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

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1 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 1 PROPRIEDADES FÍSICAS DAS ARGILAS DE IVINHEMA/MS A.A. Zanfolim 1, A.R. Salvetti 2, A.L. Alves 1, A.A. Ferreira 1 1 Universidade Estadual de Mato Grosso do Sul UEMS, Rodovia Dourados/Itahum Km 12 Cx. P. 31; CEP Dourados MS; zanfolim@bol.com.br 2 Universidade Federal de Mato Grosso do Sul UFMS, Dpto de Física CCET C P: 49; 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 quatro amostras A,B,C e D, colhidas no município de Ivinhema/MS. Os resultados mostraram boa compactação nas amostras A,C e D e baixa na B (presença de matéria orgânica), alta porosidade e baixo módulo de ruptura à flexão em todas as amostras, principalmente na D. Dos resultados obtidos nos ensaios físicos e nas análises das curvas de gresificações, sugerimos que as amostras A,B e C, sejam utilizadas para revestimentos de fornos, lareiras e churrasqueiras e a amostras D como mistura em outras massas. Palavras-chaves: argila, caracterização, propriedades físicas. INTRODUÇÃO A região de Ivinhema situa-se no sudoeste de mato Grosso do Sul, uma das regiões mais populada do Estado, com uma grande pecuária e também um bom desenvolvimento agrícola, principalmente no plantio da mandioca e da soja. Esta região é cortada pelo Rio Ivinhema, com vários córregos afluentes, onde se encontram várias jazidas de argila de várzea (figura 1), que são exploradas por cerâmicas e olarias na fabricação de tijolos maciços e de oito furos, com um escasso

2 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 2 processo de modernização, o que dificulta a introdução de produtos e processos produtivos competitivos, em termo de preço e qualidade. Este cenário é resultado, em parte, do desconhecimento, por parcela do setor produtivo, das características implícitas dos materiais cerâmicos, da evolução do setor e da ausência de investimento em tecnologia de processos. No âmbito do trabalho Propriedades Físicas das Argilas de Ivinhema/MS temse como objetivo principal a realização do diagnóstico da matéria-prima utilizada, verificando as potencialidades dos materiais empregados, utilizando-se das propriedades físicas dos corpos de prova prensados e queimados a diversas temperaturas. FIGURA 1 Mapas geológico e geomorfológico da região onde as amostras foram coletadas. MATERIAIS E MÉTODOS Ensaios físicos de caracterização Para a realização dos ensaios físicos, as amostras foram destorradas, secas ao ar e moídas até que tudo se tornassem passante em peneiras ABNT n 4 (,42mm). Foram confeccionados 4 corpos para cada amostra, com umidades de 11,9% para a amostra A, 17,6% para a amostra B, 1,7% para a amostra C e

3 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 3 9,6% para a amostra D e 2 corpos por amostra, confeccionados entre os limites de plasticidade e liquidez de cada amostra (figura 3). Para os ensaios físicos foram utilizados corpos de prova por amostra até 11 C e 2 corpos por amostra de 12 C até 14 C, sendo os ensaios: - Teor de umidade de cada amostra, determinado pela equação: h = [(m v m s ) m s ]. 1. m v é a massa verde; m s é a massa seca - Granulometria; 1g de argila de cada amostra eram colocadas em cada peneiras ABNT,212mm,,16mm,,3mm,,4mm e,38mm e lavadas até que toda a fração de material com granulometria menor que a malha da peneira utilizada atravessa-se pela mesma e através da equação h = [(m u - m r ) m r ] 1, determinávamos o percentual de massa retida e assim a granulometria. m r é a massa retida; m u é a massa utilizada. - Retração linear após secagem e após queima, determinadas pelas equações: RL S = (c v - c s ).1 c s ; RL q = (c s c q ).1 c s. c v é o comprimento do corpo de prova verde; c s é o comprimento do corpo seco em estufa e c q é o comprimento do corpo queimado. - Massa específica aparente a verde, após secagem e após queima, determinadas por: MEA = m/v a. v a e o volume seco ou queimado. - Absorção de água, determinada pela equação: AA(%) = (m u m q ). 1 m q. m u é a massa do corpo de prova úmido e m q é a massa do corpo depois de queimada. - Perda de massa ao fogo, determinada pela equação: PF(%) = 1. (m s m q ) m s. - Porosidade aparente, determinada pela equação: PA(%) = (m u m q ) (m u m i ).1. m i é a massa imersa. - Módulo de ruptura à flexão e curva de gresificação. RESULTADOS E DISCUSSÕES Ensaios de propriedades físicas Granulometria

