ARGAMASSA COM AGREGADOS DE ISOLADORES ELÉTRICOS DE PORCELANA: INFLUÊNCIA DA CAMADA DE ESMALTE NAS PROPRIEDADES

MECÂNICAS E DE DURABILIDADE

A. M. de Argollo Ferrão, M. A. Campos, V. A. Paulon

Departamento de Recursos Hídricos, Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e

Urbanismo da Universidade Estadual de Campinas (DRH-FEC-UNICAMP). Cidade Universitária “Zeferino Vaz” - Distrito Barão Geraldo, Campinas-SP, Brasil -

Caixa Postal 6021. Contato: engenheiromarcoantonio@hotmail.com

RESUMO Este estudo comparou um traço de argamassa com agregados miúdos de isoladores de porcelana que continham uma de suas faces esmaltadas a outro contendo

apenas porcelana sem esmalte. As comparações foram nas propriedades mecânicas e de durabilidade além da verificação desta camada de esmalte na

formação dos produtos de hidratação do cimento na zona de transição agregado-matriz pasta de cimento ao longo de diferentes idades por Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV). A superfície esmaltada pouco influenciou, negativamente, na

resistência à tração por compressão diametral das argamassas, sendo que nos ensaios de resistência à compressão simples e à carbonatação, além das imagens obtidas por MEV, esta camada de esmalte não influenciou nos resultados dos

ensaios, com isso chega-se a conclusão que agregados cerâmicos esmaltados podem ser utilizados em argamassas, com seu uso estendendo aos concretos,

devendo apenas haver um controle de sua dimensão máxima. Palavras-chave: resíduo de porcelana, isolador elétrico, materiais alternativos, camada de esmalte, argamassa.

INTRODUÇÃO

As soluções para o emprego de materiais alternativos na construção civil

tiveram início no ano de 1951 na Alemanha com a publicação da norma DIN 4163 –

Concreto com resíduos de tijolos - especificação para produção e utilização

(tradução livre), publicação formada principalmente para a reutilização dos

escombros decorrentes da Segunda Guerra Mundial (SENTHAMARAI; DEVADAS

MANOHARAN; GOBINATH(1)). No Brasil apenas no ano de 2004 é que foi publicada

norma técnica referente a utilização de resíduos da construção: NBR 15116 (2) –

Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil – Utilização em

pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural – Requisitos, porém,

com utilização em concretos sem fins estruturais.

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A utilização de isoladores elétricos de porcelana como agregados em concretos

e argamassas é prática recente, mesmo com a produção brasileira atual estimada

em 30.000 ton/ano e com um passivo anual de 25.000 ton, decorrente sobretudo, da

substituição das peças cerâmicas que possuem no interior um material metálico que

ao longo do tempo, aproximadamente 10 anos, perde sua função isolante

necessitando de trocas. Assim, o corpo cerâmico, que possui vida útil superior ao

material metálico, após sua substituição é muitas vezes descartado na natureza em

meio a entulhos.

Um fator contra a reutilização destes isoladores de porcelana nos subprodutos

da construção civil, até o momento, refere-se a sua camada superficial de esmalte

que é atribuída, por inúmeros autores, como a principal responsável pela diminuição

dos resultados dos ensaios de propriedades mecânicas e de durabilidade nos

concretos e argamassas contendo agregados com este esmalte.

A diminuição na resistência à compressão simples nos concretos contendo

cerâmica é atribuída a superfície esmaltada, pois esta não permite a formação dos

produtos de hidratação do cimento na zona de transição agregado-pasta, além de

ser o ponto preferencial para a ocorrência das rupturas e também conferir reações

de expansibilidade dimensional comprometendo a estrutura (FRANCK et al.(3);

PORTELLA et al.(4); SANTOLAIA et al.(5); LINTZ et al.(6); CAMPOS,(7)).

