FORMULAÇÃO DE MASSA CERÂMICA DE ARGILA COM ADIÇÃO DE FUNDENTE FELDSPATO PARA FABRICAÇÃO DE ADOQUIM. ARAUJO, R. S. G. 1* ; FERREIRA,D.S. 1 ; MELO, J.M. 1 ; AVELINO, F.P. 1 ; ARAUJO, T.S. 1 ; SOARES, R. A. L. 1 1. IFPI PPGEM Teresina Piauí Brasil Reitoria - Praça da Liberdade, 1597, 64000-040, Centro, Teresina (PI) *E-mail: engrodrigogalvao@gmail.com RESUMO Adoquim é um piso intertravado a base de argila, além de um grande potencial estético, o mesmo possui dimensões que facilitam a instalação e contribuem para uma boa distribuição das cargas impostas. Neste estudo, o adoquim foi confeccionado a partir da queima de massa cerâmica de argila vermelha com adição do fundente feldspato. Inicialmente, as matérias-primas foram submetidas a ensaios de caracterização física, química e mineralógica. Corpos-de-prova foram preparados por prensagem uniaxial e queimados em forno tipo mufla. As propriedades tecnológicas avaliadas foram: absorção de água, retração linear e resistência à compressão. A análise microestrutural das composições foi feita por microscopia eletrônica de varredura. Relacionando as propriedades tecnológicas encontradas no estudo com as Normas brasileiras que se referem a piso intertravado de concreto e as Normas internacionais que se referem ao adoquim, a massa cerâmica com adição do fundente feldspato apresenta propriedades viáveis para produção de adoquim para tráfego intermediário. Palavras-chave: adoquim, argila, cerâmica vermelha, fundente, feldspato. 1. INTRODUÇÃO O Brasil possui um grande potencial no ramo ceramista, contando com cerca de 6.903 empresas, é responsável por gerar emprego para 293 mil trabalhadores de forma direta e 900 mil de forma indireta, gerando um faturamento anual de 18 bilhões, segundo última pesquisa oficial do IBGE. No nordeste encontram-se empresas enquadradas no setor de cerâmicas vermelhas. Neste trabalho, a ênfase será dada ao estado do Piauí, fonte das matérias-primas empregadas nessa pesquisa. 1023
Os solos do Piauí se originam da decomposição de rochas sedimentares da Bacia Maranhão-Piauí, como o quartzo, argilas, silte e outras, e de rochas referidas ao Pré-Cambriano, cita-se biotita, anfibolito, gnaisses, granito, dentre outras. (9) O Piauí apresenta grande capacidade de produção de matérias provenientes de cerâmicas vermelha. Devida sua vasta variedade de matériasprimas, além da abundância de material argiloso, o Piauí se mostra um estado capaz de produzir materiais de grande qualidade e com forte potencial para exportação. Hoje o estado produz basicamente tijolos, telhas e blocos cerâmicos. Porém, em pesquisas realizadas pelo o Instituto Federal do Piauí IFPI com o setor ceramista, um material ainda não confeccionado por nenhuma cerâmica local, gera interesse por parte dos empresários. Esse material é o adoquim, piso intertravado, confeccionado a partir de massa argilosa, já difundido e normatizado em outros países como Estados Unidos e Colômbia. O adoquim é um piso que, além de uma boa resistência, possui grande valor estético, devido as suas cores e variadas formas de arranjos. Neste trabalho, para a formulação do piso, foi utilizada massa cerâmica de argila industrial com adição de feldspato, que atua como fundente durante o processo produtivo. Essa pesquisa tem por objetivo formular massa cerâmica com argilas presentes na região de estudo para produção de adoquim observando o efeito da adição de feldspato. 2. MATERIAIS E MÉTODOS Para realização deste trabalho foram utilizadas como matérias-primas: argila e feldspato. A argila foi adquirida em uma fábrica de telhas prensadas, proveniente da região de Teresina, capital do Piauí, e feldspato coletado na cidade de Paulistana-PI, município a 462 km da capital. As matérias-primas foram secas em estufa a 110 C por um período de 24h, após a secagem, as amostras foram desagregadas, separadamente, com pilão manual e peneiradas em 40 mesh para ensaios de caracterização e preparação das composições. Por Fluorescência de raios X em equipamento da marca Panalytical, modelo Epsilon 3 XL, foi obtida a composição química dos materiais. A análise das fases cristalinas foi feita por difração de raios X (DRX) em difratômetro 1024
