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INFLUÊNCIA DA INCOPORAÇÃO DE CHAMOTE E ARGILITO EM MASSA ARGILOSA PARA FABRICAÇÃO DE ADOQUIN CERÂMICO

V. Scarpini*, R. M. Pinheiro, S. N. Monteiro, C. M. F. Vieira

Laboratório de Materiais Avançados – LAMAV

Universidade Estadual do Norte Fluminense – UENF

Av. Alberto Lamego, 2000, Campos dos Goytacazes, RJ, 28013-602, Brasil. E-mail*:[email protected]

RESUMO Este trabalho tem por objetivo avaliar a influência da adição de argilito e chamote, obtido de rejeito de blocos de vedação queimados em baixas temperaturas, em massa cerâmica argilosa para produção de pavimento intertravado tipo adoquin. O chamote foi submetido a ensaios de caracterização física, química e mineralógica. Corpos-de-prova foram preparados por prensagem uniaxial a 20 MPa e queimados em forno tipo mufla a 850ºC. As propriedades tecnológicas avaliadas foram: absorção de água, retração diametral e resistência à compressão uniaxial. A análise microestrutural das composições foi feita por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados indicaram que o argilito reduziu significativamente a absorção de água e a retração das composições. O chamote reduziu a retração diametral de queima e a resistência mecânica. Quanto à absorção de água o chamote nao alterou significativamente esta propriedade. Palavras-chaves: adoquin, argila, argilito, cerâmica vermelha, chamote. INTRODUÇÃO

O chamote, material de refugo de materiais cerâmicos descartado após

queima, é um dos resíduos industriais que podem, eventualmente, ser incorporado

à argila após trituração para produção de cerâmica vermelha(1).

A utilização do Chamote pode ter reflexos positivos em toda a cadeia

produtiva. Esse material geralmente possui granulometria mais grosseira que a

argila o que favorece melhor empacotamento(1-2). Alem disso, a morfologia das

partículas pode favorecer um aumento da permeabilidade da peça verde,

facilitando a eliminação da água de conformação(3). Durante a queima o chamote

55º Congresso Brasileiro de Cerâmica, 29 de maio a 01 de junho de 2011, Por to de Galinhas, PE, Brasil

964

se comporta como material inerte ate a temperatura na qual foi obtido podendo se

tornar um ponto de concentração de tensão diminuindo assim a resistência

mecânica da peça(4). Entretanto quando é queimado acima de sua temperatura de

processamento inicial as reações e as transformações de sinterização que

venham a ocorrer podem contribuir para minimizar ou até mesmo eliminar o efeito

deletério na resistência mecânica(4).

A cidade de Campos dos Goytacazes, norte do estado do Rio de Janeiro, é

um dos maiores pólos cerâmicos do Brasil. A produção é voltada basicamente

para a confecção de blocos de vedação. Estima-se que a produção dessas peças

corresponda a aproximadamente 90% da produção total das cerâmicas. As peças

defeituosas de queima são normalmente descartadas, o que poderia ser evitado

com a geração de chamote(1).

Nesse contexto este trabalho tem o objetivo de avaliar a influência da

adição de chamote, obtido de rejeito de blocos de vedação queimados em baixas

temperaturas, em massa cerâmica para produção de pavimento intertravado tipo

adoquin, produto em desenvolvimento na região.

MATERIAIS E MÉTODOS

Para a realização deste trabalho foram utilizados dois tipos de argilas

cauliníticas, argilito de Itú e chamote de blocos de vedação queimados a 600ºC.

O chamote foi submetido a ensaios de caracterização física, química e

mineralógica.

A composição química do resíduo foi obtida por fluorescência de raios-X em

equipamento Philips, modelo PW2400. A análise das fases cristalinas foi feita por

difração de raios-X (DRX) em difratômetro XRD6000, marca SHIMADZU operando

com radiação Cobre (Cu-Kα) e varredura de 2θ variando de 5 a 60º.

A análise termogravimétrica foi feita em aparelho termoanalisador STA 409C,

com taxa de aquecimento de 10°C. min-1. A análise térmica diferencial assim como

a dilatometria foi realizada em BP 300, BP engenharia.


965

A distribuição de tamanho de partícula do foi obtida por meio do método de

peneiramento e sedimentação por gravimetria(5), e a morfologia das partículas foi

avaliada por microscopia ótica (MO) em microscópio ótico TECNIVAL CGA.

Após a caracterização do chamote foram elaboradas três composições,

mostradas na Tabela 1, contendo massa argilosa, argilito e chamote. A massa

argilosa, composição A, é constituída da mistura em partes iguais de duas argilas

da região. A composição B corresponde à mistura da massa argilosa com 50% em

peso de argilito. Já na composição C, o chamote foi incorporado na quantidade

de10% em peso em substituição à massa argilosa.