4 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 4 A figura 2 mostra o valor das massas retidas em cada peneira, o que caracteriza, pelo diâmetro das partículas, uma mistura de silte e argila, segundo ABNT. (1) PERCENTUAL DE MASSA RETIDA ,212mm,16mm,3mm,4mm,38mm A B C D ABERTURA DAS MALHAS FIGURA 2 Gráfico em colunas do percentual de massa retida em função da abertura da malha da peneira. A maior granulometria apresentada pela amostra D, deve-se, possivelmente, à presença de maior quantidade de quartzo livre, quartzo este que, provavelmente é a fração que fica retida nas malhas. Variação linear dimensional As retrações lineares ocorrem, devidas, à perda de matéria orgânica e sulfetos, perda de água de estrutura e processos de recristalizações. (2) Através das figuras 3 e 4 vemos que as retrações lineares dos corpos de prova secos ao ar e secos em estufa, confeccionados com umidades entre os limites de plasticidade e liquidez de cada amostra foram muito expressivas, em todas as amostras, o que dificulta a fabricação de tijolos e telhas por extrusão, com o uso destas argilas, pois grandes retrações causam deformações e trincas na secagem. Isto se deve, provavelmente a granulometria fina dos argilominerais que formam estas argilas. Após as queimas as amostras A,B e C apresentaram retrações lineares com poucas diferenças (entre elas) em todas as temperaturas. Já a amostra D apresentou dilatação entre as temperaturas de 7 C e 8 C e pequenas retrações nas demais temperaturas.

5 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR RETRAÇÃO LINEAR % 1 RL(ar)% RL(arL)% RL(s)% RL(Sl)% ( V ) = verde ( ar) = sec o ao ar ( L ) = conf. entre LP e LI ( s) = sec o FIGURA 3 Gráfico em colunas mostrando as retrações lineares dos corpos de prova antes das queimas. RETRAÇÃO LINEAR % 6,, 4, 3, 2, 1,, -, FIGURA 4 Gráfico em colunas mostrando as retrações lineares dos corpos de prova após as queimas. Massa específica aparente (MEA) As massas específicas aparentes antes das queimas foram maiores nos corpos de prova da amostra D e menores nos da amostra B (figura ), o mesmo aconteceu após as queimas (figura 6). MEA(g/cm²) 2, 2 1, 1, MEA(v) MEA(ar) MEA(ARL) MEA(s) MEA(SL) FIGURA Gráfico em colunas das massas específicas aparentes dos corpos de prova antes das queimas.

6 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 6 MEA(g/cm²) 2 1,8 1,6 1,4 1,2 1,8,6,4,2 11 C 7 C 8 C 9 C 1 C 11 C 11 C 12 C 13 C 13 C 14 C FIGURA 6 Gráfico em colunas mostrando as massas específicas aparentes dos corpos de prova secos (11 C) e queimados. Perda de massa ao fogo (PF%) A perda de massa ao fogo deve-se, principalmente, à eliminação de matéria orgânica em torno de 34 C e sulfetos em torno de 38 C, perda de água de estrutura em torno de 49 C e descarbonatação entre 6 C e 9 C. Os corpos de prova da amostra B apresentaram maiores perdas de massa ao fogo em todas as temperaturas, devido, provavelmente à quantidade de matéria orgânica, e os da amostra D apresentaram as menores perdas, devidas principalmente, à presença de quartzo livre (figura 7). PF% FIGURA 7 Gráfico em colunas mostrando as perdas de massa ao fogo dos corpos de prova após as queimas. Absorção de água (AA%) e porosidade aparente (PA%). Os corpos de prova da amostra B apresentaram maiores AA e PA, em todas as temperaturas (figura 8 e 9), devido a menor compactação e a baixa plasticidade. Os

7 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 7 corpos de prova das demais amostras tiveram AA e PA com poucas diferenças (entre ambas), embora a AA e PA fossem altas em todas as amostras e em todas as temperaturas, provavelmente, devido à percentagem caulinita/quartzo e a presença de poucos agentes fundentes. AA% FIGURA 8 Gráfico em colunas das absorções de água dos corpos de prova após as queimas. PA% FIGURA 9 Gráfico em colunas das porosidades aparentes dos corpos de prova após as queimas. Módulo de ruptura à flexão (MRF) Os corpos de prova de todas as amostras apresentaram baixos MRF (figura 1), devido à alta porcentagem de caulinita/quartzo, mas os da amostra D o MRF foi muito baixo, devido à grande quantidade de quartzo livre e caulinita, comprometendo o uso desta argila.