Portanto, o principal objetivo deste trabalho foi de verificar o efeito, ao longo do

tempo, da camada superficial de esmalte dos isoladores elétricos de porcelana na

resistência à compressão simples, na resistência à tração por compressão diametral

e na resistência à carbonatação em corpos-de-prova de argamassa e a interferência

deste esmalte na formação dos produtos de hidratação do cimento na zona de

transição agregado-pasta em argamassas através da análise de imagens por

Microscopia Eletrônica de Varredura (MEV).

MATERIAIS E MÉTODOS

Foram utilizados o Cimento Portland CP V ARI – Alta Resistência Inicial e

Agregado miúdo alternativo, isoladores elétricos de porcelana moídos, proveniente

da moagem de isoladores elétricos de porcelana em granulometria similar ao

agregado miúdo comumente utilizado em concretos e argamassas no Brasil. Na

figura 1 (a) tem-se a imagem MEV da porcelana sem esmalte e na figura 1 (b) o

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agregado de porcelana com esmalte. Observa-se que a superfície do agregado com

esmalte é polida, podendo este ser um fator influente para a formação dos produtos

de hidratação do cimento na zona de transição agregado-pasta.

(a) (b)

Figura 1 – Imagens MEV: Porcelana sem esmalte (a) e porcelana com esmalte (b).

Tabela I – Análise petrográfica agregados miúdos.

Caracterização Porcelana Sem Esmalte Porcelana Com Esmalte

Composição Mineralógica Isoladores elétricos de porcelana:

argila, feldspato e quartzo. Isoladores elétricos de porcelana:

argila, feldspato e quartzo.

Grau de Esfericidade Alta Alta

Grau de Arredondamento Subanguloso Subanguloso

Superfície do Grão Fosco Polido

Módulo de Finura 3,28 3,28

Dimensão Máxima (mm) - NBR 7211(10)

9,5 9,5

Índice de Atividade Pozolânica

(%) – NBR 5752(8) 0,75 0,75

Massa Específica (g/cm³) - NBR NM 52(11)

2,43 2,43

Massa Unitária (g/cm³) - NBR NM 45(12)

1,41 1,41

Absorção de Água (%) - NBR NM

30(13) 0,05 0,05

Torrões de Argila e Materiais Friáveis (%) - NBR 7218(14)

0 0

Teor de Material Passante na

Peneira 75µm(%) - NBR NM 46 (15) 5,25 5,25

Potencialidade de Utilização do Agregado de Porcelana

Embora esteja fora da zona utilizável este material pode ser

usado, sem restrições, substituindo

o agregado comum em argamassas.

Embora esteja fora da zona utilizável este material pode ser usado, sem restrições, substituindo o agregado

comum em argamassas.

O índice de atividade pozolânica da porcelana, com e sem esmalte, ensaiadas

de acordo com a NBR 5752(8), foi de 0,75, atribuída a ativação térmica da argila que

a compõem. Ambos os agregados, com e sem esmalte, por serem alternativos foram

MEV – Aumento 5.000x MEV aumento 5.000x

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caracterizados conforme a NBR 15116(2) e em relação análise petrográfica em

acordo com a NBR 7389-1(9), com os resultados apresentados na Tabela I.

Com o ensaio de Espectroscopia de Energia Dispersiva (EDS) foi possível

determinar por quais elementos são constituídos os isoladores de porcelana. Os

principais elementos são: Si (silício), Al (alumínio) e O (oxigênio) que formam os

compostos SiO2 (sílica) e Al2O3. Compostos estes que possuem hidraulicidade

potencial e que tiveram suas atividades pozolânicas ativadas termicamente. Há

também na sua constituição o elemento K (potássio) que junto com a sílica, são

solúveis, podem acarretar problemas de eflorescência ou reação álcali -agregado em

certas condições de exposição.

