caracterÍsticas de plasticidade de argilas · características de plasticidade de argilas para uso...

TEMPO TÉCNICO - Edição 05 1

C A R A C T E R Í S T I C A S D E P L A S T I C I D A D E D E A R G I L A S

Deus

seja

louva

do!

4 TEMPO TÉCNICO - Edição 05

MATÉRIA PRIMATELHASTIJOLOS

301606Estudo da viabilidade de utilização da areia de fundição em massa de cerâmica vermelha

Estudo da diminuição da rugosidade da superfície de telhas cerâmicas

Características de plasticidade de argilas para uso em cerâmica vermelha ou estrutural

S U M Á R I O

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CARACTERÍSTICAS DE PLASTICIDADE DE ARGILAS PARA USO EM CERÂMICA VERMELHA OU ESTRUTURALL. F. A. Campos, R. S. de Macedo, P. K. Kiyohara, H. C. Ferreira

O método de análise térmica diferencial (ATD) é de uso corrente no Brasil no estudo de argi-las, visando principalmente a identificação dos argilominerais presentes. No caso de argilas plásticas para uso em cerâmica vermelha é tra-dicional o uso de ATD para identificação minera-lógica[1]. Um dos mais completos estudos sobre a composição mineralógica de argilas para cerâmica pode ser encontrado no trabalho de Souza Santos e Souza[1], onde são consideradas as argilas plásticas para cerâmica vermelha. Estas matérias primas têm como argilomineral predominante a caulinita mal cristalizada de ori-gem quaternária recente, podendo também con-ter ilitas principalmente no caso de folhelhos e impurezas de esmectitas. Deve ser mencionado que o uso da ATD é restrito no caso de mistura de argilominerais devido ao fato da posição e in-tensidade dos picos das transformações endo e exotérmicas serem alteradas[2].Uma das lacunas existentes na metodologia pro-posta por Souza Santos[2], para o estudo de ar-gilas desconhecidas, é a falta de especificações relativas às características de plasticidade, que poderá ser parcialmente sanada através destes estudos propostos que trataram especificamen-te das argilas para uso na confecção de tijolos cerâmicos furados.O mecanismo de plasticidade nas argilas tem sido muito estudado e discutido[3]. Plasticidade é a propriedade que um sistema rígido possui de deformar-se, sem romper-se, pela aplicação de uma força (tensão) e de reter essa deformação quando a força aplicada é retirada. Se o sistema argila-água não fosse adequadamente plástico,

não seria possível moldagem de produtos de cerâmica vermelha por extrusão[4].A plasticidade das argilas úmidas é essencial-mente resultante das forças de atração entre as partículas lamelares de argilominerais carrega-das eletricamente e a ação lubrificante da água que existe entre partículas lamelares. Pode-se admitir que a plasticidade desenvolve-se quando o sistema argila-água tem água suficiente para cobrir a superfície acessível dos argilominerais com uma película de água rígida, isto é, não líqui-da, e mais um pouco de água líquida, isto é, não orientada, a qual age como um meio lubrificante, facilitando o deslizamento das placas umas so-bre as outras quando uma tensão tangencial for aplicada. Essas duas águas expressas porcentu-almente em relação à massa da argila seca são os índices de Atterberg. Esse fato significa que a água age não somente como um meio inerte para separar as partículas dos argilominerais e para variar as forças de atração-repulsão en-tre elas, mas também tem um papel muito ativo na propriedade de plasticidade, orientando as partículas lamelares na direção do fluxo. Como as moléculas de água orientadas estão presas na superfície dos argilominerais por pontes de hidrogênio, elas também servem para ligar as partículas de argilominerais entre si na forma úmida (a verde) da argila, dando origem às vá-rias formas da resistência mecânica da argila verde[4].De um modo geral, a plasticidade das argilas é a propriedade que interessa a toda indústria ce-râmica. As exigências relativas a esta proprie-dade variam, todavia gradativamente de ramo

para ramo industrial[5].As características de plasticidade dos solos são tradicionalmente determinadas pelo método de Casagrande e são constituídas pelo limite de plasticidade (LP), limite de liquidez (LL) e índice de plasticidade (IP), também denominamos de índices de Atterberg[6]. O limite de plasticidade é o teor de água, expresso em porcentagem de argila seca a 110 °C de uma massa plástica, acima do qual a massa pode ser moldada na forma de cilindros de cerca de 3 mm a 4 mm de diâmetro e 15 cm de comprimento, as argilas que não formam esses cilindros com qualquer teor de água são consideradas não plásticas. O limite de liquidez é o teor de água, expresso em porcentagem de argila seca a 110 °C, acima do qual a massa flui como um líquido, quando agitada ligeiramente. O índice de plasticidade é a diferença entre o limite de liquidez e o limite de plasticidade[7]. Modernamente a sistemática proposta por Casagrande para determinação dos índices de Atterberg tem sido criticada em função dos mais variados aspectos[6], tendo sido introduzidas recentemente determinações idên-ticas pelo cone de penetração. Segundo Casa-grande[8], a principal desvantagem apresentada pelo tradicional ensaio de LL é o fato de este consistir em um ensaio dinâmico de cisalhamen-to, não podendo, portanto, produzir resultados reprodutíveis para estabelecerem-se compara-ções entre solos argilosos de grãos finos, visto que, os mesmos apresentam diferentes reações se submetidos a ensaios com vibrações. Neste sentido, o ensaio do limite de liquidez determi-nado através do cone de penetração elimina a

Introdução

T I J O L O S


referida desvantagem, uma vez que este ensaio é do tipo estático.O LL executado através do cone de penetração vem sendo adotado como método alternativo em diversos países. Recentemente pesquisadores como: Wasti[9], Wood e Wroth[10], Silveira[11], entre outros, propõem o uso do cone de penetração também para determinação do IP.Schofield e Wroth[12] baseados na teoria do es-tado crítico mostraram que existe um relacio-namento direto entre o teor de umidade (h) e a resistência ao cisalhamento do solo (Rc):

h + A log Rc = cte (A)

onde A é uma constante.

Levando em consideração a indicação de Skemp-ton e Norkey[13] é possível, usando-se o critério de resistência, definir o IP como sendo o teor de umidade o qual produz também, uma variação de 100 vezes na resistência do solo. Desta maneira tem-se que:

Análise Térmica Diferencial (ATD)Para análise térmica diferencial foi utilizado o método de ATD descrito por Souza Santos[2]. A taxa de aquecimento foi de 12,5 °C/min da temperatura ambiente até 1.100 °C. O padrão utilizado foi o óxido de alumínio (Al2O3) calci-nado até 1.500 °C e com granulometria infe-rior a peneira ABNT n.º 200 (0,074 mm).Características de plasticidadeAs características de plasticidade das amos-tras foram determinadas através dos méto-dos abaixo relacionados.Método de Casagrande - Após secagem em

Foram selecionadas 15 amostras de um lote de 25 amostras de argilas plásticas para cerâmica vermelha, usadas na fabricação de tijolos furados. Estas argilas são provenientes de diferentes regiões hidrográficas do estado da Paraíba e foram estudadas por Macedo e colaboradores[16, 17].A seguir, são listadas as amostras e as respectivas bacias hidrográficas.• A-02, A-07, A-08, A-09, A-10, A-11, A-12 e A-13 - Rio Mamanguape.• A-04, A-05, A-16, A-18, A-19 e A-20 - Rio Paraíba.• A-21 - Rio Seridó.

hLL + A log RcLL = hLP + A log RcLP,

como RcLP = 100 RcLL

tem-se que:

IP = 2A (B)

Com cones geometricamente semelhantes, Hansbo[14] baseado no mecanismo da penetração do cone (d) e Wood e Wroth[15] com base em aná-lise dimensional, obtiveram a mesma relação:

Rcd2 = cte (C)

P

Sendo P o peso do cone.

Para cones de peso (P) constante, a relação (C) pode ser expressa desta maneira:

Rc = cte (D) d2

temperatura ambiente, as amostras foram passadas em peneira ABNT N.º 40 (0,42 mm) e em seguida foram determinados o LL, LP e IP pelo ensaio de Casagrande, segundo método do DNER[18].Método do cone de penetração - Após seca-gem em temperatura ambiente, as amostras foram passadas em peneira ABNT N.º 40 (0,42 mm) e em seguida foi determinado o LL pelo ensaio do cone de penetração segundo méto-do da BSI[19]. O LP e IP pelo método do cone de penetração foram determinados através da sistemática analítica descrita por Silveira[20].

Se na relação (A) substituímos as relações (B) e (D) tem-se que:

h = IP log d + cte (E)

Observa-se que esta relação assemelha-se com a relação do tipo y = ax + b. Assim sendo, a re-lação (E) serve para determinar tanto o LL (teor de umidade correspondente a penetração de 20 mm) como também o IP (declividade da reta no plano h x log d), onde:

IP = LL – LP (F)

O objetivo deste trabalho é estudar a mineralo-gia de 15 amostras de argilas plásticas usadas na indústria de cerâmica vermelha do estado da Paraíba, pelo método de ATD, bem como sua fai-xa de plasticidade através dos índices de Atter-berg determinados pelo método de Casagrande e cone de penetração.

Análise EstatísticaCorrelações Lineares Simples – Com os resul-tados obtidos para as características de plas-ticidade determinadas pelo método de Casa-grande e pelo método do cone de penetração, efetuou-se análises estatísticas através de correlações lineares simples verificando-se a interdependência entre as características de plasticidade obtidas através dos dois mé-todos. As correlações estatísticas lineares simples foram efetuadas no Microsoft Excel 97, por meio do método dos mínimos quadrados.

