Ministério da Educação Universidade Federal do Paraná Setor de Tecnologia Materiais de Construção Civil III TC 034 MATERIAIS CERÂMICOS Prof.a Dr.a Laila Valduga Artigas 2015
1. Definição: Produtos cerâmicos materiais de construção obtidos pela secagem e cozimento de materiais argilosos.
2. Histórico: 12.000 a.c. : necessidade de armazenar alimentos; emprego: locais onde a pedra era escassa; matéria-prima abundante na natureza; essencial na história da humanidade;
Frágeis, porém duráveis; Assírios e caldeus: primeiros povos a produzirem tijolos; Árabes: revalorizaram e difundiram; Com o desenvolvimento do concreto armado e estruturas metálicas elemento de vedação.
3. Argilas Conjunto de minerais compostos, principalmente, de silicatos de alumínio hidratados (decomposição de rochas feldspáticas); Material natural, terroso, de baixa granulometria (com elevado teor de partículas com < 2 m), que apresentam plasticidade quando em contato com água;
Provenientes da decomposição de rochas constituídas de argilominerais e outros minerais acessórios; Com água são moldáveis, conservam a forma moldada, endurecem com a perda de água e solidificam-se definitivamente com o calor;
Quanto à plasticidade: Gordas (pobres em desengordurante); Magras (silicosas, produtos frágeis). Tipos de argila: Argila vermelha; Argila para grês; Argila refratária; Caulim; Argilas de bola (azuladas ou negras, de grande plasticidade); Bentonita: vulcânica, muito plástica, aumenta de 10 a 15 x seu volume quando em contato com água.
4. Propriedades das argilas Plasticidade: Propriedade de se deformar quando submetido à uma força, e conservar a deformação quando esta é retirada;
Estados da plasticidade: Líquido; Plástico; Semi-sólido; Sólido. L.L L.P. L.C. Classificação segundo o IC LL h% IP Mole, média, rija, dura, etc.
Retração: Propriedade de variar de volume com a variação de umidade; Inconveniente, pois pode gerar fissuração.
Porosidade: Volume de vazios/volume total; Influência na resistência mecânica; densidade; condutibilidade térmica; condutibilidade elétrica.
Influência da temperatura: Até 600º C secagem; de 600º C a 950º C reações químicas; mais de 950º C vitrificação. Porosidade do produto depende da quantidade de vidro formado.
Presença de impurezas: Sílica livre; Alumina livre; Álcalis; Matéria orgânica; Sais; Óxidos; Cálcio.
5. Fabricação: Etapas básicas Exploração da jazida Tratamentos e regularização da matéria-prima Secagem Moldagem Queima
Exploração da jazida: Viabilidade técnica/econômica/ambiental; Tratamento da matéria-prima: Purificação e trituração; Regularização da matéria-prima: Umidificação e homogeneização;
Moldagem: Pasta seca: h% de 4 a 10%, prensagem, ex.: revestimentos; Pasta consistente: h% de 20 a 35%, extrusão, ex.: blocos; Pasta fluida: h% de 35 a 50%, barbotina, ex.: louça sanitária;
Fonte: KAZMIERCZAK, 2007. Fonte: Kazmierczak, 2010.
Secagem: Retirada da umidade; Controlada, para evitar fissuração por retração; Queima: Mudança na estrutura; Vitrificação.
Fonte: KAZMIERCZAK, 2007. Fonte: Kazmierczak, 2010.
Bloco antes e depois da queima. Fonte: trabalho da disciplina TC 406 2008.
6. Produtos Cerâmicos para Construção Civil 6.1. Produtos de argila: Blocos cerâmicos: Maciços (tijolos); Vazados (vedação ou estruturais); Telhas; Tubos (manilhas); Peças redutoras de peso; Elementos vazados.
6.2. Produtos de grês ou de louça: Pisos cerâmicos, Azulejos, Porcelanatos e Pastilhas; Louça sanitária; Material refratário.
