1 ESTUDO DO COMPORTAMENTO E DAS PROPRIEDADES FÍSICAS DOS CORPOS DE PROVA DAS ARGILAS DO MUNICÍPIO DE RIO VERDE DE MATO GROSSO/MS OBTIDOS COM DIFERENTES CURVAS DE QUEIMA G.R. dos Santos, A.R.Salvetti Universidade Federal do Mato Grosso do Sul, Depto. de Física CCET Cidade Universitária s/n - Caixa Postal 549- CEP 79070-900, Campo Grande-MS; e-mail: salvetti@nin.ufms.br RESUMO No presente trabalho desenvolveu-se um estudo com três argilas do município de Rio Verde de Mato Grosso/MS objetivando contribuir para o desenvolvimento do setor cerâmico do Estado de Mato Grosso do Sul. Verificou-se o aparecimento de defeitos e as propriedades físicas dos corpos de prova (obtidos por prensagem após moagem a seco e umidificação da matéria-prima com 8% de umidade) quando submetidos a diferentes curvas de queima até a temperatura de 1100 C. Foram realizados testes de retração linear, absorção de água, perda de massa ao fogo, porosidade aparente e massa específica aparente. Os corpos provenientes da amostra Gil Fundo (GF) não apresentaram defeitos aparentes após a queima mesmo numa curva de queima com taxa de aquecimento de 50 C/min. Os corpos provenientes dessa amostra também apresentaram os menores valores de absorção de água que variou entre 5% e 7% para diferentes curvas de queima. Palavras-Chave: argila, curvas de queima, retração linear, porosidade. INTRODUÇÃO As amostras estudadas são folhelhos argilosos coletados em Rio Verde de Mato Grosso/MS, a serem utilizados como matéria-prima por cerâmicas/olarias da região para a fabricação de artefatos cerâmicos, que até o presente momento tem
2 suas indústrias cerâmicas totalmente voltadas para fabricação de cerâmica vermelha (tijolos, telhas e lajotas). O material argiloso foi coletado na região onde afloram as formações Ponta Grossa e Aquidauana e são, provavelmente, da Formação Ponta Grossa que aflora numa faixa estreita de direção N-S que se estende de Rio Negro a Pedro Gomes (1,2), como mostra a figura 1. Figura 1: Localização da faixa de afloramentos da Formação Ponta Grossa em Mato Grosso do Sul. O presente trabalho estudou o comportamento de corpos de prova confeccionados a partir das argilas denominadas Gil Fundo (GF), Gil Superfície (GS) e Ipiranga (I), quando submetidos a diferentes curvas de queima, especialmente nos aspectos referentes ao aparecimento de defeitos de queima (trincas e fissuras) (3), e caracterização de propriedades físicas, visando avaliar sua potencialidade para utilização na indústria de revestimentos cerâmicos (4,5,6). MATERIAIS E MÉTODOS O pó umidificado e granulado utilizado para confecção dos corpos de prova foi obtido através de secagem, moagem, peneiramento, umidificação com granulação e homogeneização das amostras de argilas coletadas na cidade de Rio Verde de Mato Grosso/MS. 2
3 Foram coletadas três amostras para a análise com nomenclatura: Ipiranga (I), Gil Fundo (GF) e Gil Superfície (GS). As amostras foram moídas a seco em moinho de martelos de marca Tigre e peneiradas até uma granulometria passante na peneira de malha ABNT n 20 (0,085mm). Após a moagem as mesmas foram umidificadas até atingirem aproximadamente 8,0% de umidade, sendo então postas a repousar em recipientes hermeticamente fechados para não perderem umidade, no mínimo por 48 horas, após o que foram conformados corpos de prova, com cerca de 50g de massa e dimensões de aproximadamente 10,6cmx5,3cmx0,5cm. As prensagens foram efetuadas em prensa semi-automática Gabbrielli, tendo adotado um ciclo de prensagem composto de dois estágios, sendo num primeiro momento aplicado à amostra uma pressão de aproximadamente 9MPa e logo em seguida, de forma automática, uma pressão de