INCORPORAÇÃO DA CAL NA MASSA DE CONFORMAÇÃO DE CERÂMICA VERMELHA.

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1 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 1 INCORPORAÇÃO DA CAL NA MASSA DE CONFORMAÇÃO DE CERÂMICA VERMELHA. Jonas Alexandre, Gustavo de Castro Xavier, André Luis Flor Manhães, Carlos Maurício F. Vieira. Laboratório de Engenharia Civil LECIV Universidade Estadual do Norte Fluminense Av. Alberto Lamego, 2, Horto, Campos dos Goytacazes RJ Brasil, CEP: , Fone: (xx22) gcxavier@uenf.br; jonas@uenf.br; RESUMO O presente trabalho estuda a utilização da cal incorporada na massa cerâmica utilizada na confecção de tijolos e telhas da região de Campos dos Goytacazes-RJ. Com a incorporação da cal em %, 5%, 1% e 15% na massa cerâmica, e queima nas temperaturas de 75 ºC, 85ºC, 95 ºC e 15ºC, esperava-se ser possível obter uma absorção de água menor em todos os casos, o que não ocorreu, ou seja, não houve formação perceptível de fase vítrea (fundente). Os resultados mostraram uma redução na massa específica aparente e também um aumento da tensão de ruptura à flexão com 5% de cal na massa argilosa utilizada, queimada a 95ºC. Palavras-chaves: Cal, cerâmica vermelha e temperatura de queima.

2 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 2 INTRODUÇÃO As indústrias cerâmicas da região de Campos dos Goytacazes-RJ tendem a evitar a utilização de carbonatos e resíduo de mármore (calcita e/ou dolomita) como aditivo para a massa cerâmica, pois pode ocorrer, no produto final, grãos isolados de carbonato na mesma, que na queima se transformam em óxidos de cálcio e magnésio e, com a presença de umidade podem sofrer hidratação, expandir e causas problemas na peça cerâmica. Calcários e argilas carbonáticas, entretanto, são largamente utilizados nos grandes centros produtores de cerâmica da Europa, não causando danos às peças e, pelo contrário, possibilitando maior controle dimensional das mesmas durante a produção (1). Segundo Xavier (2), Goulat et al (3), Oliveira et al (4) e Daeweesh (5) é possível, sob baixos teores, a incorporação de carbonatos na massa de conformação de cerâmica vermelha e também em revestimento cerâmico tipo semi gres. Neste trabalho foram estudadas as propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova cerâmicos incorporados com a cal para se verificar a influência desse tipo de material, dando mais um passo para a obtenção de informações sobre o assunto aqui abordado. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Cal Utilizou-se a cal tipo CH III adquirida no comércio local. Argila Utilizou-se uma amostra de massa argilosa para uso em cerâmica vermelha, proveniente da empresa A.C.Cerâmica Indústria e Comércio Ltda., localizada no Km 15 da Rodovia Campos Farol de São Tomé, município de Campos dos Goytacazes/RJ.

3 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 3 Métodos Ensaios de Caracterização Análise Granulométrica da Cal e da Massa Argilosa Os ensaios realizados determinaram as distribuições granulométricas dos resíduos e também da massa argilosa utilizada, via úmido por peneiramento e sedimentação, no Laboratório de Mecânica dos Solos do LECIV/CCT/UENF, segundo a NBR 7181 (6) (1984). Análise Química Semi Quantitativa Estes ensaios foram realizados, segundo metodologia estabelecida no LECIV/CCT/UENF executados através de análises por energia dispersiva de raios-x (EDX). Análises Térmicas Diferencial e Termogravimétrica Este método foi realizado para identificar as temperaturas onde ocorrem as principais transformações térmicas dos minerais presentes nas amostras, através de seu comportamento térmico indicado pelas curvas deste ensaio. Ensaios Tecnológicos Preparação das Amostras e Moldagem dos Corpos de Prova As amostras foram preparadas com mistura de massa argilosa e teores da cal passados na peneira nº 2 (,85mm) de, 5, 1 e 15%. As misturas foram feitas após 24 horas em estufa a 11ºC e umedecidas segundo critério adotado pelo LECIV/CCT/UENF, onde se definem umidades de extrusão para as misturas através LL da equação Wext. = % Após isso, as amostras foram levadas ao laminador (Verdés modelo 8) e posteriormente a extrusora (Verdés modelo 51). Os corpos de prova foram moldados na forma de prismas com dimensões de 11,x2,7x1,7cm. Os processos de secagem e queima dos corpos de prova foram realizados nas temperaturas de 11ºC (estufa), 75ºC, 85ºC, 95ºC e 15ºC, em forno mufla eletrônico, com velocidade constante de elevação de temperatura de 5ºC/min., com patamar de queima de 3 horas. O resfriamento ocorreu naturalmente durante a noite até temperatura ambiente.