Materiais

Métodos

Parte Experimental


Através das curvas de análise térmica diferen-cial (Figuras 1 e 2), as amostras apresentam as seguintes composições mineralógicas. A amostra A-2 apresenta os picos endotérmicos: a 135 °C de média intensidade, característico da perda de água livre e adsorvida, a 590 °C característico da perda de hidroxilas e a 855 °C apresenta um pico exotérmico de pequena intensidade, característi-co da nucleação de mulita. A amostra A-4 apre-senta os picos endotérmicos: a 130 °C de média intensidade, característico de água livre e adsor-vida, a 567 °C de pequena intensidade, caracte-rístico da perda de hidroxilas; entre 275 °C e 530 °C há uma banda exotérmica de baixa intensidade, característica da combustão de matéria orgânica e entre 595 °C e 710 °C há uma banda exotérmica de baixa intensidade com máximo a 697 °C, ca-racterístico da combustão de matéria orgânica na forma de grafite. A amostra A-5 apresenta os picos endotérmicos: a 134 °C de alta intensidade, característico de água livre e adsorvida, a 574 °C de pequena intensidade, característico da perda de hidroxilas; entre 282 °C e 475 °C há uma banda exotérmica de baixa intensidade, característica da combustão de matéria orgânica e a 881 °C apresenta um pico exotérmico de baixa intensi-dade, característico da nucleação da mulita. A amostra A-7 apresenta os picos endotérmicos: a 129 °C de alta intensidade, característico de água livre e adsorvida, a 590 °C de alta intensidade, ca-racterístico da perda de hidroxilas; entre 697 °C e 715 °C há uma pequena banda exotérmica, com máximo a 705 °C, característica da combustão de matéria orgânica na forma de grafite e pico exotérmico de baixa intensidade com máximo a 914 °C, característico da nucleação de mulita. A amostra A-8 apresenta os picos endotérmicos: a 132 °C característico de água livre e adsorvida, a 583 °C de média intensidade, característico da perda de hidroxilas e entre 610 °C e 990 °C há uma banda exotérmica, com máximo a 941 °C, característico da combustão de matéria orgânica na forma de grafite. A amostra A-9 apresenta os picos endotérmicos: a 129 °C de alta intensidade, característico de água livre e adsorvida, a 582 °C de alta intensidade, característico da perda de hidroxilas e a 871 °C, um pequeno pico exotérmico característico da nucleação mulita. A amostra A-10 apresenta os picos endotérmicos: a 134 °C

de alta intensidade, característico de água livre e adsorvida, a 586 °C de alta intensidade, carac-terístico da perda de hidroxilas e a 900 °C apre-senta um pico exotérmico de média intensidade, característico da nucleação da mulita. A amostra A-11 apresenta picos endotérmicos: a 134 °C de alta intensidade, característico de água livre e adsorvida, a 593 °C de alta intensidade, carac-terístico da perda de hidroxilas; entre 635 °C e 825 °C há uma banda exotérmica, com máximo a 795 °C, característica da combustão de matéria orgânica na forma de grafite e a 914 °C há um pico exotérmico, característico da nucleação da mulita. A amostra A-12 apresenta os picos endo-térmicos: a 134 °C de alta intensidade, caracterís-tico de água livre e adsorvida, a 586 °C de média intensidade, característico da perda de hidroxilas; entre 620 °C e 750 °C há uma banda exotérmica, com máximo a 725 °C, característico da combus-tão de matéria orgânica na forma de grafite e a 900 °C há um pico exotérmico, característico da nucleação da mulita. A amostra A-13 apresenta os picos endotérmicos: a 134 °C de alta intensidade, característico de água livre e adsorvida, a 575 °C de alta intensidade, característico da perda de hidroxilas e a 910 °C há um pico exotérmico de média intensidade, característico da nucleação da mulita. A amostra A-16 apresenta os picos endo-térmicos: a 132 °C de alta intensidade, caracterís-tico de água livre e adsorvida, a 574 °C de baixa intensidade, característico da perda de hidroxilas e a 876 °C há um pico exotérmico de baixa inten-sidade, característico da nucleação da mulita. A amostra A-18 apresenta os picos endotérmicos: a 135 °C de alta intensidade característica de água livre e adsorvida, a 565 °C de baixa intensidade, característico da perda de hidroxilas; entre 425 °C e 500 °C há um pequeno pico exotérmico, ca-racterístico da combustão de matéria orgânica e a 905 °C há um pico exotérmico de baixa inten-sidade, característico da nucleação da mulita. A amostra A-19 apresenta os picos endotérmicos: a 129 °C de alta intensidade, característico de água livre, a 583 °C de alta intensidade, característico da perda de hidroxilas e a 916 °C há um pico exo-térmico de baixa intensidade, característico da nucleação da mulita. A amostra A-20 apresenta os picos endotérmicos: a 129 °C característico da perda de água livre e adsorvida, a 564 °C de baixa

intensidade, característico da perda de hidroxilas e a 921 °C há um pico exotérmico de baixa inten-sidade, característico da nucleação da mulita. A amostra A-21 apresenta os picos endotérmicos: a 142 °C de média intensidade, característico da perda de água livre e adsorvida, a 571 °C de baixa intensidade, característico da perda de hidroxilas; entre 375 °C e 490 °C há uma pequena banda exotérmica característica da combustão de ma-téria orgânica e a 961 °C há um pico exotérmico de baixa intensidade, característico da nucleação da mulita.

Análise Térmica Diferencial (ATD)

Resultados e Discussão

Figura 1: Curvas ATD de argilas plásticas para cerâmica vermelha

Figura 2: Curvas ATD de argilas plásticas para cerâmica vermelha


De acordo com as características das curvas de análise térmica diferencial analisada, é possível observar, com base nos dados da literatura[21], que se trata de amostras de argilas quaternárias recentes, onde a caulinita mal cristalizada, é o argilomineral predominante, apresentando também matéria orgânica.

Características de PlasticidadeOs resultados obtidos para as características de plasticidade pelo uso do aparelho de Casagrande e do cone de penetração estão contidos na tabela 1.

Para o LL obtido pelo aparelho de Casagrande, verifica-se que os valores variam de 24,70% (amostra A-08) a 71,00% (amostra A-05). Para o LP obtido pelo aparelho de Casagrande, verifica--se que os valores variam de 15,42% (amostra A-09) a 37,72% (amostra A-05). Para o IP obti-do pelo aparelho de Casagrande verifica-se que os valores variam de 6,82% (amostra A-08) a 34,28% (amostra A-05).Para o LL obtido pelo cone de penetração, verifica-se que os valores variam de 26,50%

Existe uma correlação positiva (Figura 3) altamente significativa entre o LL determinado através do aparelho de Casagrande e o LL determi-nado pelo método do cone de penetração, cuja equação representativa é Y=8,13 + 0,88X, com coeficiente de correlação igual a 0,96 e nível de significância 1,83 x 10-6%, onde:

Y = LL determinado através do cone de penetraçãoX = LL determinado através do aparelho de Casagrande.

(amostra A-8) a 71,60% (amostras A-05). Para o LP obtido pelo cone de penetração verifica-se que os valores variam de 6,60% (amostra A-12) a 47,70% (amostra A-05). Para o IP obtido pelo cone de penetração, verifica-se que os valores variam de 4,00% (amostra A-08) a 47,70% (amostra A-19).Após análise do conjunto de dados obtidos pelo aparelho de Casagrande, segundo critérios utili-zados em mecânica dos solos[22], estas amostras podem ser classificadas como se segue: 6,7%

(A-08) fracamente plástica (1%<IP<7%), 53,3% (A-04, A-09, A-11, A-12, A-16, A-18, A-20 e A-21) mediamente plásticas (7%<IP<15%), e as de-mais 40% são consideradas altamente plásticas (IP>15%). Após análise do conjunto de dados ob-tidos pelo cone de penetração, segundo os mes-mos critérios, estas amostras podem ser classi-ficadas como se segue: 6,7% (A-08) fracamente plástica (1%<IP<7%), 6,7% (A-04) mediamente plástica (7%<IP<15%), e as demais 86,60% são consideradas altamente plásticas (IP>15%).

Análise Estatística

Figura 3: Correlação existente entre os limites de liquidez das amostras determinados pelo método de Casagrande (LLCA) e pelo método do cone de penetração (LLCO)

Tabela 1: Características de plasticidade de argilas determinadas com o auxílio do aparelho de Casagrande e do cone de penetração.


Entre o LP determinado através do aparelho de Casagrande e o LP de-terminado pelo método do cone de penetração existe uma pobre cor-relação (Figura 4), cuja equação representativa é Y=1,12X – 5,66, com coeficiente de correlação igual a 0,65 e nível de significância 0,84%, onde:

Y = LP determinado através do cone de penetraçãoX = LP determinado através do aparelho de Casagrande.

É necessário desenvolver uma sistemática analítica mais adequada para a determinação do LP pelo cone de penetração, de forma a melhor representar as argilas estudadas.Entre o IP determinado através do aparelho de Casagrande e o IP de-terminado pelo método do cone de penetração existe uma correlação pouco significativa (Figura 5), cuja equação representativa é Y = 15,29 + 0,44X, com coeficiente de correlação igual a 0,36 e nível de signifi-cância 18,88%, onde:

Y = IP determinado através do cone de penetraçãoX = IP determinado através do aparelho de Casagrande.