aproximadamente 30MPa. Os corpos de prova recém-prensados foram pesados e medidos, postos a secar, primeiramente ao ar e posteriormente em estufa a uma temperatura de 110 C por vinte e quatro horas, após o que eram novamente pesados e medidos de modo a se determinar a umidade imediatamente após a prensagem (h p %), massa específica aparente após secagem em estufa (MEA seca ), retração linear após secagem na estufa RL seca. Com o objetivo de verificar o aparecimento de defeitos e as propriedades físicas dos corpos de prova ocasionados por diferentes curvas de queima, as amostras foram queimadas em forno de laboratório da marca Termolyne, tipo mufla, com as combinações das rampas de aquecimento de 10 C/min, 30 C/min e 50 C/min. Buscou-se uma queima que ocorresse num curto intervalo de tempo sem que os corpos apresentassem incidência de defeitos (3). Após a queima foram determinadas as propriedades físicas, tais como: massa específica aparente de queima (MEA queima ), retração linear de queima (RL queima ), perda de massa ao fogo (PF), absorção de água (AA) e porosidade aparente (PA). RESULTADOS E DISCUSSÃO As curvas de queima realizadas através das combinações das rampas de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min com a indicação do tempo total de queima, estão 3
4 esquematizadas conforme a figura 2 abaixo. Os corpos de prova queimados com a identificação dos defeitos, para cada curva de queima, estão expostos em Anexo. Figura 2 Curvas de queima com combinações das rampas de aquecimento de 10, 30 e 50 C/min. Curva de Queima 1 taxa de aquecimento de 50 C/min sem patamar até a temperatura de 1100 C, com tempo total de queima de 25,6 minutos. Os corpos referentes às amostras I e GS trincaram, os corpos referentes à amostra GF não apresentaram defeitos. Curva de Queima 2 taxa de aquecimento de 50 C/min com patamar de 30 minutos em 500 C e temperatura final de 1100 C; com tempo total de queima de 50,6 minutos. As amostras GS e I apresentaram trincas, os corpos referentes à amostra GF não apresentaram defeitos. Curva de Queima 3 queima até 500 C com taxa de aquecimento de 50 C/min; com tempo total de queima de 8,5 minutos. Esta curva foi realizada para verificar se há o aparecimento de defeitos até 500 com esta velocidade de queima. As amostras GS e I apresentaram trincas, os corpos referentes à amostra GF não apresentaram defeitos. 4
5 Curva de Queima 4 rampa de aquecimento de 50 C/min até a temperatura final de 1100 C, com taxa de aquecimento de 10 C/min no intervalo de temperatura entre 400-500 C e tempo total de queima de 33,2 minutos. Os corpos referentes à amostra GS trincaram. Os corpos referentes às amostras GF e I não apresentaram defeitos. Curva de Queima 5 taxa de aquecimento de 30 C/min sem patamar até a temperatura de 1100 C, com tempo total de queima de 34,2 minutos. Os corpos referentes à amostra GS trincaram. Os corpos referentes às amostras GF e I não apresentaram defeitos. Curva de Queima 6 rampa de aquecimento de 30 C/min até a temperatura de 500 C, no intervalo de 500 600 C com rampa de aquecimento de 10 C/min e no intervalo de 600-1100 C com rampa de 50 C/min, com tempo total de queima de 39,3 minutos. Os corpos referentes à amostra GS trincaram. Os corpos referentes às amostras GF e I não apresentaram defeitos. Curva de Queima 7 taxa de aquecimento de 30 C/min de até a temperatura de 400 C, depois rampa de aquecimento de 10 C/min no intervalo de temperatura entre 400 500 C e por final rampa de aquecimento de 50 C/min entre as temperaturas de 500 1100 C; com tempo total de queima de 37,7 minutos. Os corpos referentes à amostra GS trincaram. Os corpos referentes às amostras GF e I não apresentaram