ESTUDO DA EXPANSÃO POR UMIDADE (EPU) DE BLOCOS CERÂMICOS ALTERNATIVOS UTILIZANDO REJEITOS DE GRANITO M.M.A.Junior*; H.S.Ferreira**, G. A. Neves***, L. N. L. Santana*** e H. C. Ferreira** Universidade Federal de Campina Grande; Departamento de Engenharia de Materiais 59-970 Campina Grande, PB, Brasil *Aluno PIBIC/CNPq/UFCG **Aluno IC/UFCG ***Professores do DEMa/CCT/UFCG e-mail: gelmires@dema.ufpb.br RESUMO Quando alguns materiais cerâmicos entram em contato com a umidade adsorvem água e ocorre um pequeno aumento nas suas dimensões. Esse fenômeno, conhecido como EPU, é influenciado dentre outros fatores pela composição do corpo cerâmico e sua temperatura de queima, e é capaz de reduzir a sua vida útil. Em virtude da crescente quantidade de rejeitos gerados pelas indústrias beneficiadoras de rochas graníticas pretende-se neste trabalho analisar o efeito de EPU em composições cerâmicas alternativas utilizando resíduos de granito para uso na fabricação de blocos cerâmicos. Para tanto, foram formuladas com posições cerâmicas utilizando uma argila para cerâmica vermelha incorporada a teores de resíduos variando de 30 a 0%. Os corpos de prova foram conformados por extrusão e queimados nas temperaturas de 00ºC, 900ºC e 00ºC. A determinação da EPU foi realizada, após fervura por 2h. Foi analisada ainda à influência do ciclo de queima na EPU. Os resultados obtidos mostraram uma diminuição da EPU com a adição de resíduos, e um aumento seguido de decréscimo com a elevação da temperatura de queima. Palavras-chave: EPU, bloco cerâmico, resíduo, granito INTRODUÇÃO A expansão por umidade (EPU) é um fenômeno complexo sofrido por alguns materiais cerâmicos quando em contato com a água na forma líquida ou de vapor. O fenômeno ocorre lentamente provocando uma expansão relativamente pequena, que, todavia, pode ocasionar desde problemas simples, como gretamento do vidrado e destacamento de pisos, até danos mais severos como fissuras e trincas. O fenômeno começou a ser discutido na literatura cerâmica na década de 20, e desde então muitos estudos foram realizados a cerca de suas causas, incluindo a influência da composição química, temperatura de queima e características microestruturais, com destaque para os trabalhos de Smith (1), Milne (2), Young e Brownell (3) e Cole (). Estes trabalhos evidenciaram que a superfície de um sólido possui uma energia (análoga àquela que para os líquidos é chamada tensão superficial) responsável por uma compressão que, quando a água ou outro líquido é adsorvido, esta adsorção reduz a energia superficial do sólido e conseqüentemente a sua compressão interna, ocorrendo a EPU. As fases amorfas são as mais reativas frente à umidade e por conseguinte mais susceptíveis de provocarem elevada EPU no corpo cerâmico, enquanto que as fases vítreas e cristalinas são, nesta ordem, menos sensíveis a umidade (1-3). Desta forma observa-se que a EPU dos corpos cerâmicos está diretamente associada dentre outros fatores à quantidade de material argiloso utilizado na sua formulação, quando se faz uso de baixas 21
temperaturas de queima já que a grande maioria dos materiais amorfos presentes nas cerâmicas argilosas, nestes casos, é proveniente de reações de sua decomposição ou de reações entre os demais constituintes e os materiais argilosos. Atualmente na Paraíba gera-se uma grande quantidade de rejeitos provenientes do processo de beneficiamento de rochas ornamentais, notadamente da serragem de granitos. Os resíduos provenientes deste processo não recebem qualquer tratamento e são diretamente lançados ao meio am biente, causando dentre outros problemas de grande impacto ambiental. Trabalhos anteriores (5 ) realizados pelo DEMa/CCT/UFPB, evidenciaram que esses resíduos são materiais sílico-aluminosos com elevados teores de SiO 2 (>50%), podendo ser utilizados como matérias primas cerâmicas não plásticas alternativas para produção de blocos cerâmicos em proporções de até 0% em massa. Assim visando dá continuidade aos trabalhos sobre a EPU de tijolos e revestimentos comerciais da Região Nordeste conduzidos pelo DEMa/CCT/UFPB desde 1999 (9-), este trabalho objetiva analisar a EPU em composições cerâmicas alternativas, utilizando resíduos de granito para uso na fabricação de blocos cerâmicos. MATERIAIS E MÉTODOS Materiais Foram utilizados, na preparação dos corpos de prova os seguintes materiais: - resíduo POLIGRAN, proveniente da Indústria de Polimento de Granito do Brasil, localizada no Distrito Industrial de Campina Grande - PB e identificado por R01; - resíduo FORTALEZA, proveniente da