Anais do 50º Congresso Brasileiro de Cerâmica

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1 1 ESTUDO DE PROPRIEDADES FÍSICAS DE CORPOS DE PROVA CONFECCIONADOS COM ARGILAS DAS FORMAÇÕES AQUIDAUANA E PONTA GROSSA NO ESTADO DE MATO GROSSO DO SUL/MS. E. M. Anselmo, A.R.Salvetti, G.R.dos Santos, B. Chencarek, F. S. Bellucci, Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, Departamento de Física CCET Cidade Universitária s/n - Caixa Postal 549- CEP , Campo Grande-MS; evandro@nin.ufms.br RESUMO O presente trabalho analisou as propriedades físicas, antes e depois da queima, das seguintes argilas: Santa Maria Alto (MA), Santa Maria Baixo (MB) e Terenos (T), encontradas nas cidades de Rio Verde de Mato Grosso/MS e Terenos/MS. As amostras foram queimadas com taxas de aquecimento de 10ºC/min, 30 C/min e 50 C/min até a temperatura final de 1100 C; 30 C/min e 50 C/min até 900 C, todas sem patamar. Os corpos de prova foram obtidos por moagem a seco, umidificação (8%) da matéria-prima e prensagem sendo realizados testes de retração linear, porosidade aparente, absorção de água, perda de massa ao fogo e massas específicas. A argila Santa Maria Baixo (MB) obteve maior fechamento de poros, mostrando ser a argila mais fundente (1) entre as queimas até 1100 C. Terenos (T) apresentou efeitos de superqueima (3) para as queimas rápidas e obteve bom fechamento de poros quando submetida às queimas até 900 C. Palavras-Chave: argila, porosidade, retração linear. INTRODUÇÃO As argilas MA, MB e T, coletadas nas cidades de Rio Verde de Mato Gosso/MS e Terenos/MS são folhelhos argilosos da Formação Ponta Grossa e Aquidauana, respectivamente, conforme representadas na figura 1. As amostras são utilizadas

2 2 como matéria-prima por cerâmicas/olarias da região para a fabricação de artefatos cerâmicos como tijolos, telhas, lajotas e artesanatos. Figura 1 - Localização da faixa de afloramentos das Formações Aquidauana e Ponta Grossa no Estado de Mato Grosso do Sul. Os folhelhos da Formação Ponta Grossa são a principal fonte de matéria prima para as indústrias de cerâmica vermelha do norte do Estado de Mato Grosso do Sul. O trabalho apresenta um estudo dos aspectos referentes à porosidade, densificação, retração, aparecimento de defeitos tipo trincas e fissuras, e resistência a partir de corpos de prova confeccionados com as argilas MA (Santa Maria Alto), T (Terenos) e MB (Santa Maria Baixo) quando submetidos a diferentes curvas de queima. MATERIAIS E MÉTODOS As argilas coletadas foram expostas ao ambiente para secagem, moídas a seco em moinho de martelos de marca Tigre e peneiradas até uma granulometria passante na peneira de malha ABNT n 16. Após a moagem as mesmas foram umidificadas a aproximadamente 8,0%, sendo então postas a repousar em recipientes hermeticamente fechados por 48 horas. Foram então conformados os corpos de prova, com cerca de 50g de massa cada um, utilizando uma prensa semi-

