UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE

CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

Influência da gipsita no surgimento de eflorescênci a em telhas cerâmicas

CELINA MARGARIDA DE OLIVEIRA LIMA MONTEIRO

Orientador : Prof. Dr. Rubens Maribondo do Nascimento

Co-orientador : Prof. PhD. Antonio Eduardo Martinelli

Dissertação N0 50/PPgCEM

Natal 2009

UNIVERSIDADE FEDERAL DO RIO GRANDE DO NORTE CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E DA TERRA

PROGRAMA DE PÓS GRADUAÇÃO EM CIÊNCIA E ENGENHARIA DE MATERIAIS

CELINA MARGARIDA DE OLIVEIRA LIMA MONTEIRO

INFLUÊNCIA DA GIPSITA NO SURGIMENTO DE EFLORESCÊNCIA EM TELHAS CERÂMICAS

Dissertação N.º 50 PPgCEM

Natal 2009

CELINA MARGARIDA DE OLIVEIRA LIMA MONTEIRO

INFLUÊNCIA DA GIPSITA NO SURGIMENTO DE

EFLORESCÊNCIA EM TELHAS CERÂMICAS

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-

Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais

(PPgCEM) da Universidade Federal do Rio Grande do

Norte (UFRN) como requisito parcial para obtenção do

título de Mestre em Ciências e Engenharia de Materiais.

Área de concentração: Processamento de materiais a

partir do pó

Orientador: Prof. Dr. Rubens Maribondo do Nascimento

Co-orientador: Prof. PhD. Antonio Eduardo Martinelli

Natal Maio 2009

Divisão de Serviços Técnicos

Catalogação da Publicação na Fonte. UFRN / Biblioteca Central Zila Mamede Monteiro, Celina Margarida de Oliveira Lima. Influência da gipsita no surgimento de eflorescência em telhas cerâmicas / Celina Margarida de Oliveira Lima Monteiro. – Natal, RN, 2009. 69 f.

Orientador: Rubens Maribondo do Nascimento. Co-orientador: Antonio Eduardo Martinelli.

Dissertação (Mestrado) – Universidade Federal do Rio Grande do Norte. Centro de Ciências Exatas e da Terra. Programa de Pós-Graduação em Ciência e Engenharia de Materiais.

1. Cerâmica vermelha – Dissertação. 2. Gipsita – Dissertação. 3. Telha

cerâmica – Dissertação. 4. Eflorescência – Dissertação. I. Nascimento, Rubens Maribondo do. II. Martinelli, Antonio Eduardo. III. Universidade Federal do Rio Grande do Norte. IV. Título.

RN/UF/BCZM CDU 666.3(043.3)

À minha família.

AGRADECIMENTOS

Ao SENHOR, pela força divina e restabelecimento de minha saúde. Ao meu esposo HENRIQUE e às nossas filhas CAROLINA, REBECA e ISABELA, pelo apoio e compreensão diante das longas horas de ausência na família. À minha mãe, EURIDES, pelas incansáveis orações. Ao Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial / Departamento Regional do Piauí, na pessoa de EWERTON NEGRI PINHEIRO, por acreditar em meus sonhos e disponibilizar a estrutura do Centro de Tecnologia da Cerâmica Wildson Gonçalves para a conclusão deste trabalho. À equipe coordenadora do Programa de Pós-Graduação do Instituto Federal de Educação, Ciência e Tecnologia / Piauí, em especial, a FRANCISCO DAS CHAGAS SANTANA, pela oportunidade e confiança depositadas. Ao professor RUBENS MARIBONDO DO NASCIMENTO, pela valiosa orientação. À equipe do Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, especialmente, aos professores WILSON ACCHAR, MARTINELLI, UMBELINO, CARLSON e PASKOCIMAS, pelos ensinamentos e a GABRIELA e ISMAEL pelo apoio inconteste. Aos professores JOSÉ CARVALHO CORDEIRO e MILTON MATOS, Universidade Federal do Piauí, pelas profícuas discussões e informações técnicas. A RUI BARBOSA DE SOUSA e RÔMULO MIRANDA, Laboratório de Ensaios Tecnológicos de Argila, pela realização dos ensaios tecnológicos. A MÁRIO PEREIRA, Laboratório de Metrologia do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial / Departamento Regional do Piauí, pela pertinência das discussões técnicas. A MAXYMME MELO, DARLAN SANTOS, ANDRÉA PINHEIRO e ANGÉLICA, Centro de Tecnologias do Gás / Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial / Departamento Regional do Rio Grande do Norte e à professora MARIA DEGMAR R. CARVALHO, Laboratório de Química do Núcleo de Cerâmica da Escola SENAI Mário Amato, pelos demais ensaios realizados e por valiosas informações técnicas. A HELINE MELO, MAURA FRANCO, DYANNA TAVARES e JOTA CARLOS pelo incentivo na conclusão deste trabalho. À Professora Maria das Graças Targino, por suas observações finais e revisão. A Gesso Trevo Ltda., pela concessão da amostra de gipsita. Ao Sindicato da Indústria da Construção Civil de Teresina e ao Sindicato da Indústria Cerâmica para Construção do Piauí, respectivamente, nas pessoas de Januário Pinheiro Ramos e José Joaquim Gomes da Costa, pela confiança e apoio depositados.

MUITO OBRIGADA !

É mais fácil encontrar resposta onde começa a dúvida.

Tsai Chih Chung

RESUMO

MONTEIRO, Celina Margarida de Oliveira Lima. Influência da gipsita no surgimento de eflorescência em telhas cerâmicas . 2009. 76 f. Dissertação (Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais) – Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2009.

A indústria de cerâmica vermelha é referência no Estado do Piauí. Constitui o maior

pólo produtor localizado na capital, Teresina, com produção média mensal de 18

milhões de peças, principalmente, de telhas cerâmicas. Uma das principais

patologias observadas nesse tipo de produto é o surgimento de eflorescências. Este

trabalho visa estudar a influência da gipsita no surgimento de eflorescências em

telhas cerâmicas não esmaltadas, utilizando padrões de produção da indústria local.

As matérias-primas foram caracterizadas por fluorescência de raios-X, análise

mineralógica por difração de raios-X, ensaios térmicos e determinação de sais

solúveis em sulfatos. Foram confeccionados corpos-de-prova por extrusão,

adicionando-se percentuais de 1%, 3% e 5% de gipsita à massa cerâmica,

queimados a 850oC, 950oC e 1050oC. Após sinterização, os corpos-de-prova foram

submetidos a ensaios tecnológicos e caracterização microestrutural. Para acelerar o

envelhecimento, os corpos-de-prova foram submetidos a sucessivos banhos de

imersão em água e posterior secagem. As amostras com adição de 1% e 3% de

gipsita não apresentaram eflorescência após queima. As amostras com adição de

1% e 3% de gipsita conduzem a resultados tecnológicos satisfatórios após queima a

950oC, porém a gipsita não reagente aflora à superfície dos corpos-de-prova logo

após a primeira imersão em água.Os corpos-de-prova com 5% de gipsita

apresentaram eflorescência de secagem que se consolidou após queima. Os

resultados demonstram que o sulfato de cálcio, oriundo da gipsita, provoca o

surgimento de eflorescência.

Palavras-chave : Cerâmica vermelha, gipsita, telha cerâmica, eflorescência.

ABSTRACT

MONTEIRO, Celina Margarida de Oliveira Lima. Influência da gipsita no surgimento de eflorescência em telhas cerâmicas . 2009. 76 f. Dissertação (Mestrado em Ciências e Engenharia de Materiais) – Programa de Pós-Graduação em Ciências e Engenharia de Materiais da Universidade Federal do Rio Grande do Norte, Natal, 2009. The red ceramic industry is recognized as of major importance in Piauí State. The

State capital, Teresina, is the greatest producer of this material ( production about 18

million peaces), which is used mainly for masonry sealing blocks. One of the most

frequent problems in this kind of products is the efflorescence. This work has the

main objective of studying the influence of gypsum addition on non-glazed tiles, by

using the local industry production standards. The raw materials were characterized

by FRX, DRX, TGA, DTA and AD. Extruded test specimens were made with the

addition of 1, 3 and 5% of gypsum in the ceramic paste, burned at 850oC, 950oC and

1050oC and submitted to further technological tests and microestrutural analysis by

the scanning electron microscope. In order to accelerate the aging of bodies of

evidence, they were immersed in successive water baths and posterior drying. The

reference ceramic paste showed tendency to efflorescence formation after drying

and consolidated efflorescence after burning, but no affecting the technological

results.

Key words: Red ceramic, gypsum, ceramic tile, efflorescence.

LISTA DE FIGURAS

p. Figura 1 Mapa do Estado do Piauí................................................................. 18 Figura 2 Detalhes de eflorescência em telhas cerâmicas extrudadas........... 19

Figura 3 Ilustração de argila fluvial (3a) e da formação das rochas (3b)...................................................................................................

21

Figura 4 Locais favoráveis à formação de argilas.......................................... 22 Figura 5 Micrografia óptica da gipsita formação “cocadinha”......................... 25 Figura 6 Estoque de argilas no pátio da fábrica............................................. 26

Figura 7 Estoque de massa cerâmica pré-preparada em galpão coberto de uma indústria de cerâmica vermelha, Piauí.....................................

27

Figura 8 Fluxograma básico do processo produtivo....................................... 28

Figura 9 Esquema de um processo de fabricação com pré-preparação da massa argilosa.................................................................................

29

Figura 10 Visão do forno tipo chama reversível (forno abóbada)..................... 30

Figura 11 Vista lateral (11a) e vista superior (11b) de câmaras, forno Hoffmann..........................................................................................

30

Figura 12 Amostra de produtos fabricados em Teresina, Piauí....................... 31

Figura 13 Telhas simples de sobreposição extrudadas tipo Piauí (1); telhas colonial (2); telhas compostas de encaixe tipo portuguesa (3)........

31

Figura 14 Detalhes de criptorescência em telhas expostas na área litorânea do Piauí............................................................................................

33

Figura 15 Telhas com eflorescência destrutiva (criptorescência), Piauí.................................................................................................

33

Figura 16

Detalhes de criptorescência em tijolos à vista na cidade de Bogotá – Colômbia.......................................................................................

34

Figura 17 Detalhe de eflorescência em telhas cerâmicas na cidade de Bogotá – Colômbia...........................................................................

35

Figura 18

Evaporação de água de massa argilosa úmida: (a) na película líquida superficial; (b) na boca dos poros; (c) no interior dos poros e transporte de vapor de água até a superfície................................

37

Figura 19 Detalhe de eflorescência em tijolo à vista........................................ 38

Figura 20 Fachada de um prédio apresentando eflorescência........................

38

Figura 21 Aplicação de hidrofugante por meio de pulverizador....................... 39 Figura 22 Esquema do procedimento experimental......................................... 40 Figura 23 Telha com eflorescência, Piauí........................................................ 44 Figura 24 Distribuição granulométrica do resíduo retido.................................. 47 Figura 25 Difração de raios-X das argilas A2, A3 e A5................................... 48 Figura 26 Difração de raios-X da gipsita adicionada à massa padrão............. 49

Figura 27 Termogramas (DTA) da massa cerâmica padrão e das formulações .....................................................................................

50

Figura 28 Análise termogravimétrica da massa cerâmica padrão e das formulações......................................................................................

51

Figura 29 Curvas dilatométricas da massa cerâmica padrão e das formulações......................................................................................

52

Figura 30

Corpos-de-prova queimados a 950°C.................. ............................

53

Figura 31 Retração linear após secagem da massa cerâmica padrão e das formulações......................................................................................