6.1 Produtos de argila:
6.1.1.Blocos cerâmicos maciços (tijolos)
Podem ser fabricados por extrusão ou prensagem; Normas: NBR 7170/83 Tijolo maciço cerâmico para alvenaria - especificação; NBR 6460/83 Tijolo maciço cerâmico para alvenaria - verificação da resistência à compressão; NBR 8041/83 Tijolo maciço cerâmico para alvenaria forma e dimensões.
Devem apresentar: Ausência de eflorescências; Queima uniforme; Formato paralelepipédico; Podem apresentar rebaixos de fabricação em uma das faces de maior área.
Características: Dimensões: Tolerância de ± 3 mm Comuns: 19 x 9 x 5,7 cm 19 x 9 x 9 cm Especiais: formas ou dimensões diferentes; Absorção: entre 15 e 25%;
Resistência à compressão: De 1,5 a 20 MPa; Mais comuns: 1,5 (A), 2,5 (B) e 4,0 MPa (C); Ensaio: saturado; Tijolos cortados e unidos com argamassa; 25 peças em um lote de 50.000.
6.1.2.Blocos cerâmicos vazados (vedação ou estruturais)
Possuem furos paralelos a uma das faces; De vedação ou estruturais Suportam cargas previstas em alvenaria estrutural; Suportam somente o peso próprio; Furos na vertical ou na horizontal. Furos na vertical; Três tipos: blocos com paredes maciças; blocos com paredes vazadas; blocos perfurados.
Cuidados com uso inadequado de blocos!!! (estrutural x vedação) Figura 1 Vista de escombros de um edifício em construção e de um dos blocos remanescentes. Fonte: http://www.revistatechne.com.br/engenha ria-civil/115/artigo32978-1.asp
Fonte: KAZMIERCZAK, 2007. Vedação com furos na horizontal Vedação com furos na vertical Estrutural com paredes maciças Estrutural com paredes vazadas Estrutural perfurado
Vedação com furos na vertical Vedação com furos na horizontal Estrutural com paredes vazadas Estrutural perfurado
Vedação - concreto Estrutural - concreto
Exemplo de alvenaria estrutural com blocos cerâmicos
Exemplo de alvenaria estrutural com blocos cerâmicos
Normas de componentes cerâmicos (2005): 15270-1: Componentes cerâmicos parte 1: Blocos cerâmicos para alvenaria de vedação: terminologia e requisitos; 15270-2: Componentes cerâmicos parte 2: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural: terminologia e requisitos; 15270-3: Componentes cerâmicos parte 3: Blocos cerâmicos para alvenaria estrutural e de vedação: métodos de ensaio.
Normas execução de alvenaria: NBR 15812-1 : 2010 Alvenaria estrutural blocos cerâmicos. Parte 1: Projetos. NBR 15812 : 2010 Alvenaria estrutural Blocos cerâmicos. Parte 2: Execução e controle de obras. NBR 8545: 1984 Execução de alvenaria sem função estrutural de tijolos e blocos cerâmicos Procedimento.
Dimensões: visam a modularidade (10 cm), considerando 1 cm de junta; norma é apenas orientativa (também quanto ao número de furos); Principais dimensões especificadas por norma, com tolerância de ± 5 mm: tabela 1; Espessura das paredes: tabela 2;
Largura (cm) 9 Altura Comprimento (cm) (cm) 9 19 24 - - 14 19 24 29-19 19 24 29 39 11,5 24 - - - 11,5 14 24 - - - 19 19 24 29-14 19 19 24 29 39 19 19 19 24 29 39 24 24-24 29 39 Tabela 1 Principais dimensões de blocos cerâmicos especificadas na NBR 15270:2005
Tipo de bloco Espessura (mm) Paredes externas Septos Vedação 7,0 6,0 Estrutural de parede vazada 8,0 7,0 Estrutural de parede maciça 20,0 8,0 Estrutural perfurado 8,0 - Tabela 2 Espessura de paredes para blocos cerâmicos (NBR 15270:2005)
Ambos devem ser 3 mm
Resistência à compressão: Deve ser compatível com as exigências de projeto; Resistências mínimas: Tipo de bloco Blocos de vedação utilizados com furos na horizontal Blocos de vedação utilizados com furos na vertical Resistência à compressão (MPa) 1,5 3,0 Blocos estruturais 3,0
Absorção: Absorção de água total: entre 8 e 22%; Índice de absorção de água inicial: quantidade de água absorvida em 1 min; Se os valores > 30g/193,55 cm 3 elevada absorção recomendável umedecer o bloco antes do assentamento;
Queima: som vibrante e não abafado; Não pode ter coração negro ; Módulo de deformação longitudinal e coeficiente de Poisson: Estimativa do comportamento da alvenaria quando submetida à carregamentos e variações de temperatura e umidade.