Após estudar a mineralogia de 15 amostras de argilas plásticas usadas na indústria de cerâmica vermelha do estado da Paraíba, pelo método de ATD, e sua faixa de plasticidade através dos índices de Atterberg determinados pelo método de Casagrande e cone de penetração, bem como um estudo estatístico de correlação das características de plasticidade existentes entre esses métodos, chegou-se as seguintes conclusões:1 – os resultados obtidos da ATD indicam tratar-se de argilas quaternárias recentes cauliníticas com matéria orgânica;2 – obteve-se uma faixa de plasticidade através dos dois métodos, onde o LL variou de 24,70% a 71,00%, o IP variou de 6,82% a 34,28% e o LP variou de 15,42% a 36,72% pelo método de Casagrande e o LL variou de 26,50% a 71,60%, o IP variou de 4,00% a 47,70% e o LP variou de 6,60% a 47,70% pelo cone de penetração, que são faixas de plasticidades recomendadas para argilas plásticas para utilização na indústria de cerâmica vermelha;3 – existe uma correlação altamente significativa entre os limites de liquidez determinados pelo método de Casagrande e cone de penetração.

[1] P. Souza Santos, J. V. Souza, Cerâmica 11, 39 (1964) 2. [2] P. Souza Santos, Ciência e Tecnologia de Argilas, vols. 1 e 2, Editora Edgard Blücher, São Paulo, 1992. [3] A. J. Amarante, F. A Boutros, Cerâmica 27, 135 (1981) 117.[4] J. Rawet, P. S. Santos, Cerâmica 26, 128 (1980) 193. [5] F. B Angeleri, Cerâmica 28, 151 (1982) 264. [6] H. S. Ferreira, G. A. Neves, H. C Ferreira, Anais do 40º Congresso Brasileiro de Cerâmica e 1º Con-gresso de Cerâmica do Mercosul – Parte I, São Paulo, 1996.[7] J. Rawet, P. S. Santos, Cerâmica 26, 128 (1980) 199.

[8] A. Casagrande, Geotechnique 8, 2 (1958) 84. [9] Y. Wasti, Geotechnical Testing Journal 10, 1 (1987) 26.[10] D. M. Wood, C. P. Wroth, Ground Engineering 11, 3 (1978) 37. [11] L. C. Silveira, Seminário Regional de Engenharia Civil, Recife, 1990. [12] A. N Schofield, C. P. Wroth, Critical state soil mechanics, Mc Graw-Hill, London, 1968. [13] A. W. Skempton, R. D. Nortey, Geotechnique 3, 1 (1953) 32. [14] S. Hansbo, Proc. R. Swed. Geoteck. Inst., 1957. [15] D. M. Wood, C. P. Wroth, Ground Engineering 11, 3 (1978) 38. [16] R. S. Macedo, Dissertação de Mestrado em

Engenharia Química, pp. 107, CCT/UFPB/Campina Grande – PB, 1997. [17] R. S. Macedo, A. G. S.Galdino, C. R. S. Morais Ce-râmica 42, 275 (1996) 259. [18] DNER, Materiais para obras rodoviárias, méto-dos e instruções de ensaios, Rio de Janeiro, 1977. [19] BSI, Methods of testing soils for civil engenee-ring purposes, BS-1377, Test (A), Londres, 1975. [20] L. C. Silveira, Seminário Regional de Engenha-ria Civil, Recife, 1990.[21] P. Souza Santos, J. V. Souza, Cerâmica 11, 39 (1964) 23. [22] H. P. Caputo, Mecânica dos solos e suas apli-cações fundamentais, Livros Técnicos, vol. 1, Rio de Janeiro,1994.

Figura 4: Correlação existente entre os limites de plasticidade das amostras determinados pelo método de Casagrande (LPCA) e pelo método do cone de penetração (LPCO).

Figura 5: Correlação existente entre os índices de plasticidade das amostras determinados pelo método de Casagrande (IPCA) e pelo método do cone de penetração (IPCO).

Conclusões

Referências


ESTUDO DA DIMINUIÇÃO DA RUGOSIDADE DA SUPERFÍCIE DE TELHAS CERÂMICASPaulo Fernandes, Karina Donadel, Vitor de Souza Nandi, Pedro MantasCentro Universitário Barriga Verde (UNIBAVE), Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica, CICECO, Universidade de Aveiro.

As telhas cerâmicas conformadas por prensa-gem apresentam em sua superfície um aspecto visual rugoso indesejado, que afeta diretamen-te a qualidade estética do produto. O objetivo desse trabalho é estudar a possibilidade de diminuir a rugosidade sem alterar o processo de produção e mantendo as mesmas proprie-dades físicas do produto. Para estudar a rugo-sidade, foi analisado o processo de fabricação da telha e também suas matérias-primas com

O segmento de cerâmica vermelha integra o ramo de produtos de minerais não metálicos da indús-tria de transformação, incluindo também outras indústrias, como as de cerâmica de revestimento, sanitários, indústria vidreira e cimenteira que formam o complexo da construção civil. O ramo de atividade da cerâmica vermelha é a produ-ção de blocos de vedação e estruturais, telhas, tijolos, revestimentos, e tubos. Em geral para a fabricação destes são utilizadas argilas plásticas e arenosas podendo ter introdução de areias e subproduto cerâmico como o chamote queimado (quebra cerâmica)¹.A rugosidade superficial pode ser definida como um conjunto de irregularidades com pequenas saliências e reentrâncias, que caracteriza uma determinada superfície. No caso de revestimen-

o intuito de identificar uma possível causa de formação da rugosidade. A telha foi caracteri-zada por microscópica eletrônica de varredura (MEV) e difração de raios X, onde foi possível observar a presença de grãos grosseiros de areia exposta na superfície da telha. Baseado nesta informação foi proposto a reformulação da massa substituindo a fração arenosa por chamote queimado (quebra cerâmica), sendo este um material de características inerte.

tos cerâmicos, a rugosidade afeta diferentes propriedades como a ótica, durabilidade química, resistência ao desgaste por abrasão, retenção de sujeira, facilidade de limpeza, entre outras2,3. A rugosidade superficial em telhas é um problema não mencionado na literatura, porém afeta muitas de suas propriedades. O aspecto rugoso obser-vado através do tato e análise visual na super-fície de telhas é considerado um fator relevante na decisão de compra do produto sendo este um problema para empresas de cerâmica vermelha que trabalham com matérias-primas grosseiras. Este estudo foi desenvolvido em parceria com a empresa Sotelha de Portugal. O objetivo deste trabalho foi estudar a redução e, se possível à eli-minação da rugosidade sem alterar o processo de fabricação da telha. Em sua etapa de fabricação,

Os corpos-de-prova foram conformados por extrusão e queimados em condições fabris em uma temperatura média de 970 °C. Os corpos--de-prova foram analisados e comparados com a amostra padrão. A partir dos resultados obtidos foi possível constatar que a diminuição ou eliminação da areia é possível obter uma superfície com um índice de rugosidade menor sem alterar significativamente as caracterís-ticas da telha.

a telha cerâmica já apresenta rugosidade visível durante o processo de seca-gem, destacando-se principalmente na queima. Para procurar mini-mizar este problema, foi analisado o processo de fabricação e também as matérias-primas in-troduzidas na composição da telha da Cerâmica Sotelha, visando identificar se a rugosidade era proveniente desses fatores. Para minimizar o problema estudou-se uma nova composição da massa substituindo a areia por um material alter-nativo, denominado chamote queimado (quebra cerâmica).A falta de chamote na indústria poderia ser um problema futuro, porém sabe-se que esta perda nunca será zero, ou seja, sempre existirá um per-centual de perdas na indústria, denominada perda natural4.

RESUMO

INTRODUÇÃO

T E L H A S


O chamote, a areia e as argilas utilizadas nas com-posições da massa foram fornecidas pela empre-sa Sotelha S.A. (Aveiro – Portugal), sendo o cha-mote queimado oriundo do processo de fabricação das telhas. O chamote foi moído separadamente em um britador de mandíbulas e posteriormente em um moinho de martelos até obter um pó fino. O

A Figura 1 mostra o padrão de difração de raios X da telha queimada. Pode-se observar a presença de quartzo, de feldspato potássi-co e de mica. O quartzo é fundamentalmente proveniente da areia introduzida no processo e tem a função de diminuir a plasticidade, aumentar a permeabilidade da peça a verde e controlar a retração5. O feldspato potássi-co (K2O.Al2O3.6SiO2) tem um grande emprego por ter temperatura de fusão relativamente baixa e assim formar fase líquida nas pastas cerâmicas5.

A dimensão dos corpos-de-prova foi de 150x33x10mm. Após conformação, foram man-tidos em temperatura ambiente por 24 h e em seguida colocados em estufa de secagem com temperatura média de 110 °C.Os corpos-de-prova secos foram queimados em forno túnel em condições fabris, sendo esse o mesmo forno da produção das telhas. As con-dições de queima foram às seguintes: tempera-tura de queima de 933 °C com patamar de 3 h e taxa de aquecimento de aproximadamente 1,3 °C/min, para um ciclo de queima de 24 h. A

restante das matérias-primas foi coletado no es-toque de armazenagem da empresa. Foram utiliza-dos dois tipos de argilas, sendo uma argila de cor avermelhada, uma argila magra de cor amarelada e areia.A Tabela 1 mostra as formulações desenvolvidas no trabalho. A preparação das formulações foi feita

A muscovita (KAl2.(AlSi3O10).(OH)2), também conhecida como mica branca, muitas vezes é considerada como impureza na cerâmica de argila vermelha, pois apresenta uma granu-lometria alta. O seu alto ponto de fusão torna--a inerte, sendo liberada para a superfície da peça após queima5. A Tabela 2 apresenta a composição química obtida por EDS da superfície da telha. A zona estabelecida para fazer a análise correspon-de a da Figura 2. Pode-se constatar através da observação da tabela a presença de po-

temperatura real do forno em média foi de 970 °C no patamar.Os corpos-de-prova foram submetidos a dife-rentes ensaios, entre eles a determinação da retração linear (verde, após secagem e após queima), a medida da umidade inicial e a perda ao fogo. A resistência mecânica à flexão com o método dos três pontos foi determinada por meio de uma máquina universal de ensaios (Shimadzu – autograph AG-25TA), com célula de carga de 1kN e velocidade de 0,5mm/min. Os re-sultados obtidos correspondem à média dos va-

misturando-se manualmente o chamote moído, as argilas e a areia em um recipiente onde foram umidificados com até 19 % de água. A homogenei-zação da massa foi realizada na própria extrusora passando todo o ma-terial úmido três vezes sem vácuo e uma última passagem com vácuo para obter os corpos-de-prova para os ensaios.

