Materiais Cerâmicos

PCC 3221

Definição de materiais cerâmicos

Grego: “KERAMOS” - COISA QUEIMADA

Materiais inorgânicos, excluindo os metais e suas ligas, utilizáveis após tratamento em altas temperaturas.

(American Ceramic Society)

Ligações predominantes

Classes de materiais cerâmicos

Quais são os principais usos dos materiais

cerâmicos no setor de construção?

5

Alvenaria

Google imagens

Revestimentos cerâmicos

Pisos Fachadas

portobello.com.br

Louça sanitária e refratários

http://assets.cimm.com.br/

http://www.reikal.com.br/

Comportamento básico das Cerâmicas• Material frágil

• Durável

• Resistência depende fundamentalmente de:

– Porosidade

– Qualidade do esqueleto cerâmico (composição e queima)

http://drizancanaro.blogspot.com/2011/03/o-vaso-de-ceramica-

mensagem-do-dia-para.html

Resistência mecânica x porosidade

0

0.25

0.5

0.75

1

0 5 10 15 20 25

Volume de Poros (%)

Re

sis

tên

cia

Re

lati

va

http://en.wikipedia.org/wiki/File:Porousceramic.jpg

Tração x compressão(frágil e não uniforme - defeitos)

Propriedades mecânicas

Resistência à compressão ( fc ):

Tijolos e blocos vedação - > 1,5 MPa (mín. exigido)

Cerâmica vermelha estrutural -

Blocos estruturais 20 - 80 MPa

Placas de pisos até 150 MPa

Porcelanas - até 200 MPa

Resistência à tração ( ft ): 15 a 20 % fc

Módulo de elasticidade: 6 GPa até 100 GPa ou mais

Coeficiente de Poisson ( u ): 0,20 a 0,30

12

Fonte: IOSHIMOTO & THOMAZ

http://www.vogt-

ceramic.de/tl_files/medien/leistungen/Tabellen_2016/EN

G/production-process.jpg

Métodos/Etapas de produção

Drying

Sinterização

http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAgZBoAG-32.jpg

Redução de

porosidade +

formação de

sólido

policristalino

Sinterização

https://www.youtube.com/watch?v=48Is5ENhkGE

Simulação 3d

sinterização

Cerâmica Vermelha

http://www.abceram.org.br

* Dados variam conforme a fonte por causa da

informalidade do setor.

Nº Empresas % Peças/mes Argila (t/mês)

Blocos/Tijolos 4346 63% 4 E 9 7.800.000

Telhas 2547 36% 1,3E9 2.500.000

https://abceram.org.br/wp-

content/uploads/2016/01/fluxo1.jpg

Processo de fabricação de cerâmica vermelha

Matéria prima básica:Argilas

Solo com características de plasticidade com água, moldagem fácil de formas, coeso quando seco, difícil desagregação por pressão dos dedos, partículas menores que 5 μm

(NBR6502 - Rochas e Solos)

18http://historia-da-ceramica.blogspot.com/2009/02/ceramica-tradicional-no-laos.html

Constituintes principais das argilas

Argilo-minerais – silicatos hidratados de Al, Fe, Mg e K, entre outros, associados a óxidos

19geologia.byethost7.com pubs.usgs.gov

Calcinação das argilas

20The TGA–DTA curves of kaolin doi:10.1007/s10934-008-9258-z

Calcinação das argilas

21TA Instruments. DILATOMETRY

Fusão, reduz poros

Queima de massas argilosas

22

Fonte: IOSHIMOTO & THOMAZ

retração

Extrusão de blocos cerâmicos

Telhas cerâmicas: prensagem

www.man.com.br

Secagem natural antes da queima

26

Queima em forno contínuo

Propriedades importantes das argilas

Plasticidade

Retração por secagem redução de volume

inicia na superfície

– Difusão de água

tensões por retração diferencial

depende

– teor de umidade,

– finura da argila

– composição mineralógica

27

Outros constituintes das argilas

Sais solúveis (K2SO4, Na2SO4, NaCl, Na2CO3)

plasticidade e refratariedade

causam eflorescências

Matéria orgânica plasticidade, retração e

porosidade

28

todobarro.com

Qual componente é mais resistente?Justifique

Bloco Telha

Extrusão Prensagem

Queima (< 800°C) Queima (> 800°C)

Blocos cerâmicos: inspeção & aceitação (NBR 15270: 2005)

Lotes (un.) Amostragem(un.)

Requisitos para ensaio

Rejeição(un.)

1.000-100.000 13 Características Geométricas

3

13 Resistência à compressão

3

6 Absorção de água 2

Resistência à compressão

Bastos (2003) fb > 1,5 MPa

(furos horizontais)

fb > 3,0 MPa

(furos verticais)

bruta

bA

Ff =

Corpos de prova

saturados.