8 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 8 MRF(MPa) 6,, 4, 3, 2, 1,, 11 C 7 C 8 C 9 C 1 C 11 C 11 C 12 C 13 C 13 C 14 C FIGURA 1 Gráficos em colunas dos módulos de ruptura à flexão dos corpos de prova secos em estufa e após as queimas. 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 (4). Através das curvas de gresificação, podemos: Identificar a temperatura para a faixa de AA desejada e para o tamanho admissível do produto final; observar a tolerância da massa às variações de temperaturas; controlar a qualidade dos produtos; verificar as variações das características entre diferentes lotes (3). Considerando-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, podemos supor que a temperatura no interior do forno estaria entre 8 C e 1 C. Outro ponto analisado foi 12 C, onde considerando uma variação do forno em torno de 1 C, podemos então supor que a temperatura no interior do forno estaria entre 11 C e 13 C. Com base nas curvas de gresificações das figuras 11,12,13 e 14 podemos observar que:

9 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 9 Entre as temperaturas de 8 C e 1 C, a amostra A sofre pequenas variações na RL q, as amostras B e C sofrem variações um pouco maiores, e a amostra D, com variações bem menores que as demais. Já as absorções de água sofrem pequenas variações em todas as amostras, sendo AA consideradas altas, principalmente na amostra B. Entre as temperaturas de 11 C e 13 C, todas as quatros amostras sofrem pequenas variações, tanto na RL q, como na AA, sendo as RL q bem menores que entre as temperaturas de 8 C e 9 C, e as AA bem menores, mas ainda consideradas altas. A utilização da meia altura do forno a uma temperatura de 9 C e de 112 C foi devida, que as curvas de gresificações em todas as amostras, indicam a 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 ). a) na faixa entre a temperatura de aproximadamente 8 C e 1C, onde já ocorreu a perda de água de estrutura dos argilominerais e ainda não iniciou o processo de recristalização e sinterização, sendo que nessa região as oscilações da retração linear e absorção de água não ultrapassam a 1,4%, em todas as quatro amostras, b) entre as temperaturas de 11 C e 13 C, onde já ocorreu a recristalização e os corpos adquirem boa estabilidade de retração e absorção de água, não ultrapassando,9% de variação. Podemos observar que nestas duas regiões há uma ampla faixa de queima para a obtenção de produtos com características similares (em cada região). Absorção de água (%) 22 2, , AA R.LQ TEMPERATURA,3%,63% FIGURA 11 Curva de gresificação da amostra A. 4 3,89 3, ,92,29 Retração linear de queima %

10 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 1 Absorção de água (%) 38 36, , AA R.LQ TEMPERATURA,28% FIGURA 12 Curva de gresificação da amostra B.,93% 6, ,62 1,69 Retração linear de queima (%) Absorção de água (%) A.A R.LQ , ,8 1 14,6% TEMPERATURA FIGURA 13 Curva de gresificação da amostra C. 1,% 6,, ,7 1,6 Retração linear de queima (%)

11 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR A.A R.LQ 3 Absorção de água (%) 21, ,19 19,84% 2 1,34 1,,18,3%,12 Retração linear de queima % TEMPERATURA FIGURA 14 Curva de gresificação da amostra D. CONCLUSÃO Altas retrações lineares de secagem (confeccionados entre Lp e Ll), em todas as amostras, devida, principalmente aos altos Ip e a presença de argilominerais de granulometria fina. Altas absorções de água e porosidades aparentes e baixas módulos de ruptura à flexão, em todas as amostras, provavelmente, devido à porcentagem de caulinita/quartzo. Sugestão de uso: As amostras A,B e C por tolerarem a temperaturas elevadas, aliadas à facilidade de conformação, altas porosidade e baixo módulo de ruptura à flexão, sugerimos os seus usos para confecções de tijolos para revestimentos de fornos utilizados em cerâmica/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. Já para a amostra D, sugerimos como mistura em outras massas, por apresentar módulo de ruptura à flexão muita baixa. Ainda devido à baixa compactabilidade e plasticidade da amostra B e o baixo módulo de ruptura à flexão da amostra D, sugerimos se possível a não utilização destes materiais.

12 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 12 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. P. S. Santos. Tecnologia de argilas. Vol.1.2ª. Edição. Editora Edgar Blücher, L. H. Van Vlack. Propriedades dos materiais Cerâmicos [Physical Ceramics for Engineers]; tradução, Cid Silveira e Shiroyuki Oniki. São Paulo, Edgar Blücher, Ed da Universidade de São Paulo, F. G. Melchiades, E. Quinteiro, A. º Boschi. A curva de gresificação: Parte 1. Cerâmica Industrial, 1 (4/) agosto/dezembro, A. Barba. Et all. Matérias primas para fabricacion de Soportes de baldosas Cerâmicas. Catellón, gráfica castañ. Espanha, PHYSICAL PROPERTIES OF THE CLAYS OF IVINHEMA/MS ABSTRACT This work used the physical properties of the proof bodies pressed and burned to several temperatures, such as: apparent specific mass, linear shrinkage after drying and burning, mass loss to the fire, absorption of water, apparent porosity, rupture module to the flexion of the dry and burned body and curves of gresification of four samples A, B, C and D, picked in the municipal district of Ivinhema/MS. The results showed good compaction in the samples A, C and D and lower in B (presence of organic matter), high porosity and lower rupture module to the flexion in all the samples, mainly in D. Of the results obtained in the physical rehearsals and in the analyses of the gresification curves, we suggested that the samples A, B and C, be used for coatings of ovens, fireplaces and barbecue grill and to samples D as mixture in other masses. Keys-Word: clay, characterization, physical properties.