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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)
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 !
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
BETEJTIN, A. Curso de mineralogia . 3. ed. Moscú: Ed. Mir, 1977. 734 p. BRADY, L. F.; COLEMAN, E. H. Contribution to the study of fluorescence . III / IV. The effect of firing condition upon the soluble salt content of clayware. Trans. of the Cer. Soc , [s. l.], v. 30, May 1931 ; v. 31, fév. 1932. BROWNELL, W. E. Scum and its development on structural clay product s. Chicago, Illinois: Structural Clay Products Research Foundation, July 1955. (Research Report, 4). COOLING, O. F. Contribution to the study of fluorescence. II. The evaporation of water from brick. Trans. of the Cer. Soc ., [s. l.], v. 29, fév. 1930. CAMERMAN, C. Efflorescences et cristallisations dans les maçonneries. In: CONGRESSO TÉCNICO DA INDÚSTRIA CERÂMICA, 1948, Paris. Anais... Paris: Maison de la Chimie, 3 e 4 jun. 1948. CUNHA FILHO, P. L. da et al. Caracterização estrutural e microestrutural do gesso produzido pelo pólo gesseiro de Araripina. Cerâmica Industrial , [s. l.], p. 31-38, maio / jun. 2008. DANA, J. D. Manual de mineralogia . Rio de Janeiro: Livros Técnicos e Científicos, 1976. v. 2. FASSBENDER, H. W. Química de suelos, com énfasis en suelos de América Latina . 4. ed. San José, Costa Rica: Instituto Interamericano de Cooperación para La Agricultura, 1984. FORTES, H. R. T. C.; MONTEIRO, C. M. de O. L.; OLIVEIRA, A. A. Estudo sobre o fenômeno da eflorescência destrutiva em telhas cerâmicas não esmaltadas. In: 34o CONGRESSO BRASILEIRO DE CERÂMICA, Águas de Lindóia, 1995. Anais... Águas de Lindóia: ABC, 1995. KARNI, J.; KARNI, E. Gypsum in construction: origin and properties. Materials and Structure , [s. l.], n.28, p. 92-100, 1995. MÁS, E. Qualidade e tecnologia em cerâmica vermelha : apostila 1. Diagnóstico das matérias-primas e metodologia da extração das matérias-primas. São Paulo: Pólo Produções, 2002.
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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.