Absorção de água

Silva et al. (2007)

100sec

sec(%) x

oM

oMMsatA

−=

8 < A < 22%

Telhas cerâmicas

TELHAS CERÂMICAS

Os principais tipos de telhas cerâmicas e suas características são:

Capa e canal - encontrada em três estilos:

colonial, paulista e plan. Rendimento:17 peças/m².

Francesa - a instalação é feita com encaixe lateral. O desenho da superfície muda de acordo

com o fabricante. Rendimento: 18 peças/m².

Romanas - são sobrepostas lateralmente. Rendimento: 17 peças/m².

Portuguesas - o grupo também inclui as italianas e espanholas. O que muda são as dimensões e o

rendimento. Rendimento: 13 peças/m² (italiana) e 16 peças/m²

(portuguesa).

Planas - utilizadas em países de invernos rigorosos, onde os telhados são muito inclinados para permitir que a neve escorra. No Brasil, são

usadas para compor coberturas de estilo germânico e suíço.

Rendimento: 35 peças/m².

Telhas cerâmicas

Que propriedades devem ser

controladas?

34

Telhas cerâmicas:inspeção & aceitação (QUALIHAB)

Lotes (un.) Amostragem

(un.)

Requisitos

para ensaio

Rejeição

(un.)

Cada

caminhão

20 Características

Geométricas

3

6 Resistência à

flexão

(> 100 Kgf)

-

6 Impermeabilida

de das telhas

1

Resistência à flexão

Requisitos e critérios das telhas cerâmicas (NBR 15310:2005)

Tipo telha Exemplo Carga de ruptura à flexão por 3 pontos (N)

Plana de encaixe Francesa 1000

Composta de encaixe

Romana 1300

Simples de sobreposição

Capa e canal

Paulista

1000

Estanqueidade das telhas

Placas cerâmicas

Como são produzidas?

39

Fabricação da placa cerâmica

Quanto à queima:

Baixa vitrificação 900 -1100 oC

Alta vitrificação 1250 oC

Refratários 2500 oC

40

cerâmica

esmalte

https://abceram.org.br/wp-

content/uploads/2016/01/fluxo8.jpg

https://abceram.org.br/wp-

content/uploads/2016/01/fluxo7.jpg

Processo de fabricação placas cerâmicas

Via úmida Via seca

Placas cerâmicas

Quais as principais propriedades que

devem ser controladas?

42

Placa cerâmica

Propriedades da placa:

-Dimensões e tolerâncias;

-Absorção de água;

-Resistência à flexão;

-Expansão por umidade.

Propriedades da

superfície:

-Resistência à abrasão (PEI –

esmaltadas; Abrasão profunda –

não esmaltadas);

-Resistência a risco;

-Coeficiente de atrito;

-Resistência a manchas

(limpabilidade)

-Ataque químico

Tardoz – face não esmaltada, corrugada

para melhorar aderência da placa

Placa cerâmica – características geométricas

• Devido à retração, as dimensões nominais diferem das dimensões reais

• Cada lote tem as tolerâncias de variações dimensionais calibradas em função das dimensões reais produzidas

• Dimensões nominais e reais são informadas na embalagem

• Manter o lote em um mesmo revestimento

Ortogonalidade Retitude

Extraído da NBR 13818

Placa cerâmica – características geométricas

Curvatura

lateralEmpeno

Extraído da NBR 13818

Classificações básicas de placas por fabricação (A, B, C) e absorção de água (I, II e III)

Revista Techne, n.96, 2005

Flexão simples

Absorção de água x Resistência à Flexão

y = -5.839ln(x) + 26.452R² = 0.8946

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12

Mo

d. d

e re

sist

. à t

raçã

o (

MPa

)

Absorção (%)

Abrasímetro para placas esmaltadas

Extraído da NBR 13818

Classes de resistência à abrasão PEI para placas esmaltadas

Classe de abrasão Nível de resistência No de ciclos para visualizar desgaste

Exemplos de tipo de ambiente a especificar

PEI - 0 Baixíssima 100 Paredes (não indicado para pisos)

PEI - 1 Baixa 150 Banheiros e quartos residenciais

PEI - 2 Média 600 Ambientes sem portas para exterior

PEI - 3 Média alta 750, 1500 Cozinhas, hall, corredores residenciais

PEI - 4 Alta 2100, 6000, 12000 Ambientes comerciais sem portas para fora

PEI - 5 Altíssima e com fácil limpeza após desgaste

> 12000 Ambientes públicos com portas para fora

Resistência ao escorregamento

• Coeficiente de atrito x uso, segundo critérios do Transport Road Research Laboratory