Metodologia dos Ensaios

O proporcionamento dos materiais da argamassa foi de 1:2:0,55 (cimento:

agregado miúdo: água), moldando dois traços: um contendo apenas o agregado

miúdo de porcelana com a camada de esmalte em uma de suas faces e outro com

porcelana sem a camada de esmalte. As quantidades de materiais para o preparo

de 1,0 m³ de cada argamassa são apresentadas na tabela II.

Tabela II – Quantidade de materiais argamassa traço 1: 2: 0,55 (kg/m³).

Traço Cimento Agregado de Porcelana

Água Com Esmalte Sem Esmalte

Com Esmalte 675,0 1.350,0 - 371,25

Sem Esmalte 675,0 - 1.350,0 371,25

Todo o processo de moldagem e cura dos corpos-de-prova foi realizado em

atendimento a NBR 7215(15). Foram ensaiados 4 corpos-de-prova para cada

propriedade e idade. Os ensaios de imagens (MEV) e de carbonatação foram

realizados em corpos-de-prova de argamassa moldados para estes ensaios, não

foram reutilizados corpos-de-prova provenientes dos outros ensaios. As amostras

para o MEV foram identificadas e posteriormente enviadas ao Laboratório de

Microscopia Eletrônica da Central Analítica do Instituto de Química da Unicamp onde

foram ensaiadas no equipamento JSM 6360-LV, aceleração de 30KeV, resolução -

3nm, EDS - Noran System Six. Já para o ensaio de carbonatação os corpos-de-

prova, com umidade zero, foram rompidos diametralmente e em seguida aplicada

solução de fenolftaleína, com concentração de 0,5%.

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RESULTADOS E DISCUSSÕES

A fim de comprovar a influência da camada de esmalte que reveste os

isoladores elétricos de porcelana nas propriedades mecânicas foram moldados

traços de argamassa contendo o agregado miúdo de porcelana com esmalte em

uma de suas faces, comparando-o a argamassa com porcelana sem esmalte. Os

ensaios mecânicos foram realizados quanto a resistências à compressão simples,

NBR 7215 (15), e à tração por compressão diametral, NBR 7222(17).

Resistência à compressão simples

Analisando os resultados dos ensaios de resistência à compressão simples,

NBR 7215 (15), Tabela III, o traço de argamassa com agregado miúdo com a camada

de esmalte apresentou resultados superiores ao traço sem esmalte, independente

da idade de ensaio. Na idade inicial, 3 dias, o aumento da resistência obtida pelo

traço com esmalte em comparação a argamassa sem esmalte foi de 17%, aos 7 dias

a elevação na resistência ficou em 2%.

Para os ensaios aos 28 dias de idade o aumento foi de 15%, já para as

idades mais elevadas, 56 e 112 dias, 8% foi o aumento da resistência do traço com

esmalte em relação a argamassa com agregado sem esmalte. Outro destaque é a

elevada resistência à compressão simples obtidas pelos traços de argamassa,

independente do tipo de agregado miúdo.

Tabela III – Resistência à Compressão Simples.

Resistência à Compressão Simples (MPa)

Traço 3 dias 7 dias 28 dias 56 dias 112 dias

Com Esmalte 30,0 34,1 44,7 47,4 49,3

Sem esmalte 25,7 33,3 38,9 44,0 46,1

Em relação a camada de esmalte dos isoladores de porcelana esta não

interferiu nos resultados dos ensaios de resistência à compressão simples conforme

era destacada a influência pelos autores Zordan (18); Franck et al.(3); Portella et al.(4);

Santolaia et al.(5); Lintz et al.(6) e Campos(7). Esta camada de esmalte pode interferir

na resistência quando for de dimensões superiores a 19,0 mm, dimensões das

pesquisas dos três últimos pesquisadores citados, devido a grande área superficial

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esmaltada, porém, nesta pesquisa a dimensão máxima do agregado graúdo ficou

em 9,5 mm o que não afetou negativamente a resistência da argamassa.