54

Figura 32 Absorção de água e TRF da massa cerâmica padrão e das formulações......................................................................................

55

Figura 33 Massa específica aparente da massa cerâmica padrão e das formulações......................................................................................

57

Figura 34 Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P sinterizada a 9500C.............................................................................................

57

Figura 35 Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P sinterizada a 9500C . Aumento de 600x (a) e 80x (b).........................................

58

Figura 36 Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P1G sinterizada a 9500C..........................................................................

59

Figura 37 Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P5G sinterizada a 9500C. Aumento de 270x (a) e 100x (b).....................

60

Figura 38 Micrografia por MEV da superfície de fratura interna da amostra P5G sinterizada a 9500C. Aumento de 500x (a) e 80x (b)...............

61

Figura 39 Micrografia por MEV da superfície de fratura de uma telha com eflorescência....................................................................................

62

Figura 40

CP sinterizados a 9500C após a primeira imersão em água............

63

Figura 41 CP sinterizados a 9500C após a terceira imersão em água............. 64

Figura 42 Detalhe do CP da amostra P3G sinterizada a 950°C ap ós a quarta imersão em água...................................................................

64

LISTA DE TABELAS

Tabela 1 Ação de diversos sais misturados com argilas sem tendência a formar eflorescências.......................................................................

35

Tabela 2

Análise química por FRX das amostras in natura............................

43

Tabela 3 Análise química por FRX de telha cerâmica.................................... 44 Tabela 4 Determinação de sais solúveis em sulfatos (SO4

2-)......................... 45 Tabela 5 Determinação das impurezas........................................................... 46 Tabela 6

Distribuição granulométrica do resíduo retido.................................

46

Tabela 7

Tensão de ruptura à flexão após secagem das amostras................

55

Tabela 8 Porosidade aparente da massa cerâmica padrão e das formulações......................................................................................

56

Tabela 9 Análise química por EDS do ponto A da amostra P sinterizada a 950°C.............................................. ..................................................

58

Tabela 10 Análise química por EDS do ponto B da amostra P sinterizada a 950°C.............................................. ..................................................

58

Tabela 11 Análise química por EDS do ponto A da amostra P1G sinterizada a 950°C............................................ ................................................

59

Tabela 12 Análise química por EDS do ponto B da amostra P1G sinterizada a 950°C............................................ ...............................................

59

Tabela 13 Análise química por EDS do ponto A da amostra P5G sinterizada a 950°C............................................ ...............................................

60

Tabela 14 Análise química por EDS do ponto C da amostra P5G sinterizada a 950°C............................................ ...............................................

60

Tabela 15 Análise química por EDS do ponto A da amostra P5G sinterizada a 950°C ........................................... ................................................

61

Tabela 16 Análise química por EDS do ponto B da amostra P5G sinterizada a 950°C............................................ ...............................................

61

Tabela 17 Análise química por EDS do ponto A da superfície de uma telha com eflorescência.............................................................................

62

LISTA DE ABREVIATURAS E/OU SIGLAS

AA Absorção de água AD Análise dilatométrica CP Corpo-de-prova e/ou corpos-de-prova DTA Análise térmica diferencial DRX Difração de raios-X EDS Espectrometria por energia dispersiva FRX Fluorescência de raios-X MEA Massa específica aparente MEV Microscopia eletrônica de varredura P Amostra padrão P1G Amostra padrão com adição de 1% de gipsita P3G Amostra padrão com adição de 3% de gipsita

P5G Amostra padrão com adição de 5% de gipsita

PA Porosidade aparente PF Perda de massa ao fogo RL Retração linear TGA Análise termogravimétrica TQ Telha queimada sem eflorescência TQA Telha queimada com eflorescência TRF Tensão de ruptura à flexão µm Micrômetro

SUMÁRIO

p. 1 INTRODUÇÃO............................................................................................ 17 2 MATÉRIAS-PRIMAS................................... ............................................... 21 2.1 Argila............................................. .............................................................. 21

2.2 Gipsita............................................ ............................................................. 23 3 PROCESSO PRODUTIVO.......................................................................... 26 4 EFLORESCÊNCIA: CONCEITOS E MECANISMOS ........... ..................... 33 5 MATERIAIS E MÉTODOS.............................. ............................................ 40 6 RESULTADOS E DISCUSSÃO........................... ....................................... 43

6.1 Caracterização das Argilas..................... .................................................. 43 6.1.1 Análise química.............................. ...........................................................

43

6.1.2 Determinação de Sais Solúveis em Sulfatos.... ...................................... 44

6.1.3 Análise granulométrica....................... ...................................................... 45

6.1.4 Difração de raios-X das Argilas.............. .................................................. 47

6.2 Caracterização da Gipsita...................... ................................................... 48

6.3 Caracterização das Formulações................. ............................................ 49

6.3.1 Ensaios Térmicos............................. ......................................................... 49

6.3.2 Análise macroestrutural dos CP após queima... .................................... 52

6.3.3 Ensaios Tecnológicos......................... ...................................................... 53

6.3.4 Caracterização microestrutural............... ................................................. 57

6.3.5 Análise macroestrutural dos CP após banhos de imersão em água... 63

7 CONCLUSÕES........................................................................................... 65 8 SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS................. ....................... 66 9 REFERÊNCIAS........................................................................................... 67 10 APÊNDICES................................................................................................ 70

APÊNDICE 1: UMIDADE DE EXTRUSÃO.................... ............................. 71

APÊNDICE 2: RETRAÇÃO LINEAR APÓS SECAGEM E QUEIMA. ........

72

APÊNDICE 3: ABSORÇÃO DE ÁGUA....................... ............................... 73 APÊNDICE 4: POROSIDADE APARENTE................... ............................. 74 APÊNDICE 5: MASSA ESPECÍFICA APARENTE............. ........................ 75

APÊNDICE 6: DETERMINAÇÃO DO RESÍDUO............... ......................... 76

17

Capítulo 1

Introdução

A indústria de cerâmica vermelha merece destaque no cenário nacional,

possuindo em torno de 5.500 empresas que faturam, anualmente, R$ 6 bilhões, o

que representa 4,8% da indústria da construção civil, a qual, por sua vez, segundo

dados da Associação Nacional de Cerâmica (ANICER, 2009), corresponde a 7,3%

do Produto Interno Bruto (PIB) nacional. Do total das indústrias de cerâmica

vermelha, cerca de 36% fabricam telhas cerâmicas.

Nesse cenário, o Nordeste participa com, aproximadamente, 15% dos

fabricantes de telhas cerâmicas. No caso particular do Piauí (PI), o setor de

cerâmica vermelha é referência. O Estado está situado na parte oeste do Nordeste

(NE) brasileiro, com uma área de 252.358 km2, que representa 2,95% do total do

território nacional. Como bem descrito pelo Departamento Regional do Piauí do

Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial (SENAI-DR / PI, 2004), o Piauí é dotado

de significativo potencial de material argiloso adequado para exploração industrial

face à conjunção de uma série de fatores: Apresentar cerca de 83% de sua

extensão territorial constituída por terrenos sedimentares; possuir 100% de sua área

na bacia hidrográfica do rio Parnaíba, onde estão mais quatro rios perenes e dois

semiperenes, totalizando mais de 5.000 quilômetros de leitos; abrigar 68 lagoas

perenes e dezenas de outras temporárias e possuir relevo suave e ondulado em

mais de 50% de sua área geográfica, com ocorrência de baixões, onde prevalecem

solos argilosos.

Seu maior pólo produtor está na capital Teresina, com produção média

mensal de 18 milhões de peças, principalmente, de telhas cerâmicas. Teresina está

no Meio Norte do Estado e faz divisa com o Maranhão, de tal forma que a simples

travessia do Rio Parnaíba, nos conduz ao município maranhense de Timon. (Figura

1). Este também é pólo produtor, com fabricação mensal de mais ou menos 14

milhões de peças, em consonância com informações do Sindicato da Indústria

Cerâmica para Construção do Piauí (SINDICER / PI, 2008). Sob esta ótica, a

presença dos rios Parnaíba e Poty, onde estão grandes jazidas de argila, justifica a

existência dos pólos produtores, tanto em Teresina, como no município circunvizinho

de Timon.

18

Figura 1 – Mapa do Estado do Piauí.

No entanto, ao tempo em que a indústria de cerâmica vermelha, sobretudo de

telhas cerâmicas, constitui referência no PI, sua produção enfrenta a presença de

eflorescências. Mas, essa patologia não consiste problema apenas local.

Encontram-se telhados recentes ou antigos com eflorescência, em ambientes

salinos, frios e / ou quentes, independentemente da localidade. A durabilidade e o

conforto térmico das telhas cerâmicas são indiscutíveis, porém, como esperado, os

consumidores desejam que a cobertura de suas residências nem apresente

patologia nem demande trocas. E quando elas são inevitáveis, no Piauí, vários

fabricantes assumem o custo de trocar a cobertura das casas dos clientes devido à

constatação das telhas apresentando eflorescência, num espaço curto de tempo, ou

seja, menos de seis meses após sua colocação. (Figura 2).

19

Figura 2 – Detalhes de eflorescência em telhas cerâmicas extrudadas.

Outro fato que merece destaque é que algumas jazidas de argilas possuem

contaminação com carbonatos principalmente com calcários e a proximidade

geográfica com o Pólo Gesseiro do Araripe, localizado no sertão pernambucano, que

é um dos maiores depósitos explorável de gipsita do continente americano e do

município de Codó (MA) o qual também é um grande produtor de gesso. Portanto, a

escolha da adição de gipsita decorre da possibilidade desse mineral poder se

cristalizar em filões e também ocorrer como corpos lenticulares ou cristais

disseminados em argilas e folhelhos. (Dana, 1976).

Considerando a importância da produção de telhas cerâmicas para a

economia do Piauí e diante do desafio de minimizar as eflorescências nesses

produtos, objetiva-se estudar a influência da gipsita no surgimento de eflorescência

em telhas cerâmicas não esmaltadas, na região da grande Teresina. E como

objetivos específicos:

1) Analisar química, física e mineralogicamente as argilas utilizadas.

2) Interpretar as propriedades tecnológicas das formulações da massa

cerâmica padrão e com adição de diferentes teores de gipsita.

3) Avaliar a microestrutura dos corpos-de-prova, após queima das

formulações da massa cerâmica.

4) Avaliar a macroestrutura dos corpos-de-prova, antes e após imersão em

água à temperatura ambiente.

20

Em termos estruturais, a dissertação se desdobra em sete capítulos.

A introdução, sendo o primeiro capítulo, são apresentados o tema, as

justificativas para sua seleção e os objetivos.

As informações sobre as matérias-primas (argila e gipsita) são apresentadas

no segundo capítulo.

O terceiro capítulo discute o processo produtivo e os produtos, com destaque

para telhas simples de sobreposição e telhas compostas de encaixe.

O capítulo quatro explora facetas da eflorescência, com ênfase para conceitos

e mecanismos de seu surgimento.

Os procedimentos experimentais adotados são explorados no capítulo cinco.

No sexto capítulo são discutidos os resultados alcançados. As conclusões são

apresentadas no capítulo sete. Ao final, estão as sugestões para trabalhos futuros,

as fontes bibliográficas e eletrônicas empregadas para subsidiar a monografia.

Apêndices complementam as informações contidas no cerne do texto.

