Boletim Técnico do Projeto Produtos Cerâmicos Regionais Inovadores

GOVERNO DO ESTADO DO RIO GRANDE DO SULSECRETARIA DE DESENVOLVIMENTO ECONÔMICO, CIÊNCIA E TECNOLOGIADIVISÃO DE POLOS TECNOLÓGICOSPOLO DE INOVAÇÃO TECNOLÓGICA DO VALE DO CAÍ

Boletim TécnicoPRODUTOS CERÂMICOS REGIONAIS INOVADORESConvênio: 39/2010Processo: 410-2500/10-2

Equipe Executora:Dr.-Ing. Robinson C. D. Cruz(Coordenador)Dra. Janete E. Zorzi Dr. José V. EmilianoM.Sc. Sergio G. EcheverrigarayM.Sc. Maira FinklerEng. Arthur Susin NetoEng. Ângelo P. TittonEng. Kátia de OliveiraAcadêmico Daniel GolleINSTITUTO DE MATERIAIS CERÂMICOS

R. Irmão Moretto nº 75 – Bom Princípio – RS – Brasil – CEP 95765-000(+55)54-36341100 – www.ucs.br/site/imc

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1. INTRODUÇÃO

1.1. PAVIMENTO CERÂMICO PARA TRÁFEGO URBANO (PCTU)

O bloco cerâmico maciço para pavimento é mais conhecido como adoquín

(países de língua espanhola) ou paver (países de língua inglesa) e, na ausência de uma

denominação em língua portuguesa, adotaremos o termo pavimento cerâmico para

tráfego urbano, PCTU.

Registros históricos comprovam que pavimentos cerâmicos são utilizados a

milhares de anos. Em vários países da Europa existem exemplos magníficos de

pavimentos em argila cozida (terracota) que resistiram à passagem dos séculos

apresentando ainda hoje um ótimo estado de conservação. Em países como a Grã

Bretanha, Holanda, centro da Europa, Estados Unidos e Austrália entre muitos outros, ao

longo da história, os PCTUs têm sido utilizados em muitos tipos de pavimentos exteriores.

A grande tradição cerâmica desses países tem proporcionado materiais de elevada

qualidade aptos à aplicação em pavimentos, tais como passeios, praças, jardins, ruas

para pedestres, ruas de trafego condicionado, bem como em certas vias sujeitas às mais

duras condições de utilização e trabalho e de cargas de veículos pesados, mantendo

inalteráveis as suas qualidades físicas e estéticas. A Figura 1 apresenta algumas

aplicações dos pavimentos cerâmicos para tráfego urbano no exterior.

Figura 1 – Aplicações de PCTU no exterior (EUA e Europa).

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No Brasil não há a cultura de utilização de pavimentos que exploram as

propriedades originais da cerâmica vermelha. Normalmente são utilizadas rochas naturais

fragmentadas, artefatos em cimento/concreto ou ainda o recobrimento da área por

cimento/concreto.

Para os pavimentos aplicados para tráfego urbano, PCTU, foi proposto no âmbito

deste projeto a utilização de extrusão como processo de conformação, aproveitando

assim a infraestrutura das olarias, e a adição de rocha para promover uma maior

resistência ao desgaste.

1.2. TELHA CERÂMICA EXTRUDADA (TCEx)

Foi selecionado um modelo de telha tipo Caribe (Figura 2) como base para o

desenvolvimento do produto inovador TCEx com desempenho técnico diferenciado. Com

detalhes construtivos particulares, o modelo pode ser fixado (pregado, parafusado,

amarrado ou grampeado) a base do telhado para suportar vendavais e tornados tropicais.

Esta característica é de fundamental importância, visto que historicamente a área que

abrange o Sul do Brasil, Uruguai, Paraguai e Argentina é a segunda em todo o mundo

com maior incidência de tornados, atrás apenas do Centro-Oeste dos Estados Unidos.

Figura 2 – Protótipo de telha tipo Caribe produzida no IMC por extrusão.



Este modelo pode ser produzido exclusivamente por extrusão em grande escala,

tecnologia disponível nas empresas do setor cerâmico localizadas na região do Vale do

Rio Caí, o que evitaria a etapa intermediária da prensagem mecânica (prensa revolver) de

uma pré-forma extrudada, comumente empregada nos ciclos de processamento nas

industrias locais. A implementação desta tecnologia de processamento representa uma

redução de custos na fabricação de telhas.