tássio proveniente do feldspato potássico encontrado na análise mineralógica.A Figura 2 apresenta a microscopia eletrôni-ca de varredura (MEV) para a telha queimada na temperatura de 970 °C. Pode-se observar a formação de fase líquida na microestrutura da peça.Na Figura 3 é possível observar as saliências e as irregularidades que identificam a for-mação da rugosidade na superfície da telha queimada, já na Figura 4 a rugosidade tem aspecto de grânulos de areia.

lores de dez corpos-de-prova para cada teste. Com os corpos-de-prova quebrados foi deter-minada a absorção de água. Nesse mesmo pro-cedimento pôde-se determinar a porosidade e a densidade aparente pelo método de Arquimedes.As análises microestruturais foram feitas por meio de um microscópio eletrônico de varredu-ra (equipamento HITACHI SU-70, EDS acoplado). Para a identificação das fases presentes no material foi realizada análise por difração de raios X (DRX) (modelo Rigaku Geigerflex, com radiação Kα do Cu, λ= 1,54059 Å).

METODOLOGIA EXPERIMENTAL

RESULTADOS E DISCUSSÃO

Tabela 1: Proporções dos materiais utilizados (em percentagem ponderal).


Tabela 2: Composição química da telha por EDS

Figura 1: Difração de raios X da telha queimada.

Figura 2: Microscopia eletrônica de varredura da telha queimada.

Figura 5: Perda ao fogo em função do chamote adicionado. Figura 6: Densidade aparente em função do caco adicionado.

Figura 3: Microscopia eletrônica de varredura da super-fície da telha queimada.

Figura 4: Microscopia eletrônica de varredura da superfície da telha queimada.

A Figura 5 apresenta a perda ao fogo em relação à quantidade de chamote adicionado. Observa-se que à variação relacionada a perda ao fogo esta entre 4,4% a 4,7%, diferença esta caracterizada provavelmente, pela variação relacionada com as variáveis do processo, como a perda de água associada a hidróxidos, água de constituição dos argilominerais e matéria orgânica eliminadas durante o processo de queima, esta diferença não é propicia a acarretar danos as características do produto.A Figura 6 mostra a densidade aparente em função do chamote adicionado. Pode-se observar que o chamote não alterou de forma linear a densi-dade aparente. O corpo-de-prova com 12% de chamote foi o que apresentou densidade aparente próxima à amostra padrão.


A Figura 7 relaciona a densidade aparente em função da perda ao fogo. Pode-se observar que a perda ao fogo acompanhou as oscila-ções relacionadas com a densidade aparente do material. Onde a variação da densidade, está relacionada com a eliminação de maté-ria orgânica, água de constituição, carbona-tos dentre outros. Pode-se observar que o corpo-de-prova com perda ao fogo de 4,7% apresentou densidade aparente de 2,05 g/cm3 próximo a amostra padrão que também teve perda ao fogo de 4,7% e densidade aparente

A retração linear de queima apresentou-se ao contrário da retração linear de secagem (Figura 9). O fenômeno ocorrido pode ser explicado com base na Figura 6. Uma peça com maior perda ao fogo e com uma maior densificação, consequente-mente vai sofrer uma maior retração de queima. Isto se da pela maior compactação das partícu-las durante a queima, a formação de fase líquida proporciona um melhor agrupamento gerando uma retração nos corpos-de-prova. A influência do chamote na retração, provavelmente, está

de 2,03 g/cm3.A Figura 8 apresenta a retração térmica linear de secagem em função do chamote adicionado. Para um maior teor de chamote observou-se uma tendência de diminuição da retração. Uma das variáveis para explicar a diminuição da re-tração de secagem, que pode ser levada em consideração, é a introdução da água inicial, sabendo que a mesma foi controlada e que a variação que ocorreu pode ser considerada irrisória. O que pode ter acontecido é o fato do chamote moído separadamente possuir

relacionada com a presença de argilominerais queimados no chamote, que durante o processo de queima na sua forma de grânulos pode sofrer alterações, interagindo melhor com a formação de fase liquida diferente da areia que sempre vai apresentar-se na sua forma inicial sem sofrer alterações. A retração total e aproximadamente constante.A resistência mecânica em função da porosidade é apresentada na Figura 10 onde é possível obser-var que a resistência mecânica diminui com o au-

granulometria menor do que a areia. Desta forma, ocorre um melhor empacotamento das partículas, formando uma estrutura mais re-sistente e diminuindo a tendência do material a reduzir seu tamanho na secagem. A adição de materiais não plásticos como o caco e areia ajuda a reduzir as contrações sofridas pela massa, melhorando este pa-râmetro de pré-queima das composições e colaborando para a diminuição de ocorrência de deformações no produto acabado, como trincas, fissuras, empenamentos, etc.4.

mento da porosidade e vice-versa. A resistência mecânica tem uma relação direta com porosida-de. Essa relação corresponde ao fato do material mais poroso ser menos resistente. A diminuição da porosidade ocorre devido à formação de fase líquida, que atua fechando os poros. Também por formar fase líquida o material encontra-se mais denso, aumentando a resistência mecânica. Este é um fator importante que favorece a produção de telhas cerâmicas já que este material fica em contato constante com a água.

Figura 7: Densidade aparente das amostras em função da perda ao fogo. Figura 8: Retração linear de secagem em função do chamote adicionado.

Figura 10: Resistência à flexão em função da porosidade.Figura 9: Retração linear de queima em função do chamote adicionado.


A Figura 11 apresenta a resistência mecânica à flexão em função da densidade real. Verifica-se que é possível aumentar o índice de chamote na composição sem alterar sua resistência mecânica. Isso ocorre devido à substituição do chamote pela areia que se comporta em algumas carac-terísticas da mesma forma, atuando como material inerte sem influência das suas diferentes propriedades.As propriedades que influenciam na resistência mecânica do material podem ser vistas na Figura 12. Pode-se observar que à medida que o chamo-te foi adicionado a densidade real manteve-se praticamente constante e a porosidade teve uma pequena diminuição. O que acontece nesse caso é o fato de o chamote reagir melhor no fechamento dos poros. Apesar de a densidade ser praticamente constante em todas as formulações, este material tem um comportamento mais homogêneo e compacto na queima diminuindo a porosidade do material.

Na Figura 13 é possível verificar a resistência mecânica à flexão em função do chamote adicionado. Pode-se observar que uma maior quantidade de chamote manteve uma boa resistência mecânica. Para essa situação o chamote comportou-se da mesma forma que areia, reforçando a estru-tura e melhorando o empacotamento das partículas proporcionando uma boa resistência mecânica.A representação visual da superfície dos corpos-de-prova em relação a rugosidade é observada através da Figura 14, onde é possível verificar que na formulação F4, houve uma diminuição significativa nas saliências expostas na superfície dos corpos-de-prova. Verifica-se que à medida que areia foi sendo substituída pelo chamote a rugosidade foi diminuindo, apresentando um aspecto mais agradável nas superfícies das peças produzidas.

Figura 11: Resistência à flexão em função da densidade real.

Figura 13: Resistência mecânica à flexão em função do caco adicionado.

Figura 12: Densidade real e porosidade em função do caco adicionado.

Figura 14: Representação visual da superfície dos corpos-de-prova com a diminuição da rugosidade


CONCLUSÃO

AGRADECIMENTOS

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

Os resultados obtidos mostraram que é pos-sível diminuir a rugosidade superficial sem alterar o processo de fabricação, desde que ocorram modificações na massa cerâmica. Pôde ser constatado que o maior causa-dor da rugosidade nesta situação foi a areia, e sua substituição por chamote apresentou-se

de forma positiva. Concluiu-se que é possível a substituição de partículas grosseiras, que neste trabalho esta representada pela areia, sem que sejam prejudicadas as características físicas do produto. Verificou-se que é possível manter as características físicas como retração de

secagem, resistência à flexão, densidade e porosidade do material com adição do cha-mote. Além da areia, partículas grosseiras de outros materiais podem ocasionar rugo-sidade, dessa forma o controle na moagem é fundamental para que se possa ter uma su-perfície agradável.

Ao Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica da Universidade de Aveiro – Portugal pela estrutura disponibilizada para esta pesquisa. Ao Centro Universitário Barriga Verde – UNIBAVE e ao SINDICER - Sindicato da Indústria da Cerâmica Vermelha de Morro da Fumaça/SC pela oportunidade de intercâmbio com a Universidade de Aveiro.

[1] JUNIOR, M.C., TANNO, L.C., SINTONI, A., MOTTA, J.F.M., COELHO, J.M. A Indústria de Cerâmica Vermelha e o Suprimento Mineral no Brasil Desafios para o Aprimoramento da Competitividade. Cerâmica Industrial, V. 17(1), p.36-42, 2012.[2] FERNANDES, M. C. S., PAULIN FILHO, P. I., MORELLI, M. R. Análise da superfície de grés porcelanato por microscopia de força.Cerâmica, V.57, p.173-179, 2011.[3] PARRA, B.S., GENNARI, R.C., MELCHIADES, F.G.,BOSCHI, A.O. Rugosidade Superficial de Revestimentos Cerâmicos. Cerâmica Industrial, V. 11(2), p.15-18, 2006.[4] GOUVEIA, F.P., SPOSTO, R. M. Incorporação de chamote em massa cerâmica para a produção de blocos. Um estudo das propriedades físico--mecânicas. Cerâmica, V.55, p.415-419,2009. [5] DANA, J. D. Manual de Mineralogia, 1ª edição. 5ª revisão. Rio de Janeiro, RJ, p. 528-530.1978.