21

Capítulo 2

Matérias-Primas

2.1. Argila

Argila é um bem mineral, isto é, natural e renovável em idades geológicas,

que correspondem, portanto, a milhões de anos. Segundo a Associação Brasileira

de Normas Técnicas (ABNT), as argilas possuem granulometria inferior a 2µm

(0,002mm). Como Pérsio de Souza Santos (1989) sintetiza, há diferentes tipos de

argila e usos industriais: indústria de cosméticos, ração animal, perfuração de

poços, materiais refratários, porcelanas, construção civil e outros. Em geral, são

utilizadas na indústria de cerâmica vermelha as argilas consideradas comuns. São

de fácil extração, normalmente, argilas fluviais depositadas em terrenos aluviais

(locais protegidos nas denominadas planícies de inundação durante o período das

enchentes), em geral, chamadas argilas de várzea. (Figura 3).

Figura 3 – Ilustração de argila fluvial (3a) e da formação das rochas (3b)

Fonte : HAMBLEY (1992, apud MENDES, 2007).

As argilas de várzea possuem muitos minerais associados como impurezas,

tais como: quartzo (SiO2), ilmenita (FeOTiO2), hematita (Fe2O3), mica (Exemplo:

muscovita - [KAl3Si3O10(OH)2]2), carbonatos (Exemplo: carbonato de cálcio -

CaCO3) e gipsita (CaSO42H2O). Quimicamente, argila é um silicato hidratado de

alumínio. Como tal, contém impurezas, a exemplo de ferro, cálcio, potássio,

magnésio e outros elementos. A forma mais pura da argila é a caulinita de fórmula

Al2O3.2SiO2.2H2O. Do ponto de vista mineralógico, trata-se de uma rocha

a b

22

sedimentar (Figura 3b), constituída, sobretudo, de argilominerais que são os

minerais característicos das argilas.

Os argilominerais mais facilmente encontrados nas argilas empregadas na

indústria de cerâmica vermelha são caulinita, ilita e montmorilonita. As argilas

essencialmente montmoriloníticas são indesejáveis na fabricação de produtos, tais

como blocos e telhas cerâmicas, por sua difícil “trabalhabilidade”, ou seja, reduz a

produtividade da maquinaria por sua elevada plasticidade e dificulta a secagem das

peças pelo grau de empacotamento das partículas face à reduzida granulometria.

No caso dessas massas argilosas, excessivamente plásticas, ou seja,

predominantemente montmoriloníticas, é imprescindível o emprego de argilas menos

plásticas para conferir à massa cerâmica condições satisfatórias de moldagem,

secagem e queima.

Ainda segundo Santos (1989), as argilas removidas do local original de

formação são denominadas argilas secundárias, transportadas ou sedimentares.

Podem ser categorizadas em argilas marinhas, argilas de estuário, argilas lacustres,

argilas de pântanos e argilas fluviais, advindas de margens de rios ou de várzeas.

(Figura 4).

Figura 4 – Locais favoráveis à formação de argilas

Fonte : HAMBLEY (1992, apud MENDES, 2007).

Por se tratar de um bem mineral, as argilas devem ser usadas de forma racional,

recorrendo à ciência e tecnologia para conhecê-las com mais propriedade e

profundidade, antes de sua extração e de seu uso industrial.

23

2.2. Gipsita

O mineral gipsita é um sulfato de cálcio dihidratado (CaSO4.2H2O). Possui a

composição estequiométrica média de 32,5% de óxido de cálcio (CaO), 46,6% de

trióxido de enxofre (S03 ) e 20,9% de água. Para Betejtin (1977), o gesso (do grego

gypsos), dentre os sulfatos, é um dos mais importantes. É formado por

sedimentação no fundo dos lagos salgados e dos mares que vão secando,

alternando esses depósitos com estratos de sal gema. Massa considerável de gesso

se forma como conseqüência da hidratação da anidrita nos depósitos sedimentares

sob o efeito das águas superficiais num ambiente de baixa pressão exterior,

profundidade entre 100 a 150 m.

Dana (1976) considera o gesso como o mineral mais comum, amplamente

distribuído em rochas sedimentares, muitas vezes, em camadas espessas, e, que

ocorre, freqüentemente, interestratificado com calcários e folhelhos. Com freqüência,

é encontrado como uma camada subjacente a outras de salgema. Isto se explica,

porque o gesso ali se deposita como um dos primeiros minerais a se cristalizar, por

ocasião da evaporação das águas salgadas. Para os dois autores ora referendados,

Betejtin (1977) e Dana (1976), o gesso cristalino é de dureza baixa. Possui três

clivagens perfeitas desiguais, muito solúvel em água, atingindo o máximo entre

37oC e 38oC. A solubilidade mínima ocorre a temperaturas superiores a 107oC, em

virtude da formação do gesso semi-hidratado CaSO41/2 H2O. Atingindo a pressão

atmosférica, o gesso começa a perder água e entre 80oC e 90oC e 120oC e 140oC,

transforma-se totalmente em semi-hidratado, recebendo a denominação gesso de

modelar ou alabastro.

Ainda para Dana (1976), o gesso pode se cristalizar em filões, formando o

espato (qualquer mineral de clivagem muito fácil) acetinado e também pode ocorrer

como corpos lenticulares ou cristais disseminados em argilas e folhelhos. É formado,

com freqüência, por conta da alteração da anidrita. Nessas circunstâncias, pode

mostrar dobramento por causa do aumento do volume. O gesso encontrado em

regiões vulcânicas, especialmente, onde os calcários sofreram a ação dos vapores

de enxofre, é comum como mineral de ganga nos veios metálicos. Além do mais,

está associado com minerais diversos, dentre os quais os mais comuns são a halita,

a anidrita, a dolomita, a calcita, a pirita e o quartzo.

24

A respeito do gesso, Bear (1964) o considera um mineral secundário e, ao

mesmo tempo, um dos sulfatos mais importantes, que se acumula nas partes

subsuperficiais dos solos em áreas desérticas e semidesérticas e, às vezes, em

camadas duras subsuperficiais dos solos, como Fassbender (1984) concorda. Para

o primeiro autor ora citado, também ocorre em certos subsolos, como produto do

intemperismo da pirita.

Reiterando Dana (1976), é indiscutível que o gesso é o sulfato mais comum,

encontrado em depósitos extensos espalhados mundo afora. Nos Estados Unidos

da América (EUA), por exemplo, existem depósitos comerciais em muitos Estados:

Nova Iorque, Michigan, Iowa, Texas, Nevada e Califórnia. No Brasil, conforme

descrição de Munhoz e Renófilo (2006), o NE brasileiro integra, entre outras

riquezas de seu solo, o Pólo Gesseiro do Nordeste do Brasil, um dos maiores

depósitos exploráveis de gipsita do continente americano, abrangendo vários

Estados da Federação, numa área de 24.000 km2. A principal região produtora, o

chamado Pólo Gesseiro do Araripe, está situado no extremo oeste do Estado de

Pernambuco, a mais ou menos 690 km da capital Recife. A reserva mensurada de

gipsita é de 347,7 milhões de toneladas com estimativa de 1,2 bilhões de toneladas.

Em se tratando da aplicação do gesso, na visão de Karni e Karni (1995), a

maior incidência é na indústria da construção civil, onde pode ser utilizado como

alternativa diante de outros materiais, como cal, cimento, alvenaria e madeira, para

revestimento de paredes, placas, blocos, painéis, etc. Também é bastante

empregado em diferentes instâncias, a exemplo de: Confecção de moldes para

indústria cerâmica, metalúrgica e de plásticos; confecção de moldes artísticos,

ortopédicos e dentários; como aglomerado do giz; confecção de portas corta fogo,

por conta de sua resistência ao fogo; vedante de lâmpadas e de engrenagens; na

mineração de carvão e em áreas onde há risco de explosão de gases.

Além desses usos, na construção civil, o emprego do gesso se distribui em

dois grupos básicos: para fundição e para revestimento. O gesso para fundição é

aplicado na fabricação de pré-moldados como peças para decoração, placas para

forro, blocos reforçados (ou não) com fibras e chapas de gesso acartonado (drywall).

No caso de revestimento, é empregado para forrar paredes e tetos de ambientes

internos e secos. Ainda a respeito da matéria-prima gipsita, Munhoz e Renófilo

(2006), ao descreverem o processo de produção do gesso, afirmam que

compreende, basicamente, três etapas. A primeira consiste na extração da matéria-

25

prima (a gipsita), que passa pela moagem ou britagem, onde se recorrem a

britadores de mandíbulas e a moinhos de martelo. Em alguns casos, há um segundo

estágio, em circuito fechado com peneiras vibratórias a seco.

Quando calcinada à temperatura entre 150oC e 350oC, a gipsita se desidrata

parcialmente, originando um sulfato de cálcio hemiidratado, conhecido

comercialmente como o citado e popular gesso (CaSO41/2H2O). A depender da

calcinação da gipsita, obtêm-se as variedades de hemiidratado, conhecidas como

gesso beta e gesso alfa. Nos fornos que proporcionam uma calcinação sob pressão

atmosférica, é produzido gesso beta. Em contraposição, nos fornos do tipo

autoclave, é produzido gesso alfa, aplicado, sobretudo, na área de odontologia.

Como visto, a aplicação do gesso beta é usual na indústria da construção civil, da

cerâmica e da modelagem.

No caso específico do estudo ora apresentado – influência da gipsita no

surgimento de eflorescência em telhas cerâmicas – a gipsita utilizada como aditivo à

massa cerâmica apresenta as características da formação “cocadinha”,

representada na Figura 5, em objeto de estudo de Cunha Filho et al. (2008) sobre o

pólo gesseiro de Araripina, município do sertão pernambucano.

Figura 5 – Micrografia óptica da gipsita formação “cocadinha”

Fonte : CUNHA FILHO et al., 2008.

26

Capítulo 3

Processo Produtivo

As indústrias de cerâmica estrutural ou vermelha localizadas em Teresina

(PI), há mais de uma década, se preocupam com a preparação adequada da massa

cerâmica. Até passado recente, o tempo de sazonamento, a dosagem das argilas e

o descanso da massa pré-preparada antes da linha de produção eram vistos como

custo adicional do processo produtivo e, por conseguinte, menos de 10% dos

fabricantes de telhas cerâmicas o adotavam. Hoje, esses elementos estão na ordem

do dia.

O termo “sazonamento” se refere à exposição das argilas, em geral, ao ar

livre, a fim de se alcançar a plasticidade desejada e eliminar impurezas indesejáveis.

Entre elas: matéria orgânica (por apodrecimento); pirita (por decomposição); sais

solúveis, por lavagem. A este respeito, Edgar Más (2002) concebe o sazonamento

como o processo lento de hidratação, em que a matéria-prima é conduzida de sua

umidade no subsolo até o teor de água de extrusão, como a Figura 6 permite

perceber.

Figura 6 – Estoque de argilas no pátio da fábrica

Do ponto de vista tecnológico, o tempo de maturação das argilas é

inversamente proporcional aos problemas detectados no processo produtivo e à

27

qualidade dos produtos. Segundo Más (2002) e SENAI-DR / PI (2008), seis meses é

o tempo mínimo de sazonamento. No caso de Teresina, a maior parte das empresas

extrai as argilas e deixa de um a dois anos no pátio de suas respectivas fábricas.

Mas não basta extrair e deixar ao ar livre. É preciso reduzir a granulometria,

umedecer e homogeneizar as argilas. No entanto, apenas uma única cerâmica local

mantém moinho de martelo para a preparação da massa argilosa. As demais

recorrem a desintegradores e / ou a destorroadores e laminadores, equipamentos

encontrados em qualquer cerâmica.

