FURG Campus Rio Grande Materiais de Construção MATERIAIS CERÂMICOS Alexandre, Jovane e Marcos Professora:Elena Oliveira Disciplina: Materiais de Construção Data:1ºsem/2011
RESUMO HISTÓRICO A Bíblia registra no livro de Genesis o uso de tijolos (cerâmicos)nas construções. Também na Bíblia no livro de Êxodo, os hebreus (escravos) trabalharam duro na argamassa e na fabricação de tijolos. A arqueologia está em grande parte fundada no estudo de fragmentos de vasilhames cerâmicos. Na Caldeia (região do Iraque) e na Assíria foi muito utilizado o tijolo cozido. Na Pérsia e no Egito servia para construções de casas populares.
Resumo Histórico Os romanos levaram seus conhecimentos cerâmicos a todas as partes do mundo. Os árabes revalorizaram os materiais cerâmicos, a ponto de seu uso caracterizar a arquitetura maometana. Após o incêndio de 1666, os ingleses reconstruíram a cidade usando tijolos Por ser uma material abundante e barato, os produtos tornaram-se essencial na historia da humanidade.
Histórico
ARGILA Definição: Conjunto de minerais, composto principalmente de alumínios hidratados, que possuem a propriedade de formarem com água uma pasta plástica suscetível de conservar a forma moldada, secar e endurecer sob a ação do calor. Origem: feldspatos minerais(mais comum)existentes no granito e pórfiros ou a partir de gnaisses e micaxistos. Argilas usadas na fabricação de cerâmicas: a caulinita, a montmorilonita e a ilita, todas com estrutura lamilar ou foliacea.
Tipos de Argilas Argila natural: É uma argila que foi extraída e limpa, e que pode ser utilizada em seu estado natural, sem a necessidade de adicionar outras substâncias. Argila refratária: Argila que adquire este nome em função de sua qualidade de resistência ao calor. Suas características físicas variam, umas são muito plásticas finas, outras não. São utilizadas nas massas cerâmicas dando maior plasticidade e resistência. Caulim ou argila da china: Argila primária, utilizada na fabricação de massas para porcelanas. É de coloração branca e funde a 1800 C - pouco plástica, deve ser moldada em moldes ou formas pois com a mão é impossível.
Tipos de Argilas Argilas de bola (Ball-Clay): São argilas secundárias muito plásticas, de cor azulada ou negra, apresenta alto grau de contração. É adicionada em massas cerâmicas para proporcionar maior plasticidade e tenacidade à massa. Vitrifica aos 1300 C. Argilas para grés: Argila de grão fino, plástica, sedimentária e refratária - que suporta altas temperaturas. Vitrificam entre 1250-1300 C. Nelas o feldspato atua como material fundente. Argilas vermelhas: São plásticas com alto teor de ferro resistem a temperaturas de até 1100 C porém fundem em uma temperatura maior e podem ser utilizadas com vidrados para grés.
Tipos de Argilas Bentonite: Argila vulcânica muito plástica, contém mais sílica do que alumínio, se origina das cinzas vulcânicas. Apresenta uma aparência e tato gorduroso, pode aumentar entre 10 e 15 vezes seu volume ao entrar em contato com a água. Adicionada a argilas para aumentar sua plasticidade. Argilas expandida: A argila expandida é produzida em grandes fornos rotativos, utilizando argilas especiais que se expandem a altas temperaturas (1100oC), transformando-as em um produto leve, de elevada resistência mecânica, ao fogo e aos principais ambientes ácidos e alcalinos, como os outros materiais cerâmicos. Suas principais características são: leveza, resistência, inércia química, estabilidade dimensional, incombustibilidade, além de excelentes propriedades de isolamento térmico e acústico. Desde o início das pesquisas, a argila expandida apresentou excelentes qualidades, equivalentes aos melhores agregados citados na literatura internacional, sendo aplicada em obras de vulto e projeção como na pavimentação da ponte Rio Niterói.