Tabela 1. Composições investigadas (% em peso).

COMPOSIÇÕES (% em peso) Matérias-primas Massa argilosa Argilito Chamote

A 100 - - B 50 50 - C 40 50 10

Posteriormente, as formulações foram umedecidas com 8% de água para a

preparação, por prensagem uniaxial, de corpos-de-prova cilíndricos com diâmetro

de 20,28 mm. A densidade dos corpos-de-prova variou de 1,95 g/cm³ a 2,09

g/cm³.

Os corpos-de-prova após conformação foram secos à temperatura

ambiente por 24 horas e posteriormente secos em estufa a 110ºC.

A queima foi realizada em forno de laboratório tipo mufla da EDG, modelo

3P-S à 850ºC. A taxa de aquecimento utilizada foi de 2ºC/min. Os corpos de prova

foram mantidos na temperatura patamar por 30 minutos e resfriados por

convecção natural desligando-se o forno.

As propriedades tecnológicas determinadas foram: retração diametral de

queima, absorção de água e resistência à compressão uniaxial.

A análise microestrutural das cerâmicas queimadas foi realizada por

microscopia eletrônica de varredura (MEV) no Laboratório de Microscopia

Eletrônica do Instituto Alberto Luiz Coimbra de Pós-Graduação e Pesquisa em

Engenharia (COPPE) da Universidade Federal do Rio de Janeiro.


966

10 20 30 40 50 600

2000

4000

6000

8000

10000

Chamote

M HHQM M

M

M

Q

Q

Q C

CC

M

M

Inte

nsid

ade

(u. a

.)

2 (Graus)

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A análise por difratograma de raios-X, Figura 1, revela que o chamote

apresenta como fase cristalina predominante quartzo e mica muscovita. Além

disso, podem-se observar pequenos picos de hematita, bem como a presença de

caulinita, evidenciando que o chamote foi obtido de peças que não tiveram sua

temperatura de queima superior a 600ºC. Acima dessa temperatura a caulinita

perde sua água de constituição transformando-se numa fase amorfa, a

metacaulinita(6).

Figura 1. Difratograma de raios-X do Chamote. C = caulinita; Q = quartzo; M =

mica muscovita; H = hematita.

A Tabela 2 apresenta a composição química do chamote. Nota-se que o

material apresenta elevada porcentagem em peso de Fe2O3 o que confere a cor

avermelhada aos blocos de vedação que originaram o chamote. Observa-se

também baixos teores relativos de óxidos alcalinos fundentes como K2O e Na2O, e

alumina o que é característico das argilas cauliníticas. São observados ainda

baixos valores de perda ao fogo que pode estar associado as perda de hidroxila

dos hidróxidos (gibsita Al(OH)3 e goetita Fe(OH)3) e da caulinita

(2SiO2.Al2O3.2H2O) fases mineralógicas características das argilas da região.

Tabela 2. Composição química do chamote (% em peso).

SiO2 Al2O3 Al2O3 MgO P2O5 K2O CaO TiO2 MnO P.F.

48,12 32,18 9,83 0,85 0,27 1,78 0,41 1,47 0,17 4,37


967

A Figura 2 (a e b) apresenta as curvas de TG/DTG e ATD do chamote. A

análise termogravimétrica revela uma perda de massa total do chamote de 4,1%

para queima até aproximadamente 1000oC. Nota-se uma perda de massa de 1,6%

até aproximadamente 350oC. Esta perda de massa é devido à eliminação de água

de umidade e possivelmente re-hidratação de óxidos. Entre 400 e 600oC

aproximadamente ocorre uma perda de massa de 2,3% associada à perda de

água de constituição da caulinita remanescente da argila. Este resultado

comprova que os blocos de vedação foram queimados em temperaturas inferiores

a 600oC.

Já a curva ATD do chamote, figura 2 (b), mostra dois picos endotérmicos e

um pico exotérmico. Na temperatura aproximada de 128ºC há um pico

endotérmico associado provavelmente à perda de água de umidade. Por volta de

586ºC, observa-se um segundo pico endotérmico atribuído à eliminação de água

de constituição da caulinita conforme discutido anteriormente. Finalmente, o pico

exotérmico a 953oC está associado à decomposição da metacaulinita(6).

Figura 2: Curvas TG/DTG (a) e ATD (b) do chamote. A figura 3 (a e b), apresenta a curva dilatométrica e distribuição de tamanho

de partícula do chamote. A dilatometria do chamote revela que há uma retração

inicial com início a aproximadamente a 100ºC, que pode estar associada à

eliminação de água ligada ao silicato de sódio, plastificante adicionado ao

material. Em seguida, não ocorre variação dimensional do chamote até a

temperatura de 885ºC. Este comportamento comprova o caráter estável e inerte

do chamote. A partir daí, nota-se uma brusca redução da retração devido à

0 200 400 600 800 1000-20

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

Temperatura (ºC)

Dife

renç

a de

tem

pera

tura

(ºC

/mg)

a b


968

sinterização do chamote. Este comportamento passa a ser similar à argila que o

originou, com formação de fase liquida e sinterização por difusão no estado sólido.