4 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 4 Propriedades Físico-Mecânicas Após calcinação nas temperaturas mencionadas anteriormente, os corpos de prova foram submetidos aos ensaios de: absorção de água, massa específica aparente, porosidade aparente; variação linear e tensão de ruptura à flexão. Os resultados obtidos representam a média de cinco determinações. RESULTADOS E DISCUSSÃO Ensaios de Caracterização Análise Granulométrica da Cal e da Massa Argilosa A seguir, apresentam-se nas Figuras 1 e 2 as curvas dos ensaios realizados via úmido por peneiramento e sedimentação no Laboratório de Mecânica dos Solos do LECIV/CCT/UENF, segundo a NBR 7181 (6) (1984). Figuras 1 e 2 Curvas de distribuição granulométricas da cal e da massa argilosa. Verifica-se nas composições granulométricas apresentadas que a massa argilosa é similar a caracterizada por Souza Santos (7), pois a mesma possui compatibilidade para uso em cerâmica vermelha, ou seja, 51% de fração argila, 35% de fração silte e uma pequena fração de areia fina de aproximadamente 14%. Analisando a composição granulométrica da cal, verifica-se que a fração argila fica em 5%, fração silte em 79% e a fração areia em 16%, isto é, tem forma de pó (fina granulometria) e ainda uniforme (fração silte). Análise Química Semi Quantitativa Estes ensaios forma realizados, segundo metodologia estabelecida no LECIV/CCT/UENF, executados através de análises por energia dispersiva de raios-x (EDX). Apresenta-se no Quadro 1 as composições químicas das massas argilosas e da cal:

5 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 5 Matérias P.F. SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO SO 3 MgO Na 2 O K 2 O Eq.Alc. Primas (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) (%) Na 2 O Argila 11,88 56,4 22,39 6,38,51-1,32,33 1,2 1,19 Cal 18,15 1,35 -,18 96,24 1,4 -,24,95 - Quadro 1 Componentes químicos da massa argilosa e da cal. Quando comparados os resultados obtidos das análises químicas realizadas do Quadro 1 para as amostras de argila com as análises químicas de argilas para cerâmica vermelha estudadas por Souza Santos (7), Neves et al (8), Neves et al (9) e Mothé Filho et al (1), observa-se que as composições químicas são similares, onde o teor de SiO 2 superior a 55%, teor de Al 2 O 3 de 22% e o teor de Fe 2 O 3 acima de 6%, sendo um indicativo da compatibilidade dessas massas argilosas em cerâmica vermelha. Nota-se na análise química realizada para a cal, que o teor de óxido de cálcio é superior a 96%, teores de SiO 2 de 1,35%, de Na 2 O de,24%, de K 2 O de,95% e de Fe 2 O 3 de,18% caracterizando uma material oriundo de uma calcita (predominância de CaCO 3 e relação a CaMg((CO 3 ) 2 ) dolomita). Os óxidos de sódio e de potássio presentes em pequenas porcentagens são agentes fundentes. Análises Térmicas Diferencial e Termogravimétrica Este método foi realizado para identificar as transformações térmicas dos minerais indicados pelas curvas deste ensaio. As Figuras de 3 e 4 mostram as curvas relativas a estes ensaios: argila. Figura 3 - Curvas das Análises Térmicas Diferenciais e Termogravimétricas da