ESTUDO DA VIABILIDADE DE UTILIZAÇÃO DA AREIA DE FUNDIÇÃO EM MASSA DE CERÂMICA VERMELHA

Bruno Borges Frasson, Tatiana Peruchi Pellegrin, Karina Donadel, Vitor de Souza Nandi, Pedro Mantas. Centro Universitário Barriga Verde-UNIBAVE, Departamento de Engenharia de Materiais e Cerâmica, CICECO, Universidade de Aveiro.

RESUMO

INTRODUÇÃO

Com o propósito de contribuir na garantia da sustentabilidade de nossa região, verifica-se a importância de investigar a viabilidade de utilização da areia de fundição empregada na moldagem de peças metálicas como matéria- prima para a produção de massa de cerâmica vermelha a fim de reduzir a quantidade de areia a ser descartada em aterros e minimizar a extração de matérias primas para a fabricação de cerâmica vermelha.

A expansão da economia com o advento da glo-balização tem provocado distorções no que diz respeito ao uso e conservação dos recursos naturais. Em função disso, é crescente a preo-cupação pelo modo como as nossas sociedades irão se desenvolver e igualmente necessário o planejamento para um desenvolvimento que seja capaz de preservar os recursos naturais de determinada região.Desta forma, almeja-se um desenvolvimento sustentável, que segundo o Relatório da Co-missão Mundial de Desenvolvimento e Meio Am-biente das Nações Unidas, é aquele “capaz de suprir as necessidades da população mundial sem comprometer as necessidades das popu-lações futuras1”.É notável o crescimento industrial dos últimos anos e com ele a quantidade de resíduos ge-rados. Um exemplo disso são as indústrias de fundição de metais, onde um dos maiores pro-blemas verificados é a produção de resíduos

sólidos devido às areias residuais utilizadas nos moldes dos fundidos. Normalmente, os processos de fundição con-sistem em alimentar a cavidade de um molde com o formato requerido com metal liquido, seguindo-se de um resfriamento, a fim de pro-duzir um objeto sólido resultante de solidifica-ção. No caso da moldagem em areia, constrói--se um molde para cada peça a ser fundida e posteriormente ele é rompido para remover--se o fundido, ou seja, para desmoldá-lo.O maior constituinte dos moldes de areia modernos é a sílica devido a seu baixo custo, refratariedade e fácil aglutinação com argilas ou outros aditivos como, por exemplo, resinas fenólicas. Segundo Mariotto2 cerca de 80% dos produtos fundidos são fabricados através do processo de moldagem utilizando areia aglomerada. Estima-se que para mil quilogramas de metal fundido sejam gerados mil quilogramas de

resíduo, no caso areia de fundição a ser des-cartada.Reaproveitar esta areia é de suma importân-cia, uma vez que o descarte inadequado deste resíduo polui o meio ambiente e o descarte em aterros industriais implica em custos adicio-nais às indústrias de fundição.Deste modo, o trabalho tem como objetivo veri-ficar a viabilidade de utilização da areia de fun-dição in natura em massa de cerâmica verme-lha destinada a confecção de blocos cerâmicos de vedação (tijolos), avaliando as propriedades do material em relação a um padrão no que diz respeito à plasticidade da massa, retração li-near de secagem e queima, absorção de água e resistência mecânica.Além do exposto, a possibilidade de utilização da areia de fundição em massa de cerâmica vermelha implica na redução de matérias--primas a serem utilizadas, o que reflete na conservação de fontes não renováveis.

M A T É R I A P R I M A


A homogeneização das composições foi reali-zada manualmente em um recipiente até atingir uniformidade. Após a homogeneização, as com-posições foram umidificadas (28%) conforme foi estabelecida através do ensaio de plasticidade de Pfefferkorn, umidade esta considerada ideal para extrusão (Figura 2). O índice de plasticidade determinado por este método corresponde ao percentual para a qual o corpo-de-prova apre-senta uma deformação de 30% em relação à sua dimensão inicial. Sendo uma razão da medida ini-cial com a final, este percentual de umidade ideal é de 28%.Todas as composições ficaram em repouso por um período de 24 horas acondicionadas dentro de sacos plásticos para que não houvesse perda da umidade, prejudicando assim a extrusão dos cor-pos- de- provas. Os corpos-de-prova foram conformados por extrusão à vácuo numa extrusora laboratorial utilizando formato de barras de seção cilíndrica, com aproximadamente 0,15 m (150 mm) de com-primento e 0,0124 m (12,4 mm) de diâmetro.Para determinação da temperatura ideal de quei-ma foram realizadas duas queimas preliminares com a composição padrão a uma temperatura de 960 °C e a 980 °C. Após a queima, os corpos-de--prova foram submetidos ao ensaio de absorção

de água e obtiveram 10,3% e 6,8% de absorção de água para as temperaturas de 960 °C e 980 °C, respectivamente. Comparando com a absorção de água na amostra da fábrica (9,4%), optou-se pela temperatura de aproximadamente 965 °C. Posteriormente os corpos-de-prova foram sub-metidos à secagem em estufa (aproximadamente 110 °C) por oito horas e em seguida queimados em um forno elétrico numa temperatura de 965 °C com taxa de aquecimento de 10 °C/min e patamar de 2h na temperatura máxima de queima.O resfriamento foi realizado de forma natural, com o desligamento do forno após as peças se-rem mantidas na tempe-ratura de patamar pelo tempo estabelecido. Os corpos-de-prova foram caracterizados a partir da análise das propriedades físicas: retração linear de quei-ma, absorção de água e resistência mecânica a flexão. A retração linear foi determinada a partir da diferença entre a medida inicial e final dos corpos-de-prova, antes

e depois da queima respectivamente. A resistên-cia mecânica à flexão foi realizada por meio de uma máquina universal de ensaios com célula de carga de 1 kN (1000 N). Os resultados obtidos cor-respondem a média dos valores obtidos a partir de cinco corpos-de-prova para cada formulação.Os corpos-de-prova também foram caracteri-zados por microscopia eletrônica de varredura (MEV), onde se analisou a superfície de fratura que possibilita a visualização da topografia e porosidade do material e por difração de raios X (DRX) para identificar os óxidos e fases pre-sentes.

METODOLOGIA EXPERIMENTAL

A Figura 1(a-c) mostra as matérias-primas utili-zadas neste trabalho. Areia de fundição (Figura 1(a)), argila vermelha (Figura 1(b)), argila amarela (Figura 1(c)), além destes foram utilizados areia e chamote (caco). Todas as matérias-primas fo-ram obtidas em empresas da região. O chamote

presente na fórmula padrão é sobras queimadas provenientes de quebras ocorridas durante o processo de fabricação. As argilas foram preparadas antes de serem uti-lizadas no processo. Elas foram secas em estufa a 110 °C, desagregadas utilizando um britador de

mandíbulas e em seguida foi realizada a moagem através de um moinho de martelos. Após este processo foi determinada a distribuição de tama-nho de partículas através do método de difusão.A Tabela 1 mostra as composições utilizadas neste trabalho.

Figura 1: Matérias primas utilizadas no estudo. (a) areia de fundição; (b) argila ver-melha; (c) argila amarela.

Tabela 1: Formulações das matérias primas utilizadas no processo.

Figura 2: Índice de plasticidade da massa padrão (o tracejado indica o índice ótimo).



As Figuras 3 e 4 mostram o padrão de difra-ção de raios X das argilas vermelha e amare-la, respectivamente. Para ambas as argilas os resultados mostram a presença de óxido de silício (SiO2), caulinita (Al2(Si2O5)(OH)4) e musco-vita (KAl2(Si3Al)O10(OH)2), além da montmorilonita (Na0,3(Al,Mg)2Si4O10(OH)2.4H2O), presente apenas na argila vermelha. As argilas montmoriloníticas

são mais plásticas em relação às demais, devi-do uma área superficial maior para a interação com a água, ou seja, é mais eficiente que as demais argilas na tarefa de estender as forças de ligação da água com os sólidos3, é o caso da argila vermelha. O padrão de difração de raios X da areia de fundição mostrou picos caracterís-ticos de quartzo e tridimita residual, conforme

Figura 5. Como nos moldes de fundição apenas uma pequena parcela da areia é aquecida de cada vez a temperaturas superiores a 867 °C e o tempo de permanência a tais temperaturas é relativamente curto, apenas uma quantidade desprezível de grãos de areia tem possibilidade de transformar-se em tridimita e/ou cristoba-lita4.

As argilas, assim como as massas cerâmicas, com composições mineralógicas diferentes apresentam comportamentos plásticos diferen-tes, embora os seus teores em água possam ser iguais5. Neste contexto, buscou-se avaliar a influência da areia sobre a plasticidade da massa para uma mesma quantidade de umidade, a qual é apresentada na Figura 6. É possível perceber que houve uma redução do índice de plasticidade com o aumento da quantidade da areia de fundição. É provável que a redução da plasticidade esteja re-lacionada com a ação da sílica livre, que diminui a plasticidade de misturas de matérias-primas. O triângulo mostrado nas figuras indica o padrão sem a adição de areia de fundição.A retração linear é um parâmetro importante para a determinação das dimensões do produto final. As Figuras 7 e 8 apresentam os resultados obtidos para a retração linear de secagem e de queima, respectivamente, das composições cerâ-micas estudadas.

Figura 3: Espectro de difração de raios X para a argila amarela. Figura 4: Espectro de difração de raios X para a argila vermelha.

