RESUMO. Palavras-chave: aditivos, propriedades físico-mecânicas, massa cerâmica

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1 1 INFLUÊNCIA DE ADITIVOS NA PLASTICIDADE E EXTRUDABILIDADE DE MASSAS PLÁSTICAS PARA USO NA CONFECÇÃO DE BLOCOS CERÂMICOS. PARTE III: PROPRIEDADES FÍSICO-MECÂNICAS M. K. G. Pontes 1, V. R. G. Santos 1, R. S. Macedo, G. A. Neves, H. C. Ferreira Av. Aprígio Veloso, Campus I Campina Grande Paraíba reginaldo@dema.ufcg.edu.br Universidade Federal de Campina Grande 1 Alunos de graduação de Eng. de Materiais Departamento de Engenharia de Materiais CCT/UFCG RESUMO A incorporação de aditivos à massas cerâmicas produz comportamento de fluxo e propriedades adequadas para conformação. Este trabalho tem como objetivo avaliar a incorporação de aditivos em duas massas cerâmicas industriais à luz das propriedades físico-mecânicas. Para viabilizar o presente estudo as massas foram tratadas com dois aditivos químicos nas proporções de ;,5; 1, e 1,5% em peso e corpos de prova foram conformados pelo processo de extrusão e sinterizados nas temperaturas de, 9 e 1ºC para determinação da absorção de água, retração linear e tensão de ruptura à flexão. Os resultados mostram que a incorporação de aditivos químicos à massa cerâmica melhora as propriedades físicomecânicas em corpos de prova conformados por extrusão. Palavras-chave: aditivos, propriedades físico-mecânicas, massa cerâmica INTRODUÇÃO Em trabalho anterior (1) foi analisado o resultado da incorporação de cinco aditivos químico como auxiliar de processamento na extrusão de massas plásticas para fabricação de blocos cerâmicos. O presente artigo analisa duas amostras de massas plásticas da bacia hidrográfica do Rio Paraíba, tratadas com dois aditivos químicos à luz das propriedades físico-mecânicas.

2 A mão de obra não qualificada, defasagem tecnológica e ausência de controle de qualidade são fatores que contribuem para a obtenção de produtos com inconstância nas suas propriedades e que, em muitos casos, não atendem às normas técnicas (). Cerâmicas de alvenaria se encontram no Brasil todo e utilizam como matériaprima básica em torno de milhões de toneladas/ano de argilas comuns. Essas argilas são usadas como matéria-prima na fabricação de tijolos, blocos e telhas etc., porque possuem plasticidade, contêm fundentes (impurezas contendo metais alcalinos e alcalino terrosos) e possuem, em maior ou menor porcentagem, quartzo que funciona como enchimento e formador de vidro o qual é o fator principal para a resistência mecânica e a porosidade do corpo cerâmico queimado (3). Nos últimos anos tem-se notado um crescente planejamento e instalação de indústrias de cerâmicas vermelha, mas há dificuldades em obter informações técnicas e quantitativas, uma vez que não há um estudo completo das características tecnológicas das argilas para cerâmicas vermelha em nosso Estado. As argilas da bacia do Rio Paraíba apresentam um caráter predominantemente caulinítico com elevada perda de massa durante a queima devido ao alto percentual de matéria orgânica e minerais argilosos e têm como principal característica a cor de queima avermelhada, o que se deve ao alto conteúdo de óxido de ferro, geralmente superior a % (). Estudos () têm demonstrado que, no processamento de materiais cerâmicos, diferentes aditivos devem ser incorporados à mistura para produzir um comportamento de fluxo e propriedades adequadas para a conformação. Nesse sentido, o Departamento de Engenharia de Materiais DEMa/UFCG - tem realizado estudos com o objetivo de sanar lacunas existentes na metodologia proposta por Souza Santos (5) para o estudo das argilas desconhecidas. Com isso a falta de especificações relativas às características de plasticidade, poderá ser parcialmente sanada através da proposição destes estudos, pois tratam especificamente das massas plásticas vermelhas para uso na confecção de blocos cerâmicos. Uma das preocupações de tais estudos é com os efeitos de alguns aditivos químicos no limite de plasticidade, através do método Casagrande, de massas plásticas industriais usadas na fabricação de blocos cerâmicos do Estado da Paraíba, visando diminuir seus valores e, consequentemente, reduzir a quantidade de água necessária para desenvolver plasticidade no sistema argila mais água, usado na produção industrial