Na curva de distribuição de tamanho de partícula do chamote pode-se

observar que o chamote apresenta um percentual de fração “argila”, considerada

abaixo de 0,002 mm, de acordo com a classificação da International Society of

Soil Science(7), de 5,4% em peso. As frações “silte” (0,002 a 0,02 mm) e “areia”

(de 0,02 a 2 mm) são de 9,6% e 85%, respectivamente. Esta granulometria do

chamote, mais grosseira que a argila, pode facilitar o processo de secagem e

melhorar o grau de empacotamento das cerâmicas (1).

Figura 3. Dilatometria (a) e ditribuição de tamanho de partícula (b) do

chamote.

A análise morfológica por MO, Figura 4, revela a presença de partículas de

quartzo, indicadas por setas brancas. Partículas com coloração mais escuras que

podem estar associados a minerais ferromagnesianos, provavelmente do grupo

dos anfibólios e piroxênios, setas pretas, e ainda partículas de mineral micáceo,

circundadas. Estas fases estão coerentes com a composição mineralógica do

chamote discutida anteriormente.

Figura 4. Microscopia ótica do chamote.

0102030405060708090

100

Pas

sant

e (%

)

Diâmetro das Partículas (mm)

Chamote

0,001 0,01 0,1 1

1 mm1 mm1 mm1 mm 1 mm1 mm

0 200 400 600 800 1000

-30

-25

-20

-15

-10

-5

0

dL/lo

(%)

Temperatura (ºC)

a b


969

A Figura 5 mostra a retração diametral de queima das composições

avaliadas. Nota-se que para a composição A, constituída somente pela massa

argilosa, a retração diametral obteve maior valor. Com a adição de 50% em massa

de argilito e 10% em massa de chamote, a retração diametral diminuiu em relação

à composição A indicando que com a adição do argilito e do chamote há uma

redução na plasticidade da argila contribuindo para menor retração de queima. A

incorporação de chamote contribuiu para a diminuição da retração pois a 850ºC

comporta-se como argila, uma vez que sua temperatura de obtenção foi inferior a

600ºC, e possibilita o início do desenvolvimento de reações de sinterização.

A B C0,0

0,1

0,2

0,3

0,4

0,5

0,6

0,7

0,8

0,9

1,0

RET

RA

ÇÃ

O D

IAM

ETR

AL

DE

QU

EIM

A (%

)

COMPOSIÇÕES Figura 5. Retração diametral de queima a 850ºC das composições

avaliadas.

A Figura 6 (a e b) apresenta a absorção de água e resistência à compressão

uniaxial das composições avaliadas. A absorção de água, figura 6 (a), da

composição A apresentou maior valor em relação às outras amostras. As argilas

usadas são argilas tipicamente cauliníticas que apresentam um comportamento

refratário durante a etapa de queima acarretando elevada absorção de água(8). A

adição de argilito à massa provocou uma diminuição da absorção de água. Esse

comportamento pode ser atribuído à menor perda de massa do argilito e maior

teor de fundentes em comparação com as argilas cauliníticas(8). A adição de

chamote, com relação à composição A de maneira geral, provocou uma


970

diminuição da absorção de água evidenciando que quando queimado em

temperaturas superiores da qual foi obtido, esse resíduo pode contribuir para

melhorar o empacotamento das partículas. A absorção de água da massa C em

relação à massa B dentro de um erro estatístico não apresentou alterações

significantes.

No que se refere à resistência à compressão uniaxial, figura 6 (b), observa-

se que dentro de um erro estatístico não houve alteração significativa na

resistência mecânica para as composições A e B. Entretanto, observa-se uma

diminuição da resistência mecânica na composição com chamote, C. Esta redução

foi de 19,5% com relação à composição B. Tal diminuição pode estar associada à

porosidade interna, porosidade intragranular e aglomerados de chamote que agem

como grandes defeitos em combinação com a maior porosidade intergranular das

composições(4).

Figura 6. Absorção de água (a) e resistência à compressão uniaxial (b) das

composições avaliadas.