Assim, o modelo de telha proposto tem potencial para reduzir a diferença de

competitividade dos produtos gaúchos em relação àqueles fabricados em outros estados,

como a “telha piso”, produto que nos últimos anos vem conquistando mercado no Estado

do Rio Grande do Sul. A baixa competitividade do produto gaúcho se dá, dentre outros

fatores de cunho não tecnológico, principalmente devido a sua menor capacidade de

cobertura unitária (que é função do tamanho da telha), e do elevado custo de produção

quando comparado com a concorrência.

2. RESULTADOS OBTIDOS NO ÂMBITO DO PROJETO

2.1. DEFINIÇÃO DOS CRITÉRIOS DE SELEÇÃO DE MATÉRIAS-PRIMAS

PARA PCTU E TECEx

Devido a existência de um número significativo de argilas e rochas na região do

Vale do Caí, as quais podem ser utilizadas como matérias-primas na indústria cerâmica

regional para a produção dos produtos inovadores, apontou a necessidade da aplicação

de critérios quantitativos robustos e mensuráveis com os recursos técnicos disponíveis

na seleção dos materiais a serem utilizados no desenvolvimento dos produtos PCTU e

TECEx.

Foi pesquisada a relação entre as propriedades finais desejadas para ambos os

produtos acabados e as características microestruturais do corpo cerâmico resultante

após queima, particularmente a porosidade. Com os dados levantados nas pesquisas foi

possível concluir que:

- Telhas cerâmicas resistentes ao gelo e de elevada resistência mecânica, a

despeito da tecnologia de fabricação e das matérias-primas utilizadas, possuem baixa



absorção de água e, portanto, reduzida porosidade aberta (absorção de água deve ser

inferior a 3% em peso). As propriedades desejadas são desenvolvidas a temperaturas de

queima superiores a 1000 °C.

- Pisos cerâmicos maciços não esmaltados para tráfego urbano, resistentes ao

desgaste, são revestimentos distintos das placas cerâmicas convencionais e possuem

grau de gresificação superior e porosidade inferior em relação ao bloco cerâmico comum

para alvenaria. Temperaturas de queima, na maior parte dos casos estudados, estão

próximas a 1000 °C.

O fator comum a ambos os casos é a necessidade de se obter um corpo cerâmico

de porosidade controlada após queima. Tal resultado só pode ser obtido mediante o

processamento apropriado de matérias-primas que resultam, individualmente ou em

composição, em corpos cerâmicos com porosidade adequada às aplicações propostas.

Portanto, podemos considerar como critérios básicos na seleção de materiais

para a produção de telhas e de pisos cerâmicos maciços de elevado desempenho a

capacidade de uma matéria-prima ou composição de matérias-primas resultar em corpos

cerâmicos de baixa porosidade após queima. Critérios específicos, porém, também

devem ser considerados, uma vez que a porosidade e a resistência mecânica do corpo

cerâmico são afetadas por características intrínsecas de dada matéria-prima, como a

plasticidade, a distribuição do tamanho de partícula e as composições química e

mineralógica.

Nesse ponto é possível distinguir a matéria-prima, ou composição de matérias-

primas, mais adequada para a produção de telhas cerâmicas resistentes ao

congelamento das adequadas para a produção de pisos cerâmicos maciços não

esmaltados resistentes ao desgaste. No primeiro caso, a distribuição de tamanho de

partícula é fundamental para garantir baixa porosidade e elevada resistência mecânica e

o indicado é uma matéria-prima com máximo tamanho de grão da ordem de 0,7 mm, com

uma fração argilosa suficiente para garantir boas propriedades após queima, mas que não

comprometa o processo de secagem. No caso do piso cerâmico, como o grau de

gresificação é o principal fator de sucesso e admite-se porosidade superior à da telha,



pode-se utilizar matéria-prima com máximo tamanho de grão da ordem de 1,4 mm e uma

distribuição mais aberta para facilitar a secagem do corpo maciço.

2.2. PROPRIEDADES DOS PCTU OBTIDOS

Com as matérias-primas definidas, foram preparadas três composições para a

confecção dos PCTU. Estas foram avaliadas quanto o tipo e a quantidade de rocha

adicionada a argila. Foram selecionadas duas rochas, 0030-13 e 0039-13, as quais foram

avaliadas nas concentrações de 30 %m e 40 %m somente para a 0039-13.