3 3 de blocos cerâmicos. Com a redução da quantidade de água a um valor mínimo, de modo que não prejudique a trabalhabilidade da massa, a energia necessária para secar os blocos obtidos dessa massa por extrusão será também reduzida, e o processo será mais econômico. Com esta nova metodologia de tratamento das massas plásticas industriais com diferentes aditivos, foram determinadas as propriedades físico-mecânicas de cada amostra possibilitando a indicação de aditivos que causaram uma redução da quantidade de água necessária para a extrusão, sem prejuízo para as propriedades do bloco cerâmico. Nesse contexto de busca de informações para a caracterização das massas cerâmicas na Paraíba, os objetivos do presente trabalho são: avaliar a incorporação de aditivos em duas massas cerâmicas industriais, à luz das propriedades físicomecânicas, através dos ensaios tecnológicos com as massas plásticas industriais; e aditivadas e comparar os resultados quanto às propriedades físico-mecânicas. MATERIAIS E MÉTODOS Para realização deste trabalho foram utilizadas duas massas plásticas para cerâmica vermelha usadas na fabricação blocos cerâmicos de oito furos. Ambas as matérias-primas são provenientes de indústrias cerâmicas localizadas nos municípios de Santa Rita e Cruz do Espírito Santo, do Estado da Paraíba, as quais denominaremos de massas industriais (amostra A e amostra B), respectivamente. Tratam-se de massas com comportamentos plásticos semelhantes, apresentando limites de plasticidade (~ %) e quantidades de fração argila muito próximas (). E como aditivos químicos utilizamos dois: um ligante (amido solúvel) e outro defloculante (silicato de sódio), como produtos que melhoram as propriedades de materiais cerâmicos. Após a coleta das amostras, foi realizado um processo de beneficiamento, em que cada amostra foi inicialmente seca a 11ºC, submetida a uma moagem por via seca em moinho do tipo galga, durante 3 minutos. Foram passadas por via seca em peneira ABNT nº. (, mm), e tratadas nas proporções de ;,5; 1, e 1,5% de aditivo para 1g de massa seca, misturadas em uma masseira modelo Blakeslee, com capacidade de 3 L, a uma velocidade média de 9 rpm, com a

4 umidade da unidade fabril (para as amostras sem aditivos). E as amostras aditivadas foram umidificadas por um processo de gotejamento manual com uma solução de água e aditivo, com a umidade igual ao limite de plasticidade da amostra aditivada. Em seguida, foram acondicionadas em saco plástico para cura por um período de cinco dias. Foram confeccionados corpos de prova nas dimensões (1, x, x 1,) cm 3 (para uma melhor acomodação na câmara do forno), e conformados por extrusão em maromba de laboratório marca Verdés, modelo BR 51. Na etapa seguinte, todos os corpos de prova ficaram em repouso à temperatura ambiente por um período mínimo de h, quando foram secos em estufa a 11ºC por mais um período de h, e posteriormente sinterizados às temperaturas de queima de ºC, 9ºC e 1ºC, em forno de atmosfera oxidante, com uma taxa de aquecimento de ºC/min da temperatura ambiente (~ 3ºC), até a temperatura máxima, quando foi mantido em patamar por h, completando assim um ciclo de queima de 1 h. O resfriamento foi realizado naturalmente. As propriedades tecnológicas determinadas foram: umidade de extrusão, absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, retração linear de secagem e queima e tensão de ruptura à flexão. RESULTADOS E DISCUSSÃO Propriedades físico-mecânicas das massas industriais A Tabela I apresenta os resultados dos ensaios realizados em corpos de prova conformados por extrusão, secos à temperatura de 11ºC. TABELA I Propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova com a massa industrial, extrudados e secos à temperatura de 11ºC. AMOSTRAS UMIDADE DE EXTRUSÃO (%) RETRAÇÃO LINEAR DE SECAGEM (%) TENÇÃO DE RUPTURA À FLEXÃO (MPa) A 19,±,9 5,3±,1 5,±,9 B 19,9±,,±,3 7,33±,3 Analisando os dados da Tabela I, têm-se as seguintes constatações: em relação à umidade de extrusão registra-se um valor médio de 19,5%, portanto,