Propriedades Plasticidade: propriedade do corpo que, submetido a força determinada, se deforma e conserva indefinidamente a deformação quando se anula a força. Classificação ABNT Argila muito mole IC<0 Argila mole IC<0,5 Argila média 0,5<IC<0,75 Argila rija 0,75<IC<1 Argila dura IC>1
PROCESSO DE FABRICAÇÃO Compreendem, de um modo geral, as seguintes etapas : 1- Extração do barro ; 2- Preparação da matéria-prima ; 3- Moldagem ; 4-Tratamento térmico (Secagem e Cozimento ) ; 5-Acabamento, Esmaltação e Decoração ; 6-Em muitos casos, há também, a vitrificação.
EXTRAÇÃO DO BARRO Cada tipo de cerâmica requer um tipo próprio de barro ; O teor de argila, a composição granulométrica, a profundidade da barreira, a umidade e diversos outros fatores influem no resultado à obter ; Materiais com muito Carbonato de Cálcio ou compostos sulfurosos, originam uma cerâmica muito fendilhada ; Materiais muito sujos, com materiais orgânicos, a cerâmica será muito porosa; Materiais com muita cal, a cerâmica poderá estourar quando receber a umidade, danificando o reboco ou parede.
PREPARAÇÃO DA MATÉRIA -PRIMA As matérias-primas sintéticas são fornecidas prontas para o uso, necessitando apenas, em alguns casos, de um ajuste na granulometria ; As naturais, após a mineração e na própria jazida já podem ser beneficiadas ; Elas são desagregadas ou moídas, classificadas de acordo com a granulometria, composição, dureza, plasticidade e muitas vezes, também, purificadas ; Seguem-se outros processos de preparação, que serão descritos à seguir ;
APODRECIMENTO DA ARGILA A argila é levada para depósitos ao ar livre, revolvida seguidamente e passa por um período de descanso (algumas porcelanas ficam até vários anos ) ; Tem por finalidade principal a fermentação das partículas orgânicas, que ficam coloidais, aumentando a plasticidade ; Conforme a exigência, também é feita a eliminação de impurezas grosseiras e uma maior classificação ; Isso se consegue por Levitação, Sedimentação, Centrifugação, Flotação, Aeração, etc ; Começa-se aí a formação da pasta propriamente dita, que começa com a Maceração, a Correção e termina com o Amassamento.
Maceração É feita para se obter menores partículas e, com isso, maior plasticidade, melhor contato entre os componentes, etc ; Pode-se usar britadores, moinhos, desintegradores e pulverizadores ( cada um dos quais, corresponde a um grau de moagem ) ; Faz-se nova remoção de impurezas se houver.
CORREÇÃO É feita para dar à argila a constituição que se deseja ; Para se obter cerâmica fina deve-se lavar, deixar sedimentar e depois filtrar, eliminando-se os grãos graúdos ; Adiciona-se areia fina para diminuir a retração e aumentar o rendimento, obtendo-se produtos mais grosseiros ; Existem ácidos orgânicos fracos e soluções alcalinas que são usados para diminuir a plasticidade ; Existem ácidos e alguns sais que podem aumentar a plasticidade.
AMASSAMENTO Conforme o tipo de barro e/ou tipo de moldagem é usado, água, ou não; É feito por processos manuais ou mecânicos.
OBSERVAÇÃO Os materiais cerâmicos geralmente são fabricados a partir de duas ou mais matérias-primas, além de aditivos e a água ou outro meio; Raramente usa-se uma única matéria -prima; Desta forma, uma das principais etapas do processo de fabricação é a dosagem das matérias-primas e dos aditivos; Os diferentes tipos de massas são preparadas de acordo com a técnica de moldagem à ser empregada.
MOLDAGEM É a operação de dar a forma desejada à pasta de cerâmica ; Há quatro processos básicos de moldagem: Com Pasta Fluída(Barbotina), Com pasta Plástica, com Pasta Plástica Consistente(extrusão), à Seco ou Semi-seco (prensagem); O uso de um ou outro processo depende do tipo e característica da matéria-prima, do formato e constituição do produto acabado e do tipo do forno à ser usado.
