boletim técnico do projeto produtos cerâmicos regionais inovadores
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GOVERNO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SULSECRETARIA DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO, CIÊNCIA E TECNOLOGIADIVISÃO DE POLOS TECNOLÓGICOSPOLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA DO VALE DO CAÍ
Boletim TécnicoPRODUTOS CERÂMICOS REGIONAIS INOVADORESConvênio: 39/2010Processo: 410-2500/10-2
Equipe Executora:Dr.-Ing. Robinson C. D. Cruz(Coordenador)Dra. Janete E. Zorzi Dr. José V. EmilianoM.Sc. Sergio G. EcheverrigarayM.Sc. Maira FinklerEng. Arthur Susin NetoEng. Ângelo P. TittonEng. Kátia de OliveiraAcadêmico Daniel GolleINSTITUTO DE MATERIAIS CERÂMICOS
R. Irmão Moretto nº 75 – Bom Princípio – RS – Brasil – CEP 95765-000(+55)54-36341100 – www.ucs.br/site/imc
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1. INTRODUÇÃO
1.1. PAVIMENTO CERÂMICO PARA TRÁFEGO URBANO (PCTU)
O bloco cerâmico maciço para pavimento é mais conhecido como adoquín
(países de língua espanhola) ou paver (países de língua inglesa) e, na ausência de uma
denominação em língua portuguesa, adotaremos o termo pavimento cerâmico para
tráfego urbano, PCTU.
Registros históricos comprovam que pavimentos cerâmicos são utilizados a
milhares de anos. Em vários países da Europa existem exemplos magníficos de
pavimentos em argila cozida (terracota) que resistiram à passagem dos séculos
apresentando ainda hoje um ótimo estado de conservação. Em países como a Grã
Bretanha, Holanda, centro da Europa, Estados Unidos e Austrália entre muitos outros, ao
longo da história, os PCTUs têm sido utilizados em muitos tipos de pavimentos exteriores.
A grande tradição cerâmica desses países tem proporcionado materiais de elevada
qualidade aptos à aplicação em pavimentos, tais como passeios, praças, jardins, ruas
para pedestres, ruas de trafego condicionado, bem como em certas vias sujeitas às mais
duras condições de utilização e trabalho e de cargas de veículos pesados, mantendo
inalteráveis as suas qualidades físicas e estéticas. A Figura 1 apresenta algumas
aplicações dos pavimentos cerâmicos para tráfego urbano no exterior.
Figura 1 – Aplicações de PCTU no exterior (EUA e Europa).
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No Brasil não há a cultura de utilização de pavimentos que exploram as
propriedades originais da cerâmica vermelha. Normalmente são utilizadas rochas naturais
fragmentadas, artefatos em cimento/concreto ou ainda o recobrimento da área por
cimento/concreto.
Para os pavimentos aplicados para tráfego urbano, PCTU, foi proposto no âmbito
deste projeto a utilização de extrusão como processo de conformação, aproveitando
assim a infraestrutura das olarias, e a adição de rocha para promover uma maior
resistência ao desgaste.
1.2. TELHA CERÂMICA EXTRUDADA (TCEx)
Foi selecionado um modelo de telha tipo Caribe (Figura 2) como base para o
desenvolvimento do produto inovador TCEx com desempenho técnico diferenciado. Com
detalhes construtivos particulares, o modelo pode ser fixado (pregado, parafusado,
amarrado ou grampeado) a base do telhado para suportar vendavais e tornados tropicais.
Esta característica é de fundamental importância, visto que historicamente a área que
abrange o Sul do Brasil, Uruguai, Paraguai e Argentina é a segunda em todo o mundo
com maior incidência de tornados, atrás apenas do Centro-Oeste dos Estados Unidos.
Figura 2 – Protótipo de telha tipo Caribe produzida no IMC por extrusão.
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Este modelo pode ser produzido exclusivamente por extrusão em grande escala,
tecnologia disponível nas empresas do setor cerâmico localizadas na região do Vale do
Rio Caí, o que evitaria a etapa intermediária da prensagem mecânica (prensa revolver) de
uma pré-forma extrudada, comumente empregada nos ciclos de processamento nas
industrias locais. A implementação desta tecnologia de processamento representa uma
redução de custos na fabricação de telhas.