3 3 automática Gabbrielli modelo L4/110, adotando um ciclo de prensagem composto de dois estágios: primeiro é aplicado na amostra uma pressão de aproximadamente 90Kfg/cm², logo em seguida aplica-se automaticamente uma pressão aproximada de 270Kgf/cm². Obtivemos corpos de prova com dimensões em torno de 10,6cm x 5,3cm x 0,5cm Os corpos de prova recém prensados classificados como corpos verdes foram numerados, pesados, medidos (comprimento, largura e espessura) com paquímetro digital da marca Mitutoyo (0,01 150mm) e expostos para secar ao ar. Desta forma foram determinadas as massas específicas para os corpos (MA, T e MB) quando verdes e secos ao ar (MEA verde e MEA ar ). Antes das queimas os corpos eram colocados em estufa a uma temperatura de 110 C por vinte e quatro horas, logo armazenados em um dessecador com sílica-gel (2) até atingirem a temperatura ambiente e novamente eram pesados e medidos de modo a determinar para cada amostra sua umidade após a prensagem (H p %), massa específica aparente seca em estufa (MEA seca ) e retração linear após secagem na estufa (RL seca %). Após a secagem em estufa os corpos foram queimados em diferentes taxas de aquecimento (10ºC/min, 30ºC/min, 50ºC/min), sem patamar, até as temperaturas de 900 C e 1100 C. Utilizou-se um forno de laboratório da marca Termolyne 46100, tipo mufla. Após as queimas foram determinadas: retração linear de queima (RL queima %), absorção de água (AA%), porosidade aparente (PA%), massa específica aparente de queima (MEA queima ) e perda de massa ao fogo (PF%), tendo nos resultados obtidos as propriedades físicas das amostras que serão indicativos para uma utilização adequada destas jazidas. RESULTADOS E DISCUSSÃO As amostras MA, T e MB foram submetidas a cinco diferentes curvas de queima, todas sem patamar e denominadas como queimas a, b, c, d e e. As respectivas queimas são descritas na tabela I. Tabela I Especificação das queimas

4 4 Queimas Taxas de aquecimento Temperatura final a 10 C/min 1100 C b 30 C/min 1100 C c 50 C/min 1100 C d 30 C/min 900 C e 50 C/min 900 C Logo após as prensagens, foram obtidas as porcentagens de umidade das amostras através da equação (A). ( mv ms ) 100 Hp% = (A) m H p, m v e m s são: umidade logo após da prensagem, massa verde e massa seca em estufa. Com as medidas de comprimento dos corpos cerâmicos na prensagem e após a retirada da estufa foi possível obter a porcentagem de retração linear das amostras secas³ (RL seca %) como demonstra a equação (B). RL seca s ( Cv Cs ) 100 % = (B) C RL seca, C v e C s são: retração das amostras logo após a retirada da estufa, comprimento verde e comprimento seco em estufa. Para cálculo das massas específicas, obtemos os volumes (V a ) dos corpos de prova pelo método geométrico e balança hidrostática. Pela simetria do corpo de prova antes da queima, o volume aparente destes foi calculado geometricamente conforme a equação (C). ( C L E) 0,93 s V a = + (C) V a, C, L, E são respectivamente: volume aparente, comprimento, largura, espessura e a adição de 0,93 está relacionado ao volume (cm³) de relevos impressos pela forma de prensagem. Depois da queima principalmente os corpos de prova da argila de Terenos (T) apresentaram efeitos de superqueima 3, sendo mais preciso o cálculo do volume (V a )

5 5 considerando o princípio de Arquimedes (balança hidrostática) de acordo com a equação (F). P = E + (D) u P i m u g = ρ V g + m g (E) água a i V a ( m m ) u i = (F) ρ água Sendo: P u = peso úmido; P i = peso imerso; E = empuxo; m u = massa úmida registrada na balança; m i = massa imersa registrada na balança hidrostática; ρ água = densidade da água Para obtenção da massa úmida (m u ), os corpos de prova foram deixados em recipiente cobertos com água ferverendo por duas horas, depois permaneceram imersos por aproximadamente vinte e duas horas. Com um pano úmido retirava-se o excesso de água superficial e eram colocados na balança. A massa imersa (m i ) foi obtida quando o corpo de prova esteve suspenso e totalmente imerso num béquer com água e colocado sobre a balança (balança hidrostática). Calculados os volumes (V a ) das amostras antes e depois das queimas, obtemos as densidades pela equação (G). m MEA = (G) V a Os resultados relacionados às equações A, B, C e G, estão expostos na tabela II abaixo caracterizando as propriedades físicas das amostras antes das queimas. Tabela II Absorção de água logo após a prensagem (H p ), retração linear devido à secagem em estufa (RL seca ), massas específicas aparentes após as prensagens (MEA verde ), secos ao ar (MEA ar ) e secos em estufa (MEA seca ). Antes das queimas

