PRODUTOS CERÂMICOS REGIONAIS INOVADORES

Transcrição

1 GOVERNO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SUL SECRETARIA DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DIVISÃO DE POLOS TECNOLÓGICOS POLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA DO VALE DO CAÍ Boletim Técnico PRODUTOS CERÂMICOS REGIONAIS INOVADORES Convênio: 39/2010 Processo: /10-2 Equipe Executora: Dr.-Ing. Robinson C. D. Cruz(Coordenador) Dra. Janete E. Zorzi Dr. José V. Emiliano M.Sc. Sergio G. Echeverrigaray M.Sc. Maira Finkler Eng. Arthur Susin Neto Eng. Ângelo P. Titton Eng. Kátia de Oliveira Acadêmico Daniel Golle Página 1 de 9

2 1. INTRODUÇÃO 1.1. PAVIMENTO CERÂMICO PARA TRÁFEGO URBANO (PCTU) O bloco cerâmico maciço para pavimento é mais conhecido como adoquín (países de língua espanhola) ou paver (países de língua inglesa) e, na ausência de uma denominação em língua portuguesa, adotaremos o termo pavimento cerâmico para tráfego urbano, PCTU. Registros históricos comprovam que pavimentos cerâmicos são utilizados a milhares de anos. Em vários países da Europa existem exemplos magníficos de pavimentos em argila cozida (terracota) que resistiram à passagem dos séculos apresentando ainda hoje um ótimo estado de conservação. Em países como a Grã Bretanha, Holanda, centro da Europa, Estados Unidos e Austrália entre muitos outros, ao longo da história, os PCTUs têm sido utilizados em muitos tipos de pavimentos exteriores. A grande tradição cerâmica desses países tem proporcionado materiais de elevada qualidade aptos à aplicação em pavimentos, tais como passeios, praças, jardins, ruas para pedestres, ruas de trafego condicionado, bem como em certas vias sujeitas às mais duras condições de utilização e trabalho e de cargas de veículos pesados, mantendo inalteráveis as suas qualidades físicas e estéticas. A Figura 1 apresenta algumas aplicações dos pavimentos cerâmicos para tráfego urbano no exterior. Figura 1 Aplicações de PCTU no exterior (EUA e Europa). Página 2 de 9

3 No Brasil não há a cultura de utilização de pavimentos que exploram as propriedades originais da cerâmica vermelha. Normalmente são utilizadas rochas naturais fragmentadas, artefatos em cimento/concreto ou ainda o recobrimento da área por cimento/concreto. Para os pavimentos aplicados para tráfego urbano, PCTU, foi proposto no âmbito deste projeto a utilização de extrusão como processo de conformação, aproveitando assim a infraestrutura das olarias, e a adição de rocha para promover uma maior resistência ao desgaste TELHA CERÂMICA EXTRUDADA (TCEx) Foi selecionado um modelo de telha tipo Caribe (Figura 2) como base para o desenvolvimento do produto inovador TCEx com desempenho técnico diferenciado. Com detalhes construtivos particulares, o modelo pode ser fixado (pregado, parafusado, amarrado ou grampeado) a base do telhado para suportar vendavais e tornados tropicais. Esta característica é de fundamental importância, visto que historicamente a área que abrange o Sul do Brasil, Uruguai, Paraguai e Argentina é a segunda em todo o mundo com maior incidência de tornados, atrás apenas do Centro-Oeste dos Estados Unidos. Figura 2 Protótipo de telha tipo Caribe produzida no IMC por extrusão. Página 3 de 9