Indústria GRANDONI, localizada no distrito industrial de Fortaleza - CE e identificado por R02; - resíduo FUJI, proveniente da Indústria FUGI S/A, localizada no Distrito Industrial de Campina Grande - PB e identificado por R03; - resíduo RECIFE, proveniente da serragem de granito da Empresa Granex S/A, localizada no Distrito Industrial do Cabo - PE e identificado por R0; - argila CINCERA, proveniente da Companhia Industrial Cerâmica CINCERA, localizada no Distrito Industrial de Santa Rita - PB. Estes resíduos foram analisados em trabalho anterior () onde foi verificado através da composição química elevado teor de SiO 2 e da sua composição mineralógica basicamente quartzo, feldspato, calcita e ferro. A argila vermelha, utilizada atualmente na produção de blocos cerâmicos foi caracterizada (física e mineralógicamente) e submetida a ensaios tecnológicos em estudo anterior (). Métodos Na preparação dos corpos de prova as matérias primas foram beneficiadas em moinho do tipo galga, e posteriormente passadas em peneira ABNT n 0 (0, mm). Foram formuladas massas cerâmicas com teores de resíduos variando de 30 a 0% em massa, baseando-se nas observações realizadas em trabalhos anteriores (-9), onde se verificou que composições com até 0% de resíduo podem ser usados na confecção de blocos cerâmicos maciços e furados e também na possibilidade de que adições menores que 30% pudessem conduzir a pequenas variações na expansão por umidade, o que dificultaria as análises quanto à influência da adição de resíduo na EPU dos corpos cerâmicos. Os corpos de prova foram conformados por extrusão, com dimensões de,0 x 2,0 x 1,0 cm³ e queimados nas temperaturas de 00ºC, 900ºC e 00ºC em virtude das temperaturas de queima nas olarias da região situarem-se nessa faixa e também com a finalidade de verificar a influência da temperatura na EPU dos corpos cerâmicos. 22
Parte dos corpos de prova foram submetidos a ensaios mecânicos em máquina universal Testomic Micro 350 para determinação do módulo de ruptura à flexão antes da fervura. Utilizando dez corpos de prova de cada amostra, foram feitas dez medições de comprimento com aproximação de 0,001 mm após queima e após fervura para determinação da EPU. A fervura foi efetuada por 2h, segundo condições de ensaio estabelecidas pela norma da ABNT NBR 13 (1997) (). Posteriormente os corpos de prova foram submetidos aos ensaios mecânicos para determinação do módulo de ruptura à flexão depois da fervura. RESULTADOS E DISCUSSÃO A Figura 1 apresenta os valores de EPU obtidos para os corpos cerâmicos incorporados com 30 a 0% de resíduos R01, R02, R03 e R0, queimados nas temperaturas de, 900 C e. Analisando-se a Figura 1, verifica-se, de forma geral, uma diminuição da EPU com a adição dos resíduos. O que pode ser justificado pelo fato de que a adição dos resíduos diminui a quantidade de material argiloso na formulação e, por conseguinte a quantidade de fases amorfas e vítreas que são formadas durante a queima (fases responsáveis pela EPU dos corpos cerâmicos) uma vez que os resíduos apresentam um elevado teor de quartzo. R01 900 C 0,0 0,005 R02 900 C R03 R0 900 C 0,0 0,0 Figura 1 Expansão por umidade em função do teor de resíduo adicionado para as temperaturas de queima de, 900 C e. 23
Todos os corpos cerâmicos incorporados com 0% de resíduo apresentaram valores para expansão por umidade inferiores ao limite proposto pela especificação AS 2.5 (19), que é de 0,03% para blocos cerâmicos. Comparando os resultados para as três temperaturas de queima observa-se um aumento inicial na EPU com a elevação da temperatura de 00 o C para 900 C e um decréscimo com o aumento de 900 C para. Estes resultados estão de acordo com os observados na literatura (3-), que sugere a maior expansão na temperatura intermediaria está provavelmente relacionado com a formação de materiais amorfos durante a queima devido às reações entre os constituintes argilosos do corpo cerâmico. A Figura 2 apresenta os valores do módulo de ruptura à flexão obtidos para os corpos cerâmicos incorporados com 30 a 0% dos resíduos R01, R02, R03 e R0, queimados nas temperaturas de, 900 C e, antes e depois da realização do ensaio de fervura. R01 Antes Depois Antes Depois 22 21 20 19 17 15 13 11 9 7 5 3 R02 Antes Depois Antes Depois 20 R03 Antes Depois Antes Depois 22 20 R0 Antes Depois Antes Depois 2 2 Figura 2 Módulo de ruptura à flexão antes e depois da realização do ensaio de fervura em função do teor de resíduo adicionado para as temperaturas de queima de, 900 C e. 2