6 6 Antes das queimas Amostras H p (%) RL seca (%) MEA verde (g/cm³) MEA ar (g/cm³) MEA seca (g/cm³) MA 8,4 0,5 2,12 2,09 1,99 T 9,9 0,6 2,17 2,08 2,00 MB 9,0 0,5 2,12 2,06 1,96 Após a fase de queima foram obtidos dos corpos: os volumes aparentes (V a, equação F), as massas específicas aparentes³ (MEA queima ), os valores percentuais de absorção de água³ (AA%), volume aparente dos poros³ (PA%), retração linear de queima³ (RL queima ) e perda de massa ao fogo (PF%) conforme as equações (H), (I), (J) e (L). ( mu mq ) 100 AA% = (H) m RL q ( m m ) u PA% = (I) queima ( m m ) 100 u q i ( Cs Cq ) 100 % = (J) C q ( ms mq ) 100 PF% = (L) m Sendo: m q = massa depois da queima; C s = comprimento seco em estufa; C q = comprimento após a queima; m s = massa seca em estufa. Com os resultados obtidos após a queima, coletados dos corpos de prova de cada amostra e utilizando as equações acima (F, G, H, I, J e L), determinou-se os dados presentes na Tabela III. q Tabela III Valores percentuais de absorção de água (AA%), porosidade aparente (PA%), retração linear de queima (RL queima ) e perda de massa ao fogo (PF%) para as amostras em diferentes curvas de queima. Depois da queima

7 7 Curva de Queima Amostras MEA queima (g/cm³) AA (%) PA (%) RL queima (%) PF (%) MA 2,29 4,9 11,3 5,6 4,5 A T 2,24 4,5 10,1 4,9 4,2 MB 2,43 2,5 6,1 7,9 4,9 MA 2,34 1,6 3,7 6,2 4,6 B T 1,81 3,6 6,6-1,0 4,5 MB 2,31 0,7 1,7 8,1 5,0 MA 2,36 1,9 4,5 6,3 4,4 C T 1,79 5,0 9,0-1,7 4,2 MB 2,37 3,1 7,4 7,3 4,8 MA 1,94 12,8 25,4 0,9 4,6 D T 1,91 11,8 23,6 0,7 4,2 MB 1,88 15,5 29,5 0,0 4,4 MA 1,99 12,7 25,2 0,8 4,4 E T 1,99 12,7 25,2 0,3 3,7 MB 1,93 15,4 29,7 0,0 3,8 Para todas as queimas as amostras tiveram razoável constância na perda de massa ao fogo (PF%), porém na queima e (até 900 C) as amostras T e MB perderam menos massa. Através dos valores expostos nas tabelas II e III temos os gráficos das propriedades físicas para as argilas MA, T e MB, conforme as figuras abaixo. Massas Específicas Aparentes (antes das queimas) Massas específicas aparentes (após as queimas) MEA (g/cm³) 2,20 2,15 2,10 2,05 2,00 1,95 1,90 1,85 MA T MB Argilas verde ar seca MEAqueima (g/cm³) 3,00 2,50 2,00 1,50 1,00 0,50 0,00 a b c d e Queimas MA T MB Figura 2 Gráfico das massas específicas aparentes antes das queimas. Figura 3 Gráfico das massas específicas aparentes após as queimas.

8 8 Absorção de água Porosidade Aparente AA (%) 16,0 14,0 12,0 10,0 8,0 6,0 4,0 2,0 0,0 a b c d e MA T MB PA (%) 30,0 25,0 20,0 15,0 10,0 5,0 0,0 a b c d e MA T MB Queimas Queim as Figura 4 Gráfico das absorções de água (AA%). Figura 5 Gráfico das porosidades aparentes (PA%). Retração linear de queima Perda de massa ao fogo RL (%) 8,5 7,0 5,5 4,0 2,5 1,0-0,5-2,0 a b c d e Queim as MA T MB PF (%) 5,0 4,0 3,0 2,0 1,0 0,0 a b c d e Queimas MA T MB Figura 6 Gráfico das Retrações Lineares (RL queima %). Figura 7 Gráfico das perdas de massa ao fogo (PF%). De acordo com os dados da Tabela II e pelo gráfico da figura 2 pode-se dizer que: para aproximadamente os mesmos valores percentuais de umidade e pressão de compactação, todas as amostras apresentaram valores próximos para massa específica aparente após estufa, em torno de 2g/cm³, e com retração linear em torno de 0,5%. Todas as amostras, de uma forma geral, atingiram valores inferiores a 1% de retração linear para as curvas de queima d e e. A argila T apresentou dilatação na curvas de queima b e c devido a superqueima e as argilas MA e MB obtiveram valores superiores a 6% de retração linear para as curvas de queima a, b e c.