4 Este modelo pode ser produzido exclusivamente por extrusão em grande escala, tecnologia disponível nas empresas do setor cerâmico localizadas na região do Vale do Rio Caí, o que evitaria a etapa intermediária da prensagem mecânica (prensa revolver) de uma pré-forma extrudada, comumente empregada nos ciclos de processamento nas industrias locais. A implementação desta tecnologia de processamento representa uma redução de custos na fabricação de telhas. Assim, o modelo de telha proposto tem potencial para reduzir a diferença de competitividade dos produtos gaúchos em relação àqueles fabricados em outros estados, como a telha piso, produto que nos últimos anos vem conquistando mercado no Estado do Rio Grande do Sul. A baixa competitividade do produto gaúcho se dá, dentre outros fatores de cunho não tecnológico, principalmente devido a sua menor capacidade de cobertura unitária (que é função do tamanho da telha), e do elevado custo de produção quando comparado com a concorrência. 2. RESULTADOS OBTIDOS NO ÂMBITO DO PROJETO 2.1. DEFINIÇÃO DOS CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS PARA PCTU E TECEx Devido a existência de um número significativo de argilas e rochas na região do Vale do Caí, as quais podem ser utilizadas como matérias-primas na indústria cerâmica regional para a produção dos produtos inovadores, apontou a necessidade da aplicação de critérios quantitativos robustos e mensuráveis com os recursos técnicos disponíveis na seleção dos materiais a serem utilizados no desenvolvimento dos produtos PCTU e TECEx. Foi pesquisada a relação entre as propriedades finais desejadas para ambos os produtos acabados e as características microestruturais do corpo cerâmico resultante após queima, particularmente a porosidade. Com os dados levantados nas pesquisas foi possível concluir que: - Telhas cerâmicas resistentes ao gelo e de elevada resistência mecânica, a despeito da tecnologia de fabricação e das matérias-primas utilizadas, possuem baixa Página 4 de 9

5 absorção de água e, portanto, reduzida porosidade aberta (absorção de água deve ser inferior a 3% em peso). As propriedades desejadas são desenvolvidas a temperaturas de queima superiores a 1000 C. - Pisos cerâmicos maciços não esmaltados para tráfego urbano, resistentes ao desgaste, são revestimentos distintos das placas cerâmicas convencionais e possuem grau de gresificação superior e porosidade inferior em relação ao bloco cerâmico comum para alvenaria. Temperaturas de queima, na maior parte dos casos estudados, estão próximas a 1000 C. O fator comum a ambos os casos é a necessidade de se obter um corpo cerâmico de porosidade controlada após queima. Tal resultado só pode ser obtido mediante o processamento apropriado de matérias-primas que resultam, individualmente ou em composição, em corpos cerâmicos com porosidade adequada às aplicações propostas. Portanto, podemos considerar como critérios básicos na seleção de materiais para a produção de telhas e de pisos cerâmicos maciços de elevado desempenho a capacidade de uma matéria-prima ou composição de matérias-primas resultar em corpos cerâmicos de baixa porosidade após queima. Critérios específicos, porém, também devem ser considerados, uma vez que a porosidade e a resistência mecânica do corpo cerâmico são afetadas por características intrínsecas de dada matéria-prima, como a plasticidade, a distribuição do tamanho de partícula e as composições química e mineralógica. Nesse ponto é possível distinguir a matéria-prima, ou composição de matériasprimas, mais adequada para a produção de telhas cerâmicas resistentes ao congelamento das adequadas para a produção de pisos cerâmicos maciços não esmaltados resistentes ao desgaste. No primeiro caso, a distribuição de tamanho de partícula é fundamental para garantir baixa porosidade e elevada resistência mecânica e o indicado é uma matéria-prima com máximo tamanho de grão da ordem de 0,7 mm, com uma fração argilosa suficiente para garantir boas propriedades após queima, mas que não comprometa o processo de secagem. No caso do piso cerâmico, como o grau de gresificação é o principal fator de sucesso e admite-se porosidade superior à da telha, Página 5 de 9