Figura 5: Espectro de difração de raios X para a areia de fundição.


Os resultados mostram que a incorpora-ção do resíduo proveniente da fundição de metais adicionado na massa de cerâmica vermelha resultou numa diminuição da re-tração linear para secagem e queima em relação ao padrão. Os valores de retração com adição do resíduo ficaram na faixa de 6% a 8% para a secagem e 1,0% a 1,5% para a queima, permitindo uma ação bené-fica na redução da retração linear de am-bos, na faixa de 5% a 27% e de 10% a 28%, respectivamente. Como há quartzo na areia de fundição e de acordo com Fernandes6, o mesmo aumenta a permeabilidade da peça crua e, do coeficiente de expansão térmica linear da peça queimada, evitando assim que esta se deforme ou se retraia dema-siadamente, tanto a seco como durante a queima, isso possivelmente explica à redu-ção de ambas as retrações com o aumento do resíduo. Os resultados alcançados estão dentro de uma faixa apropriada para pro-dução industrial de cerâmica vermelha, segundo Souza Santos7, cujo limite máximo para a retração é de 12%. A obtenção de uma redução da retração linear dos corpos cerâmicas como a que foi alcançada é im-portante, pois acelera o ciclo do processo, reduz gastos energéticos e diminui o risco de fissuras e defeitos dimensionais.Os resultados obtidos nos testes de resis-tência mecânica à flexão estão represen-tados nas Figuras 9 e 10. Pode-se verificar que a adição de 12% de resíduo na massa cerâmica resultou no melhor resultado com um aumento de aproximadamente 10% de resistência mecânica em relação ao pa-drão. Entretanto, para os demais percen-tuais de adição do resíduo os corpos-de--prova ficaram mais frágeis, ou seja, houve queda de resistência mecânica. Sendo os grãos de areia grosseiros em relação aos da argila, como pode ser observado na Figura 11, é provável que tenha sido este um dos fatores da redução da resistência mecânica. A resistência mecânica de um material cerâmico diminui com o aumento da sua porosidade, ou seja, quanto maior a porosidade menor a resistência. Na Fi-gura 9 é possível notar a coerência entre variações da resistência mecânica à flexão com a porosidade em função dos teores de resíduo empregados.

Figura 6: Índice de plasticidade com 28% de umidade.

Figura 7: Retração linear de secagem.

Figura 8: Retração linear de queima (%).


Figura 9: Resistência mecânica a flexão.

Figura 11: Análise por microscopia eletrônica de varredura (MEV).

Figura 12: Distribuição do tamanho de partículas obtido através do Coulter.

Figura 10: Resistência mecânica à flexão em função da porosidade relativa.

A Figura 11 mostra as imagens obtidas por microscopia eletrônica de varredura (MEV), a qual foi utilizada para a avaliação das su-perfícies de fratura dos corpos-de- prova sinterizados. A Figura 11(a) mostra os grãos grosseiros da areia de fundição podendo ser confirmada sua respectiva distribuição granulométrica na Figura 12. Na Figura 11(b) é possível observar a microscopia da amos-tra padrão sem adição de areia de fundição.

Observa-se um aspecto rugoso e densifica-ção uniforme, provavelmente por uma maior energia interfacial ocasionada por tamanhos menores de grãos. A Figura 11(c) mostra os grãos da areia de fundição no material sin-terizado (para a adição de 12% do resíduo), distribuídos homogeneamente, correspon-dentes aos arrancamentos observados, o que possivelmente proporcionou um aumento de aproximadamente 10% na resistência me-

cânica. Conforme aumentou-se a adição da areia de fundição os grãos foram se aglome-rando, formando porosidades em volta destes e também foram surgindo trincas, como pode ser observado na Figura 11(d). Esses fatores ligados com os tamanhos relativamente gran-des dos grãos da areia (Figura 11) acabaram por conseqüência num aumento significativo de porosidade e diminuição da resistência mecânica.


Os resultados obtidos através dos ensaios realizados mostram a viabilidade do uso da areia de fundição como matéria-prima para a produção de massa para cerâmica vermelha. O resíduo tem potencial como redutor da re-tração linear de secagem e queima da massa cerâmica, trazendo benefícios principalmente

na secagem devido ao ganho na estabilidade dimensional e redução do tempo da mesma. O teor em 12% de adição apontou melhor re-sultado de resistência mecânica em relação ao padrão. Porém, para as condições utilizadas neste estudo os teores de adição de até 16% mostram-se viáveis a produção de cerâmica

uma vez que não apresentaram perdas signifi-cativas das propriedades técnicas. A incorpo-ração desse resíduo à massa cerâmica é uma alternativa para diminuir o descarte do mesmo em aterros sanitários uma vez que no Brasil são depositados anualmente mais de dois mi-lhões de toneladas de areia de fundição.

Ao Departamento de Engenharia Cerâmica e do Vidro da Universidade de Aveiro – Portugal pela estrutura disponibilizada para esta pesquisa. O autor Bruno Borges Frasson agradece ao Centro Universitário Barriga Verde – UNIBAVE e ao SINDICER - Sindicato da Indústria da Cerâmica Vermelha de Morro da Fumaça/SC pela oportunidade de intercâmbio com a Universidade de Aveiro.

(1) CMMAD – Comissão Mundial sobre o Meio Ambiente e Desenvolvimento das Nações Unidas; Nosso Futuro Comum. Rio de Janeiro: Ed Fundação Getúlio Vargas, 1998.(2) MARIOTTO, C. L. Areias aglomeradas com argilas. Disponível em: http://xa.yimg.com/kq/groups/27930521/512028969/name/06+Trinomio.pdf. Acesso em: 25 de maio de 2011.(3) SOARES, J.M.D., SENGER, V., QUINTANA, L.M.H., PINHEIRO, R.J.B., GONÇALVES, M.M. Adição de resíduo de areia de fundição em massa cerâmica. 51° Congresso Brasileiro de Cerâmica, 2007.(4) PEIXOTO, F. Regeneração térmica de areia ligada quimicamente. Joinville, Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e Processos Avançados, Universidade do Estado de Santa Catarina, 2011, 135p. Dissertação de mestrado, 2011.(5) RIBEIRO, M. J., FERREIRA, A. A. L., LABRINCHA J.A. Aspectos Fundamentais Sobre a Extrusão de Massas de Cerâmicas Vermelhas. Cerâmica Industrial, V.8, p. 37-42, 2003.(6) SOARES, R. A. L., CASTRO, R. J. S., NASCIMENTO, R. M., MARTINELLI ,A.E. Influência do Teor de Calcário no Comportamento Físico, Mecânico e Microestrutural De Cerâmicas. Cerâmica Industrial, V.15, p.38-42, 2012.(7) SOUZA, S. P. Ciência e Tecnologia de Argilas, 2ª edição, Vol. 1, Editora Edgard Blücher Ltda, São Paulo, Brasil, 1989.

CONCLUSÕES

AGRADECIMENTOS

REFERÊNCIAS


INVESTIGAÇÃO FOTO TÉRMICA DE ARGILA VERMELHA: MEDIDAS DE PROPRIEDADES TÉRMICAS E ESTRUTURAISL. Mota, R. Toledo, R. P. Bastos Filho, H. Vargas, R. T. Faria Jr.Laboratório de Ciências Físicas - LCFIS, Centro de Ciência e Tecnologia - CCT, Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro - UENF

A técnica da célula fotoacústica aberta é uma metodologia foto térmica conhecida, baseada no monitoramento do aumento e da diminuição da temperatura das amostras foram realizadas para obter as propriedades termofísicas, difusividade térmica α e capacidade térmica específica ƥC, respectivamente, para carac-terizar cerâmicas vermelhas em função da temperatura de queima. Posteriormente, através de uma relação matemática simples, a condutividade térmica ƙ foi avaliada. Valores compreendidos entre 0,0013 cm2/s a 0,0036 cm2/s e 1,05 a 1,51 J/cm3K foram obtidos para a difusividade térmica e capacidade térmica específica, respectivamente. Fases cristalinas foram identificadas por difração de raios X, mostrando que a caulinita é a fase predominante. Além disso, a relação entre pro-priedades térmicas e difrato grama foi apresentada e comprovada.

Observa-se um crescente interesse dos pes-quisadores no tocante ao desenvolvimento de novos materiais cerâmicos para aplicações em diversas áreas do conhecimento científico e tecnológico[1-5]. Pode-se notar que já ocorre um direcionamento para o estudo de propriedades térmicas desses novos materiais (difusividade, capacidade específica, condutividade), bem como pesquisas que envolvam a estrutura e mudanças de fase dos mesmos, quando são submetidos a algum tipo de tratamento. Essas pesquisas vêm se destacando como fatores de qualidade, uma vez que cumprem um papel importante à durabilidade, por exemplo, deter-minando, assim, o tempo de vida útil do produto final[6, 7].O município de Campos dos Goytacazes cons-titui o maior e um dos mais importantes polos cerâmicos do estado do Rio de Janeiro. Argilas sedimentares constituem um elevado poten-

cial econômico no município, onde este tipo de solo é abundante e usado em aplicações industriais como produção de cerâmica, prin-cipalmente tijolos e telhas[8]. Geograficamente, o município de Campos fica localizado em uma região de clima tropical. Como consequência, as construções civis estão frequentemente submetidas a uma constante radiação solar e, portanto, propriedades térmicas do material, empregado para este fim, exercem função importante com relação ao clima interno das residências. A argila é submetida a elevadas temperaturas para atingir a qualidade desejável[9, 10]. Com re-lação ao processo de produção, foram investi-gadas as propriedades térmicas e transições de fase que ocorreram na estrutura do mate-rial, cuja aplicação final destina-se à indústria de construção civil. É necessário avaliar estes parâmetros uma vez que, além de serem pro-

priedades singulares para cada material, são extremamente sensíveis a variáveis composi-cionais e microestruturais, bem como às con-dições de processamento[11]. Neste trabalho, uma configuração baseada no processo de transmissão de calor, denominada célula fotoacústica aberta (OPC), foi emprega-da para a geração e detecção de ondas térmi-cas[12]. Esta metodologia tem sido amplamente utilizada nos últimos anos como uma poderosa ferramenta no estudo e determinação de pro-priedades térmicas para uma ampla varieda-de de materiais[13-16]. Ela consiste em utilizar a câmara de ar de um microfone de eletreto comercial como meio transdutor de uma célula fotoacústica convencional. O princípio básico desta técnica reside na conversão de radiação periodicamente modulada em energia térmica, através de processos de relaxação não radia-tivos[12].