Resistência à Tração por Compressão Diametral

Ao analisar os valores obtidos no ensaio de resistência à compressão

diametral, NBR 7222(17), Tabela IV, observa-se haver uma relação entre o tipo de

agregado, com ou sem esmalte, com sua resistência. Aos 3 dias de idade o traço

moldado com agregado contendo a camada de esmalte em sua composição

apresentou uma resistência 3% superior ao traço com a porcelana sem esmalte.

Com o aumento da idade de ensaio os valores obtidos no traço de porcelana

com esmalte foram inferiores quando comparados a argamassa sem esmalte tanto

para a idade de 28 dias como aos 112 dias a resistência obtida pelos traços com

esmalte foi 6% inferior a argamassa sem esmalte.

Tabela IV – Resistência à Compressão Diametral.

Resistencia à Compressão Diametral (MPa)

Traço 7 dias 28 dias 112 dias

Com Esmalte 3,15 3,30 3,94

Sem esmalte 3,05 3,56 4,18

Devido a metodologia de ensaio onde a ruptura do corpo-de-prova tende a

ocorrer na face do agregado com a pasta a porcelana com esmalte por ter uma

superfície mais polida foi o local onde ocorreram as rupturas devido a maior

presença de microfissuras na zona de transição agregado-pasta para este tipo de

porcelana com esmalte, acarretando diminuição nos valores de resistência medidos.

Ensaios de Imagem MEV

Para a verificação da influência da camada de esmalte foram moldados corpos-

de-prova específicos para os ensaios de Microscopia Eletrônica de Varredura

(MEV). Assim foram fabricados isoladores de porcelana especiais, com e sem

esmalte, figura 2(a), que foram centralizados nos moldes de argamassa e

preenchido o vazio com argamassa de traço 1:2:0,55 (cimento: agregado miúdo

comum: água). Após o período de endurecimento os corpos-de-prova tiveram seu

topo cortado e em seguida extraída uma fatia de espessura variável de 5 a 10 mm,

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figura 2 (b), para verificar a influência da camada de esmalte na zona de transição

agregado-pasta das argamassas, conforme detalhe.

(a) (b)

Figura 2 – Isoladores elétricos de porcelana especiais, a direita sem esmalte e a esquerda com esmalte (a) e corpos-de-prova extraídos para ensaio de MEV/EDS (b).

Analisando a zona de transição agregado-pasta através dos ensaios de

imagens por MEV aos 7 dias de idade observa-se que o vazio capilar (VC) distância

média entre o agregado (Ag) e a pasta (Pa) é de 3 µm para o traço moldado com

porcelana sem esmalte, figura 3 (a), já para a argamassa com esmalte, figura 3 (b) a

distância média ficou em 7µm. Esta maior distância é atribuída ao traço com esmalte

devido a superfície mais polida da camada de esmalte, a superfície da porcelana

sem esmalte é rugosa e portanto, a pasta se “adere” mais ao agregado diminuindo a

distância desta zona de transição agregado-pasta.

(a) (b)

Figura 3 – Zona de transição, 7 dias, traço sem esmalte (a) e argamassa com esmalte (b).

Zona de

transição

analisada

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Para a idade de 112 dias observa-se que os produtos de hidratação do cimento

localizados próximos a zona de transição agregado-pasta se desenvolveram

diminuindo a “distância” do vazio capilar na zona de transição, tanto no traço de

argamassa sem esmalte, figura 4 (a), como na argamassa com esmalte, figura 4 (b).

(a) (b)

Figura 4 – Evolução produtos hidratação do cimento, sem esmalte (a) e com esmalte (b).

Figura 5 – Compostos hidratação do cimento, 112 dias, sobre o agregado sem esmalte.

Figura 6 – Compostos hidratação do cimento, 112 dias, sobre o agregado com esmalte.