No Brasil não existe uma norma que determine as propriedades tecnológicas

para adoquin cerâmico. A norma existente é a ABNT 9781/1987(9) para a produção

de pavimento intertravado de cimento, principal concorrente do adoquin. De

acordo com essa norma, a resistência à compressão axial deve ser ≥ 35,0 MPa

para veículos comerciais de leves e ≥ 50,0 MPa para veículos especiais ou cargas

que produzem acentuados efeitos de abrasão. Assim, seguindo a norma que rege

a produção de pavimento intertravado de cimento, as formulações com adição de

A B C

17

18

19

20

21

22

23

AB

SOR

ÇÃ

O D

E Á

GU

A (%

)

COMPOSIÇÕESA B C

26

28

30

32

34

36

38

40

42

RES

ISTÊ

NC

IA À

CO

MPR

ESSÃ

O D

IAM

ETR

AL

(MPa

)

COMPOSIÇÕES

a b


971

chamote poderiam ser utilizadas para a produção de adoquin cerâmico. Além

disso, a composição A, que alcançou valores próximos a 35 MPa, poderia ser

utilizada em pavimentação intertravada que suporte baixa intensidade de

sobrecarga. E ainda, a composição B, que alcançou valores superiores a 35 MPa

atenderia a exigência para utilização em vias para tráfego de veículos comerciais

leves(10).

A Figura 7 apresenta micrografias obtidas por MEV das composições A, B e

C. De maneira geral, as três composições apresentam uma microestrutura

semelhante com regiões de falhas com uma morfologia grosseira associada a

partículas rugosas e poucas áreas lisas. Na Figura 7 pode-se verificar também

que todas as cerâmicas apresentam falhas inerentes à compactação e que ainda

estão presentes devido à sinterização ineficiente.

De maneira geral, cerâmicas vermelhas queimadas a temperaturas

inferiores a 970ºC não apresentam uma consolidação estrutural eficiente

apresentando regiões de porosidade e rugosidade(11).

A porosidade observada nas três composições pode estar associada à

eliminação de água e gases durante a queima, vazios oriundos do

empacotamento das partículas bem como fissuras entre uma matriz amorfa de

alumino-silicato e partículas de quartzo de tamanhos bem variados(1).


972

Figura 7. Micrografias de MEV das cerâmicas queimadas a 850oC. (a) A; (b) B; e

(c) C.

CONCLUSÕES

Neste trabalho que tem por objetivo avaliar a influência da adição de argilito

e chamote, obtido de rejeito de blocos de vedação queimados em baixas

temperaturas, em massa cerâmica argilosa para produção de pavimento

intertravado tipo adoquin, pode-se concluir que:

A caracterização do chamote revelou que esse resíduo é constituído sobretudo

por quartzo, mica muscovita, hematita e caulinita como fases cristalinas, revelando

que os blocos de vedação que o originou não foram queimados a temperaturas

superiores a 600ºC. Alem disso apresenta baixos percentuais de óxidos fundentes

e granulometria com maior fração “areia” podendo ajustar a plasticidade da argila.

O argilito contribuiu para reduzir significativamente a retração e a absorção de

água da massa argilosa caulinítica queimada a 850OC. Com relação à resistência

mecânica, estatisticamente não ocorreu variação significativa. A adição de argilito

à massa argilosa contribuiu para alcançar a especificação para pavimento

intertravado para tráfego leve.


973

A adição de 10% de chamote à composição elaborada com massa argilosa e

argilito contribuiu para reduzir ainda mais a retração linear de queima. Entretanto,

não ocorreu variação na absorção de água. Com relação à resistência mecânica

foi notada uma redução de 19,5%.

As micrografias de MEV evidenciaram defeitos inerentes à compactação. As

cerâmicas ainda apresentam uma textura rugosa e lamelar indicativa de estágios

intermediários de sinterização.

AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem à FAPERJ, processo n. E-26/103.023/2008, e ao

CNPq, processo n. 306027/2008-9.

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http://www.metallum.com.br/54cbc/trabalhos_tecnicos.asp?Id=3.

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properties and microstructure of a red ceramic body for brick production.

Construction and Building Materials, v. 21, p. 1754–1759.

INFLUENCE OF THE INCORPORATION OF GROG AND ARGILLITE IN A

CLAYEY BODY FOR PRODUCTION OF CERAMIC PAVER

ABSTRACT This work has for objective to evaluate the influence argillite and grog addition,

obtained from defective bricks fired al low temperatures, into a clayey body for

production of ceramic paver. Cylindrical specimens were uniaxial mold-press and

then fired at 850ºC in a laboratory furnace. The evaluated properties were: water

absorption, diametral shrinkage and uniaxial compressive strength. The

microstructure of the fired ceramics was evaluated electron scanning microscopy.

The results showed that the argillite significantly decreased the water absorption

and the shrinkage of the clayey body. The grog also decreased the shrinkage, but

also decreased the mechanical strength. With respect to the water absorption, the

grog not change this property of the composition elaborated with clays and argillite.

Key-words: ceramic paver, clay, argillite, red ceramic, grog.


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