5 5 muito próximo o que era esperado uma vez que ambas as amostras apresentaram limite de plasticidade em torno de %. Esse resultado satisfaz ao valor usual de % de umidade utilizado no processamento de blocos cerâmicos. Para a retração linear de secagem, tem-se um valor máximo de 5,3±,1% (amostra A), o que satisfaz, pois é desejável que este valor não ultrapasse a % de retração. E para a tensão de ruptura à flexão, obteve-se um valor mínimo de 5,±,9 MPa (amostra A), o que também é satisfatório pois o valor mínimo especificado é de,5 MPa (7). Nota-se que as propriedades físico-mecânicas apresentadas na citada tabela são típicas de massas industriais usadas em cerâmica vermelha, moldadas pelo processo de extrusão com limite de plasticidade de 15 a 5%, segundo dados teóricos encontrados na literatura consultada (). A Tabela II apresenta os resultados dos ensaios cerâmicos realizados nos corpos de prova processados por extrusão e sinterizados às temperaturas de ºC, 9ºC e 1ºC. TABELA II Propriedades físico-mecânicas dos corpos de prova com a massa industrial, extrudados e sinterizados às temperaturas de, 9 e 1ºC. AMOS- TRAS TQ ABSORÇÃO POROSIDADE MASSA RETRAÇÃO TENSÃO DE (ºC) DE ÁGUA (%) APARENTE (%) EESPECÍFICA APARENTE (g/cm 3 ) LINEAR DE QUEIMA (%) RUPTURA À FLEXÃO (MPa),59±,5,±,5 1,9±,3,±,7 9,95±,9 A 9 7,9±,7 15,7±,75 1,9±,1,±,17 1,±,5 1,75±,99 1,1±,9,11±,15,±, 11,5±,9 13,±,59,79±, 1,97±,,±,1 7,5±, B 9 11,7±,7 3,51±,9 1,9±,1 1,1±,15 9,±,1 1,1±, 1,±,9,±,1 3,7±,1 11,±,3 TQ = temperatura de queima Verifica-se que os dados da Tabela II apresentam valores máximos de absorção de água de 13,±,59% (amostra B), na temperatura de ºC, tomandose como referência o valor máximo de 5% de absorção. Em relação à porosidade aparente, registra-se o valor máximo de,79±,% (amostra B), à temperatura de ºC, para o valor máximo de referência 35%. Para massa específica aparente, o valor mínimo registrado é de 1,9±,3 g/cm 3 (amostra A), à temperatura de 1ºC,

6 tomado como valor mínimo 1,7 g/cm 3, que representa uma pequena diferença a maior. Para a retração linear de queima, o valor máximo registrado é,±,% (amostra A), na temperatura de 1ºC, sem valor especificado de referência na literatura consultada (7), (). E, finalmente, para a tensão de ruptura à flexão, o valor mínimo encontrado é 7,5±, MPa (amostra B), à temperatura de ºC, para um valor mínimo especificado de 5,5 MPa (7). Nota-se que os dados de sinterização das propriedades físico-mecânicas das amostras de massas industriais atendem aos valores limites preconizados por Barzaghi e Salge (7), que são típicas de massas industriais usadas em cerâmica vermelha. Isso confirma sua aplicação na confecção de blocos cerâmicos usados na construção civil, moldados pelo processo de extrusão, o que também foi encontrado em estudos realizados (9), com massas industriais da mesma bacia hidrográfica pesquisada. Propriedades físico-mecânicas das massas aditivadas As Figuras 1(a, b) e (a, b) apresentam os resultados dos ensaios realizados em corpos de prova conformados por extrusão, secos a 11ºC, com as massas incorporadas com os dois aditivos químicos, (amido solúvel) e (silicato de sódio). UMIDADE DE EXTRUSÃO (%) (a) Amostra A 11 MIA UMIDADE DE EXTRUSÃO (%) (b) Amostra B 11 MIB Figura 1: Umidade de extrusão das massas aditivadas e industriais (MI), secas a 11ºC: (a) amostra A e (b) amostra B. - valor de referência. Analisando os gráficos da Figura 1(a, b), observa-se que a umidade de extrusão apresentou um valor mínimo de 1,39±,7% para a amostra A com,5% e um valor mínimo de 1,9±,9% para a amostra B com 1,5%. São