Coeficiente de atrito

Uso

< 0,4 Instalações normais e secas

> 0,4 Locais com requisito de resistência ao escorregamento

> 0,7 Áreas externas em aclive ou declive. Calçadas públicas, bordas de piscina

Resistência a manchas

Classes de limpabilidade

1. Impossibilidade de remoção de manchas

2. Mancha removível com HCl diluído

3. Mancha removível com saponáceo

4. Mancha removível com produto fraco (detergente)

5. Máxima facilidade de remoção de manchas

Extraído da NBR 13818

Mesma ideia básica para uma solução

arquitetônica:

Piso em porcelanato –

Shopping Bourbon/SP

Piso em rocha – Aerop. Congonhas São Paulo mesmo padrão estético mas não foi possível “controlar” a

resistência ao desgaste diferenciada entre mármore e granito

Pergunta

• O que são os porcelanatos? Em que se diferenciam das placas cerâmicas convencionais?

Porcelanato é um produto cerâmico declarado pela Norma

ISO 13006/NBR13818 com especificação BIa significando

material prensado com absorção de água menor ou igual a

0,5% [http://www.ceramicaindustrial.org.br/pdf/v10n04/publicado_v10n4a02.pdf]

Atividade extra

• Como se diferencia o processo de fabricação dos porcelanatos em relação às placas cerâmicas convencionais?

Bibliografia recomendada

• Cerâmica Vermelha– (CAP 18) Materiais de Construção Civil e Princípios de

Ciência e Engenharia de Materiais. ed. G. C. Isaía. São Paulo: IBRACON, 2007. 2 v.

• Cerâmica Branca– (CAP 19) Materiais de Construção Civil e Princípios de

Ciência e Engenharia de Materiais. ed. G. C. Isaía. São Paulo: IBRACON, 2007. 2 v.

https://abceram.org.br/

Caso particular de material cerâmico:

Vidros

Vidros planos (portas, janelas, sacadas)

Perfis de vidro p/ vedação vertical

Domos de vidro

Fibras de vidro

Lã de vidro

Tijolos ou blocos de vidro p/ alvenaria

Telhas de vidro

58

Componentes de construção civil

Sears Tower –Chicago / USA

• Fachada de vidro tradicional e

• Quatro balcões estão suspensos a 412 metros do chão, no 103º andar.;

• São caixas de 3m de altura e 3m de largura;

• Suportam 5 toneladas;

• Os vidros são de 1,5 polegadas de espessura = 3,81 cm

Componentes de vidro: Perfis, domos, telhas e blocos

61

www.vidrioperfil.com www.galvocalhas.com.br

www.madeirasbaliza.com.br/telhas3.htm http://shopdaconstrucao.com.br/bloco-vidro.htm

Fibras de vidro

62

http://www.cimentoitambe.com.br/massa-cinzenta/concreto-com-reforco-adicional/

www.ibiubi.com.br/

Vidros Industriais: produtos inorgânicos obtidos por fusão e resfriamento sem cristalização de massa inorgânica.

✓Em função da temperatura, o vidro pode passar do estado líquido ao viscoso e frágil

Vidro ordinário ou neutro para construção civil: solução amorfa e homogênea, de elevada viscosidade, um líquido super-resfriado, de silicatos alcalino-terrosos, em silicatos alcalinos simples e mais fusíveis

63

CONCEITO DE VIDRO

SiO2 areia 72 %

Na2O 15%

CaO carbonato 9%

Outros 4%

Vitrificante

(características do vidro)

Fundente

Estabilizante

(dureza, insolubilidade à água)

Corretivos cor

64

Composição básica do vidro C.C.

• Idade pedra “obsidiana” (flechas, lanças)

• 5000 a. C. descoberta Fenícios

• 1500 a. C.adornos, ânforas p/ matrizes

• 500 a. C. até séc. XIX vidro plano olho de boi

• 300 espelhos, Síria e Egito

• 1200 vidro por sopro de cilindro, olho de boi, 45 cm e l

< 3 m

• 1300domínio Veneza, Murano (vidro cristal)

65

Evolução dos vidros planos

Castelo de Edimburgo

http://bellafayegarden.tumblr.com/post/5404744379/a-window-in-edinburgh-castle-scotland-4-2011

Cuba fusão - refinação

Forno Banho Recozimento

Atmosfera inerteMistura básica

Vidro

Estanho

fundido

• 1665 nasce a Saint-Gobain, na França

• 1896fundação Vidraria Sta. Marina - SP

• 1900- mecanização do processocilindros 1m x12 m: placas 3 x 12 m

• 1913Processo Fourcault: vidro estirado

• Anos 70 - custo67,43 libras/m2 (1758) → 7,79 libras/m2

(1975)• 1982

Fábrica float,pela CEBRACE, em SP.