6 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 6 Analisando a curva de ATD da Figura 3, verifica-se que a fração argila apresenta: pico endotérmico de média intensidade a 261,12ºC, devido à reação de desidroxilação dos hidróxidos de alumínio e ferro podendo ser em virtude da presença de gibsita e goetita; pico endotérmico de média intensidade a 487,66ºC devido à reação de perda de hidroxilas da caulinita dando origem à fase amorfa da caulinita, denominada metacaulinita. Observando as curvas de ATG da Figura 3, ocorreu a 246,6ºC uma perda de massa correspondente a desidroxilação de hidróxidos de alumínio e ferro (devido a gibsita e goetita). Houve uma perda de massa a 416,68ºC correspondente à perda de hidroxilas da caulinita transformando-se em metacaulinita. A Figura 5 mostra as curvas de ATD e ATG da cal: Figura 4 Curva das Análises Térmica Diferencial e Termogravimétrica da cal. Analisando as curvas de ATD e ATG da Figura 4, verifica-se para a cal, um pico endotérmico de grande intensidade a 436,71ºC devido a desidroxilação da cal hidratada em óxido de cálcio (dando origem à cal virgem) presente na amostra com uma perda de massa de 18,9%. Pico exotérmico a 73,56ºC devido provavelmente à perda de carbonatos presentes na amostra, liberando CO 2 e ficando óxido de cálcio com uma perda de massa de 7,6%.

7 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 7 Propriedades Físico-Mecânicas Após a queima nas temperaturas de 75ºC, 85ºC, 95ºC e 15ºC, foram realizados os ensaios físico-mecânicos para as misturas de, 5, 1 e 15% da cal e os resultados estão mostrados a seguir A.A.(%) % da Cal (a) 75ºC 85ºC 95ºC 15º P.A.(%) % da Cal (b) 75ºC 85ºC 95ºC 15ºC V.L.(%) ºC 85ºC 95ºC 15ºC 11ºC M.E.A.(g/m3) ºC 85ºC 95ºC 15ºC % da Cal (c) % da Cal (d) T.R.F.(MPa) ºC 85ºC 95ºC 15ºC % da Cal (e) Figura 5 (de (a) a (e)) Resultados dos ensaios físico-mecânicos peças cerâmicas adicionadas com cal conformadas por extrusão.

8 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 8 Analisando os resultados da Figura 5(a), verifica-se que os menores resultados ficaram entre 18,3% e 9% de absorção de água para as composições de argila com % da cal a 95ºC e 15ºC respectivamente, porém, é possível utilizar 5% da cal na massa argilosa, pois a absorção de água ficou entre 19,2% e 13,9% para as temperaturas de queima de 95ºC e 15ºC respectivamente. Observa-se na Figura 5(b), que as composições de massas cerâmicas com e 5% da cal entre 95ºC e 15ºC, apresentam os menores valores de porosidade aparente. Para a variação das dimensões lineares (Figura 5(c)), os valores aumentaram na medida que se acrescentava à cal. Esperava-se uma estabilidade maior, o que não ocorreu. A massa específica aparente (Figura 5(d)), apresentou-se com menores valores (entre 1,38 e 1,35 g/cm 3 ) para as composições das massas cerâmicas de argila com 1 e 15% da cal com temperatura de queima de 85ºC. Para a tensão de ruptura à flexão (Figura 5(e)), os valores chegaram a 11,89MPa com 5% da cal incorporado na massa cerâmica a 95ºC. CONCLUSÕES Foi estudada a amostra de massa cerâmica proveniente da jazida de uma indústria cerâmica de Campos dos Goytacazes-RJ, e ainda, foi também estudada uma amostra da cal adquirida no comércio local, chegando-se as seguintes conclusões: - A massa cerâmica e a cal apresentam fina granulometria, uniforme, adequada ao uso de formulações cerâmicas; - Segundo a análise química semiquantitativa e a ATD/ATG, nota-se que a cal tem composição mineralógica típica de rochas metamórfica ou sedimentar do tipo calcita; - As peças cerâmicas com incorporação da cal na proporção de 5% a 95ºC, apresentaram melhores resultados de resistência à flexão, cabendo análise deste caso na intenção avaliar essa influência; - Na medida que se acrescentou à cal na formulação da massa cerâmica, houve um acréscimo na absorção de água, provavelmente devido a liberação de gases na queima, como pode ser observado na análise