MOLDAGEM COM PASTA FLUÍDA É o chamado processo de Barbotina ou Suspensão; A pasta é dissolvida em água (30% à 50%) e depois vertidas em moldes de gesso; Depois da deposição, a água é absorvida e a argila adere as paredes, quando seca a peça se retrai e se desloca; Processo usado para porcelanas, louças sanitárias,peças de formato complexo e etc;
PASTA MOLDAGEM COM PLÁSTICA É o processo mais antigo; A pasta bem pastosa (25% à 40% de água) é colocada em moldes de madeira ou no torno de oleiro; Usada para fazer vasos, tijolos brutos, pratos, xícaras e etc.
SECAGEM É tão importante quanto o cozimento pois, após a moldagem, ainda permanece na peça de 5% à 35% de água; Se a argila for levada ainda úmida ao forno, a umidade fica retida no interior, aparecendo tensões internas e o consequente fendilhamento; Pode levar de 3 à 6 semanas para argilas mais moles e uma semana para argilas mais rijas, quando feitas ao ar por secagem natural.
SECAGEM 1 - Secagem natural: processo comum em olarias porém demorado e exige grandes superfícies (telheiros extensos ao abrigo do sol e com ventilação controlada); 2 Secagem por ar quente úmido: o material é colocado em secadores onde recebe ar quente com alto teor de umidade até que a água absorvida desapareça ; Então recebe ar quente para perder água por capilaridade e com isso as deformações são mínimas; 3 Secagem de túnel: são tuneis extensos,pelos quais se faz passar o calor residual dos fornos (40º à 150º).As peças são colocadas em vagonetas que percorrem lentamente o túnel, indo da menor à maior temperatura; 4 Secagem por radiação infravermelha: é pouco usada em razão dos custos r servir apenas para peças delgadas. No entanto tem alto rendimento e baixa deformação.é utilizada para fazer peças de precisão.
COZIMENTO É, talvez, a parte mais importante da fabricação dos materiais cerâmicos; Durante o cozimento ocorrem reações químicas as mais diversas; O principal cuidado no cozimento é manter a uniformidade no calor do forno obtendo-se temperaturas ideais exatas; Para cerâmicas de melhor qualidade o usual é que o material vá duas vezes ao forno : aquecimento e reaquecimento ;
FORNOS Fornos de Meda; Fornos Intermitentes Comuns ; Fornos Intermitentes de Chama Invertida; Fornos Semicontínuos ; Fornos de Mufla ; Fornos Combinados ; Fornos de Cuba ;
ACABAMENTO Normalmente, a maioria dos produtos cerâmicos é retirada dos fornos, inspecionada e remetida ao consumo. Alguns produtos, no entanto, requerem processamento adicional adicional para atender a algumas características, não possíveis de serem obtidas durante o processo de fabricação. O processamento pós-queima recebe o nome genérico de Acabamento e pode incluir polimento, corte, furação, entre outros processos.
ESMALTAMENTO E DECORAÇÃO Muitos produtos cerâmicos, como louça sanitária, louça de mesa e outros, recebem uma camada fina e continua de um material denominado esmalte ou vidrado, que após a queima adquire o aspecto vítreo.esta camada vítrea contribui para os aspectos estéticos, higiênicos e melhoria de algumas propriedades como a mecânica e a elétrica. Muitos materiais também são submetidos a uma decoração, a qual pode ser feita por diversos métodos, como serigrafia, decalcomania, pincel e outros. Neste caso são utilizadas tintas que adquirem suas características após a queima das peças.