defeitos. Curva de Queima 8 taxa de aquecimento de 30 C/min com patamar de 15 minutos em 500 C chegando a temperatura final de 1100 C, com tempo total de queima de 49,3 minutos. Os corpos referentes à amostra GS trincaram. Os corpos referentes às amostras GF e I não apresentaram defeitos. Curva de Queima 9 taxa de aquecimento de 30 C/min com patamar em 500 C de 30 minutos com temperatura final de 1100 C; com tempo total de queima de 64,3 minutos. Esta foi a única curva de queima em que nenhum corpo de prova apresentou defeitos. Nos testes com taxa de aquecimento de 10 C/min o que representa um intervalo de queima em torno de duas horas para atingir uma temperatura de 1100 C, os corpos de prova das argilas GF, GS e I não apresentaram defeito após a queima (3). Para curvas mais rápidas de queima, até 1100 C, verificamos que os corpos de prova da argila GF foram os que melhor se comportaram no que se refere ao 5
6 aparecimento de defeitos nos corpos após a queima. Eles resistiram a uma taxa de aquecimento de 50 C/min num intervalo de queima de apenas 26 minutos, sem o aparecimento de defeitos, resistiram também a todas as outras curvas de queima com diferentes rampas e patamares que envolviam um tempo de queima superior a 26 minutos. Os corpos referentes a argila I suportaram uma curva de queima até 1100 C, num intervalo de tempo de 33 minutos. Foi necessária uma queima mais lenta (10 C/min) apenas na região entre 400 C e 500 C, nos outros intervalos a queima ocorreu a uma taxa de 50 C/min. Nesses corpos de prova os defeitos tipo trincas surgiram, provavelmente, quando a temperatura estava entre 400 C e 500 C. Resistiram também a todas as outras curvas de queima com diferentes rampas e patamares que envolviam um tempo de queima superior a 33 minutos. Os corpos referentes a argila GS suportaram uma queima até 1100 C, num intervalo de tempo de 64 minutos, com taxa de aquecimento de 30 C/min e um patamar de queima de 30minutos em 500 C. Em todas as outras curvas de queima os corpos apresentaram defeitos tipo trincas. A determinação da umidade das amostras após prensagem (h p ) foi feita através da equação (A) em valor percentual, o teor de umidade de cada amostra. A massa específica aparente foi determinada pela equação (B). No caso dos corpos de prova antes das queimas o volume aparente foi determinado através do processo geométrico (equação (C)), e pelo processo da balança hidrostática (equação (D)) para o caso dos corpos de prova após as queimas. A retração linear para as amostras após secagem em estufa a temperatura de 110 C (RL seca ) foi obtida pela equação (E). Já a retração linear para as amostras após a queima (RL queima ) foi obtida pela equação (F). A perda de massa ao fogo (PF) foi determinada pela equação (G). Absorção de água (AA) foi obtido pela equação (H) e a porosidade aparente (PA) pela equação (I). h p = [(m v - m s ) / m s ] x100 MEA = m / V a V a = (C s x L s x E s ) + 0,93cm³ (A) (B) (C) 6
7 V a = (P u - P i ) / ρ água (D) RL seca = [(C v C s )/C s ]x100 RL queima = [(C s C q )/C q ]x100 PF = [(m s m q )/m q ]x100 AA = [(m u m q )/m q ] x100 PA = [(m u m q )/ (m u m i )] x100 (E) (F) (G) (H) (I) onde: m v, m s, m q, m u e m i são a massa do corpo de prova verde (logo após prensagem), após secagem em estufa, após a queima, massa úmida e imersa (g), respectivamente; C v, C s, C q é o comprimento do corpo de prova verde, seco em estufa e após a queima (cm), respectivamente; L s e E s são a largura e a espessura do corpo de prova após secagem em estufa (cm), respectivamente; P u e P i são o peso úmido e o peso imerso do corpo de prova após a queima (gf), respectivamente; ρ água é a densidade da