RESUMO

INTRODUÇÃO

Q U E I M A


A matéria prima utilizada para a confecção dos corpos de prova consiste de uma argila vermelha, coletada de uma camada situada entre 1,2 m e 2,7 m abaixo da superfície de uma jazida localizada no município de Campos dos Goytacazes, na região Norte Fluminense. O material em sua forma natural foi levado a uma estufa por 24 h sob 110 °C com o propósito de eliminar a umidade higroscópica (água adsorvida). Após este tratamento, o material foi destorroado com pilão manual e peneirado através de uma peneira de abertura nominal 75 μm (mesh 200 ABNT). Este procedimento foi realizado com o objetivo de suprimir a presença de areia e outros particulados com diâmetros maiores, favorecendo a presença da fração argila e proporcionando uma maior homogeneidade no tamanho dos grãos.

As amostras, que consistem de discos (pastilhas) com 10 mm de diâmetro e espessuras compreendidas entre 270 μm e 420 μm aproximadamente, foram preparadas com o auxílio de uma prensa (Shimadzu). Elas tiveram suas massas medidas, padronizadas em torno de 90 mg e submetidas a uma pressão de 9 ton por 10 min. Este procedimento foi feito para garantir uniformidade nas dimensões das amostras. Após isto, as pastilhas passaram por um tratamento térmico em temperaturas variando entre 300 °C e 1100 °C.

O arranjo experimental utilizado para as medidas de difusividade térmica é ilustrado na Figura 1. A fonte de excitação adotada foi um laser de He-Ne (Unilaser 0.25), dotado de uma linha de emissão em torno de 632,8 nm. Antes de atingir a superfície da amostra, a radiação passa por um modulador mecânico “chopper” (EG & G Instr. 651), responsável por modular a radiação incidente.

Como resultado do aquecimento da amostra pela absorção da luz modulada, a pressão dentro da célula oscila com a mesma frequência de oscilação do modulador mecânico e assim pode ser detectada pelo microfone de eletreto. O sinal fotoacústico resultante deste processo é alimentado por um pré--amplificador (FET) e em seguida conduzido diretamente para um amplificador lock-in (Perkin Elmer Instr. 5210), onde é possível obter tanto a fase quanto a amplitude do sinal fotoacústico[17], cujos valores foram armazenados em um microcomputador.De acordo com o modelo, considerando a difusão térmica como mecanismo predominante para a geração do sinal fotoacústico[18], a equação que governa a flutuação de pressão na câmara de ar é[17, 19, 20]:

Matéria prima

Preparação das amostras

Medidas de difusividade térmica

MATERIAL E MÉTODOS

Figura 1: Arranjo experimental para as medidas de difusividade térmica.


onde γé a razão entre os calores específicos, P0 a pressão ambiente, T0 a temperatura ambiente, I0 a intensidade de luz absorvida, ƒ a frequência de modulação, e li, ki, αi são o comprimento, a condutividade térmica e a difusividade térmica do meio i, respectivamente. Aqui, o subscrito i representa a amostra (s) e o gás (g), e σi = (1 + j) ai, ai = (πf / αi)1/2 designa o coeficiente complexo de difusão térmica do meio i. Assume-se na equação A que as amostras sejam opticamente opacas (lβ << ls). Para amostras termicamente finas ( μs > ls; ƒ < ƒc), a equação A é escrita como[17, 19, 20]:

Neste caso, a amplitude do sinal fotoacústico decresce proporcionalmente a ƒ-1,5. Por outro lado, em regiões de freqüência acima da freqüência caracte-rística ƒc, a amostra é denominada como termicamente grossa e a equação correspondente a esta situação é[17, 19, 20]:

A amplitude do sinal fotoacústico para uma amostra termicamente grossa decresce exponencialmente com a frequência de modulação, ou seja, SPA α (1/f) exp (-b√ f ), sendo b = ls √ π/αs. Neste caso, as é obtido a partir do ajuste dos resultados experimentais do coeficiente (b) no argumento da exponencial (- b √f ). Com o objetivo de certificar e garantir o regime termicamente grosso, valores de difusividade térmica foram utilizados[21]. A frequência de corte encontrada para a cerâmica vermelha foi em torno de 5,87 Hz, ou seja, como todas as medidas realizadas neste trabalho estão compreendidas entre 20 e 50 Hz, o regime foi garantido.Quando os valores de difusividade térmica são obtidos a partir da amplitude do sinal fotoacústico, é necessário prestar atenção na resposta de frequência não linear em relação às vibrações acústicas. Praticamente, todos os microfones apresentam esta irregularidade. Por este motivo, uma medida de cali-bração foi realizada. A Figura 2 mostra a dependência do sinal fotoacústico com a frequência de modulação para uma amostra de alumínio[22, 23].Para a região de frequências trabalhadas, o sinal exibiu uma dependência próxima de ƒ-1,5. Este é o comportamento típico que se espera de acordo com o modelo de difusão térmica para uma amostra termicamente fina. De fato, para uma amostra de alumínio com 25 μm de espessura e uma difusividade tér-mica [24] de 93,28.10-6 m/s2 a frequência característica ƒc para a transição entre os regimes termicamente fino e grosso é aproximadamente 47,5 kHz.

Figura 2: Dependência do sinal fotoacústico com a freqüência de modulação para uma amostra de alumínio com 25 μm de espessura.


Medidas de capacidade térmica específica

Na década de 1990, com base na ref.[25], como forma de complementar suas medidas fotoacústicas de propriedades térmicas em sólidos, foram desenvol-vidas uma metodologia foto térmica de iluminação contínua da amostra em vácuo para medir o calor específico[26]. Esta variante do método de relaxação da temperatura, primeiramente proposto por Bachman[27], foi usada para a caracterização de diversos materiais tais como semicondutores[28], madeira[29], zeólitas[30], polímeros[31], entre outros. A Figura 3 apresenta a montagem experimental empregada que nos permite avaliar este parâmetro.

onde I0 é a intensidade da luz incidente e Ƭ= ls ƥ c / (2H), a constante de tempo, H = 4σT03, coeficiente de transferência de calor, sendo σa constante de Stefan-Boltzmann e T0, a temperatura ambiente. O parâmetro Ƭé determinado ajustando as equações D ou E aos resultados experimentais obtidos e compatíveis com o regime de temperatura respectivo.

A amostra é pintada com uma fina camada de tinta preta com espessura desprezível, para garantir uma boa absorção superficial, bem como fazer com que a emissividade se aproxime da unidade (εm = 1). Em seguida, a amostra é colocada suspensa adiabaticamente dentro de um frasco dewar onde é feito vácuo. Sob tais condições o principal mecanismo de troca de calor é o de radiação. O frasco tem uma entrada

óptica que possibilita o aquecimento da amostra por meio de um laser de He-Ne. Um termopar, acoplado no lado oposto ao iluminado, permite o monitoramento da temperatura da amostra ao longo do tempo. Os valores da temperatura em função do tempo são então monitorados e armazenados em um microcomputador. Cuidado deve ser exercido para prevenir que o feixe de luz que aquece a amostra não incida também no

termopar. Esta condição é garantida, fazendo a radiação incidir no centro da amostra. Sendo as espessuras das amostras tipicamente da ordem de micrometros, muito menores que seus diâ-metros (10 mm), a equação unidimensional de difusão de calor com perda por radiação pôde ser aplicada nesse estudo[26]. O aumento e a diminuição da temperatura são dados conforme as seguintes expressões:

Figura 3: Arranjo experimental para as medidas de capacidade térmica específica.


Medidas de condutividade

Medidas de difração de raios X


Nenhum método foto térmico pode fornecer a condutividade térmica k de uma amostra diretamente, uma vez que este parâmetro está sempre acoplado com a capacidade térmica. A condutividade térmica depende do calor específico, que é afetado pelas variáveis composicionais e microestruturais do material (impurezas, contorno de grãos), que modificam a velocidade e o livre caminho médio dos portadores[24]. Assim, a partir da determinação da difusi-vidade térmica ƙ e da capacidade térmica específica ƥ c, pode-se então determinar a condutividade térmica k do material por meio da seguinte equação:

k = αƥ c (F)

ou seja, através de metodologias relativamente de baixo custo, pode-se identificar de forma precisa três importantes propriedades de um determinado material.

A análise estrutural foi obtida com o auxílio de um difratômetro convencional de raios X, com geometria Bragg-Brentano (Seifert URD 65), com radiação Cukα (1,54056 Å), com monocromador de grafite no feixe secundário, operando a 30 kV/40 mA. As amostras, que foram preparadas em forma de discos compactados e tratadas termicamente, foram trituradas, pulverizadas, homogeneizadas por peneiramento e depositadas em lâmina de vidro com pequena cavidade circular, para cada temperatura investigada. Todas as medidas foram feitas sob as mesmas condições experimentais, ou seja, ângulo de varre-dura 3° ≤ 2θ ≤ 75° e passo 0,03°/2s em temperatura ambiente.