Fabricação Olaria Artesanal Industria de tecnologia
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS Cerâmica Vermelha : Compreende aqueles materiais com coloração avermelhada empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas) e também utensílios de uso doméstico e de adorno. Materiais de Revestimentos ( Placas cerâmicas) : São aqueles materiais, na forma de placas usados na construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e piscinas de ambientes internos e externos. Recebem designações tais como: azulejo, pastilha, porcelanato, grês, lajota, piso, etc.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS Cerâmica Branca : Este grupo é bastante diversificado, compreendendo materiais constituídos por um corpo branco e em geral recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor. Louça Sanitária; Louça de Mesa; Isoladores Elétricos par Baixa e Alta Tensão; Cerâmica Artística (decorativa e utilitária); Cerâmica Técnica para fins diversos, como: químico, térmico e mecânico e etc.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS Materiais Refratários : Este grupo compreende uma diversidade de produtos, que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais. Podemos classificar os produtos refratários quanto a matéria-prima ou componente químico principal em: sílica, sílicoaluminoso, aluminoso, mulita, magnesianocromítico,carbeto de silício, grafita, carbono, zircônia, zirconita,e outros.
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS Isolantes Térmicos Refratários isolantes; que se enquadram no segmento de refratários. Isolantes térmicos não refratários; compreendendo produtos como sílica diatomácea, silicato de cálcio, lã de vidro e lã de rocha, que são obtidos por processos distintos ao do item a) e que podem ser utilizados, dependendo do tipo de produto até 1100 ºc. Fibras ou lãs cerâmicas; que apresentam características físicas semelhantes as citadas no item b), porém apresentam composições tais como sílica, sílica-alumina, alumina e zircônia, que dependendo do tipo, podem chegar a temperaturas de utilização de 2000º C ou mais
CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS Abrasivos : Parte da indústria de abrasivos, por utilizarem matériasprimas e processos semelhantes aos da cerâmica, constituem-se num segmento cerâmico. Entre os produtos mais conhecidos podemos citar o óxido de alumínio eletrofundido e o carbeto de silício. Vidro, Cimento e Cal : São três importantes segmentos cerâmicos e que, por suas particularidades, são muitas vezes considerados à parte da cerâmica.
Cerâmica de Alta Tecnologia/Cerâmica Avançada : O aprofundamento dos conhecimentos da ciência dos materiais proporcionaram ao homem o desenvolvimento de novas tecnologias e aprimoramento das existentes nas mais diferentes áreas,passaram a exigir materiais com qualidade excepcionalmente elevada. Estes produtos, são fabricados pelo chamado segmento cerâmico de alta tecnologia ou cerâmica avançada. Eles são classificados, de acordo com suas funções, em: eletroeletrônicos, magnéticos, ópticos, químicos, térmicos, mecânicos, biológicos e nucleares.
TIPOS DE PRODUTOS CERÂMICOS 1-Cerâmica Tradicional 2- Cerâmica Avançada
1- Cerâmica Tradicional Inclui cerâmica de revestimento, como ladrilhos, azulejos e também potes, vasos, tijolos e outros objetos que não tem requisito tão elevados se comparados ao da cerâmica avançada.
Tijolos São divididos das seguintes tipologias: Tijolo Maciço: São moldados a mão ou máquinas em formas de madeira ou metálicas, logo são colocados para secar em terrenos nivelados, e revirados durante a secagem para diminuir o empenamento quando endurecem, são empilhados deixando possibilidade para circulação de ar. Nesta fase são cobertos com plásticos ou palhas. Finalmente são cozidos a alta temperatura em fornos.
Tijolos Maciços Parede sendo erguida, pelo pedreiro. Olarias de tijolos.
Tijolos Maciços Suas dimensões são 21x10x5cm.
Tijolos Furados Possuem furos prismáticos ou cilíndricos. São de maior dimensão que os maciços, e de alvenaria mais leve. Comparados aos maciços possibilitam um maior rendimento da mão-de-obra e menor gasto de argamassas, entretanto no revestimento exigem um chapisco prévio. Os mais comuns são de 6 e 8 furos e suas dimensões são variadas, por exemplo:
Tijolos Furados Tijolo com furos cilíndricos, dimensões de 25x20x10cm. Tijolo com furos quadrados, dimensões de 19x29x14cm.