Evidentemente, a capacidade produtiva de cada equipamento depende do

porte da empresa. Após a extração das argilas, é preciso dosá-las de acordo com o

produto a ser fabricado. A dosagem é feita por volume, mediante pá carregadeira,

isto é, pá mecânica. Esse método é bastante ineficiente, mas o investimento na

preparação de massa, com dosagem por peso, é elevado, inviabilizando sua adoção

para as cerâmicas nacionais, em termos genéricos. Os ceramistas que dão

importância à preparação adequada da massa cerâmica sabem que não é essencial

trabalhar com as melhores argilas, mas, sim, com massas argilosas o mais

constante possível. A Figura 7 mostra o armazenamento da massa argilosa pré-

preparada em um galpão coberto. O conhecimento prévio das principais

características cerâmicas das matérias-primas e das impurezas presentes nas

argilas, aliado ao investimento no preparo adequado da massa cerâmica é tão

importante quanto a aquisição de um forno de última geração.

Figura 7 – Estoque de massa cerâmica pré-preparada em galpão coberto de uma indústria de

cerâmica vermelha, Piauí.

28

A dosagem, a umidificação e a homogeneização das matérias-primas são

imprescindíveis para o ceramista, cuja meta é “perda zero” e “imperfeições zero”.

Depois da preparação da massa, segue o processo produtivo, conforme indicação

da Figura 8.

Figura 8 – Fluxograma básico do processo produtivo

EXTRAÇÃO

ESTOCAGEM (pátio)

DOSAGEM ( por volume)

DESINTEGRAÇÃO

LAMINAÇÃO

UMIDIFICAÇÃO / HOMOGENEIZAÇÃO

ESTOCAGEM (galpão coberto)

LAMINAÇÃO

EXTRUSÃO / PRENSAGEM

SECAGEM

REBARBAS / REFUGOS

REFUGOS

SINTERIZAÇÃO REJEITOS

CLASSIFICAÇÃO

ESTOCAGEM / EXPEDIÇÃO

29

A Figura 9 exemplifica um processo produtivo com pré-preparo e descanso

intermediário da massa cerâmica, apresentando a maquinaria utilizada.

Figura 9 – Esquema de um processo de fabricação com pré-preparação da massa argilosa.

A secagem das peças se dá em secadores estáticos, semicontínuos ou

contínuos. O ciclo de secagem varia de 18 a 24 horas. Com relação à queima, no

Estado do Piauí, os fornos mais usuais são os de sistema intermitente (operam por

batelada), tipo chama reversível, circulares, com quatro a seis fornalhas perimetrais,

conhecidos por forno abóbada. (Figura 10).

30

Figura 10 – Visão do forno tipo chama reversível (forno abóbada).

Porém, em se tratando das cerâmicas de Teresina, cuja produção mensal

está acima de cinco mil toneladas de material queimado, elas lançam mão de fornos

contínuos, de fogo móvel, tipo Hoffmann de câmaras, representados na Figura 11.

Com relação ao carregamento (enforna) e descarregamento (desenforna) esse tipo

de forno também é intermitente.

Figura 11 – Vista lateral (11a) e vista superior de câmaras (11b), forno Hoffmann

O combustível utilizado na queima é a lenha oriunda de manejo florestal. As

empresas com secadores artificiais e que necessitam de geração de calor além do

aproveitado da zona de resfriamento dos fornos, também consomem biomassa nas

fornalhas. O Piauí não dispõe de cerâmicas que utilizam combustíveis fósseis.

b a

31

No Piauí, os produtos fabricados, com maior incidência, são: blocos

cerâmicos (tijolos) para alvenaria de vedação (1) e para alvenaria estrutural (2),

bloco cerâmico para laje mista (H7 ou lajota) (3), casquilho (4), conforme Figura 12 e

telhas cerâmicas simples de sobreposição e composta de encaixe. (Figura 13).

Figura 12 – Amostra de produtos fabricados em Teresina, Piauí.

Figura 13 – Telhas simples de sobreposição extrudadas tipo Piauí (1); telhas colonial (2); telhas

compostas de encaixe tipo portuguesa (3)

Telhas simples de sobreposição

Quanto às telhas simples de sobreposição, são elas formadas pelos

componentes capa e canal independentes. A concavidade ou convexidade

determina a utilização como canal ou como capa, respectivamente. O canal deve

apresentar pinos e furos, ou pinos e furos de amarração para fixação na estrutura de

apoio e a capa está dispensada de apresentar furos ou pinos, segundo a Norma

Brasileira (NBR) 15310 (ABNT, 2009).

1 2

3

2

1

4

3

32

Telhas compostas de encaixe

Ainda em conformidade com a NBR 15310, as telhas compostas de encaixe

são planas. Possuem geometria formada por capa e canal no mesmo componente,

para permitir o encaixe entre si, além de contarem com pinos ou pinos e furos de

amarração visando à fixação na estrutura de apoio

Blocos cerâmicos de vedação

Os blocos cerâmicos de vedação consistem em componente da alvenaria de

vedação com furos prismáticos perpendiculares às faces que os contêm, segundo

definição da NBR 15270-1, da ABNT (2005a).

Blocos cerâmicos estruturais

Os blocos cerâmicos estruturais, por seu turno, são componentes da

alvenaria estrutural. Detêm furos prismáticos perpendiculares às faces que os

contêm, mas, neste caso, os blocos cerâmicos estruturais são produzidos para que

sejam assentados com furos na vertical, como descrito na NBR 15270-2

(ABNT, 2005b).

33

Capítulo 4

Eflorescência: Conceitos e Mecanismos

Há distintas conceituações para eflorescência. Por exemplo: depósito cristalino

de sais solúveis sobre a superfície de telhas, resultante de migração de água desde

o interior e sua evaporação na superfície, como a NBR 15310 explicita (ABNT,

2009). Para Verduch e Solana (2000), trata-se de pó branco, produto da lixiviação

desde o interior em direção à superfície de um produto cerâmico. Dentre outros

autores, Camerman (1948) designa as cristalizações internas, produzidas no interior

da alvenaria, de criptorescências ou eflorescência destrutiva, provocando

desagregações mais ou menos pronunciadas, tais como as eflorescências

destrutivas apresentadas nas Figuras 14, 15 e 16.

Figura 14 – Detalhes de criptorescência em telhas expostas na área litorânea do Piauí

Fonte: FORTES, MONTEIRO e OLIVEIRA, 1995.

Figura 15 – Telhas com eflorescência destrutiva (criptorescência), Piauí

Fonte: FORTES, MONTEIRO e OLIVEIRA, 1995.

34

Figura 16 – Detalhes de criptorescência em tijolos à vista na cidade de Bogotá - Colômbia

Fonte : Asociación Nacional de Fabricantes de Ladrillo y Derivados de la Arcilla -ANFALIT, 2007.

Ainda nos anos 30 do século passado, Brady e Coleman (1931-1932), além

de Cooling (1930), já estudam as eflorescências. Mesmo assim, o tema continua

inquietando pesquisadores e fabricantes de produtos cerâmicos. Nos anos 50,

significativo número de trabalhos sobre o comportamento da eflorescência é editado,

em especial, por parte de alemães, franceses e espanhóis. Os materiais cerâmicos

mais estudados são os blocos cerâmicos (tijolos). Transcorridos mais de 50 anos da

publicação do primeiro artigo sobre a formação de eflorescência e cristalização nas

alvenarias, a dificuldade de neutralizar esse fenômeno ainda persiste, exatamente

por conta da complexidade do mecanismo de seu surgimento.

Há muitas pesquisas acerca dos sais eflorescentes mais prejudiciais às

alvenarias, inclusive, em outros materiais utilizados na construção civil, como brita e

areia. (MENEZES et al., 2006). No entanto, o percentual de sais solúveis nas

matérias-primas ou introduzidos de diferentes formas e que fazem surgir

eflorescências e a conseqüente “desordem” na massa cerâmica ainda não estão

totalmente esclarecidos. Em geral, como descrito por Camerman (1948), os sais são

pouco nocivos, mas muito aparentes e desfiguram a alvenaria.

À primeira vista, é simples entender o mecanismo de surgimento das

eflorescências. Na prática, é bastante complexo. Os sulfatos de cálcio e de

magnésio são os sais mais apontados por vários estudiosos (Camerman, Barzaghi,

Brownell e Cooling) como causadores de eflorescência, fato decorrente da

solubilidade desses sais, conforme Tabela 1.

35

Tabela 1 – Ação de diversos sais misturados com argilas com/sem tendência a formar eflorescências

Sal Solubilidade g/100ml água fria

Temperatura de fusão (f) ou de decomposição (d)/ 0C

Formação de Eflorescências

MgCO3 0.0106 350 (d) Não CaCO3 0.0014 825 (d) Não BaCO3 0.0022 1450 (d) Não Na2CO3 7.1 851 (f) Não MgCl2 35.3 147 (f) Não CaCl2 59.5 772 (f) Não SrCl2 43.5 873 (f) Não BaCl2 31 962 (f) Abundante ZnCl2 432 262 (f) Não MgSO4 .7H2O 71 1185 (f) Abundante CaSO4 . 2H2O 0.241 1450 (f) Rápida SrSO4 0.0113 1580 (d) Não BaSO4 0.00023 1580 (f) Não ZnSO4 86.5 740 (d) Sim CdSO4 75.5 1000 (f) Sim Na2SO4 4.76 884 (f) Não Cd(NO3)2 . 4H2O 109.7 100 (f) Não

Fonte : BROWNELL (1955, apud VERDUCH; SOLANA, 2000).

Verduch e Solana recorrem a dados de solubilidade e ponto de fusão expostos

por W. E. Brownell, ainda em 1955, no conceituado Handbook of chemistry &

physics, que já se encontra na 89a edição (anos 2008 a 2009), e, agora, sob a

responsabilidade do editor-chefe David R. Lide e da editora Taylor and Francis

Group

É possível outros sais causarem o surgimento do fenômeno, como os sais de

vanádio, conforme ilustrado na Figura 17. Nesse caso, normalmente, a tonalidade da

eflorescência é amarelada, podendo escurecer para verde ou preta (ANFALIT, 2007).

Figura 17 – Detalhe de eflorescência em telhas cerâmicas na cidade de Bogotá – Colômbia

Fonte : Asociación Nacional de Fabricantes de Ladrillo y Derivados de la Arcilla -ANFALIT, 2007.

36

Os sais de cálcio e de magnésio são mais indesejáveis pela facilidade com que

se transformam em eflorescências permanentes de forno. Os sulfatos alcalinos

terrosos, que constituem as eflorescências habituais de secador, já existem na

massa argilosa ou se formam no secador face à reação com gases sulfurosos

Williams e Ford (1982) comprovam que a presença de apenas 5 ppm de SO2

na atmosfera de secagem produz acentuado aumento da quantidade de

eflorescência formada e as argilas com maior conteúdo de calcários são mais

sensíveis à presença de gases sulforosos na atmosfera de secagem. As

eflorescências podem surgir na secagem ou após a queima das peças cerâmicas.

Durante a secagem, podem se formar por secagem ao ar livre nas argilas sem

moldar, denominadas “véus de secagem”, ou, no secador, após exposição ao ar

contaminado. As eflorescências de secador se consolidam no forno pela ação de

diversas reações, e ganham o cognome de eflorescências de forno.

Também pode ocorrer a formação de sais solúveis eflorescentes, caso a

massa cerâmica contenha como impurezas pirita (FeS2) e calcário. Segundo Bauer

(2000), o calcário (CaCO3) natural, se submetido à ação do calor à temperatura

aproximada de 900oC, decompõe-se em óxidos de cálcio (CaO) e anidridos

carbônicos (CO2).

A presença de CaO resultante da dissociação do calcário presente,

associando-se ao SO3 da oxidação da pirita pode formar o sulfato de cálcio (CaSO4).