6 pode-se utilizar matéria-prima com máximo tamanho de grão da ordem de 1,4 mm e uma distribuição mais aberta para facilitar a secagem do corpo maciço PROPRIEDADES DOS PCTU OBTIDOS Com as matérias-primas definidas, foram preparadas três composições para a confecção dos PCTU. Estas foram avaliadas quanto o tipo e a quantidade de rocha adicionada a argila. Foram selecionadas duas rochas, e , as quais foram avaliadas nas concentrações de 30 %m e 40 %m somente para a As caracterizações dos produtos obtidos foram realizadas segundo normas nacionais/internacionais: determinação da absorção de água (ASTM C373/88), abrasão profunda em produtos não esmaltados (NBR 13818/97 anexo E), determinação da resistência à compressão de blocos e tijolos maciços NBR (Ved./Est.) e NBR 6460/83 (Maciço). Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 3. Tabela 3 Resultados obtidos para PCTUs produzidos no IMC-UCS. Amostra (composição) Resistência à Compressão (MPa) Volume de Material Removido (mm³) Absorção de Água (%) 30 %m ,8 ± 12,9 1593,3 ± 134,9 15,1 ± 0,2 30 %m ,7 ± 9,2 1622,8 ± 252,2 15,4 ± 0,1 40 %m ,4 ± 6,5 2658,9 ± 110,0 14,6 ± 0,1 Nota-se que com o aumento na quantidade de rocha, há redução da resistência à compressão e aumento no desgaste, evidenciado pelo maior volume de material removido. As partículas grosseiras de rocha atuam como concentradores de tensão, fazendo com que ocorra o colapso do corpo com uma menor carga aplicada. Em relação a abrasão profunda, o aumento da concentração de rocha facilita o arrancamento da matriz argilosa e auxilia as partículas do abrasivo no desgaste da superfície avaliada. Os produtos desenvolvidos contendo 30 %m de e foram classificados como Tipo AIII placa cerâmica para revestimento obtida por extrusão (NBR Página 6 de 9

7 13818/97 anexo T) com absorção de água > 10 % e resistência a abrasão profunda (não esmaltados) 2365 mm³. A Figura 3 apresenta os PCTUs fabricados no Instituto de Materiais Cerâmicos. Figura 3 PCTUs produzidos. A esquerda estão as amostras a seco e a direita, após queima PROPRIEDADES OBTIDAS PARA AS TCEx Com as matérias-primas definidas, foram preparadas três composições para a confecção das TCEx. Estas foram avaliadas quanto o tipo e a quantidade de rocha adicionada a argila. Foram selecionadas duas rochas, e , as quais foram avaliadas nas concentrações de 10 %m e 20 %m somente para a , as quais foram codificadas de , e respectivamente. Os ensaios foram realizados segundo normas nacionais/internacionais: determinação da absorção de água (NBR 15310/09-Anexo D), determinação da carga de Página 7 de 9

8 ruptura (NBR /09 Anexo C), resistência ao congelamento (EN 539-2/1999 Anexo C) e determinação de efluorescências de sais solúveis (ASTM C67-92a). Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 6. Tabela 6 - Resultados obtidos para TCEx produzidas no IMC-UCS. Amostra Absorção de Absorção de Defeitos água (%) água (%) superficiais Carga de Presença de antes após após ruptura (N) efluorescências congelamento congelamento congelamento ,3 ± 0,1 2,0 ± 0,1 Sem defeitos 1007 ± 178 Sem efluorescências ,5 ± 0,1 4,9 ± 0,1 Sem defeitos 1075 ± 112 Sem efluorescências ,5 ± 0,1 6,5 ± 0,1 Sem defeitos 978 ± 105 Sem efluorescências Após 50 ciclos de congelamento e descongelamento, nota-se o aumento nos valores de absorção de água, o que é resultado da expansão da água durante o congelamento. Essa expansão provoca pequenas fissuras no interior do material, fazendo com que ocorra o aumento volumétrico dos tamanhos dos poros, resultando numa maior capacidade de absorver água. Os aumentos, em percentuais, foram de 54, 40 e 44 % para as amostras , e , respectivamente. Ainda, após o ensaio foram feitas inspeções visuais nas superfícies das telhas para verificar a presença de defeitos. Não foram observados defeitos superficiais nas amostras ensaiadas, o que indica que os produtos suportariam pelo menos 50 invernos com gelo e degelo. Em relação as propriedades mecânicas, as TCEx produzidas no IMC atingiram valores de carga de ruptura estabelecidos pela norma NBR /09 Anexo C, que é no mínimo de 1000 N. Após os ensaios de efluorescências, não foram observados nenhuma presença de sais na superfície das amostras testadas. A Figura 4 apresenta as telhas extrudadas obtidas no IMC. Página 8 de 9

9 Figura 4 TCEx produzidas através de extrusão no IMC. Página 9 de 9