Bloco apresentando problemas na queima Bloco apresentando impurezas Bloco apresentando defeitos sistemáticos
6.1.3. Telhas cerâmicas Telhas + componentes cerâmicos = construção de telhados; Primeira etapa de fabricação: extrusão da argila, formando um bastão que é cortado nas dimensões adequadas;
Segunda etapa: prensagem em fôrmas; Terceira etapa: secagem e queima (900º C a 1100º C); Algumas podem levar esmaltação (impermeabilidade, brilho e cor);
NBR 15310:2009: Componentes cerâmicos Telhas Terminologia, requisitos e métodos de ensaio; Classificação é função das características geométricas e tipo de fixação;
4 tipos: Plana de encaixe: se encaixam por meio de sulcos e saliências, apresentam furos e pinos para fixação. Ex.: francesa; Composta de encaixe: capa e canal no mesmo componente, apresentam furos e pinos para fixação. Ex.: romana;
Simples de sobreposição: capa e canal independentes (o canal possui furos e pinos para fixação). Ex.: paulista; Planas de sobreposição: somente se sobrepõem (podem apresentar furos e pinos para fixação). Ex.: alemã.
Plana de encaixe Composta de encaixe Simples de sobreposição Plana de sobreposição Fonte: KAZMIERCZAK, 2007.
Plana de encaixe - Francesa Composta de encaixe Colonial e Romana Simples de sobreposição Paulista e Plana
Telhado de imóvel comercial em Curitiba com telhas planas de sobreposição cerâmicas
Exigências para telhas: Impermeabilidade: não apresentar vazamentos ou formação de gotas em sua face inferior; Retilinearidade e planaridade: para evitar problemas de encaixe; Massa da telha seca: máximo 6% superior ao valor especificado no projeto para o modelo da telha;
Tolerância dimensional: ± 2% em relação à especificação; Absorção de água: Clima temperado ou tropical: 20%; Clima frio e temperado : 12%; Clima muito frio ou úmido: 7%; Características visuais (pequenos defeitos) e sonoridade (som metálico).
Eflorescências em telhas
Eflorescências em telhas
Resistência à flexão: transporte e montagem do telhado e trânsito eventual de pessoas: Plana de encaixe: 1000 N; Composta de encaixe: 1300 N; Simples de sobreposição: 1000 N; Plana de sobreposição: 1000 N.
6.1.4 Tubos cerâmicos manilhas ; Canalização de águas pluviais e esgoto; Ponta e ponta / ponta e bolsa; Fabricados por extrusão;
Normas: NBR 5645:1991 Tubos cerâmicos para canalizações; NBR 6549:1991 Tubos cerâmicos para canalizações verificação da permeabilidade; NBR 6582:1991 Tubos cerâmicos para canalizações verificação da resistência à compressão diametral; NBR 7530:1991 Tubos cerâmicos para canalizações verificação dimensional.
Podem ser vidrados (cloreto de sódio); Diâmetros nominais: 75, 100, 150, 200, 250, 300, 375, 400, 450, 500 e 600 mm; Comprimentos: 600, 800, 1000, 1250, 1500 e 2000 mm;
São verificados quanto à : Dimensões; Permeabilidade e Absorção de água (A 10%); Resistência à compressão diametral; Sonoridade; Aspecto visual (trincas e falhas); Resistência química.
6.1.5 Peças redutoras de peso: Elementos retangulares utilizados na confecção de lajes pré-moldadas ( elemento de enchimento para laje pré-moldada, segundo a ANICER); Peças redutoras de peso; Apoiam-se entre pequenas vigotas de concreto armado e servem de fôrma para a laje; Exigência: resistência à flexão 700 N.