66

Evolução dos vidros planos

• Preparo mistura básica

• Fusão 1450 °C a 1550 °C

• Refinação 1350 °C a 1450 °C

• Moldagem 1200 °C a 1300 °C

• Pr. especiais polimento (float, impressão)

• Processo de recozimento - 300 °C a 400 °C

Alívio de tensões

67

Fabricação dos vidros planos

Classificação de vidros planos pela NBR NM 293 : 2004

Quanto à transparência: » transparente

» translúcido

(difusão em vários graus)

» opaco

(impede passagem luz)

Quanto à coloração:» incolor

» colorido

(óxidos metálicos)

69

Classificação dos vidros planos

Quanto ao acabamento da superfície

»Estirado ou liso

»Float ou cristal

» Impresso ou fantasia (translúcido)

»Fosco (jato de areia e ácido)

»Gravado (trat. químico ou mecânico)

»Esmaltado (esmalte vitrificável)

70

Classificação dos vidros planos

Quanto ao acabamento da superfície

– Espelhado

(tratamento químico)

– Termorrefletor ou refletivo (low E)

71

Classificação dos vidros planos

Vidros de baixa emissividade (low-e)

• Reduzem a transferência de calor (radiação infravermelho longo) por ação de óxidos metálicos depositados ou de películas superficiais aplicadas

• Quanto menor a emissividade (pode variar de 0,04 a 0,35), melhor o comportamento, pois menos absorverá e mais irá refletir

Quanto menor a emissividade (pode variar de 0,04 a 0,35), melhor o comportamento, pois menos absorverá e mais irá refletir

• Temperados

• Laminados

• Aramados

73

Vidros de segurança

www.canstockphoto.com.br

www.devidro.com

Vidros temperados• Peças em vidro float e recozidas são cortadas e

perfuradas nas condições necessárias para o uso final

• Novo aquecimento a 700 oC e resfriamento controlado com jatos de ar para introduzir tensões de compressão na superfície das peças

• Aumento da resistência mecânica da ordem de até 5 vezes em relação ao vidro recozido (comum)

c

Espessura

Vidros laminados• Composto de duas ou mais lâminas de vidros, coladas

pela intercalação de um até quatro filmes de policarbonato ou polivinil butiral (PVB) ou resina líquida de poliéster, por tratamento térmico sob pressão

• Em caso de ruptura da placa, os estilhaços permanecem aderidos (segurança)

• Espessuras de até 60 mm e alta resistência a projéteis de armas de fogo

http://vidracariario.com.br/vidro-laminado/

www.hotfrog.com.br/

Vidros laminados

• Características óticas variáveis

• Pode ser refletivo: camada metalizada deve ficar protegida no interior da placa (low e)

77

Cobertura da piscina do Hotel Hilton São Paulo Morumbi, projeto de Botti Rubin: vidros laminados refletivos da Santa Marina (www.arcoweb.com.br/tecnologia/vidros-refletivos-para-o-28-09-2004.html)

Vidros aramados

• Vidro produzido com tela metálica no interior.

• Evita estilhaçamento.

• Mantém-se fixo ao vão.

• Normalmente é impresso e translúcido.

78

www.colegiodearquitetos.com.br

www.psdovidro.com.br

Temperado Laminado Aramado

• Resistência • resistência àperfuração emchoques

• Na quebra,retenção vidropela tela

• Proibido cortesou deformaçõesapós têmpera

• Corte nainstalação

• Corte nainstalação

• Fragmentação

pedaços

• Performance

acústica > 800Hz, índice médioatenuação de32,6 dB

• Performance ao

fogo

• Ferragem comaperto

• 2 a 3 placas

• Proteção anti-bala regulável

79

Características dos vidros de segurança

Densidade de massa específica = 2500 kg/m3

Carga por m2 5 kg/m2 (2 mm espessura)

47,5 kg/m2 (19 mm espessura)

Coef. de dil. térmica linear = 9 x 10-6 oC-1

Coef. transmissão térmica k = 5,7 W/m2 oC (comum)

Dureza Mohs 6 a 7

Módulo de elasticidade E = 70 a 75 Gpa

Coeficiente de Poisson = 0,22

Resistência à flexãoRecozido ftf = 40 5 MPa adm = 13 2 MPa

Temperado ftf = 180 20 MPa adm = 60 4 MPa

80

Resumo das propriedades dos vidros planos

81

Bibliografia: Livro IBRACON – Capítulo 21

– Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. ed. G. C. Isaía. São Paulo: IBRACON, 2007. 2 v.