Panalytical operando com radiação Cu-K e varredura 2Ɵ de 5 a 60. A distribuição de tamanho de partícula das matérias-primas foi obtida por método de peneiramento e sedimentação por gravimetria. As matérias-primas, após secagem e desagregação, como já citadas, foram pesadas em balança analítica com sensibilidade de 0,01g, dosada e homogeneizadas. O processo deu origem a duas formulações com as seguintes codificações: MB e MB+F, conforme Tabela 1. Tabela 1 Composições estudadas (% em peso) FORMULAÇÕES PERCENTUAL MÁSSICO ARGILA INDUSTRIAL FELDSPATO MB 100% 0% MB+F 90% 10% As formulações foram umidificadas com 10% de água e em seguida granuladas em peneira ABNT nº 40. Após foram acondicionadas em sacos plásticos devidamente codificados, transcorridos 24h de descanso das formulações o pó granulado foi separado em porções de 4 Kg sendo confeccionados 6 réplicas de cada formulação com as dimensões de (250x125x80)mm³, por prensagem uniaxil, utilizando-se uma prensa manual mecânica da Verde Equipamentos. Os corpos-de-prova obtidos foram submetidos à secagem em estufa elétrica a 110 C por um período de 24h e, posteriormente, queimados em um forno elétrico JUNG modelo LF 10014, na temperatura de 1.000 C, com taxa de aquecimento fixada em 2 ºC/min até a temperatura final e o tempo de patamar foi fixado em 90 min. Os corpos-deprova queimados foram avaliados em suas propriedades tecnológicas de Retração Linear de queima (RL), Absorção de Água (AA) e Tensão de ruptura à compressão axial. A análise microestrutural foi realizada através da avaliação da textura do material por Microscópio Eletrônico de Varredura (MEV) da marca Shimadzu, modelo SSX-550. 3. RESULTADOS E DISCURSÃO 3.1 Análise mineralógica por Difração de Raios X (DRX): 1025
Dentre as várias técnicas de caracterização de materiais, a técnica de difração de raios X é a mais indicada na determinação das fases cristalinas presentes em materiais cerâmicos. Isto é possível porque na maior parte dos sólidos (cristais), os átomos se ordenam em planos cristalinos separados entre si por distâncias da mesma ordem de grandeza dos comprimentos de onda dos raios X. (6) As amostras das matérias-primas foram analisadas por Difração de Raios X (DRX), a fim de observar a mineralogia dos materiais. A tabela 2 mostra os percentuais dos picos mineralógicos encontrados nas matérias-primas. A amostra da argila industrial apresenta picos de quartzo (SiO2), caulinita ((Al2O3.2SiO2.2H2O) e muscovita (KAl2(Si3Al)O10(OH,F)2). A análise mineralógica racional demonstra que a argila industrial é classificada com caulinítica. O quartzo desempenha uma função muito importante, pois é um regulador da plasticidade da massa, facilita a etapa de secagem e a saída de gases durante a queima, garante a estabilidade das peças, ajuda a viscosidade da fase líquida formada durante a queima e o coeficiente de expansão térmica. (13) A caulinita funciona como regulador de equilíbrio das reações durante a fase de vitrificação da massa cerâmica, pelo seu alto teor de óxido de alumínio. Já a muscovita atua como fundente em altas temperaturas. Tabela 2 Análise mineralógica racional (%) MATÉRIAS PRIMAS Quartzo Caulinita Muscovita Ortoclásio ARGILA INDUSTRIAL 35,81 29,63 34,56 - FELDSPATO 16,00 - - 84,00 Já a analise do feldspato, observa-se os picos predominantes de Ortoclásio (KAlSi3O8) e Quartzo (SiO2). O alto teor de ortoclásio demonstra um bom grau de pureza do feldspato, esse mineral atua como fundente, fonte do álcali potássio, que, quando fundido, contribui para formação da fase vítrea, diminuindo a formação de vazios e, consequentemente, aumentando a resistência do material cerâmico. O quartzo, por sua vez, influenciará na plasticidade da massa e contribuirá para a estruturação do bloco. 3.2 Análise química por fluorescência de Raios X (FRX): 1026