Neste sentido, as eflorescências são anomalias permanentes da constituição

superficial das peças cerâmicas. (WILLIAMS; FORD, 1982).

Os estudos realizados por Brownell (1955) com sulfato de cálcio marcado

com enxofre radioativo (S35), para examinar como se acumulam os sais na

superfície dos tijolos durante a secagem, demonstram que a velocidade de secagem

afeta a quantidade de eflorescências formadas e também sua distribuição sobre a

superfície dos tijolos. Na secagem rápida, a eflorescência aparece distribuída de

modo mais homogêneo e, às vezes, menos visível.

Segundo esse mesmo autor, quando a secagem é lenta, os sais tendem a se

concentrar nas proximidades dos vértices e das arestas, onde a velocidade de

evaporação é maior e as eflorescências se fazem mais visíveis. A distribuição de

eflorescência de secador na superfície das peças cerâmicas depende, basicamente,

de cinco condições que afetam a velocidade de secagem. (Figura 18). Dizendo de

37

outra forma, há fatores condicionantes e intervenientes na distribuição dos sais na

superfície das peças:

1. Geometria das peças.

2. Geometria do empilhamento das peças no secador.

3. Geometria e intensidade dos fluxos de ar.

4. Geometria e intensidade dos fluxos de calor.

5. Condições higrométricas. (BROWNELL, 1955)

Figura 18 – Evaporação de água de massa argilosa úmida: (a) na película líquida superficial; (b) na

boca dos poros; (c) no interior dos poros e transporte de vapor de água até a superfície Fonte : VERDUCH e SOLANA, 2000.

Os sais solúveis que provocam o surgimento de eflorescências podem estar

presentes na matéria-prima, aparecerem durante a secagem ou após a queima.

Para Barzaghi (1983), o surgimento da eflorescência depende da existência, ao

mesmo tempo, de substâncias solúveis (sais solúveis), de água e o transporte (por

capilaridade) dessa solução até a superfície (Figura 19). Em sua visão, a

complexidade do fenômeno se dá exatamente por conta do significativo número de

possibilidades, em se tratando da presença de água e sais solúveis como

condicionantes do problema.

38

Figura 19 – Detalhe de eflorescência em tijolo à vista.

Na atualidade, em consonância com a Asociación Nacional de Fabricantes de

Ladrillo y Derivados de la Arcilla (ANFALIT, 2007), o uso de hidrofugantes vem

atuando como medida paliativa, visando intervir no mecanismo de surgimento de

eflorescência. Seu emprego, no entanto, onera o custo final do produto em até 25%

e, por conseguinte, inviabiliza sua compra por parte de significativa parcela da

população. Segundo fabricantes, o hidrofugante reage com o substrato, que pode

ser um material cerâmico, eliminando um dos fatores condicionantes do mecanismo

do fenômeno: a condição de transporte (capilaridade). A durabilidade do produto

também é discutível, não se tendo conhecimento na literatura brasileira de telhados

hidrofugados com mais de 5 anos. As Figuras 20 e 21 mostram a limpeza de uma

superfície com eflorescência e a posterior aplicação de hidrofugante.

Figura 20 – Fachada de um prédio apresentando eflorescência.

Fonte : Asociación Nacional de Fabricantes de Ladrillo y Derivados de la Arcilla -ANFALIT, 2007.

39

Figura 21 - Aplicação de hidrofugante por meio de pulverizador.

Fonte : Asociación Nacional de Fabricantes de Ladrillo y Derivados de la Arcilla -ANFALIT, 2007.

40

Capítulo 5

Materiais e Métodos

O procedimento experimental adotado esquematizado na Figura 22.

Figura 22 – Esquema do procedimento experimental

Foram utilizados no estudo três tipos de argilas, coletadas no pátio de uma

fábrica de Teresina e extraídas de jazidas da várzea rio Parnaíba. As argilas já

estavam expostas ao ar livre há mais de um ano. Habitualmente, a empresa utiliza

argilas com mais de dois anos após a extração.

Inicialmente, as amostras de argilas foram secas à temperatura ambiente

(±35oC). Foi realizado quarteamento e feita amostragem para realização do ensaio

granulométrico (determinação do resíduo a úmido na peneira no 325 da ABNT).

Nesse ensaio, utilizou-se 100g das amostras brutas secas a 110oC, em estufa, com

lavagem em água corrente.

MATERIAIS INICIAIS

MOAGEM

ARGILA A3 ARGILA A5 ARGILA A2

SECAGEM (110oC)

CARACTERIZAÇÃO FRX, Granulometria, Sulfatos e DRX

ADIÇÃO DE GIPSITA 1%, 3% e 5%

EXTRUSÃO

SINTERIZAÇÃO 850oC, 950oC e 1050oC

MEV

FORMULAÇÃO

AA PA TRF RL MEA

DTA, TGA e AD

ENVELHECIMENTO

Análise macroestrutural

DRX

41

Após a secagem do resíduo retido, foi realizada a análise qualitativa das

impurezas detectadas e a distribuição granulométrica a seco, segundo método

descrito no Apêndice 6.

A caracterização química foi feita com espectrômetro por fluorescência de

raios-X - EDX-700 da Shimadzu. Para a caracterização mineralógica, por DRX, foi

utilizado o equipamento XRD-6000 da Shimadzu. Os termogramas – análise térmica

diferencial (DTA), análise termogravimétrica (TGA) e análise dilatométrica (AD) –, foi

utilizado o sistema de análises térmicas da BP Engenharia RB-3000, com taxa de

aquecimento de 12,5oC/ min. Os sais solúveis em sulfatos (SO42-) foram

determinados por gravimetria, segundo a NBR 9917 / ABNT, ano 2009 – Agregados

para Concreto – determinação de sais, sulfatos e cloretos solúveis.

Para confecção dos corpos-de-prova as argilas foram desagregadas em

moinho de martelo e 100% dos grãos passaram na peneira no 8 da ABNT, cuja

abertura é de 2,38mm. A amostra de gipsita utilizada foi moída, em almofariz, até

que 100% dos grãos passassem pela peneira no 50 da ABNT (abertura de 300µm).

A granulometria adotada das argilas e da gipsita estão compatíveis com o

processo produtivo das empresas que possuem apenas desintegradores e

laminadores na linha de fabricação.

Os corpos-de-prova foram confeccionados por extrusão, com vácuo de 25

pol/Hg, medindo, aproximadamente, 150mm x 25mm x 15mm, respectivamente,

comprimento, largura e espessura. A umidade média de extrusão chegou a 18,4%.

(Apêndice 1)

A formulação (traço) utilizada como massa cerâmica padrão foi de 25% da

amostra “A2”; 25% da amostra “A3” e 50% da amostra “A5”. Esse traço foi o mesmo

da empresa fornecedora da amostra e que as telhas confeccionadas apresentaram

eflorescência após exposição ao ambiente.

A secagem dos corpos-de-prova foi realizada por 12h à temperatura ambiente

e 24h em estufa a 110oC.

Os CP foram queimados em mufla elétrica, nas temperaturas de 850oC,

950oC e 1050oC, a uma taxa de 2oC por minuto e patamar de 30 minutos, com

atmosfera oxidante.

Os ensaios tecnológicos aos quais os corpos-de-prova foram submetidos de

retração linear (RL), absorção de água (AA); porosidade aparente (PA); e massa

42

específica aparente (MEA) estão explicitados nos Apêndices 2, 3, 4, e 5. Para

realização do ensaio de ruptura à flexão (TRF) foi utilizado o deflectômetro da BP

Engenharia.

Para cada formulação foram confeccionados 30 CP, sendo queimados 10

corpos-de-prova em cada temperatura. Os resultados obtidos dos ensaios

tecnológicos referem-se à realização em cinco corpos-de-prova de cada amostra.

Para caracterização microestrutural, por microscopia eletrônica de varredura

(MEV – Shimadzu), as amostras foram lixadas com lixas 220 até 1200; polidas com

pasta de diamante de 1µm; atacadas em solução aquosa de 2% de ácido fluorídrico

(HF) e, depois de secas, metalizadas com ouro. As imagens foram ampliadas desde

40/50X até 1000X do padrão e do padrão com adições de gipsita após queima a

950oC.

A superfície de fratura dos corpos-de-prova foi analisada empregando-se

microanálise por espectroscopia de energia dispersiva (EDS), no sentido de analisar

a composição química elementar pontual das amostras e se obter imagens

topográficas e morfológicas da superfície de fratura.

O envelhecimento dos corpos-de-prova (CP) foi seguido de sucessivos

banhos de imersão em água destilada e secagem em estufa a 110oC até peso

constante, com variação máxima de 0,25% da massa.

43

Capítulo 6

Resultados e Discussão

6.1 Caracterização das Argilas

6.1.1 Análise química

A Tabela 2 mostra os resultados da análise química via FRX das argilas A2,

A3 e A5 que foram utilizadas na formulação da massa cerâmica padrão P (25% A2,

25% A3 e 50% A5). A detecção de enxofre (em SO3) nas argilas para cerâmica

vermelha não é usual.

Tabela 2 – Análise química por FRX das amostras in natura.

Resultados

Amostras

PF (%)

SiO2

(%)

Al 2O3

(%)

Fe2O3

(%)

TiO2

(%)

CaO

(%)

MgO

(%)

K2O

(%)

Na2O

(%)

SO3

(%)

V2O5

(%)

Outros elementos

(%)

A2

8,20

58,49

17,81

7,76

1,62

1,48

0,67

2,76

0,58

0,14

0,10

0,39

A3

9,36

53,92

21,51

7,55

1,41

1,58

0,57

3,04

0,43

0,08

0,20

0,35

A5

7,91

58,77

19,15

6,51

1,41

0,85

0,73

3,55

0,61

0,12

0,09

0,30

Legenda: A2 Argila 2 A3 Argila 3 A5 Argila 5

A Tabela 3 apresenta os resultados das análises químicas via FRX das

amostras e de uma telha cerâmica queimada em uma cerâmica local. A formulação

da massa cerâmica dessa telha foi a mesma adotada para confecção dos corpos-de-

prova da amostra P. Ressalta-se que as amostras TQ e TQA são partes de uma

mesma telha, ou seja, a massa cerâmica, as condições de queima e o ambiente de

exposição foram os mesmos (Figura 23). A seta aponta para a superfície

esbranquiçada, indicando sinais de eflorescência.

44

Figura 23 – Telha com eflorescência, Piauí

Tabela 3 – Análise química por FRX de telha cerâmica.

Legenda :

TQ

Telha Queimada

TQA

Telha Queimada c/ eflorescência

Os resultados apresentados nas Tabelas 2 e 3 demonstram que o cálcio e o

enxofre devem fazer parte da composição química da eflorescência.

6.1.2 Determinação de Sais Solúveis em Sulfatos

A Tabela 4 apresenta os resultados da determinação de sais solúveis em

sulfatos (SO42-). As amostras das argilas A2 e A5 possuem um teor inferior a

0,001% de sulfatos, estando abaixo do nível de detecção por gravimetria (técnica

utilizada no ensaio). Porém, a amostra da telha com eflorescência TQA apresentou

um teor de 1.300% acima do resultado encontrado para a amostra A3.

Com os resultados da Tabelas 2, 3 e 4, pode-se inferir que os óxidos de

cálcio e de enxofre, combinados, são relevantes no surgimento de eflorescências.