6.1.6 Elementos vazados: Elementos não estruturais, para ventilação e iluminação; Também chamado de COGOBÓ (iniciais dos sobrenomes de três engenheiros que o idealizaram: Amadeu Oliveira Coimbra, Antônio de Góis e Ernest August Boeckmann).
Cogobó no Bloco A da Faet, UFMT, Cuiabá. Fonte: Wikipédia, 2014.
Elementos vazados em garagem de edifício no centro de Curitiba
6.2 Produtos de grês e louça:
6.2.1 Revestimentos cerâmicos:
a) Histórico Início com as navegações (séc. XV): contato com civilizações de origem muçulmana, assírios, persas, egípcios e chineses; Portugal: apesar de não ser grande produtor, foi o país europeu que mais empregou revestimentos cerâmicos;
Fotografia do painel de azulejos da praça de José da Costa, Oliveira de Azeméis, Portugal. Fonte: Wikipédia.
Uso em igrejas, palácios e conventos em forma de tapetes ou uso ornamental; Séc. XVII: azulejos chegam ao Brasil importados de Lisboa; Fim do séc. XIX, abertura das primeiras fábricas brasileiras.
b) Processo de fabricação Preparação; Conformação; Secagem, esmaltação e queima.
Preparação: Via líquida (barbotina): argila diluída em água, passa pelo moinho de bolas, até obtenção da plasticidade e granulometria desejadas: Louça sanitária Pisos: segue para um atomizador para extração da umidade
Conformação: Prensagem: Efeitos de relevo ou não; Ranhuras paralelas no tardoz; Código B (BI, BII, etc.) Extrusão: Ranhuras diagonais convergentes; Código A. Tipo B Tipo A
Secagem, esmaltação e queima: Monoqueima ou biqueima; Terceira queima: para acrescentar relevo com metais e/ou pigmentos.
Matérias-primas Estocagem Moagem Umidificação Secagem Preparação das matériasprimas Fonte: GASTALDINI e SICHIERI, 2007. Prensagem ou extrusão Conformação Secagem 1ª queima Esmaltação Esmaltação Queima 2ª queima Queima polimento (para não esmaltados) e retificação Porcelanato Bi-queima: porosa Monoqueima: Porosa Semi-grês Grês
c) Placas cerâmicas Tipos: Azulejos; Pisos; Porcelanatos; Pastilhas; Peças decorativas.
Azulejos: peças porosas, destinadas a revestimentos de paredes e vidradas em uma das faces; Pisos: mais compactos que a cerâmica vermelha e mais escuros que louça; Pastilhas: peças de pequena dimensão, coladas em folha de papel ou unidas por pontos de resina para facilitar o assentamento;
Peças decorativas (especiais): molduras (listelos) e mosaicos (tozetos); Fonte: http://www.gabriellanet.com.br/produtos/linha/13
Normas: NBR 13816: 1997 Placas cerâmicas para revestimento Terminologia; NBR 13817: 1997 Placas cerâmicas para revestimento Classificação; NBR 13818: 1997 Placas cerâmicas para revestimento Especificação e métodos de ensaio; NBR 15463: 2013 Placas cerâmicas para revestimento Porcelanato;
Classificação quanto à qualidade: Classe A (1ª): 95% das peças não tem defeitos visíveis a 1 m (separação por bitolas, tonalidades, curvaturas e ortogonalidade de acordo com as normas); Classe B: defeitos visíveis a 1 m; Classe C: defeitos visíveis a 3 m.
d) Características dos pisos e porcelanatos
Características Físicas a) Absorção de água b) Resistência à flexão c) Resistência à Abrasão Superficial d) Resistência à Abrasão Profunda e) Resistência ao risco Dureza Mohs f) Expansão por Umidade - EPU g) Dilatação Térmica Linear h) Resistência ao Choque Térmico i) Resistência ao Congelamento j) Coeficiente de Atrito (resistência ao deslizamento) k) Resistência ao Gretamento Características Geométricas a) Dimensionais: Lados e Espessura b) Forma: Ortogonalidade, retitude lateral, planaridade Características Químicas a) Resistência ao manchamento b) Resistência ao ataque químico Características Visuais a) Defeitos b) Tonalidade Referências: Portobello (cd institucional).