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Outra observação a destacar nestas imagens refere-se a formação dos

produtos da hidratação do cimento sobre o agregado, possivelmente CSH, para

ambos os traços de argamassa conforme a figura 5, para o traço sem esmalte, e

figura 6, argamassa com esmalte. Isso fez também que diminuísse a distância média

entre o agregado e a pasta, principalmente para a argamassa com esmalte, que

passou a tem uma distância média de 2 µm.

Ensaios de Carbonatação

Realizado aos 112 dias de idade, com o intuito de verificar a possível

carbonatação proveniente do processo de endurecimento das argamassas os

corpos-de-prova foram rompidos diametralmente e em seguida aplicados solução de

fenolftaleína, com concentração de 0,5% de álcool. Não foi observada para nenhum

dos traços moldados a ocorrência da carbonatação conforme a figura 7 (a) traço de

argamassa sem esmalte e na figura 7 (b) argamassa com esmalte.

A porosidade dos agregados miúdos constituintes da amostra é decisiva na

carbonatação das amostras e devido a baixa capacidade de absorção de água da

porcelana, independente da existência da camada de esmalte da porcelana, a

carbonatação não foi constatada nas argamassas moldadas. Este fato confere a

porcelana mais um beneficio de sua utilização substituindo o agregado comum, pois

no caso de utilização destes traços em argamassa armada a não ocorrência

carbonatação contribuirá para preservação da sua armadura.

(a) (b)

Figura 7 – Ensaio de carbonatação traço sem esmalte (a) e com esmalte (b).

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CONCLUSÕES

Em relação a influência da camada de esmalte que reveste os isoladores,

citada por inúmeros autores como a responsável pela diminuição dos resultados das

propriedades mecânicas. Esta tendência não foi observada nesta pesquisa quanto a

resistência à compressão simples, houve sim um incremento de resistência de 8%

do traço com esmalte em relação ao valor obtido pela argamassa com porcelana

sem esmalte.

Entretanto, o esmalte influenciou nos ensaios de resistência à tração por

compressão diametral, pois pela metodologia de ensaio a ruptura tende a ocorrer na

superfície do agregado e este com esmalte, de textura mais polida, apresentou

resistência inferior de 6% quando comparada a argamassa sem esmalte.

Outro destaque foi nas idades iniciais de ensaio o vazio capilar da argamassa

com esmalte é de maior dimensão quando comparado ao traço sem esmalte

conforme observado nas análises das imagens por MEV. Com o decorrer do

aumento da idade das argamassas estes vazios passam a ser preenchidos pelos

compostos da zona de transição. A resistência à carbonatação da porcelana com

esmalte também é mais um benefício à sua utilização.

Assim, pode-se concluir que independentemente da procedência dos

isoladores de porcelana, com ou sem esmalte, já que no quarteamento da amostra

constatou-se que 20% do agregado de porcelana gerado possuía uma das faces

esmaltadas, estes podem ser utilizados em argamassas. As vantagens também se

estendem ao concreto, pois uma moagem em menor granulometria similar ao

agregado miúdo atenuará os efeitos da camada de esmalte em relação as

solicitações à tração, permitindo seu uso.

REFERÊNCIAS

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made from ceramic industry waste: Durability properties. In: Construction and

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Agregados reciclados de resíduos sólidos da construção civil – Utilização em

pavimentação e preparo de concreto sem função estrutural – Requisitos. Rio de

Janeiro. 2004. 12 p.

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(3) FRANCK, R.; JOUKOSKI, A.; PORTELLA, K. F.; BERKSEN, R. Utilização de

rejeitos de isoladores de porcelana em concretos, em substituição parcial ou total

dos agregados naturais. In: Congresso Brasileiro do Concreto, 46., 2004,

Florianópolis. Anais... Florianópolis: IBRACON, 2004.

(4) PORTELLA, K. F.; JOUKOSKI, A.; FRANCK, R.; DERKSEN, R. Reciclagem

secundária de rejeitos de porcelana elétrica em estruturas de concreto:

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155-167 p, 2006.