Resultados

Amostras

SiO2

(%)

Al 2O3

(%)

Fe2O3

(%)

TiO2

(%)

CaO

(%)

MgO

(%)

K2O

(%)

Na2O

(%)

SO3

(%)

V2O5

(%)

Outros elementos

(%)

TQ

58,89

25,52

7,93

1,79

0,95

1,05

2,64

0,63

0,12

0,10

0,38

TQA

33,62

15,82

9,63

1,90

14,86

1,15

2,09

1,03

18,90

0,74

0,26

45

Tabela 4 – Determinação de sais solúveis em sulfatos (SO42-)

Amostras

SO4

2- (%)

A2

ND

A3

< 0,01

A5

ND

TQA

0,13

Legenda : TQ Telha Queimada TQA Telha Queimada c/ eflorescência A2 Argila 2 A3 Argila 3 A5 Argila 5 ND Não detectado Limite de detecção 0,001%

6.1.3 Análise granulométrica

O ensaio de resíduo retido na peneira no 325 (abertura de 45µm) da ABNT

tem como finalidade determinar a quantidade total das impurezas presentes nas

argilas e identificá-las qualitativamente. A sílica livre (SiO2) oriunda do quartzo,

quartzito ou arenito causa desgaste nos equipamentos do processo produtivo, por

ser abrasivo (quartzo possui dureza 7 na escala Mohs), reduz a plasticidade, mas

presente na quantidade e granulometria adequadas, facilita o processo de secagem

das peças, por aumentar a permeabilidade. As impurezas que ficam retidas na

peneira com abertura de 45 µm são decorrentes dos minerais acessórios e agem

alterando algumas características cerâmicas como: plasticidade, retração e cor. De

acordo com a Tabela 5, a amostra A2 é a que possui maior quantidade de

impurezas, principalmente de sílica livre, sendo uma argila com menor plasticidade,

mas apresentou calcário que, dependendo da granulometria e da quantidade

existente, é indesejável na fabricação dos produtos de cerâmica vermelha ou

estrutural, podendo causar rompimento das peças cerâmicas. A amostra A3 possui

menos impurezas, sendo mais plástica do que a amostra A2, porém menos plástica

do que a amostra A5. A amostra A5 é a que possui menor teor de impurezas (8%),

possuindo uma granulometria mais fina, sendo mais plástica e também não possui

contaminação com calcário.

46

Tabela 5 – Determinação das impurezas das argilas e da massa padrão

Amostras*

Material retido na

peneira n 0 325 da ABNT

(%)

Natureza do resíduo (análise qualitativa)

A2

40,0

Sílica livre**, matéria orgânica, mica, calcário, grânulos de óxido de ferro e grânulos rochosos não identificados

A3

17,5

Sílica livre, matéria orgânica, mica, calcário, grânulos de óxido de ferro e grânulos rochosos não identificados

A5

8,0

Sílica livre, matéria orgânica, mica, grânulos de óxido de ferro e grânulos rochosos não identificados

Padrão

18,4

Sílica livre, matéria orgânica, mica, calcário, grânulos de óxido de ferro e grânulos rochosos não identificados

5

Legenda : * A amostra padrão foi formulada com 25% da amostra A2, 25% da amostra A3 e 50% da amostra “A5”. ** Empregamos a expressão sílica livre, como nome vulgar, quer seja quartzo, quartzito ou arenito, uma

vez que, quimicamente, são minerais constituídos basicamente de SiO2.

A amostra padrão P está numa faixa considerada de boa “trabalhabilidade”,

em se tratando da fabricação de telhas cerâmicas.

Mas não basta conhecer a quantidade (percentual) e a qualidade (natureza)

das impurezas (minerais associados ou acessórios). É preciso determinar a

distribuição granulométrica desse resíduo (impurezas).

De acordo com as recomendações de Pracidelli e Melchiades (1997), a

massa cerâmica deve possuir grãos finos (menores que 2 µm), médios (entre 2 a 20

µm) e grossos (maiores que 20µm). Para seguir, parcialmente, essa recomendação,

fez-se a distribuição granulométrica dos resíduos apresentados na Tabela 5.

A Tabela 6 e a Figura 24 apresentam os resultados da distribuição

granulométrica do resíduo retido na peneira no 325 da ABNT.

Tabela 6 – Distribuição granulométrica do resíduo retido

Peneira (N. da

ABNT)

Abertura

(em µm)

Resíduo retido

(em %)

Amostra A2 Amostra A3 Amostra A5

30 600 40,0 46,3 40,6

50 300 17,2 14,9 16,5

80 177 13,7 11,1 10,5

100 156 3,2 3,4 2,7

200 75 10,0 10,2 13,5

325 45 7,8 7,1 10,9

Fundo - 8,1 7,0 5,3

47

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

Fun

do

300250200150100500

Res

íduo

Ret

ido

(%)

Abertura da Peneira (N. da ABNT)

Amostra A2 Amostra A3 Amostra A5

Figura 24 - Distribuição granulométrica do resíduo retido

Pode-se afirmar que as amostras utilizadas possuem uma granulometria com

grãos finos (menores que 2µm ) e grandes (maiores que 20µm). Além da distribuição

do resíduo, foi realizada uma análise qualitativa da natureza desse resíduo. Foi

constatado que o calcário presente nas amostras A2 e A3 ficou retido apenas na

peneira n0 200 (75µm).

6.1.4 Difração de raios-X das Argilas

Os difratogramas das argilas A2, A3 e A4 estão apresentados na Figura 25.

Os resultados atestam que os argilominerais predominantes são caulinita e ilita, com

presença de montmorilonita. O argilomineral montmorilonita é da família (grupo) das

esmectitas, cuja ordem de grandeza das dimensões das partículas é menor que 1µm

(0,001mm). Esse tipo de argilomineral causa problemas aos fabricantes de produtos

de cerâmica vermelha, por conta do empacotamento das partículas, dificultando a

conformação das peças e causando fissuras ou trincas de secagem.

48

0 20 40 60 80

0

200

400

600

800

1000

1200

1400

1600

1800

2000

2200

1 - Quartzo2 - Caulinita3 - Ilita4 - Montmorilonita

1

1

1

1 11

1

111 1

1 1111

1 1

1

1

1

14

4

1

22 3

3

2

2

21

22

3

3

4

4

1111

1111

1

32 44 3 2

1

A2

A3

Inte

nsid

ade

(u.a

)

2θ (graus)

A5

Figura 25 – Difração de raios-X das argilas A2, A3 e A5.

6.2 Caracterização da Gipsita

A gipsita utilizada está caracterizada em Cunha Filho et al. (2008). Portanto,

apenas confirmou-se as fases presentes através da difração de raios-X da amostra,

conforme Figura 26.

49

Figura 26 – Difração de raios-X da gipsita adicionada à massa padrão

6.3 Caracterização das Formulações

6.3.1 Ensaios Térmicos

Foram realizados ensaios de DTA, TGA e AD, conforme Figuras 27, 28 e 29.

50

0 200 400 600 800 1000-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6D

TA

Temperatura (oC)

P

0 200 400 600 800 1000-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

DT

A

Temeperatura (oC)

P1G

0 200 400 600 800 1000-12

-10

-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

DT

A

Temperatura (oC)

P3G

0 200 400 600 800 1000-8

-6

-4

-2

0

2

4

6

DT

A

Temperatura (oC)

P5G

Figura 27 – Termogramas (DTA) da massa cerâmica padrão e das formulações.

Os termogramas da Figura 27 mostram picos endotérmicos de pequena

intensidade em torno de 200oC, devido à saída de água adsorvida e também à

presença do argilomineral montmorilonita; picos endotérmicos de média a grande

intensidade em torno de 600oC referente à desidroxilação dos argilominerais e/ou

hidróxidos presentes e transformação alotrópica do quartzo α em quartzo ß (573oC).

Os picos exotérmicos em torno de 900oC sinalizam a formação de espinélio. Pode-

se dizer que existem os argilominerias caulinita, ilita e montmorilonita em camadas

mistas, sendo confirmado com a Figura 25 de difração de raios-X das argilas.

51

0 200 400 600 800 1000 1200-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1D

m (

%)

Temperatura (oc)

P

0 200 400 600 800 1000 1200-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

Dm

(%

)

Temperatura (oC)

P1G

0 200 400 600 800 1000 1200

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

Dm

(%

)

Temperatura (oC)

P3G

0 200 400 600 800 1000 1200-8

-7

-6

-5

-4

-3

-2

-1

0

1

Dm

(%

)

Temperatura (oC)

P5G

Figura 28 – Análise termogravimétrica da massa cerâmica padrão e das formulações.

Na Figura 28 estão representadas as análises termogravimétricas da amostra

padrão e das formulações com adição de 1%, 3% e 5% de gipsita. A maior perda de

massa ocorreu entre 400 a 6000C, onde ocorre a desidroxilação confirmada por meio

da análise térmica diferencial (Figura 27). A perda total de massa das amostras P,

P1G, P3G e P5G foi de 6,3%, 7,3%, 6,8% e 7,2%, respectivamente.

As curvas dilatométricas da massa cerâmica padrão e com adição de gipsita

também são similares (Figura 29), significando que a adição de gipsita pode não

alterar, substancialmente, as condições de queima das formulações. Verifica-se que

da temperatura ambiente até cerca de 6000C ocorreu uma expansão volumétrica

causada pela dilatação térmica dos argilominerais presentes nos corpos-de-prova. A

transformação do quartzo α em quartzo ß pode ser observada na dilatometria em

torno de 6000C. Desta temperatura até cerca de 900oC não foi possível observar

dilatação ou retração, significando que o efeito de dilatação térmica foi compensado

52

pela retração devido ao início do processo de sinterização. A partir de 900oC com o

aumento significativo da difusão volumétrica, tem-se uma acentuada retração, com

possível formação de fase líquida em torno de 1000oC. Deve-se destacar que a

amostra P5G (padrão com adição de 5% de gipsita) está um pouco deslocada com

relação às demais curvas, indicando que a gipsita pode influenciar no processo de

sinterização das peças cerâmicas.

0 200 400 600 800 1000 1200-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

DL/

L 0

Temperatura (oC)

P

0 200 400 600 800 1000 1200-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

DL/

L 0

Temperatura (oC)

P1G

0 200 400 600 800 1000 1200-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

DL/

L 0

Temperatura (oC)

P3G

0 200 400 600 800 1000 1200-25

-20

-15

-10

-5

0

5

10

DL/

L 0

Temperatura (oC)

P5G

Figura 29 – Curvas dilatométricas da massa cerâmica padrão e das formulações.

6.3.2 Análise macroestrutural dos CP após queima

Os CP da amostra padrão e com adição de 1%, 3% e 5%, de gipsita foram

submetidos aos ensaios preliminares, visando o uso em cerâmica estrutural ou

vermelha. Os CP da amostra P5G (padrão com adição de 5% de gipsita)

apresentaram a superfície esbranquiçada de uma das faces, logo após secagem.

Após queima, os corpos-de-prova permaneceram com a superfície como se fosse

uma mancha de sujeira. Os CP da amostra P3G (padrão com adição de 3% de

53

gipsita) apresentaram sinais de eflorescência após queima a 950oC. Considerando

esse fato, optou-se, assim, em estudar formulações com até 5% de gipsita. Sabe-se

que elevados teores de gipsita na argila são detectáveis no processo de extração,

sendo tal argila não utilizada na indústria cerâmica. As temperaturas de queima de

850oC, 950oC e 1050oC foram estabelecidas porque a maioria das empresas locais

utiliza o patamar entre 900oC e 950oC para a fabricação de telhas cerâmicas, bem

como o estudo dilatométrico mostrou que a temperatura de queima na ordem de

950oC é mais adequada para as formulações estudas. A Figura 30 mostra os CP

após queima a 950oC.

Figura 30 – Corpos de prova queimados a 950oC.