A fluorescência de raios X traz as composições químicas das matériasprimas estudadas, mostrando o percentual de óxidos encontrados em cada amostra, conforme Tabela 3. Tabela 3 Composição química das amostras (% em peso) Amostra SiO 2 Al 2 O 3 Fe 2 O 3 CaO K 2 O TiO 2 MgO Outros PF ARGILA INDUSTRIAL 61,15 23,69 6,81 0,78 2,79 1,04 2,64 0,07 1,03 FELDSPATO 67,88 15,04 1,50 2,12 12,39 0,14 0,02 0,91 0,00 A argila industrial apresenta alto teor de óxido de silício (61,15%) que corrobora com os picos de quartzo observados no DRX, trazendo à massa uma estabilidade em relação à retração de secagem e queima. A relação silício/alumina é de 2,6 que é uma possível evidência da presença de sílica livre, que diminuirá a plasticidade do material. O alto teor de Al2O3 evidencia, mais uma vez, que a argila é classificada como caulinítica. O percentual de 6,81% de Fe2O3 é responsável pela cor avermelhada do material após a queima. Os percentuais dos óxidos presentes no feldspato trazem características comuns a esse tipo de mineral. O alto teor de K2O (12,39%) é responsável pela a característica fundente do feldspato e forma, junto com outros elementos, o ortoclásio. Outro ponto a ser observado é o baixo percentual de óxido férrico (1,50%) que traz uma coloração menos avermelhada ao material sinterizado. O alto teor de óxido de silício (67,88%) já era esperado devido aos picos observados no DRX. 3.3 Ensaio granulométrico das matérias-primas As duas amostras passaram por ensaio granulométrico a fim de identificar o tamanho dos grãos do material. Conforme a figura 1, pode-se observar que a argila industrial apresenta uma maior concentração de partículas finas se comparado com o feldspato. Os grãos menores ajudarão com um melhor empacotamento das partículas, deixando o material mais denso. A baixa granulometria também influenciará na temperatura de sinterização de forma positiva, podendo alcançar uma boa queima em temperaturas mais baixas. 1027
Figura 1 Distribuição de tamanho de partículas das matérias-primas. 3.4 Análise das propriedades tecnológicas Ao analisar os corpos de prova em relação à retração a queima (figura 2), nota-se que, apesar de ambas as formulações apresentarem um percentual de retração a queima aceitável, a amostra contende feldspato teve uma menor retração, isso já era esperado tendo em vista que granulometria do feldspato apresentou grãos maiores que a argila, trazendo assim uma estabilidade à queima. Isso mostra um bom controle dimensional das peças produzidas. Figura 2 Retração linear de queima. Em relação à absorção de água, figura 3, a norma colombiana NTC 3829 leva em consideração o tipo de exposição de abrasão que o adoquim irá sofrer. Os corpos de prova contendo apenas argila industrial MB apresentaram uma absorção de água média de 23,05%, considerada alta, enquadrando o corpo de 1028
prova ao adoquim do Tipo III adoquim exposto à baixa abrasão, já os corpos de prova com feldspato MB+F apresentaram uma absorção de água menor, média de 9,83%, deixando o adoquim disponível para os três tipos de trafego - em relação à absorção de água máxima. Figura 3 Absorção de água A baixa absorção de água observada nos corpos de prova MB+F já era esperada devido à presença do alto teor de óxido fundente (K2O) evidenciado no FRX, trazendo um aumento na fase vítrea e diminuindo os vazios presentes no material. No que se refere à resistência a compressão, figura 4, os corpos de prova sem o feldspato, apresentam resistência bastante baixa, uma média de 7,52Mpa, não se enquadrando a nenhum tipo de tráfego segundo a NTC 3829, já os corpos de prova com adição de feldspato alcançaram resistência média de 34,38Mpa, enquadrando-se ao adoquim do Tipo II adoquins expostos à abrasão intermediária. (10) 3.5 Microestrutura Figura 4 Tensão de ruptura a compressão axial 1029
A análise microestrutural das amostras é capaz de demonstrar de forma visual o efeito da incorporação de feldspato à massa básica (figura 5). Na figura está a imagem do corpo de prova contendo apenas argila - MB, nela observase uma superfície de fratura bastante grosseira, com defeitos como tricas, vazios e pequenos poros, estes defeitos estão associados a uma microestrura que demonstra baixo grau de sinterização. Já analisando a figura, composição MB+F, o material encontra-se mais coeso evidenciando que a formação de fase vítrea foi alcançada na mesma temperatura de queima, devido ao feldspato, que corrobora com a maior resistência mecânica alcançada para esta mistura. É observado ainda que, nessa formulação, o material continua apresentando poros, porém em menor quantidade e de tamanhos maiores, este comportamento está associado à sinterização das peças, o que preferencialmente fecha os poros de pequeno diâmetro, acarretando um aumento de tamanho dos poros maiores. Figura 5- Micrografias comparativas das superfícies dos corpos-de-prova preparados cm a formulação MB e MB+F, respectivamente. 4. Conclusão Neste trabalho de formulação de massa cerâmica para confecção de adoquim e de investigação da influência do feldspato à massa básica, as seguintes conclusões foram obtidas: - As matérias-primas utilizadas nesse estudo apresentam características bem diferentes que, quando somadas, contribuem para confecção de adoquim. - Com a temperatura de queima de 1000 C, o adoquim confeccionado utilizando apenas a argila MB atende as exigências da em relação à retração 1030