Vantagens dos Tijolos Furados Aspecto mais uniforme, aresta e centros mais firmes, faces planas e melhor esquadrejadas. Menos peso por unidade de volume aparente. Dificultam a propagação de umidade e favorecem a dessecação de paredes. Maior isolante térmico acústico.
Telhas Cerâmicas Usadas com a finalidade de drenar as águas pluviais dos telhados e controle térmico ambiental do interior da instalações. Características de qualidade exigidas: Impermeabilidade: Absorção de água inferior a 20% do peso próprio; Boa resistência à flexão; Tolerância dimensional; Empenamento: < 5mm
Telhas Cerâmicas FRANCESAS Peso por unidade: 2 a2,7 kg. Quantidade por m²: 16. Peso /m² de cobertura: 32 a 43 kg. Inclinação mínima %: 50% COLONIAL Peso por unidade:1,7 a 2,0kg. Quantidade por m²:24 a 30. Peso /m² de cobertura: 34 a 52 kg. Inclinação mínima %: 25%
Manilhas de Grês Cerâmicos São tubos usados para canalização de esgotos sanitários, águas residuais e águas pluviais. São resistente aos ácidos porque alem de melhor qualidade de matéria prima, tem acabamento superficial que lhe dar maior resistência química ao desgaste superficial.
Pastilhas Em porcelanas ou vidradas, com grande variedades de cores, formas e desenhos, são usadas em revestimentos, em obras urbanas, quando se pretende determinado efeito estético ou maior impermeabilidade.
Pastilhas Variedades de Pastilhas Decoração de pastilhas na sala
Cerâmica Avançada Geralmente são materiais com solicitações maiores e obtidos a partir de matéria prima mais pura.tijolos refratários para fornos.
Tijolos Refratários São tijolos capazes de suporta elevadas temperaturas e também esforços mecânicos e ataques químicos. Cada situação utiliza um produto compatível com os requisitos de cada, variando as medidas e o uso para diferentes temperaturas.
Tijolos Refratários Apresentam grande versatilidade e atende todas às necessidades de aplicação em zonas de alta e média de fornos de aquecimento, caldeira e fornos cerâmicos e como também em fornos de elevada temperatura como também em aplicações mais triviais com churrasqueira.
Patologia em Revestimento Cerâmico As patologias dos revestimento cerâmicos apresentam-se de diversas formas, todas elas resultam na impossibilidade de cumprimento das finalidades para as quais foram concebidos, tanto nos aspectos estéticos, quanto na proteção de isolamento. Seu conhecimento de origem da patologia é de fundamental importância para diagnosticar as causas das falhas do revestimento.
Origem dos Problemas das Patologias Projetos - 60%. Construção 26,4% Equipamentos 2,1% Outros - 11,5%
Quanto à Origem Congênitas São aquelas originárias da fase de projetos, decorrida da não relevância das normas técnicas, ou de erros e omissões dos profissionais. Como resultado ocorrem falhas no detalhamento e concepção inadequada dos revestimentos, causando em torno de 40% das avarias registradas em edificações.
Quanto à Origem Construtivas Estar relacionada na fase de execução da obra, resultante do emprego da mão de obra desqualificada, produtos não certificado e ausência da metodologia para assentamento das peças. Pesquisas mundiais apontam que é causadora de cerca de 25% das anomalias em edificações.
Quanto à Origem Adquiridas ocorrem durante a vida útil dos revestimentos, resultando na exposição ao meio ambiente, podendo ser natural, decorrentes de agressividade do meio, ou decorrentes da ação humana e manutenção inadequada, como exemplo; maresia, em regiões marítimas e os ataques químicos em regiões industriais.
Quanto à Origem Acidentais Ocorrência de algum fenômeno atípico, como ação da chuva com ventos de intensidade anormal, recalques estruturais e incêndios, dentre outros. Sua ação provoca esforços de natureza imprevisível, na base e sobre o rejuntes. Podem atingir placas cerâmicas, provocando movimentos que vão desencadeando processos patológicos em cadeia.
Fotos de Patologia Foto 1: Descolamento do Revestimento na fachada. Foto 2: Descolamento do revestimento do pilar