Legenda : 1 Amostra padrão (P) 2 Padrão com adição de 1% de gipsita (P1G) 3 Padrão com adição de 3% de gipsita (P3G) 4 Padrão com adição de 5% de gipsita (P5G)

A cor (tonalidade) após queima a 850oC, 950oC e 1050oC de todos os CP é

vermelha (2.5YR 5/6). Esse código está de acordo com o dicionário de cores

MUNSELL soil color charts, 1994.

6.3.3 Ensaios Tecnológicos

Existe relação direta da plasticidade com a quantidade de água necessária

para moldagem das peças. Quanto maior a plasticidade, maior o teor de umidade

necessário para moldagem. Não foi determinado o índice de plasticidade das

formulações, porque se reproduziu, em laboratório, a preparação da massa

cerâmica industrial, com relação à granulometria e umidade de extrusão.

1 2 3 4

As setas indicam sinais de eflorescência.

54

A retração linear após secagem Figura 31) foi realizada segundo método

descrito no Apêndice 2 e sendo a média aritmética de 5 corpos-de-prova. Para essa

característica cerâmica não existe normalização na esfera da indústria de cerâmica

estrutural ou vermelha, porém é de suma importância seu conhecimento para o

dimensionamento dos moldes de conformação das peças quer seja por extrusão

(boquilhas) ou prensagem (estampos). A retração correlaciona-se diretamente com a

resistência mecânica e com a plasticidade da massa argilosa. Quanto maior a

plasticidade, maior a retração após secagem e maior a resistência mecânica a seco,

devido ao empacotamento das partículas ser maior.

Figura 31 – Retração linear após secagem da massa cerâmica padrão e das formulações.

A adição de gipsita não influenciou significativamente os resultados da

retração linear após secagem, mas a TRF a seco decresceu em torno de 9%,

comparando a amostra padrão (P) com a amostra com adição de 5% de gipsita

(P5G), conforme resultados apresentados na Tabela 7. A TRF após secagem de

cada amostra foi resultado da média aritmética de 5 corpos-de-prova e o desvio

padrão não ultrapassou 1,52.

4.5

5.4

4.6

5.2

0

1

2

3

4

5

6

%

Padrão Padrão +1%Gipsita

Padrão +3%Gipsita

Padrão +5%Gipsita

Retração Linear após secagem 110ºC

55

Tabela 7 – Tensão de ruptura à flexão após secagem da massa cerâmica padrão e das formulações.

Tensão de ruptura à flexão após secagem a 110 0C

(kgf/cm 2)

P P1G P3G P5G

104 90 86 82

Os resultados da Figura 32 demonstram que o índice de absorção de água

dos corpos-de-prova diminui com o aumento da temperatura de queima, conforme

previsão, havendo um decréscimo da porosidade aparente. Porém, a amostra P5G

não acompanhou a mesma proporção de decréscimo dessa característica cerâmica.

Para a amostra P5G o maior desvio padrão foi de 3,94 para a TRF após queima a

950oC. A amostra P3G apresentou um desvio padrão de 7,18 para a TRF após

queima a 1050oC. As demais amostras nas outras temperaturas os desvios padrão

não ultrapassaram 5,7.

850 900 950 1000 10503

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

P

TR

F (kgf/cm

2)AA

(%

)

Temperatura (oC)

AA

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

TRF

850 900 950 1000 10503

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

P1G

TR

F (kgf/cm

2)AA

(%

)

Temperatura (oC)

AA

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

TRF

850 900 950 1000 10503

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

P3G

TR

F (kgf/cm

2)AA

(%

)

Temperatura (oC)

AA

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

TRF

850 900 950 1000 10503

4

5

6

7

8

9

10

11

12

13

P5G

TR

F (kgf/cm

2)AA

(%

)

Temperatura (oC)

AA

20

30

40

50

60

70

80

90

100

110

120

130

140

150

160

170

180

190

TRF

Figura 32 – Absorção de água e TRF da massa cerâmica padrão e das formulações.

56

A ABNT NBR 15310 / 2009 fixa em 20% o valor máximo permitido para a

absorção de água de qualquer tipo de telha cerâmica. De acordo com os resultados

encontrados todas as formulações atendem à referida norma.

Para a carga de ruptura à flexão, a ABNT NBR 15310 / 2009, fixa em duas

faixas: 100kgf para telhas simples de sobreposição; 130kgf, para telhas tipo

compostas de encaixe. Os valores encontrados da TRF após queima a 950oC para

os corpos-de-prova, em kgf/cm2, são considerados satisfatórios para uso na indústria

de cerâmica vermelha, inclusive todos os CP apresentaram som vítreo na referida

temperatura, porém a amostra P5G apresenta valores da TRF abaixo das demais

formulações, levando a .

A porosidade aparente e a MEA das formulações estão apresentadas na

Tabela 8 e na Figura 33, respectivamente.

Tabela 8 – Porosidade Aparente da massa cerâmica padrão e das formulações.

PA (%)

Temperatura (oC )

P P1G P3G P5G

850

18,4

19,1

19,1

21,1

950

16,8

15,0

11,4

17,9

1050

8,3

6,4

7,7

12,2

A adição de gipsita não afetou de forma significativa a massa específica

aparente, mas a porosidade aparente cresce a 850oC e a 950oC e 1050oC não

obedece uma linha de crescimento.

57

Massa específica aparente

1.5

1.6

1.7

1.8

1.9

2

800 850 900 950 1000 1050 1100

Temperatura (ºC)

Padrão

Padrão +1% Gipsita

Padrão +3% Gipsita

Padrão +5% GipsitaM

EA

(g/

cm

3 )

Figura 33 – Massa específica aparente da amostra padrão e das formulações.

6.3.4 Caracterização microestrutural

Foram selecionados os CP queimados à temperatura de 9500C, por terem

apresentado os resultados dos ensaios tecnológicos que atendem às normas

vigentes da ABNT, além de condizentes com a realidade do patamar de queima das

cerâmicas da região da grande Teresina. A Figura 34 mostra uma micrografia

característica de uma massa argilosa.

Figura 34 – Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P sinterizada a 950oC.

Quartzo

58

As análises por EDS nos pontos escolhidos não revelaram presença de cálcio

e de enxofre (Tabelas 9 e 10) da amostra padrão (Figura 35)

Figura 35 – Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P sinterizada a 9500C . Aumento de

600x (a) e 80x (b).

Tabela 9– Análise química por EDS do ponto A da amostra P sinterizada a 950oC

EDS

Elemento Peso (%)

Na2O 1,8 Al2O3 18,1 SiO2 65,8 K2O 13,3

Tabela 10– Análise química por EDS do ponto B da amostra P sinterizada a 9500C

EDS

Elemento Peso (%)

Al2O3 7,4 CaO 72,4

A análise por EDS no ponto “A” (Tabela 11) da amostra P1G (Figura 36)

detectou a presença de cálcio.

a

b

Ponto A

Ponto B

59

Figura 36 – Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P1G sinterizada a 950oC.

Tabela 11– Análise química por EDS do ponto A da amostra P1G sinterizada a 950oC

EDS

Elemento Peso (%)

MgO 4,3 Al2O3 19,6 CaO 67,9 FeO 8,1

Tabela 12– Análise química por EDS do ponto B da amostra P1G sinterizada a 950oC

EDS

Elemento Peso (%)

MgO 1,5 Al2O3 8,3 SiO2 86,1 K2O 4,1

A análise por EDS no ponto “B” (Tabela 12) da amostra P1G (Figura

36) não detectou a presença de cálcio e de enxofre Ressalta-se que a amostra P1G

não apresentou sinais de eflorescência após queima a 850oC , 950oC e 10500C.

Ponto A

Ponto B

60

Figura 37 – Micrografia por MEV da superfície polida da amostra P5G sinterizada a 950oC. Aumento

de 270x (a) e 100x (b).

A análise por EDS no ponto “A” (Tabela 13) da amostra P5G (Figura 37)

detectou a presença de cálcio e enxofre.

Tabela 13– Análise química por EDS do ponto A da amostra P5G sinterizada a 950oC

EDS

Elemento Peso (%)

Al2O3 6,5 SiO2 9,7 SO3 44,6 CaO 35,1

Tabela 14– Análise química por EDS do ponto C da amostra P5G sinterizada a 950oC

EDS

Elemento Peso (%)

Al2O3 12,3 SiO2 11,0 SO3 32,6 CaO 32,2 MgO 6,1

A análise por EDS no ponto “C” (Tabela 14) da amostra P5G (Figura 37

também detectou a presença de cálcio e enxofre.

a b

Ponto A

Ponto B

Ponto C

61

Os CP da amostra P5G apresentaram eflorescência de secagem que se

consolidou após queima. Os resultados apresentados nas Tabelas 13 e 14

apresentaram cálcio e enxofre na análise química por EDS. O sulfato de cálcio é um

dos sais que pode provocar eflorescência. Então, pode-se inferir que a composição

química da eflorescência em estudo deve conter cálcio e enxofre.

Para confirmar a afirmação de que a composição química da eflorescência

em estudo deve conter cálcio e enxofre, foram realizadas micrografias por MEV de

duas partes de uma telha com eflorescência e de um CP da amostra P5G com

eflorescência (Figura 38).

Figura 38 – Micrografia por MEV da superfície de fratura interna da amostra P5G queimada a

950oC. Aumento de 500x(a) e 80x(b).

Tabela 15– Análise química por EDS do ponto A da amostra P5G sinterizada a 950oC

EDS

Elemento Peso (%)

SiO2 20,7 SO3 38,0 CaO 23,2 FeO 2,9

Tabela 16– Análise química por EDS do ponto B da amostra P5G sinterizada a 950oC.

EDS

Elemento Peso (%)

SiO2 7,5 SO3 3,0 CaO 78,6

a b

Ponto A

Ponto B

62

As Micrografias por MEV da superfície do corpo-de-prova da amostra P5G

queimado a 950oC (Figura 38) e da superfície de uma telha (Figura 39) ambos

apresentando eflorescência, confirmaram, pela análise química por EDS, a

existência de cálcio e enxofre nessas áreas. Portanto, o fenômeno em estudo possui

cálcio e enxofre na sua composição química.

Figura 39 – Micrografia por MEV da superfície de uma telha com eflorescência.

Tabela 17– Análise química por EDS do ponto A da superfície de uma telha com eflorescência.

EDS

Elemento Peso (%)

SiO2 11,1 SO3 50,3 CaO 30,0

Na micrografia por MEV da superfície de uma telha com eflorescência (Figura

39) foi confirmada, pela análise química por EDS (Tabela 17), a existência de cálcio

e enxofre nessa área.

Ponto A

63

6.3.5 Análise macroestrutural dos CP após banhos de imersão em água

A análise macroestrutural dos CP sinterizados a 950oC e após serem

submetidos a sucessivos banhos de imersão em água destilada, mostrou que houve

afloramento da gipsita para a superfície, conforme Figuras 40, 41 e 42 .

As setas indicativas nas Figuras 40 e 41 mostram a gipsita que aflorou logo

após a primeira imersão por 24h em água destilada à temperatura ambiente,

inclusive causando esfoliamento na superfície do CP da amostra P3G. Mesmo os

resultados tecnológicos conduzirem a resultados satisfatórios, pode-se afirmar que a

presença de gipsita a partir de 1% pode causar defeitos na peça após queima a

950oC .

Figura 40 – CP sinterizados a 950oC após a primeira imersão em água.

Nos CP da amostra P5G houve maior evidência da eflorescência. Ressalta-se

que esses CP são os mesmos apresentados na Figura 30.

P P1G P3G P5G

64

Figura 41 – CP sinterizados a 950oC após a terceira imersão em água.