água (1gf/cm³); 0,93cm³ é o volume das ranhuras dos corpos de prova verde. Com os valores coletados e utilizando a equações acima, foi possível determinar os dados das Tabelas I e II, para análise das propriedades físicas de todas as amostras. Tabela I Valores da umidade das amostras após prensagem (h P ) e da massa específica aparente a verde (MEA verde ), ao ar (MEA ar ) e seca em estufa a 110 C (MEA seca ) das amostras. Amostras I GF GS h P (%) 7,9 8,3 8,1 MEA verde (g/cm 3 ) 2,12 2,21 2,18 MEA ar (g/cm 3 ) 2,01 2,10 2,08 MEA seca (g/cm 3 ) 1,96 2,06 2,05 7
8 Tabela II Propriedades Físicas dos corpos de prova como: MEA queima (g/cm 3 ), RL queima (%), PF (%), AA (%) e PA (%), confeccionados com as amostras Ipiranga (I), Gil Superfície (GS) e Gil Fundo (GF). Curvas de Propriedades Físicas da amostra I Queima MEA queima RL queima (CQ) (g/cm³) (%) PF (%) AA (%) PA (%) CQ 1 1,96 0,53 2,99 13,1 25,7 CQ 2 2,03 1,57 3,18 10,8 21,9 CQ 3 1,95-0,04 0,82 X X CQ 4 1,98 0,65 3,08 12,9 25,4 CQ 5 1,96 0,27 2,85 13,1 25,7 CQ 6 1,95 0,67 3,07 13,3 25,9 CQ 7 1,96 0,64 4,15 13,8 27,0 CQ 8 1,98 0,59 3,31 12,8 25,3 CQ 9 1,95 0,44 3,30 13,3 26,0 Propriedades Físicas da amostra GS Curvas de Queima (CQ) MEA queima RL queima PF (%) AA (%) PA (%) (g/cm³) (%) CQ 1 2,05 0,88 2,93 11,1 22,8 CQ 2 2,09 0,83 3,15 9,8 20,4 CQ 3 2,00-0,16 1,08 X X CQ 4 2,07 1,04 3,07 10,8 22,2 CQ 5 2,06 0,75 2,82 11,1 22,7 CQ 6 2,05 1,06 3,00 11,0 22,7 CQ 7 2,06 1,04 3,03 10,9 22,4 CQ 8 2,05 1,01 3,28 11,3 23,1 CQ 9 2,09 0,82 3,20 11,1 23,2 Curvas de Queima (CQ) MEA queima Propriedades Físicas da amostra GF RL queima PF (%) AA (%) PA (%) (g/cm³) (%) CQ 1 2,22 3,32 3,70 6,6 14,7 CQ 2 2,27 4,08 3,93 4,7 10,7 CQ 3 2,00-0,24 1,98 X X CQ 4 2,26 3,57 3,78 5,6 12,8 CQ 5 2,23 3,35 3,70 6,3 14,0 CQ 6 2,21 3,73 3,71 5,7 12,7 CQ 7 2,20 3,68 3,77 6,6 14,5 CQ 8 2,19 3,58 4,07 7,1 15,6 CQ 9 2,20 3,35 3,95 6,3 13,8 Através dos valores das Tabelas I e II fez-se os gráficos das propriedades físicas, expostos na figura 3 abaixo: 8
9 Densidade(g/cm³) 2 1,5 1 0,5 0 I GF GS verde ao ar seco MEAqueima (g/cm³) 2,4 2,2 2 1,8 1,6 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I GF GS Amostras Curvas de Queima (CQ) RLqueima (%) 5 4 3 2 1 0 1 2 4 5 6 7 8 9 I GF GS PF (%) 5 4 3 2 1 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 I GF GS Curvas de Queima (CQ) Curvas de Queima (CQ) 30,0 15,0 PA (%) 20,0 10,0 I GF GS AA (%) 10,0 5,0 I GF GS 0,0 1 2 4 5 6 7 8 9 0,0 1 2 4 5 6 7 8 9 Curvas de Queima (CQ) Curvas de Queima (CQ) Figura 3 Gráficos das propriedades físicas das amostras (I, GS e GF) para todas curvas de queima. Pode ser observado pela tabela I e pelo gráfico da figura 3 que para valores próximos de 8% de umidade e para mesma pressão de compactação, as amostras apresentaram densidades aparentes diferentes após secagem. A amostra I apresentou menor densidade com aproximadamente 1,96g/cm³, enquanto as amostras GF e GS apresentaram maior compactação e seus valores para densidade foram aproximadamente os mesmos. Observou-se para a massa específica aparente dos corpos de prova após a queima que para a amostra I a densidade permaneceu constante em torno de 2,0g/cm³ para todas as curvas de queima, para a amostra GS a densidade fica em torno de 2,1g/cm³ e para a amostra GF a densidade variou entre 2,2 a 2,3g/cm³. A amostra GF, de uma forma geral, apresentou uma perda de massa ao fogo mais acentuada chegando a 4%, com retração linear após a queima superior a 3%. Essas variações de massa devem-se, principalmente, a eliminações de matéria orgânica, perda de água por desidroxilação e descarbonatação. As demais amostras 9
