distintas em torno destas temperaturas, onde temos relativa estabilidade dos corpos, no que se refere aos itens estudados (AA e RL q ) (4), na faixa entre a temperatura de aproximadamente 7 C e 1 C, onde já ocorreu a perda de água de estrutura dos argilominerais e ainda não iniciou o processo de recristalização e sinterização as temperaturas de 115 C e 135 C, onde já ocorreu a recristalização dos argilominerais e os corpos adquirem boa estabilidade de retração e absorção de água. AA RL Absorção de Água (%) 19, 18,5 18, 17,5 17, 16,5 16, 18,6 9,62,8 18,4 5 18,2 3 18,15,57 18, 2,6 17,8 2,29%, 4,33 17,8 1 17,57,2, -,4 -,2,4% -,4 -,34 -,39 -,43 -,35 -, TEMPERATURA(ºC) (%) Retração Linear FIGURA 11 Curva de gresificação da amostra A. Absorção de Água(%) ,71,66 21,36 2,61 2,,89 1,8 2,2 AA 5,76 12,8 9 RL 7,18 7,36 7,4 1,6 7 1,59 1,5 1,31% TEMPERATURA(ºC) 8,,22% 7, 6, 5, 4, 3, 2, 1,, Retração Linear(%) FIGURA 12 Curva de gresificação da amostra B ,16 22,32 21,6 19,67,78 1,11 1,93 2,89 AA RL 6,24 6,28 6,3 6,9 13,8 14,9 13,74 14,55 1,78% TEMPERATURA(ºC) FIGURA 13 Curva de gresificação da amostra C. 7, -,19% 6, 5, 4, 3, 2, 1,,

10 1 Absorção de Água(%) ,67,38, 48 22,35 22,21 1, 4 21,34 1,4 6 AA 4,8 15,72 RL 4,65 4,69 4,42 15,52 15,5 15,9 1,98% TEMPERATURA(ºC) 5, -,23% 4, 3, 2, 1,, Retração Linear(%) FIGURA 14 Curva de gresificação da amostra D. Absorção de Água(%) ,5,19,32 2,82 2,66 2,8,72 1, 6 AA 3,32 15,6 4 RL 3,67 3,88 3,76 15,58 15,54 15,6 9,74% TEMPERATURA(ºC) 5, 4,,9% 3, 2, 1,, Retração Linear(%) FIGURA 15 Curva de gresificação da amostra E. CONCLUSÃO Os corpos de prova apresentaram retrações lineares médias após secagem, em torno de,26% para a amostra A e 1,9% para a amostra C (conforme figura 3), para uma umidade de conformação entre 8,1% para a amostra A e 11,58% para a amostra C (conforme figura 2) as amostras C e D apresentaram densidade a verde (1,87 g/cm 3 e 1,85 g/cm 3 ), respectivamente que significa média compactação, provavelmente, em virtude da alta presença de matéria orgânica (2) e a baixa plasticidade da amostra, já as demais amostras A,B e E apresentaram densidades a úmido 1,91 g/cm 3, o que significa uma boa compactação (ver figura 7). As retrações lineares apresentadas pelas argilas das amostras B,C e D (ver figura 4), entre as temperaturas de 11 C e 135 C, possivelmente, sejam devidos à alta reatividade das argilas dessas amostras; enquanto que a ocorrência de menores retrações lineares verificadas nas argilas das amostras A e E, entre essas temperaturas sejam devidos, provavelmente, a baixa reatividade da argila da amostra E, e a alta presença de quartzo livre na argila da amostra A.

11 11 Alta porosidade e baixo módulo de ruptura à flexão (figuras 9 e 1), dos corpos de prova queimados das cinco amostras estudadas, apresentaram-se, devido provavelmente a alta porcentagem de quartzo de cada amostra (5). A tolerância dessas matérias primas das amostras A e B a temperaturas elevadas, aliadas à facilidade de conformação, a alta porosidade e o baixo módulo de ruptura à flexão, sugere o uso desses materiais para a confecção de tijolos para revestimento de fornos utilizados em cerâmicas/olarias, fornos a lenha, lareiras, churrasqueiras, etc.; onde a resistência do material não seja tão importante quanto à tolerância às temperaturas elevadas, dessa maneira, teríamos um maior valor agregado ao produto, no caso da argila da amostra C, para a confecção de tijolos maciços em todas as temperaturas de queimas, como blocos furados somente a partir da temperatura de 8 C, por apresentar baixo módulo de ruptura à flexão, no caso da amostra D (mistura), tornou-se inviável à fabricação de tijolos maciços e blocos furados por apresentar baixo módulo de ruptura à flexão e no caso da argila da amostra E (mistura), tornou-se inviável à fabricação de blocos furados ou telhas por apresentar módulo de ruptura à flexão muito baixa, devido provavelmente à mistura da terra vermelha na composição. AGRADECIMENTOS Os autores agradecem a CAPES, CPQ/PROPP-UFMS e UEMS pelo apoio financeiro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. P. S. SANTOS, Tecnologia de argilas. 2ª. Edição. Editora Edgar Blücher, vol.1, VAN VLACK, Lawrence Hall. Propriedades dos materiais cerâmicos [Physical Ceramics for Engineers]. Tradução: Cid Silveira e Shiroyuki Oniki. São Paulo, Edgar Blücher - Ed da Universidade de São Paulo, A. BARBA, et all. Matérias primas para la fabricación de soportes de baldosas cerámicas. Catellón, graficas Castañ. Espanha, F.G. MELCHIADES; E. QUINTEIRO; A.O.BOSCHI. A curva de gresificação: Parte 1. Cerâmica Industrial. n1(4/5) agosto/dezembro, A.A. Zanfolim, Caracterização e propriedades Físicas da argila de Ivinhema/MS, Dissertação de Mestrado UFMS, 22.

12 12 THERMAL CHARACTERIZATION OF THE CLAY OF FÁTIMA DO SUL/MS ABSTRACT In order to analyze the clay of Fátima do Sul municipal district /MS, it was made use of the physical properties of proof bodies pressed and burnt to several temperatures, such as: apparent specific mass, linear retraction after drying and burnings, the loss of mass by fire, water absorption, apparent porosity, rupture module of flexion of dry and burnt bodies and gresification curves of five samples A, B, C, D e E, which was collected in this borough. The results showed good compaction, high porosity, high water absorption and low rupture module of flexion in all samples to all temperatures. Through physical rehearsal and analyses of gresification curves, it is possible to suggest that the samples should be used: A to ovens covering, B and C to the massive brick confection, D and E (mixtures), verify the concentrations because they introduce rupture module of flexion very low. Key-words: clay, characterization, physical properties.