As caracterizações dos produtos obtidos foram realizadas segundo normas

nacionais/internacionais: determinação da absorção de água (ASTM C373/88), abrasão

profunda em produtos não esmaltados (NBR 13818/97 anexo E), determinação da

resistência à compressão de blocos e tijolos maciços NBR 15270-3 (Ved./Est.) e NBR

6460/83 (Maciço). Os resultados obtidos estão apresentados na Tabela 3.

Tabela 3 – Resultados obtidos para PCTUs produzidos no IMC-UCS.

Amostra (composição)

Resistência à Compressão

(MPa)

Volume de Material

Removido (mm³)

Absorção de Água

(%)

30 %m 0030-13 48,8 ± 12,9 1593,3 ± 134,9 15,1 ± 0,230 %m 0039-13 33,7 ± 9,2 1622,8 ± 252,2 15,4 ± 0,140 %m 0039-13 25,4 ± 6,5 2658,9 ± 110,0 14,6 ± 0,1

Nota-se que com o aumento na quantidade de rocha, há redução da resistência à

compressão e aumento no desgaste, evidenciado pelo maior volume de material

removido. As partículas grosseiras de rocha atuam como concentradores de tensão,

fazendo com que ocorra o colapso do corpo com uma menor carga aplicada. Em relação

a abrasão profunda, o aumento da concentração de rocha facilita o arrancamento da

matriz argilosa e auxilia as partículas do abrasivo no desgaste da superfície avaliada.

Os produtos desenvolvidos contendo 30 %m de 0030-13 e 0039-13 foram

classificados como Tipo AIII – placa cerâmica para revestimento obtida por extrusão (NBR



13818/97 anexo T) com absorção de água > 10 % e resistência a abrasão profunda (não

esmaltados) ≤ 2365 mm³. A Figura 3 apresenta os PCTUs fabricados no Instituto de

Materiais Cerâmicos.

Figura 3 – PCTUs produzidos. A esquerda estão as amostras a seco e a direita, após queima.

2.3. PROPRIEDADES OBTIDAS PARA AS TCEx

Com as matérias-primas definidas, foram preparadas três composições para a

confecção das TCEx. Estas foram avaliadas quanto o tipo e a quantidade de rocha

adicionada a argila. Foram selecionadas duas rochas, 0030-13 e 0039-13, as quais foram

avaliadas nas concentrações de 10 %m e 20 %m somente para a 0039-13, as quais

foram codificadas de 0095-13, 0096-13 e 0097-13 respectivamente.

Os ensaios foram realizados segundo normas nacionais/internacionais:

determinação da absorção de água (NBR 15310/09-Anexo D), determinação da carga de



ruptura (NBR 115310/09 – Anexo C), resistência ao congelamento (EN 539-2/1999 –

Anexo C) e determinação de efluorescências de sais solúveis (ASTM C67-92a). Os

resultados obtidos estão apresentados na Tabela 6.

Tabela 6 - Resultados obtidos para TCEx produzidas no IMC-UCS.

AmostraAbsorção de

água (%) - antes

congelamento

Absorção de água (%) -

após congelamento

Defeitos superficiais

após congelamento

Carga de ruptura (N)

Presença de efluorescências

0095-13 1,3 ± 0,1 2,0 ± 0,1 Sem defeitos 1007 ± 178 Sem efluorescências



Após 50 ciclos de congelamento e descongelamento, nota-se o aumento nos

valores de absorção de água, o que é resultado da expansão da água durante o

congelamento. Essa expansão provoca pequenas fissuras no interior do material, fazendo

com que ocorra o aumento volumétrico dos tamanhos dos poros, resultando numa maior

capacidade de absorver água. Os aumentos, em percentuais, foram de 54, 40 e 44 %

para as amostras 0095-13, 0096-13 e 0097-13, respectivamente. Ainda, após o ensaio

foram feitas inspeções visuais nas superfícies das telhas para verificar a presença de

defeitos. Não foram observados defeitos superficiais nas amostras ensaiadas, o que

indica que os produtos suportariam pelo menos 50 invernos com gelo e degelo.

Em relação as propriedades mecânicas, as TCEx produzidas no IMC atingiram

valores de carga de ruptura estabelecidos pela norma NBR 115310/09 – Anexo C, que é

no mínimo de 1000 N. Após os ensaios de efluorescências, não foram observados

nenhuma presença de sais na superfície das amostras testadas. A Figura 4 apresenta as

telhas extrudadas obtidas no IMC.



Figura 4 – TCEx produzidas através de extrusão no IMC.



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