Assim, o modelo de telha proposto tem potencial para reduzir a diferença de
competitividade dos produtos gaúchos em relação àqueles fabricados em outros estados,
como a “telha piso”, produto que nos últimos anos vem conquistando mercado no Estado
do Rio Grande do Sul. A baixa competitividade do produto gaúcho se dá, dentre outros
fatores de cunho não tecnológico, principalmente devido a sua menor capacidade de
cobertura unitária (que é função do tamanho da telha), e do elevado custo de produção
quando comparado com a concorrência.
2. RESULTADOS OBTIDOS NO ÂMBITO DO PROJETO
2.1. DEFINIÇÃO DOS CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS
PARA PCTU E TECEx
Devido a existência de um número significativo de argilas e rochas na região do
Vale do Caí, as quais podem ser utilizadas como matérias-primas na indústria cerâmica
regional para a produção dos produtos inovadores, apontou a necessidade da aplicação
de critérios quantitativos robustos e mensuráveis com os recursos técnicos disponíveis
na seleção dos materiais a serem utilizados no desenvolvimento dos produtos PCTU e
TECEx.
Foi pesquisada a relação entre as propriedades finais desejadas para ambos os
produtos acabados e as características microestruturais do corpo cerâmico resultante
após queima, particularmente a porosidade. Com os dados levantados nas pesquisas foi
possível concluir que:
- Telhas cerâmicas resistentes ao gelo e de elevada resistência mecânica, a
despeito da tecnologia de fabricação e das matérias-primas utilizadas, possuem baixa
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absorção de água e, portanto, reduzida porosidade aberta (absorção de água deve ser
inferior a 3% em peso). As propriedades desejadas são desenvolvidas a temperaturas de
queima superiores a 1000 °C.
- Pisos cerâmicos maciços não esmaltados para tráfego urbano, resistentes ao
desgaste, são revestimentos distintos das placas cerâmicas convencionais e possuem
grau de gresificação superior e porosidade inferior em relação ao bloco cerâmico comum
para alvenaria. Temperaturas de queima, na maior parte dos casos estudados, estão
próximas a 1000 °C.
O fator comum a ambos os casos é a necessidade de se obter um corpo cerâmico
de porosidade controlada após queima. Tal resultado só pode ser obtido mediante o
processamento apropriado de matérias-primas que resultam, individualmente ou em
composição, em corpos cerâmicos com porosidade adequada às aplicações propostas.
Portanto, podemos considerar como critérios básicos na seleção de materiais
para a produção de telhas e de pisos cerâmicos maciços de elevado desempenho a
capacidade de uma matéria-prima ou composição de matérias-primas resultar em corpos
cerâmicos de baixa porosidade após queima. Critérios específicos, porém, também
devem ser considerados, uma vez que a porosidade e a resistência mecânica do corpo
cerâmico são afetadas por características intrínsecas de dada matéria-prima, como a
plasticidade, a distribuição do tamanho de partícula e as composições química e
mineralógica.
Nesse ponto é possível distinguir a matéria-prima, ou composição de matérias-
primas, mais adequada para a produção de telhas cerâmicas resistentes ao
congelamento das adequadas para a produção de pisos cerâmicos maciços não
esmaltados resistentes ao desgaste. No primeiro caso, a distribuição de tamanho de
partícula é fundamental para garantir baixa porosidade e elevada resistência mecânica e
o indicado é uma matéria-prima com máximo tamanho de grão da ordem de 0,7 mm, com
uma fração argilosa suficiente para garantir boas propriedades após queima, mas que não
comprometa o processo de secagem. No caso do piso cerâmico, como o grau de
gresificação é o principal fator de sucesso e admite-se porosidade superior à da telha,
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pode-se utilizar matéria-prima com máximo tamanho de grão da ordem de 1,4 mm e uma
distribuição mais aberta para facilitar a secagem do corpo maciço.
2.2. PROPRIEDADES DOS PCTU OBTIDOS
Com as matérias-primas definidas, foram preparadas três composições para a
confecção dos PCTU. Estas foram avaliadas quanto o tipo e a quantidade de rocha
adicionada a argila. Foram selecionadas duas rochas, 0030-13 e 0039-13, as quais foram
avaliadas nas concentrações de 30 %m e 40 %m somente para a 0039-13.
As caracterizações dos produtos obtidos foram realizadas segundo normas
nacionais/internacionais: determinação da absorção de água (ASTM C373/88), abrasão
profunda em produtos não esmaltados (NBR 13818/97 anexo E), determinação da
resistência à compressão de blocos e tijolos maciços NBR 15270-3 (Ved./Est.) e NBR
6460/83 (Maciço). Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 3.