Analisando-se a Figura 2, verifica-se que para todas as temperaturas de queima a adição de resíduos provocou de forma geral uma redução do módulo de ruptura à flexão das amostras que não foram submetidas à fervura. O que pode ser justificado pelo fato da a adição de resíduos diminuir a quantidade de material argiloso na formulação e aumentar a quantidade de SiO () 2 na massa. Segundo Davidge (13), durante o resfriamento as partículas de quartzo contraem muito mais que a matriz, em virtudes das transformações de fase. Assim, as partículas de quartzo fica submetidas a campo de tensões impostos principalmente pela matriz vítrea. As tensões acumuladas são aliviadas pela geração de novas superfícies, através de surgimento de trincas que comprometem as propriedades mecânicas das peças. Observando os resultados obtidos após fervura, verifica-se de forma geral uma redução no módulo de ruptura à flexão. Este comportamento indica que os blocos cerâmicos quando em contato com a água apresentam um decréscimo na sua resistência mecânica, o que está provavelmente relacionado com a presença da fase vítrea na constituição final dos corpos cerâmicos, resultando na hidratação dos silicatos anidros, que ocasiona um aumento na EPU e o surgimento de microtrincas (11). CONCLUSÕES Este trabalho objetiva analisar a EPU em composições cerâmicas alternativas, utilizando resíduos de granito para uso na fabricação de blocos cerâmicos, é possível concluir que: - o aumento na adição de resíduos de granito provoca uma redução da EPU, independentemente da temperatura de queima; - a elevação da temperatura de queima provoca um aumento seguido de decréscimo da EPU, com um máximo valor atingido a 900 C; - A EPU provoca uma redução na resistência mecânica dos corpos cerâmicos. REFERÊNCIAS 1. A.N. Smith, Trans. Brit. Ceram. Soc. 5, 5 (1955) 300. 2. A.A. Milne, Trans. Brit. Ceram. Soc. 57 (195). 3. J.E. Young, W. E.J. Brownell, J. Am. Ceram. Soc. 2, (1959) 571.. W.F. Cole, J. Am. Ceram. Soc. 5, 9 (192) 2. 5. R.R. Menezes, G.A. Neves, S.M.R. Patrício, H.C.Ferreira. Anais do 5 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, SC, 2001, CD ROM.. G.A. Neves, Tese (Doutorado em Eng. Química) Coordenação de Pós-Graduação em Engenharia de Processos, UFPB, Campina Grande (2002). 7. L.F.A. Campos, R.S. Macedo, H.C. Ferreira, Anais do 3 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, SC, 1999, p. 01.. G.A. Neves, H.S. Ferreira, M.C. Silva, Anais do 5º Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, SC, 2001, p. 2701 a 2713. 9. R. R. Menezes, G.A. Neves, S. M.R. Patrício, H.C.Ferreira. Anais do 5 o Congresso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, SC, 2001, CD ROM.. NBR 13, Placas Cerâmicas para Revestimento Especificação e Métodos de Ensaios, 1997. 11. L.F.A. Campos, Dissertação (Mestrado em Eng. Química) Coordenação de Pós-Graduação em Engenharia Química, UFPB, Campina Grande (2002).. L.F.A. Campos, R.S. Macedo, H.C. Ferreira, Anais do 3 o Congr esso Brasileiro de Cerâmica, Florianópolis, SC, 1999, p. 01. 13. R.W. Davidge, Mechanical Behavior of Ceramics Alden Press, Oxford, 1979. 25
MOISTURE EXPANSION OF ALTERNATIVE CERAMIC USING GRANITE WASTES M.M.A.Junior*; H.S.Ferreira**, G. A. Neves***, L. N. L. Santana*** e H. C. Ferreira*** Universidade Federal de Campina Grande; Departamento de Engenharia de Materiais 59-970 Campina Grande, PB, Brasil *Aluno PIBIC/CNPq/UFCG **Aluno IC/UFCG ***Professores do DEMa/CCT/UFCG e-mail: gelmires@dema.ufpb.br ABSTRACT Some ceramic materials in contact with humidity adsorb water resulting in a small increase dimensions. That phenomenon known as moisture expansion is influenced among other factors by the of ceramic body composition and the firing temperature and is one of the causes of useful life reduction. The growing of waste amount generated by granite industry show the possibility of use as alternative raw material in ceramic industry. After preliminary studies the objective of this work is analyses the moisture expansion effect in ceramic alternative compositions with granite wastes to the production of ceramic blocks. The ceramic compositions using wastes in the proportion of 30 to 0% incorporated to typical red plastic clay used in structural clay products industry. The proof bodies were conformed by extrusion and fired at 00 o C, 900 o C e 00 o C. The moisture expansion is done by ebullition method according ABNT standards (ABNT NBR 13). The influence of firing cycle in moisture expansion with the addition of residues and a increase followed by decrease with the firing temperature. Word-key: EPU, residue, granite 2