9 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 9 térmica diferencial, provocando micro fissuras. Deve-se então, estudar com mais detalhes a composição em proporções menores do que 5% da cal na massa cerâmica a 95ºC; - Apesar da restrição ao uso da cal na incorporação da massa cerâmica está no custo e no seu manuseio, porém, sob certas condições, é possível utilizá-la no ganho da resistência e na obtenção de uma peça cerâmica mais clara. REFERÊNCIAS (1) Rebmann, M.S., Salvetti, A.R. Efeito da adição de carbonatos em corpos cerâmicos Defeitos devido à formação de fases não estáveis. Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica. (2) Xavier, G.C., Utilização de Resíduos da Serragem do Mármore e Granito na Confecção de Peças Cerâmicas Vermelhas. Dissertação de Mestrado em Geotecnia, Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes, RJ, 21. (3) Goulart, E. P., Ribeiro, E.P., Portela, J.C.S. Efeitos da adição de carbonatos à massa para cerâmica de revestimento de queima vermelha. Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica. Florianópolis-SC, 21. (4) Oliveira, H.A., Rabelo, E.C.J. Análise microestrutural de revestimento cerâmico tipo semi gres com diferentes teores de CaCO 3. Anais do 44º Congresso Brasileiro de Cerâmica. São Pedro-SP, 2. (5) Darweesh, H. H. M. Building Materials from Siliceous Clay and Low Grade Dolomite Rocks. Ceramics International (Elsevier). Cairo Egito. 8p. (2). (6) ABNT, Associação Brasileira de Normas Técnicas, Determinação da Análise Granulométrica dos Solos, NBR 7181, (7) Souza Santos, P., Ciência e Tecnologia das Argilas. 2ª Edição. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda, Vol.1, 499p., (8) Neves, G.A.; Patrício, S.M.R.; Ferreira, H.C.; Silva, M.C., Utilização de Resíduos da Serragem de Granitos para Confecção de Tijolos Cerâmicos. Anais do 43º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis-SC, (9) Neves, G.A.; Ferreira, H.C.; Silva, M.C., Potencial de Utilização de Resíduo da Serragem de Granito na Fabricação de Revestimentos Cerâmicos - Parte 1. Anais do 44º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis-SC, 2.

10 28 de junho a 1º de julho de 24 Curitiba-PR 1 (1) Mothé Filho, H. F.; Polivanov, H.; Mothé, C.G. Propriedades Térmica e Mecânica do Cerâmico Obtido do Rejeito da Indústria do Granito e do Mármore. Anais do 45º Congresso Brasileiro de Cerâmica. Florianópolis SC. 12p., 21. ABSTRACT The present work studies the use of the incorporate lime in the ceramic mass used in the making of bricks and tiles of the area of Campos of Goytacazes-RJ. With the incorporation of the lime in %, 5%, 1% and 15% in the ceramic mass, and it calcinations in the temperatures of 75 ºC, 85ºC, 95 ºC and 15ºC, hoped to be possible to obtain an water absorption of smaller in all the cases, what didn't happen, in other words, there was not perceptible formation of vitreous phase. The results showed a reduction in the apparent specific mass and also an increase of the rupture tension to the flexure with 5% of lime in the used clay mass, burned to 95ºC.