a queima e absorção de água, porém não atente em relação à resistência mecânica. - A incorporação de feldspato influenciou a retração a queima, a absorção de água e a resistência mecânica de forma positiva. - O estudo da massa básica com adição do feldspato - MB+F se mostrou viável para confecção de adoquim para trafego intermediário, segundo a NTC 3829. REFERÊNCIAS 1. ABC ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA. Cerâmica no Brasil informações diversas. Disponível em: <https://abceram.org.br>. Acesso em: 20 de janeiro de 2018. 2. ABNT NBR 6508. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Grãos de solos que passam na peneira de 4,8 mm Determinação da massa específica. Rio de Janeiro, 1984. 3. ABNT NBR 9780 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Peças de Concreto para Pavimentação: Determinação da Resistência à Compressão. Rio de Janeiro. 4. ABNT NBR 9781 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. Peças de concreto para pavimentação Especificações. Rio de Janeiro, 1987. 5. ABNT NBR 7207 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT. NBR 7207. Terminologia e classificação de pavimentação. Rio de Janeiro. 1992. 6. ALBERS, A. P. F.; MELCHIADES F. G.; MACHADO, R.; BALDO, J. B.; BOSCHI, A. O. Um método simples de caracterização de argilominerais por difração de raios X. Cerâmica, v. 48, n. 305, p. 34-37, 2002. 7. ASTM C1272 AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Specification for Heavy Vehicular Paving Brick. 2006. 8. ASTM C902 AMERICAN SOCIETY FOR TESTING AND MATERIALS. Standard Specification for Pedestrian and Light Traffic Paving Brick. 2006. 9. CEPRO - Fundação Centro de Pesquisas Econômicas e Sociais do Piauí. Diagnóstico e diretrizes para o setor mineral do estado do Piauí. Teresina - PI: Fundação CEPRO, 2005. 10. NTC 3829 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. Adoquín de arcilla para trânsito peatonal e vehicular liviano, 2002. 1031
11. NTC 5282 NORMA TÉCNICA COLOMBIANA. Adoquín de arcilla para trânsito peatonal e vehicular pesado, 2002. 12. P. Souza Santos, "Ciência e Tecnologia das Argilas", 3ª Ed., Vol. 1 Edgard Blucher, S. Paulo, SP (1992) 397. 13. SOARES, R. A. L. Efeito da adição de carbonatos em formulação de massa para revestimento cerâmico utilizando matérias-primas do Piauí. 2010, 145p. Tese (Doutorado) - Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal. 14. W. Acchar, "Materiais Cerâmicos: Caracterização e Aplicações", 1ª Ed., Editora da UFRN, Natal, RN (2006). FORMULATION OF CLAY CERAMIC MASS WITH FELDSPATO FOUNDRY SUPPLY FOR THE MANUFACTURE OF ADOQUIM. ABSTRACT Adoquim is an interlocked clay floor, in addition to a great aesthetic potential, it has dimensions that facilitate the installation and contribute to a good distribution of the imposed loads. In this study, the adoquim was made from the ceramic clay burning of red clay with addition of the feldspar flux. Initially, the raw materials were submitted to physical, chemical and mineralogical characterization tests. Test specimens were prepared by uniaxial pressing and burned in a muffle oven. The technological properties evaluated were: water absorption, linear retraction and compressive strength. The microstructural analysis of the compositions was done by scanning electron microscopy. Relating the technological properties found in the study with the Brazilian Standards that refer to the interlocked concrete floor and the international standards that refer to the adoquim, the ceramic mass with addition of the feldspar flux presents viable properties for the production of intermediate traffic pavers. Keywords: adoquim, clay, red ceramics, flux, feldspar. 1032