Defeitos, tais como: esfoliamento e rompimento (quebra), conforme Figura 42,

surgiram nos CP que passaram por sucessivos banhos de imersão em água

destilada à temperatura ambiente.

Figura 42 – Detalhe do CP da amostra P3G sinterizada a 950oC após a quarta imersão em água.

Os corpos-de-prova que apresentavam fissuras (microtrincas) após queima

romperam após o quarto ciclo de banhos de imersão (Figura 42).

Pode-se dizer que a gipsita não reagente pode acelerar o surgimento desses

defeitos.

65

Capítulo 7

Conclusões

De acordo com os resultados obtidos, seguem as inferências alusivas aos

objetivos propostos:

1. O sulfato de cálcio (CaSO4), oriundo da gipsita, provoca o surgimento de

eflorescência.

2. A amostra com adição de 1% de gipsita (P1G) não apresentou eflorescência

após queima a 850oC , 950oC e 10500C.

3. Os corpos-de-prova com 5% de gipsita (P5G) mostram eflorescência de

secagem, a qual, depois da queima, se consolidou numa das faces.

4. A gipsita aflora à superfície dos corpos-de-prova logo após a primeira imersão

em água à temperatura ambiente.

5. As amostras com adição de 1% e 3% de gipsita conduzem a resultados

tecnológicos satisfatórios após queima a 950oC.

66

Sugestões para trabalhos futuros

As recomendações visam dar continuidade a trabalhos no âmbito da temática

central – presença da eflorescência em telhas cerâmicas. Neste sentido, são

propostos os seguintes trabalhos:

� Pesquisa geomineralógica a fim de identificar, antes da extração das

argilas, a concentração e o modo de ocorrência da contaminação com

gipsita.

� Análise estatística do limite (ponto de saturação) da adição de gipsita no

surgimento de eflorescência, testando em escala semi-industrial.

67

REFERÊNCIAS ACCHAR, Wilson. Materiais cerâmicos: caracterização e aplicações. Natal: EDUFRN, 2006. ASOCIACIÓN NACIONAL DE FABRICANTES DE LADRILLO Y DERIVADOS DE LA ARCILLA (ANFALIT). Manual técnico de patologías en productos de arcill a. Bogotá, 2007. ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS (ABNT). NBR 6113: Materiais refratários densos conformados – Determinação da resistência à flexão à temperatura ambiente. Rio de Janeiro, jul.1997. _________. NBR 6220: materiais refratários densos conformados – Determinação da densidade de massa aparente, porosidade aparente, absorção e densidade aparente da parte sólida. Rio de Janeiro, maio 1997. _________. NBR 9917: agregados para concreto – Determinação de sais, cloretos e sulfatos solúveis. Rio de Janeiro, mar. 2009. _________.NBR 15270: componentes cerâmicos. Parte 1: blocos cerâmicos para alvenaria de vedação – terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, set. 2005a. _________. _________. Parte 2: blocos cerâmicos para alvenaria estrutural – terminologia e requisitos. Rio de Janeiro, set. 2005b. _________. NBR 15310: componentes cerâmicos-telhas-terminologia, requisitos e métodos de ensaio. Rio de Janeiro, fev. 2009. ASSOCIAÇÃO NACIONAL DE CERÂMICA. Dados do setor . Disponível em <http://www.anicer.com.br›. Acesso em: 27 mar. 2009. BARZAGHI, L. Eflorescência em ladrilhos esmaltados. Cerâmica , São Paulo, v. 29, n. 164, ago.1983. BAUER, L. A. F. Materiais de construção . 5. ed. Rio de Janeiro: LTC, 2000. v. 1. BEAR, F. E. Chemistry of soil . 2. ed. New York: Chapman & Hall, 1964. 515 p.

68

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MENDES, V. A. Estudo das argilas . Caruaru, PE: CPRM-PE, set. 2007. Apresentação em power point. MENEZES, R. R. et al. Sais solúveis e eflorescência em blocos cerâmicos e outros materiais de construção-revisão. Cerâmica , São Paulo, v. 52, p. 37-49, 2006. MUNHOZ, F. C.; RENÓFILO, A. Uso da gipsita na construção civil e adequação para P+L. In: SIMPÓSIO DE ENGENHARIA DE PRODUÇÃO, 12., 6 A 8 nov. 2006, Bauru, SP. Anais... Bauru, SP: [s. ed.], 2006. 6 p. MUNSELL soil color charts. New York: MacBeth, 1994. PRACIDELLI, S.; MELCHIADES, F. G. Importância da composição granulométrica de massas para a cerâmica vermelha. Cerâmica Industrial , São Paulo, v. 2, n. 2, p. 31-35, abr. 1997. SANTOS, P. de S. Ciência e tecnologia de argilas . 2. ed. São Paulo: Edgar Blücher, 1989. SERVIÇO NACIONAL DE APRENDIZAGEM INDUSTRIAL. Departamento Regional do Piauí (SENAI-DR / PI). Curso ceramista multifuncional . Teresina, 2008. (Digitado). _________. Pesquisa do setor de cerâmica vermelha do Piauí . Teresina, 2004. (Digitado). SINDICATO DA INDÚSTRIA CERÂMICA PARA CONSTRUÇÃO DO PIAUÍ (SINDICER / PI). Dados das cerâmicas do Piauí . Teresina, 2008. (Digitado). VERDUCH, A. G.; SOLANA, V. S. Formação de eflorescências na superfície dos tijolos. Cerâmica industrial , São Paulo, v. 5, n. 5, p. 38-46, out. 2000. WILLIAMS, A. N; FORD, R. N. Scum prevention by using additives: laboratory tests. Trans. J. Brit. Ceram. Soc ., [s. l.], n. 81, p. 88-90, 1982.

70

APÊNDICES

71

APÊNDICE 1 UMIDADE DE EXTRUSÃO

Os corpos-de-prova foram conformados por extrusão. A umidade foi calculada

segundo a fórmula abaixo. A balança utilizada foi digital com resolução de 0,01g.

U(%) = Mu – Ms x 100 Ms Sendo:

U (%) Umidade de extrusão em porcentagem. Um Massa do corpo-de-prova úmido (em g). MS Massa do corpo-de-prova seco em estufa a 1100C (em g).

Observações:

1) Os resultados foram obtidos pela média aritmética de três valores em CP distintos.

72

APÊNDICE 2 RETRAÇÃO LINEAR APÓS SECAGEM E QUEIMA

Método segundo o MB 305 (ABNT) apresentado em Acchar (2006, p. 93).

Logo após a extrusão, os corpos-de-prova foram marcados com uma distância de

100mm. Após secagem em estufa a 1100C, foram medidos com paquímetro digital,

com resolução de 0,01mm. A retração linear de secagem foi calculada conforme a

fórmula (A).

RLs (%) = (L0-L i) x 100 (A) L0 Sendo:

RLs Retração linear de secagem a 110ºC em porcentagem. L0 100mm (comprimento inicial). Li Comprimento do corpo-de-prova após secagem a 1100C (em mm)

Para o cálculo da retração linear de queima, utilizou-se a seguinte equação: RLq (%) = (L i-Lf) x 100 (B) L i Sendo:

RLq Retração linear de queima em porcentagem. Li Comprimento do corpo-de-prova após secagem (em mm). Lf Comprimento do corpo-de-prova após a queima (em mm).

Observações:

1) Os resultados foram obtidos pela média aritmética de cinco valores em corpos de prova distintos.

73

APÊNDICE 3 ABSORÇÃO DE ÁGUA

Ensaio realizado segundo a ABNT NBR 6220 / 1997 – Materiais refratários

densos conformados – Determinação da densidade de massa aparente, porosidade

aparente, absorção e densidade aparente da parte sólida.

Os corpos-de-prova foram pesados logo após a queima e depois submersos

em água por 24h à temperatura ambiente. Após esse tempo, foram novamente

pesados a fim de calcular o quanto de água cada corpo-de-prova absorveu. A

balança utilizada foi digital com resolução de 0,01g e os cálculos feitos, segundo a

equação abaixo:

AA(%) = Mu – Mq x 100 Mq Sendo:

AA Absorção de água em porcentagem. Um Massa do corpo-de-prova úmido (em g). Mq Massa do corpo-de-prova queimado (em g).

Observações:

1) Os resultados foram obtidos pela média aritmética de cinco valores em corpos de prova distintos.

74

APÊNDICE 4 POROSIDADE APARENTE

Ensaio realizado segundo a ABNT NBR 6220 / 1997 – Materiais refratários

densos conformados – Determinação da densidade de massa aparente, porosidade

aparente, absorção e densidade aparente da parte sólida.

Além das medições realizadas para o cálculo da absorção de água, os

corpos-de-prova foram pesados imersos em água, após as 24 h submersos em

água, a fim de se calcular a porosidade aparente, de acordo com a seguinte

equação:

PA ( %) = Mu-Mq x 100 Mu-Mi

PA Porosidade aparente em porcentagem. Mu Massa do corpo-de-prova úmido (em gramas). Mq Massa do corpo-de-prova queimado (em gramas). Mi Massa do corpo-de-prova imerso em água (em gramas).

Observações:

1) Os resultados foram obtidos pela média aritmética de cinco valores em corpos de prova distintos.

75

APÊNDICE 5 MASSA ESPECÍFICA APARENTE

Ensaio realizado segundo a ABNT NBR 6220 / 1997 – Materiais refratários

densos conformados – Determinação da densidade de massa aparente, porosidade

aparente, absorção e densidade aparente da parte sólida.

A Massa Específica Aparente (MEA) é a massa do corpo-de-prova pelo

volume. A MEA foi determinada de acordo com Santos (1989), recorrendo-se à

equação:

MEA = Mq VA

MEA Massa específica aparente em g/cm3 Mq Massa queimada em g VA Volume aparente VA = Mu – Mi

Observações:

1) Os resultados foram obtidos pela média aritmética de cinco valores

em corpos de prova distintos.

76

APÊNDICE 6 DETERMINAÇÃO DO RESÍDUO

Ensaio de resíduo retido na peneira n° 325 da ABNT, conforme descrito pelo

Departamento Regional do Piauí do Serviço Nacional de Aprendizagem Industrial.

(SENAI-DR / PI, 2008).

Procedimento do ensaio:

a) Coletar aproximadamente 200g da amostra bruta após quarteamento.

b) Tarar uma cápsula de alumínio e anotar o peso.

c) Secar a amostra na estufa a 110ºC durante 2 horas.

d) Após secagem, pesar 100 g da amostra seca, transferir para um béquer de

1litro e colocar aproximadamente 600 ml de água. Acrescentar algumas gotas

do hidróxido de amônio e agitar com bastão de vidro.

e) Deixar a amostra em repouso por 12 horas a fim do defloculante (hidróxido de

amônio) agir.

f) Agitar a amostra com auxílio de um bastão de vidro.

g) Transferir toda a amostra do béquer para uma peneira no 325 da ABNT.

h) Realizar a lavagem em água corrente até eliminar toda a fração argilosa.

i) Quando a água sair limpa da peneira, indica que a fração argilosa foi

eliminada.

j) Transferir o resíduo para a cápsula de alumínio.

k) Secar o resíduo na estufa.

l) Pesar a amostra seca e anotar o peso (cápsula + resíduo seco)

m) Calcular o percentual do resíduo pela fórmula abaixo.

R (%) = (Massa da cápsula + Massa do Resíduo seco ) - Massa da cápsula

Observações:

1) O resultado já é dado em percentual, pois a massa inicial foi de 100g.

2) Amostra bruta: sem ter sido moída ou laminada.

3) Resíduo: material retido devido a sua granulometria ser superior à

abertura da peneira e aos grãos argilosos.