(5) SANTOLAIA, A. P. P.; CARDIN JUNIOR, W. H.; LINTZ, R. C. C.; BOZZA, J. L.

Utilização da adição de resíduo de porcelana no concreto. In: Congresso Brasileiro

do Concreto, 49., 2007, Bento Gonçalves. Anais... Bento Gonçalves: IBRACON.

(6) LINTZ, R. C. C.; CAMPOS, M. A.; JACINTHO, A. E. P. DE A.; PAULON, V. A.;

BARBOSA, L. A. G. Estudo das propriedades mecânicas do concreto com adições

de isoladores elétricos de porcelana em substituição ao agregado graúdo. In:

JORNADAS SUDAMERICANAS DE INGENIERIA ESTRUCTURAL, 34., 2008,

Santiago. Anais... Santiago: ASAEE, 2008.

(7) CAMPOS, M. A. Estudo Do reaproveitamento de isoladores elétricos de

porcelana como agregados em argamassas e concretos. 2009, 155 p. Dissertação

(Mestrado), Universidade Estadual de Campinas – Unicamp. Faculdade de

Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Campinas-SP.

(8) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 5752 - Materiais

pozolânicos - Determinação de atividade pozolânica com cimento Portland - Índice

de atividade pozolânica com cimento. Rio de Janeiro. 1992. 6p.

(9) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7389-1 –

Agregados – Análise petrográfica de agregado para concreto, Parte 1: Agregado

miúdo. Rio de Janeiro. 2009. 5 p.

(10) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7211 –

Agregados: Determinação da composição granulométrica. Rio de Janeiro. 2009. 9 p.

(11) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 52 - Agregado

miúdo - Determinação da massa específica e massa específica aparente. Rio de

Janeiro. 2009. 6 p.

(12) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 45 -

Agregados - Determinação da massa unitária e do volume de vazios. Rio de Janeiro.

2006. 8 p.

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(13) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR NM 30 –

Agregado miúdo - Determinação da absorção de água. Rio de Janeiro. 2001. 3 p.

(14) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7218 – Agregados

– Determinação do teor de argila em torrões e materiais friáveis. Rio de Janeiro.

2010. 3p.

(15) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NM 46 - Agregados -

Determinação do material fino que passa através da peneira 75 um, por lavagem.

Rio de Janeiro. 2001. 6 p.

(16) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. NBR 7215 – Cimento

Portland – Determinação da resistência à compressão. Rio de Janeiro. 1996. 8 p.

(17) ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS - ABNT. NBR 7222 –

Argamassa e concreto - Determinação da resistência à tração por compressão

diametral de corpos-de-prova cilíndricos. Rio de Janeiro. 2010. 5 p.

(18) ZORDAN, S. E. A utilização do entulho como agregado, na confecção do

concreto, 1997, 140 p. Dissertação (Mestrado) – Universidade Estadual de

Campinas. Faculdade de Engenharia Civil, Arquitetura e Urbanismo. Campinas-SP.

MORTAR WITH AGGREGATE INSULATORS PORCELAIN ELECTRIC: GLAZE

LAYER OF INFLUENCE IN MECHANICAL PROPERTIES AND DURABILITY

ABSTRACT

This study compared a trace of mortar with aggregate kids porcelain insulators containing one of its enamelled faces the other containing only porcelain without

enamel. Comparisons were on the mechanical properties and durability in addition to verification of this enamel layer in the formation of cement hydration products in the aggregate-cement paste matrix transition zone over different ages by Scanning

Electron Microscopy (SEM). The enameled surface had little influence negatively the tensile strength by diametrical compression of the mortars, and the strength tests to

simple compression and carbonation, in addition to images obtained by SEM, this enamel layer did not influence the results of the tests, it reaches the conclusion that enamelled ceramic aggregates can be used in mortars with its use extending to the

concrete and should only be a control of its maximum size.

Key-words: porcelain waste, electrical insulator, alternative materials, glaze layer,

mortar.

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