A fase cristalina predominante na estrutura do material antes do tratamento térmico foi a caulinita, associada à presença de quartzo, anatásio e gibsita, além de minerais micáceos (mica e/ou ilita). Picos de caulinita bastante pronunciados são vistos nos difratogramas (Figura 4) até temperaturas em torno de 400 °C. Considerou-se este argilomineral como sendo o principal responsável pelos valores de difusividade térmica encontrados neste intervalo de temperatura, como resultado de um solo quaternário bem cristalizado[32]. Em trabalho anterior[21] foi mostrado que a argila encontrada no município de Campos, RJ, apresenta elevada cristalinidade neste intervalo de temperatura; sabe-se ainda que materiais com estruturas cristalinas mais bem organiza-das favorecem o transporte de energia térmica através de seu arcabouço[33], corroborando os resultados de difusividade térmica.

Entre 450 °C e 550 °C foi observada a desidroxilação da caulinita, originando a formação de uma fase amorfa denominada metacaulinita devido à perda de hidroxilas, em forma de vapor de água[34, 35]. Os radicais hidroxila, que estão pre-sentes na estrutura da caulinita coordenados em torno de seus íons alumínio, transformam-se em água e são expelidos do cristal com elevada absorção de energia e perda de massa[36]. A reação da equação G mostra a formação da meta-caulinita a partir da caulinita, cabendo ressaltar que não se trata de uma reação de equilíbrio, não sendo, portanto, reversível.

Acredita-se ser essa fase metaestável a responsável pelo menor valor alcançado para a difusividade térmica (Figura 5), e mesmo porque já é conhecido que as fases amorfas apresentam menores difusividades do que em fases com caráter mais cristalino[33]. Entre 600 °C e 700 °C o difrato grama revelou picos bem definidos de quartzo e mica e alguns traços de anatásio. Vê-se ainda que a forte presença de caulinita já não se fez evidente. Ocorre também que nestas temperaturas o material já sofreu um processo de redução de impurezas, caracterizado pela combustão de matéria orgânica entre 300 °C e 500 °C[37]. Com relação ao comportamento da difusividade térmica, observou-se um pequeno aumento em seus valores nestas temperaturas. Sugere-se assim, que este fato está associado ao menor grau de impurezas contidas no material cerâmico, favorecen-do a uma pequena melhora na distribuição dos poros. Como exemplo, apresenta-se na Figura 6 o ajuste dos resultados experimentais (símbolos abertos) de acordo com a equação 3 (linha sólida) para as amostras tratadas termicamente em 600 °C, 700 °C e 800 °C.

Figura 4: Difratogramas de raios X da amostra natural (110 °C) e das amostras queimadas em diferentes temperaturas.


A presença de traços de hematita já em 800 °C pode estar associada à evolução de alguma quantidade de ilita presente na matéria prima, além da possibilidade de ser decorrente da presença de goetita na matéria--prima, não detectada por difração de raios X, por comportar-se como material de fraca cristalinidade. Não há evidências de que a hematita origine-se pro-priamente da ilita, porém surge de um óxido de ferro[38] tal como a goetita ou limonita, que por sua vez, estão diretamente conectados com a ilita. O difrato grama revelou ainda uma quantidade de mica remanescente. Essa fase associada com o aumento de temperatura favorece a um leve aparecimento de fase vítrea[38], porém mantendo até essa temperatura certo grau de organização estrutural. Atribui-se a essa fase vítrea combinada ao arranjo estrutural o mérito pelo aumen-to observado no perfil da difusividade térmica.Com a quebra de estrutura e perda de cristalinidade devido à fase fundente iniciada a partir de 800 °C ocorre em 900 °C uma desorganização estrutural que é acompanhada por uma queda acentuada em α, evidenciando que tal propriedade é também sensível a essa transição. Entre 900 °C e 1000 °C a difusividade experimentou um aumento significativo. Muitos auto-res já discutiram a respeito da possível formação de uma fase de transição denominada espinélio[32, 34, 35, 39,

40], seguida por um processo de rearranjo entre os áto-mos de silício-alumínio e uma conseqüente recristali-zação. Também se tem nessas temperaturas o início de formação de fase líquida, favorecendo o transporte de calor através do material cerâmico. A reação mostra-da na equação H ilustra que a partir da metacaulinta (2Al2Si2O7 + 4 H2O) ocorre a formação da fase espinélio (Al4Si3O12 + SiO2),

Entre 1000 °C e 1100 °C foi notada a formação de novas fases com o processo cerâmico. Essas fases foram mulita, cristobalita, além da hema-tita melhor definida, como observadas no difratograma. Ressalta-se que em 1050 °C o máximo valor para a difusividade térmica foi atingido. Sugere-se que esse resultado está intimamente relacionado com a fase vítrea mais proeminente formada entre 1040 °C e 1080 °C, propiciando a sinterização das amostras e coerente com o aumento da cristalinidade vista nos difratogramas (Figura 4). Em 1100 °C, a difusividade térmica apresentou um decréscimo. Tal comportamento pode ser caracterizado pela reação da equação I:

Nessa temperatura, a formação da mulita 2/3(3Al2O3 2Si2) e cristobalita [5/3 SiO2] têm início a partir da fase espinélio (Al4Si3O12) como reportado em trabalho anterior[41]. A principal hipótese é que houve uma redução de fase líquida e também dos poros, e o consequente crescimento de grãos, caracterizados pelo surgimento das fases cristalinas mais bem definidas mulita, cristobalita e hematita, além do quartzo remanescente.

Figura 5: Valores da difusividade térmica em função da temperatura de queima.

Figura 6: Ajuste dos resultados experimentais (símbolos abertos) de acordo com a equação 3 (linha sólida) para as amostras de 600 °C, 700 °C e 800 °C.


A capacidade térmica específica ƥc ilustra o quanto uma amostra de um determinado material consegue armazenar de energia térmica, sem sofrer alteração em sua temperatura. Os resultados obtidos para esta propriedade estão mostrados na Figura 7. Vale ressaltar que os valores estão oscilando em torno da unidade. De fato, em se tratando de uma mesma matéria-prima, essa propriedade apresenta valores bastante pró-ximos, independente se a estrutura está cristalina ou amorfa[42]. Com isto, pode-se inferir que, sendo a outra característica térmica, ou seja, a condutividade obtida indiretamente a partir da equação F, o seu perfil será semelhante ao perfil de α. A Figura 8 ilustra o ajuste dos resultados experimentais (símbolos abertos) de acordo com as equações D e E (linhas sólidas) para a amostra queimada em 400 °C.

A Figura 9 mostra a evolução do comportamento de k. Talvez seja esta a ca-racterística de maior interesse prático e a mais difundida. Esta propriedade está associada com o fenômeno de transporte de calor[43] a partir de regiões de alta temperatura para regiões de baixa temperatura em um determi-nado meio. Normalmente, este transporte em cerâmica vermelha é devido aos fônons (vibração da rede cristalina), pelo fato deste material carecer de elétrons livres. Assim sendo, são esperados valores, comparativamente muito baixos, de condutividade térmica para a cerâmica vermelha (em torno de 10-3 W/cmK)[44].Mesmo sendo uma medida indireta, os resultados obtidos mostram bastante concordância com aqueles publicados anteriormente[44]. Isso implica que os resultados alcançados para a difusividade térmica e capacidade térmica es-pecífica mostraram confiabilidade e que a célula fotoacústica aberta (OPC) é uma metodologia adequada também para o estudo de materiais cerâmicos.

Foi investigada a evolução do comportamento de algumas propriedades térmicas (principalmente a difusividade térmica) e também mudanças estruturais que ocorrem no material cerâmico durante o processo de queima, podendo contribuir com alguns aspectos considerados relevantes para se produzir um produto com relativa qualidade. Foi identificado que o principal argilomineral presente na matéria-prima foi a caulinita, que com uma estrutura cristalina organizada (solo quater-nário) favorece a difusão de calor através de seu interior. Em seguida, o material cerâmico experimentou uma quebra estrutural devido à desidroxilação da caulinta e formação de uma fase amorfa. Podemos ver que esta transição foi logo percebida por α, mostrando sua sensibilidade em detectar mudanças de fase. Entre 900 °C e 1000 °C notou-se que a difusividade sofreu um aumento. Este evento está associado à formação de uma fase espinélio, seguida por um processo de recristalização, além do início de formação de fase líquida, favorecendo o transporte de calor através do material cerâmico. Foi ainda observado que em 1050 °C o máximo valor para

CONCLUSÕES

Figura 7: Valores da capacidade térmica específica em função da temperatura de queima.

Figura 9: Valores da condutividade térmica em função da temperatura de queima.

Figura 8: Dados experimentais e linhas teóricas das temperaturas de subida (triân-gulos) e descida (círculos) em função do tempo para a amostra queimada em 1100 °C.


a difusividade térmica foi atingido. Sugere-se que este resultado está intimamente relacionado com a fase vítrea mais proeminente formada entre 1040 °C e 1080 °C, tornando possível a sinterização das amostras, coerente com o aumento da cristalinidade vista no difrato grama. Em 1100 °C a difusividade térmica experimentou um acentuado decréscimo. Sugere-se que houve uma redução de fase líquida e também dos poros e o consequente aparecimento dos grãos cerâmicos caracterizados pelo surgimento das fases cristalinas mais bem definidas mulita, cristobalita e hematita, além do quartzo remanescente. Por fim sugere-se que temperaturas adequadas para se produzir um material cerâmico com relativa qualidade sejam superiores a 900 °C, porém evitando temperaturas em torno de 1050 °C.

À FAPERJ, ao CNPq, e à Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro (UENF).

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AGRADECIMENTOS

REFERÊNCIAS

caracterÍsticas de plasticidade de argilas · características de plasticidade de argilas para uso...

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