d.1) Absorção de água Classificação das placas cerâmicas quanto à absorção de água. Absorção Grupo B placas prensadas Tipos Aplicações Acima de 10 até 20 % Acima de 6 até 10 % Acima de 3 até 6% B III Porosa * Paredes internas B IIb B IIa Semi-Porosa Semi-Grês * Paredes internas, pisos internos * Paredes e pisos internos, pisos externos Acima de 0,5 até 3% B Ib Grês ** Paredes e pisos internos, pisos externos e fachadas Até 0,5% B Ia Porcelanato ** Paredes e pisos internos, pisos externos e fachadas
d.2) Resistência à flexão Quanto menor a absorção de água e maior a espessura da placa, maior a resistência à flexão. Grupo B placas prensadas Tipos Resistência à Flexão Kgf/ cm2 B III Porosa 150 B II b Semi-Porosa 180 B II a Semi-Grês 220 B I b Grês 300 B I a Porcelanato 350
d.3) Resistência à abrasão Abrasão superficial - Característica de cerâmicas esmaltadas. No de Giros PEI Tráfego Orientações para especificação PORTOBELLO 100 0 - Somente Paredes 150 1 Muito leve Paredes e detalhes de pisos com pouco uso 600 2 Muito leve Paredes e detalhes de pisos com pouco uso 750 a 1.500 3 Leve 2.100 a 12.000 4 Moderado 12.000 + ensaio de 5 Intenso UFPR manchamento TC 034 - Materiais Cerâmicos Residencial: Pisos de banheiros e dormitórios, salas e varandas com pouco uso. Residencial: Pisos de cozinhas e salas com saída para rua, calçadas, garagens. Comercial e Serviços: Pisos de boutiques, ambientes do administrativo de empresas, de escritórios, de bancos, de hotéis, de consultórios, de supermercados, de hospitais, etc. Comercial e Serviços: Ambientes de atendimento ao público, ambientes com tráfego rodado, praças e passeios públicos, cozinhas industriais, chão de fábricas sem tráfego de veículos pesados.
Abrasão profunda - Característica de cerâmicas não esmaltadas. Grupo B placas prensadas Tipos Resistência à Abrasão Profunda B II b Semi-Porosa 540 B II a Semi-Grês 345 B I b Grês 175 B I a Porcelanato 175 Unidade: mm 3
Importante: Nunca especificar apenas o PEI! A primeira especificação deve ser a Absorção de água! PEI: Porcelain Enamel Institute (Instituto de Esmalte para Porcelana)
d.4) Resistência ao risco Atrito com materiais de diferentes durezas. Mineral Dureza Mohs Talco 1 Gesso 2 Calcita 3 Fluorita 4 Apatita 5 Feldspato 6 Quartzo 7 Topázio 8 Corindon 9 Diamante 10
d.5) Resistência ao deslizamento Grau de atrito da cerâmica. Classificação Coeficiente de Atrito à úmido Classe I Menor que 0,40 Classe II De 0,40 a 0,74 Orientações para Especificação PORTOBELLO Ambientes internos secos com pouca circulação de pessoas Ambientes externos planos (até 3% de inclinação), escadas internas residenciais, ambientes internos molhados, decks de piscina, garagens, ambientes internos molhados, locais internos públicos com média e grande circulação de pessoas (hospitais, prédios residenciais, clínicas, escritórios, shoppings, lojas comerciais supermercados, aeroportos, rodoviárias, restaurantes e similares) Escadas e rampas internas e externas, (inclinação Igual ou maior até 10%), praças e passeios públicos, locais públicos Classe III que 0,75 com grande circulação de pessoas (metrôs, terminais urbanos)