Tabela 3 – Resultados obtidos para PCTUs produzidos no IMC-UCS.
Amostra (composição)
Resistência à Compressão
(MPa)
Volume de Material
Removido (mm³)
Absorção de Água
(%)
30 %m 0030-13 48,8 ± 12,9 1593,3 ± 134,9 15,1 ± 0,230 %m 0039-13 33,7 ± 9,2 1622,8 ± 252,2 15,4 ± 0,140 %m 0039-13 25,4 ± 6,5 2658,9 ± 110,0 14,6 ± 0,1
Nota-se que com o aumento na quantidade de rocha, há redução da resistência à
compressão e aumento no desgaste, evidenciado pelo maior volume de material
removido. As partículas grosseiras de rocha atuam como concentradores de tensão,
fazendo com que ocorra o colapso do corpo com uma menor carga aplicada. Em relação
a abrasão profunda, o aumento da concentração de rocha facilita o arrancamento da
matriz argilosa e auxilia as partículas do abrasivo no desgaste da superfície avaliada.
Os produtos desenvolvidos contendo 30 %m de 0030-13 e 0039-13 foram
classificados como Tipo AIII – placa cerâmica para revestimento obtida por extrusão (NBR
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13818/97 anexo T) com absorção de água > 10 % e resistência a abrasão profunda (não
esmaltados) ≤ 2365 mm³. A Figura 3 apresenta os PCTUs fabricados no Instituto de
Materiais Cerâmicos.
Figura 3 – PCTUs produzidos. A esquerda estão as amostras a seco e a direita, após queima.
2.3. PROPRIEDADES OBTIDAS PARA AS TCEx
Com as matérias-primas definidas, foram preparadas três composições para a
confecção das TCEx. Estas foram avaliadas quanto o tipo e a quantidade de rocha
adicionada a argila. Foram selecionadas duas rochas, 0030-13 e 0039-13, as quais foram
avaliadas nas concentrações de 10 %m e 20 %m somente para a 0039-13, as quais
foram codificadas de 0095-13, 0096-13 e 0097-13 respectivamente.
Os ensaios foram realizados segundo normas nacionais/internacionais:
determinação da absorção de água (NBR 15310/09-Anexo D), determinação da carga de
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ruptura (NBR 115310/09 – Anexo C), resistência ao congelamento (EN 539-2/1999 –
Anexo C) e determinação de efluorescências de sais solúveis (ASTM C67-92a). Os
resultados obtidos estão apresentados na Tabela 6.
Tabela 6 - Resultados obtidos para TCEx produzidas no IMC-UCS.
AmostraAbsorção de
água (%) - antes
congelamento
Absorção de água (%) -
após congelamento
Defeitos superficiais
após congelamento
Carga de ruptura (N)
Presença de efluorescências
0095-13 1,3 ± 0,1 2,0 ± 0,1 Sem defeitos 1007 ± 178 Sem efluorescências
0096-13 3,5 ± 0,1 4,9 ± 0,1 Sem defeitos 1075 ± 112 Sem efluorescências
0097-13 4,5 ± 0,1 6,5 ± 0,1 Sem defeitos 978 ± 105 Sem efluorescências
Após 50 ciclos de congelamento e descongelamento, nota-se o aumento nos
valores de absorção de água, o que é resultado da expansão da água durante o
congelamento. Essa expansão provoca pequenas fissuras no interior do material, fazendo
com que ocorra o aumento volumétrico dos tamanhos dos poros, resultando numa maior
capacidade de absorver água. Os aumentos, em percentuais, foram de 54, 40 e 44 %
para as amostras 0095-13, 0096-13 e 0097-13, respectivamente. Ainda, após o ensaio
foram feitas inspeções visuais nas superfícies das telhas para verificar a presença de
defeitos. Não foram observados defeitos superficiais nas amostras ensaiadas, o que
indica que os produtos suportariam pelo menos 50 invernos com gelo e degelo.
Em relação as propriedades mecânicas, as TCEx produzidas no IMC atingiram
valores de carga de ruptura estabelecidos pela norma NBR 115310/09 – Anexo C, que é
no mínimo de 1000 N. Após os ensaios de efluorescências, não foram observados
nenhuma presença de sais na superfície das amostras testadas. A Figura 4 apresenta as
telhas extrudadas obtidas no IMC.
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Figura 4 – TCEx produzidas através de extrusão no IMC.
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