9 9 As densidades aparentes após a queima variaram entre 1,79 g/cm³, para a amostra T e curva de queima c, e 2,12 g/cm³, para a amostra MB e curva de queima a. Na sequência apresentam-se as fotos dos corpos de prova após as queimas (a, b, c, d e e) estando em todas as figuras (8, 9, 10, 11 e 12), organizados de cima para baixo as argilas MA, T e MB respectivamente. Figura 8 Queima a: as setas indicam defeitos na amostra devido a carbonatos. Figura 9 Queima b: as setas indicam defeitos na amostra devido a carbonatos.

10 10 Figura 10 Queima c. As setas indicam defeitos na amostra devido a carbonatos. Figura 11 Queima d. A seta indica o aparecimento de trinca. Figura 12 Queima e. As setas indicam o aparecimento de trincas. Após a queima, de modo geral, a argila MB apresentou, para todas as curvas de queima, defeitos relacionados à presença de carbonatos. É possível observar

11 11 pontos pretos e brancos (4) saltados (ver figuras 8, 9, 10, 11 e 12) das amostras. O mesmo acontece para a argila MA, mas somente nas curvas de queima b, c e d. CONCLUSÃO Os processos realizados antes das queimas, como conformação por prensagem e secagem, foram realizados sem o aparecimento de defeitos para nenhuma das amostras Santa Maria Alto (MA), Terenos (T) e Santa Maria Baixo (MB) apresentando, aproximadamente, os mesmos valores de massa específica aparente após estufa para as mesmas pressões de conformação e percentual de umidade. A argila T obteve melhor desempenho para as curvas de queimas a e d, enquanto, nas queimas b e c, os corpos de prova apresentaram superqueima³. Na queima d, Terenos (T) obteve menor absorção de água (11,8%) e porosidade aparente (23,6%), comparado-a com as argilas MA e MB, embora tenha apresentado defeito do tipo trinca (figura 12) para a queima e. As argilas de Rio Verde de Mato Grosso/MS, MA e MB, obtiveram os menores valores de porosidade e absorção de água quando submetidas à curva de queima b, mas as mesmas apresentaram defeitos, devido principalmente, à presença de carbonatos (figura 9). A amostra MB apresentou os menores valores quanto à porosidade aparente com 1,7% e 0,7% de absorção de água (tabela II), sendo a argila mais fundente (1). BIBLIOGRAFIA 1. E. M. Anselmo, G.R.dos Santos, A.R.Salvetti, Análise Térmica de Argilas das formações Aquidauana e Ponta Grossa no estado de Mato Grosso/MS, Campo Grande, UFMS, Anais do 48º Congresso Brasileiro de Cerâmica. 2. C. M. Lenz, Estudos dos Folhelhos Argilosos de Rio Verde de Mato Grosso/MS, Campo Grande, UFMS, Dissertação de Mestrado, p P. Souza Santos, Ciência e Tecnologia de Argilas, 2ª edição, vol 1, S. Paulo, USP, Edgar Blüchier Ltda, 1989, p T. A. Martins, Estudo de Propriedades Físicas de Argilas do Estado de Mato Grosso do Sul, Campo Grande, UFMS, Dissertação de Mestrado, p

12 12 STUDY OF THE PHYSICAL PROPERTIES OF CLAYS FROM AQUIDAUANA AND PONTA GROSSA FORMATION FROM STATE OF MATO GROSSO/MS. ABSTRACT The present work analysis the physical properties, before and after of burn, of the next clays: Stª. Maria Alto (MA), Stª Maria Baixo (MB), Terenos (T) from Rio Verde and Terenos cities, state of Mato Grosso/MS belonged to two geological formation, Aquidauana and Ponta Grossa. The samples were burned with ramp of heating by: 10ºC/min, 30 C/min and 50 C/min until finish temperature of 1100 C; 30 C/min e 50 C/min until finish temperature of 900 C. Were carried out tests of linear shrinkage, as porosity, water absorption, loss of mass in burn and density. The clay Stª. Maria Alto (MA) showed better linear shrinkage by burn whit finish temperature of 1100 C. Key-words: clay, physical properties, water absorption and linear shrinkage.