7 7 valores muito próximos, nos quais se observa a influência positiva do aditivo usado em relação às massas industriais (MI), causando uma redução de 1,% e de 1,3% na água de extrusão nas respectivas amostras. E em relação ao valor de referência () foram usados %, que é normalmente utilizado nas fábricas de blocos cerâmicos como umidade de extrusão. TENSÃO DE RUPTURA À FLEXÃO(MPa) (c) Amostra A 11 MIA TENSÃO DE RUPTURA À FLEXÃO(MPa) (b) Amostra B 11 MIB Figura : Tensão de ruptura à flexão das massas aditivadas e industriais (MI), secas a 11ºC: (a) amostra A e (b) amostra B. - valor de referência. Observando-se os gráficos da Figura (a, b), nota-se que a tensão de ruptura à flexão apresenta valores superiores com a incorporação dos aditivos em relação às amostras confeccionadas com as massas industriais (MI), valor bem superior ao valor de referência () mínima de,5 MPa, para massa de cerâmica vermelha utilizada no processamento por extrusão de blocos cerâmicos (7). As Figuras 3(a, b, c, d, e, f), a seguir, apresentam os resultados dos ensaios completos, realizados nos corpos de prova processados por extrusão e sinterizados nas temperaturas de ºC, 9ºC e 1ºC, com as massas incorporadas com os aditivos químicos e. Analisando os gráficos da Figura 3, verifica-se que os mesmos apresentam os seguintes resultados por amostra analisada: A amostra A apresenta valores de absorção de água praticamente iguais, quando tratada com os dois aditivos químicos, sendo estes valores inferiores aos dados desta amostra sem aditivos. Para a porosidade aparente, registram-se os valores máximos de 3,7±,13%, com 1% e,±,1%, à temperatura de ºC. São valores abaixo dos registrados nesta amostra sem o tratamento com os citados aditivos, para o valor máximo de referência 35% de porosidade aparente.

8 ABSORÇÃO DE ÁGUA (%) (a) Amostra A MIA ABSORÇÃO DE ÁGUA (%) 1 (b) Amostra B MIB POROSIDADE APARENTE (%) (c) Amostra A max. de 35% MIA POROSIDADE APARENTE (%) (d) Amostra B máx. de 35% MIB TENSÃO DE RUPTURA À FLEXÃO(MPa) MIA (e) Amostra A TENSÃO DE RUPTURA À FLEXÃO (MPa) MIB (f) Amostra B Figura 3: Gráficos das principais propriedades físico-mecânicas das amostras A e B (industriais e aditivadas): (a e b) absorção de água; (c e d) porosidade aparente e (d e e) tensão de ruptura à flexão. - valor de referência. Já para a tensão de ruptura à flexão, onde se deseja manter ou aumentar os valores desta propriedade mecânica das amostras, quando aditivadas, nota-se que o menor valor obtido foi de 11,±, MPa para,5% de (amido solúvel),

9 9 superior, portanto, ao valor desta amostra A sem tratamento à temperatura de ºC. A amostra B apresenta uma faixa de dados de absorção de água um pouco maior que a amostra anterior, quando tratada com os dois aditivos químicos, sendo estes valores inferiores aos dados desta amostra sem aditivos. Para a porosidade aparente, registram-se valores inferiores aos desta amostra sem tratamentos com os dois aditivos, para o valor máximo de referência 35%. E finalmente, para a tensão de ruptura à flexão, nota-se que o menor valor obtido foi de 1,59±, MPa para 1,5% de (silicato de sódio), superior, portanto, ao valor desta amostra sem tratamento à temperatura de ºC. A descrição das propriedades físico-mecânicas das amostras em estudo, em corpos de prova processados por extrusão em massa tratada com os dois aditivos, permite concluir que houve uma influência positiva nos resultados dos ensaios em corpos de prova secos a 11ºC em relação à amostra industrial, o que era esperado. E quanto aos resultados dos ensaios em corpos de prova sinterizados nas três temperaturas de queima, observa-se que os melhores resultados ocorreram à temperatura de ºC, para a absorção de água, a porosidade aparente, a massa específica aparente (não plotada) e para a tensão de ruptura à flexão. Esse resultado atende ao princípio defendido por Salomão (1) de que é desejável que se mantenham ou diminuam os valores de propriedades como: absorção de água, massa específica aparente e porosidade aparente da massa, enquanto para a carga de ruptura se mantenham ou aumentem seus valores. De uma maneira geral, verifica-se através dos dados obtidos, que existe uma relação coerente entre os valores crescentes da massa específica aparente com as reduções da porosidade aparente e da absorção de água, com o aumento da temperatura de queima, para os dois tipos de massas estudadas. CONCLUSÃO Neste trabalho sobre a influência de aditivos na extrudabilidade de massas plásticas para uso na confecção de blocos cerâmicos de uma micro-região do Estado da Paraíba, foram obtidas as seguintes conclusões:

10 1 a os resultados dos ensaios das propriedades físico-mecânicas, com as amostras de massas industriais estão dentro da faixa de valores usuais em massa para cerâmica vermelha; b - o uso de 1,5% do aditivo silicato de sódio nas massas industriais causou uma redução de 1,% e de 1,3% na água de extrusão em relação à massa original nas amostras A e B, respectivamente, o que certamente acarretará um menor gasto de energia na secagem de blocos cerâmicos, tornando o processo mais econômico; c o uso dos aditivos amido solúvel e silicato de sódio foi mais significante para as propriedades físicas à temperatura de ºC, e para a resistência mecânica, às temperaturas de 9 e 1ºC. REFERÊNCIAS 1. K. R. Barboza, R. S. Macedo, G. A. Neves, H. C. Ferreira, Anais do º. Congresso Brasileiro de Cerâmica, Curitiba, PR., Junho de.. O. O. Carvalho, J. Y. P. Leite, L. A. F. Porpino, W. A. Porpino Filho, J. C. S. Andrade. Anais do 5º. Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, SC., Junho de S. Cosin, V. F. J. Kozievitch, P. S. Santos, F. R. Valenzuela-Diaz, Anais do XVI Congresso Brasileiro de Engenharia e Ciência dos Materiais, Porto Alegre, RS., Dezembro de.. G. D. Chiara, G. M. Borroni, A. D. Chiara, A Tecnologia do Processo de Produção na Indústria de Cerâmica Vermelha. Curso de Formação para Profissionais da Indústria de Cerâmica Vermelha, Apostila, ACIMAC/IEC, Florianópolis,. 5. P. Souza Santos, Ciência e Tecnologia de Argilas, São Paulo, v. I e II, Edgard Blücher, J. X. N. Farias, K. A. S. Farias, R. S. Macedo, R. S. Macedo, G. A. Neves, H. C. Ferreira, In: Congresso Brasileiro de Cerâmica, 9º. 5. São Pedro SP., Junho de 5. No prelo. 7. L. Barzaghi, A. Salge, Cerâmica,, 151, (19), 3.. C. M. F. Vieira, J. N. F Holanda, D. G. Pinatti, Cerâmica,, 97, (), 15.

11 11 9. L. F. A Campos, Estudo da Expansão por Umidade (EPU) em Blocos Cerâmicos do Estado da Paraíba.. 1 f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - CCT/UFPB, Campina Grande. 1. J. R. Salomão, Estudo da Influência de Aditivos na Plasticidade de Argilas Piroexpansíveis do Estado de São Paulo f. Dissertação (Mestrado em Engenharia Química) - POLI/USP, São Paulo, CHEMICAL ADDITIVES INFLUENCE ON PLASTIC MASSES PLASTICITY AND EXTRUDABILITY FOR STRUCTURAL CERAMIC BLOCKS. PART III: PHYSICAL AND MECHANICAL PROPERTIES ABSTRACT Additives Incorporationto ceramics masses can improve flow behavior and processing properties. The present work deals with the chemical modification of red ceramic masses from Paraiba state, Brazil, in order to generate easily extruded better flow and better quality products. Two industrial additives were incorporated into the ceramic masses. The effect of additive identity and content (-1.5 w/w%) and sintering temperature (, 9 and 1ºC) on the linear retraction, water absorption and flexural strength of samples made with two distinctly formulated red ceramic masses were investigated. The results show chemical additive incorporation improve the physical-mechanical properties of extrusion molded samples and can reduce the cost (1,%). Key-words: chemical additives, physical-mechanical properties, red ceramics masses