d.6) Resistência ao manchamento Facilidade na remoção de manchas. Classes 5 4 3 mínimo Processo de limpeza utilizado no Ensaio para remoção da mancha Água quente por 5 minutos. (máxima facilidade de limpeza) Limpeza com pano e detergente neutro Limpeza com escova e produto de limpeza forte Limpeza por imersão em 2 ácidos ou solventes, por 24h Impossibilidade de UFPR 1 TC 034 - Materiais Cerâmicos remoção da mancha Orientação para Especificação PORTOBELLO Hospitais e similares, cozinhas industriais, supermercados restaurantes e similares, áreas com grande circulação de pessoas, garagens coletivas, oficinas mecânicas, salão de beleza, indústrias, áreas externas com terra vermelha. Lojas comerciais de pequeno porte, hotéis e similares, cozinhas e garagens residenciais Salas, dormitórios e banheiros residenciais Recusado por norma Recusado por norma
d.7) Resistência química Capacidade de manter o aspecto original. Placas Esmaltadas Ensaio Análise Classificação Ensaio c/ produtos químicos domésticos e de piscina Ensaio c/ ácidos e bases em baixa concentração Efeitos não visíveis Mudança no aspecto Perda parcial ou total da superfície Efeitos não visíveis Mudança no aspecto Perda parcial ou total da superfície GA GB GC GLA GLB GLC Norma exige mínimo B A declarar Ensaio c/ Efeitos não visíveis ácidos e bases em alta Mudança no aspecto concentração Perda parcial ou total da UFPR TC 034 - Materiais superfície Cerâmicos GHA GHB GHC A declarar
d.7) Resistência química Placas Não Esmaltadas Ensaio Análise Classificação Ensaio c/ produtos químicos domésticos e de piscina Ensaio c/ ácidos e bases em baixa concentração Efeitos não visíveis Efeitos visíveis nos lados Efeitos visíveis nos lados e na superfície Efeitos não visíveis Efeitos visíveis nos lados Efeitos visíveis nos lados e na superfície UGA UGB UGC ULA ULB ULC Norma exige mínimo B A declarar Ensaio c/ Efeitos não visíveis ácidos e bases em alta Efeitos visíveis nos lados concentração Efeitos visíveis nos lados e UFPR TC 034 - Materiais na Cerâmicos superfície UHA UHB UHC A declarar
6.2.2 Louça sanitária Feitos com argila branca (caulim quase puro); Utiliza-se o processo da pasta fluida (barbotina), em moldes de gesso (também há processos de prensagem em moldes de plástico); Peças impermeáveis na superfície (vidrado) e porosas no interior; Bacias sanitárias de 30 litros (mais antigas) e de 6 a 9 litros (mais modernas); NBR 15097:2011 (Aparelhos sanitários de material cerâmico - partes 1 e 2).
MOLDE DE GESSO DE UM VASO SANITÁRIO PRONTO PARA SER PREENCHIDO COM BARBOTINA LÍQUIDA.
LINHA DE PRODUÇÃO AUTOMATIZADA COM PRENSAGEM EM MOLDES DE PLÁSTICO
ESMALTAÇÃO
VASOS SANITÁRIOS JÁ ESMALTADOS ENTRANDO NO FORNO SOBRE VAGONETES, PARA A SEGUNDA QUEIMA.
6.2.3 Tijolos Refratários Blocos maciços; Suportam altas temperaturas, abrasão e ação química; Para o assentamento: argamassas especiais (geralmente com cimento aluminoso resiste à altas temperaturas);
Tipos: RMP 35 e RMP 42 (função do teor de alumina). ABNT NBR ISO 5014:2012 Produtos refratários conformados densos e isolantes - Determinação do módulo de ruptura à temperatura ambiente.
REFERÊNCIAS Kazmierczak, C.S. Produtos de Cerâmica Vermelha. Capítulo 18 do livro Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência dos Materiais. Volume 1. Editor: Geraldo C. Isaia. Editora: IBRACON, 2010. Gastaldini, A.L.G., Sichieri, E.P. Materiais cerâmicos para acabamentos e aparelhos. Capítulo 19 do livro Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência dos Materiais. Volume 1. Editor: Geraldo C. Isaia. Editora: IBRACON, 2010. WIKIPEDIA, Cogobó, http://pt.wikipedia.org/wiki/cobog%c3%b3, acessado em 02/09/14, às 15:00h. Associação Brasileira de Normas Técnicas. Catálogo de Normas. Disponível em: www.abnt.org.br.