10 atingiram aproximadamente 3% de perda de massa ao fogo embora, na curva de queima 7, a amostra I obteve o maior valor de todas as curvas com 4,15% de perda de massa ao fogo. Os valores de retração linear após a queima para as amostras I e GS estiveram próximos de 1%. Para a argila I a porosidade aparente foi mais acentuada chegando a 27,0%. Os melhores resultados para AA foram obtidos com a CQ2, todavia nessa queima os corpos das amostras I e GS apresentaram defeitos tipo trincas. Os melhores resultados sem defeitos foram obtidos na CQ4 para a amostra I (12,9% em 33 minutos), na CQ9 para a amostra GS (11,1% em 64 minutos) e na CQ2 para a amostra GF (4,7% e 51 minutos). CONCLUSÃO As argilas das amostras Ipiranga, Gil Fundo e Gil Superfície comportaram-se bem na conformação por prensagem. De todos os corpos nenhum apresentou defeito de conformação e secagem. Os corpos da amostra GF puderam ser queimados até 1100 C num intervalo de apenas 26 minutos sem o aparecimento de defeitos enquanto os corpos das amostras I e GS puderam atingir essa mesma temperatura, sem o aparecimento de defeitos, em 33 e 64 minutos respectivamente. A argila GF obteve uma retração linear e uma perda de massa ao fogo muito acentuada, com boa compactação, e apresentando assim os menores valores de absorção de água com 4,7%. Numa curva muito rápida de aquecimento (50 C/min) os defeitos para os corpos da amostra GS apareceram até 500 C, para amostra I apareceram entre 400 C e 500 C e foram eliminados com uma taxa de aquecimento mais lenta (10 C/min) nesse intervalo de temperatura. Com um aquecimento mais lento (30 C/min) os defeitos dos corpos da amostra GS continuaram se manifestando mesmo com um patamar que queima de 15 minutos em 500 C e foram eliminados quando esse patamar subiu para 30 minutos. As amostras I e GS apresentaram retração linear em torno de 1%, embora na curva de queima 7 (rampa de aquecimento de 30 C/min até 400 C e depois 10 C/min até 500 C e por fim 30 C/min até 1100 C) a amostra I obteve o maior valor de todas as curvas com 4,15% de perda de massa ao fogo, apresentando também os maiores valores de absorção de água, obtendo 27,0% de porosidade aparente. 10
11 AGRADECIMENTOS Os autores agradecem à CPq/PROPP-UFMS e à CNPq ao apoio financeiro. REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS 1. Rodrigues, H.M.; Salvetti, A.R.; Estudos de Argilas de MS Região Norte e Leste Anais do 43 Congresso Brasileiro de Cerâmica, 1999. 2. Salvetti, A.R.; Rodrigues, H.M.; Anais do 42 Congresso Brasileiro de Cerâmica, V.1, 162-165, 1998. 3. G.R.dos Santos, D.S.Fogaça, C.M.Lenz, A.R.Salvetti; Propriedades Físicas de Corpos de Prova das Argilas do Município de Rio Verde de Mato Grosso/MS Influência da taxa de aquecimento ; Anais do 47 Congresso Brasileiro de Cerâmica, 635-643, 2003. 4. Souza Santos, P.; Ciência e Tecnlogia de Argilas. 2. ed. São Paulo, Edgard Blücher, V.1, 1989. 5. Melchiades, F.G.; Quinheiro, F.; Bosc1hi, A.O.; Cerâmica Industrial, 1(04/05), 1996. 6. Melchiades, F.G.; Quinheiro, F.; Bosc1hi, A.O.; Cerâmica Industrial, 2(01/02), 1997. DEFECT AND PHYSICAL PROPERTIES OF TEST SPECIMENS MADE FROM RIO VERDE/MS CLAY MATERIAL THROUGH DIFFERENT HEATING. ABSTRACT Was studied clay material from Rio Verde de Mato Grosso/MS, evaluating the clay s potentiality to be used as tiles. We are looking for defect appearance in the test specimens conformed by pression (268Kgf/cm 2 ) through different heating as: 10 C/min, 30 C/min and 50 C/min. Was determined physical properties, as porosity, water absorption and linear shrinkage. Key words: clay, linear shrinkage, water absorption. 11
12 ANEXO Figura 4 Corpos de prova referentes às amostras (I, GS e GF) que apresentaram defeitos após a queima. 12