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Capítulo 4 - Materiais Cerâmicos 4.1 Introdução Há muito tempo atrás os materiais cerâmicos vêm sendo utilizados na construção civil. Por exemplo, a Torre de Babel que foi construída a partir de tijolos cerâmicos junto com o betume. Na Pérsia, a maioria das casas populares foi feita utilizando materiais cerâmicos. Os romanos usavam alvenarias revestidas com pedras e gesso em suas cidades.Os árabes apresentaram em sua arquitetura maometana o uso dos materiais cerâmicos. Normalmente constituídos de argila cozida, conhecidos por possuírem alta resistência mecânica e durabilidade, os materiais cerâmicos são muito utilizados na construção civil. A identificação da data de fabricação e da origem de elementos cerâmicos, geralmente fundamenta pesquisas arqueológicas de civilizações antigas já que, diferente de madeiras, metais e tecidos, o material cerâmico conserva-se praticamente com o mesmo aspecto da ocasião de sua manufatura, comprovando assim sua durabilidade. Estabelecendo características para os materiais cerâmicos conforme suas propriedades comuns e, agrupando-os de acordo com tais propriedades, dispõe-se atualmente de diversas definições para esses materiais. 4.2 Definição Cerâmica é a pedra artificial obtida pela moldagem, secagem e cozedura de argilas ou misturas contendo argilas. De uma maneira geral, para a fabricação de tijolos, telhas, lajotas, ladrilhos, peças sanitárias e outras cerâmicas, observam-se as seguintes fases:

1- Extração de Argila e Composição: Normalmente a argila vermelha, extraída em laterais de rios ou barrancos, é utilizada para tijolos, telhas, lajotas e ladrilhos. As argilas claras, tipo caulim, utilizadas para azulejos, porcelanas, etc.

2- Preparo da Matéria Prima: Constitui-se nas misturas e na maceração das argilas, para eliminação de nódulos que comprometeriam a qualidade do produto final. Nas pequenas olarias, de trabalhos manuais, essa maceração é feita de maneira rudimentar com um moinho de tração animal. Nas olarias de telhas, o equipamento utilizado é a maromba.

3- Moldagem: Logicamente é diferente para os diversos produtos cerâmicos.

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4- Secagem: Se a cerâmica for úmida para o forno, a umidade interior ficará retida pela externa aparecendo tensões internas e o conseqüente fendilhamento. Um tijolo, por exemplo, contém cerca de 1kg de água após a moldagem, e a secagem é feita ao ar livre, coberta e demora 3 a 6 semanas, nas pequenas olarias. Nas maiores pode-se utilizar a secagem por ar quente-úmido e por radiação infravermelha, o que dá um controle rigoroso dessa fase, mas tem custo elevado.

5- Cozimento: É a fase final do processo produtivo da cerâmica. Nas pequenas olarias os fornos são à lenha, onde os materiais crus são colocados manualmente, empilhados, como a lenha é posta na parte inferior, obtêm-se geralmente, tijolos super cozidos nas primeiras camadas, bons tijolos nas fiadas intermediárias e tijolos quase crus nas superiores. Os outros tipos de fornos têm produtos mais satisfatórios porque são contínuos, isto é, os materiais entram sobre vagonetes e recebem toda a caloria do processo. 4.3 Argilas A argila é composta por minerais (silicatos de alumínio hidratados) que formam com a água uma pasta plástica suscetível de conservar a forma moldada, secar e endurecer sob a ação do calor.

TB 3/45 O solo que apresenta características marcantes de plasticidade; quando suficientemente úmido molda-se facilmente em diferentes formas, quando seco apresenta coesão bastante para constituir torrões dificilmente desagregáveis por pressão dos dedos; suas propriedades dominantes são devidas à parte constituída pelos grãos de diâmetros máximos inferiores a 0,005 mm

Argila na fabricação de produtos cerâmicos

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Classificação das argilas A classificação é obtida conforme a estrutura, o emprego, a plasticidade e origem. De acordo com a estrutura, ela pode ser laminar (foliácea) ou fibrosa. Quanto ao emprego, se classifica em infusíveis (porcelanas), refratárias (produtos refratários), fusíveis (deformam e vitrificam abaixo de 1200oC). Em relação à origem pode-se dizer que as argilas são residuais ou sedimentares. Quanto á plasticidade se divide em gordas e magras. As gordas, graxas, representam a alta plasticidade em quanto as magras, representam a baixa plasticidade. Propriedades das argilas Uma das principais propriedades da argila é a plasticidade, isto é, propriedade do corpo de deformar-se sob a ação de uma força e permanecer deformado depois de cessado o esforço. Pode-se dizer que o estado plástico se encontra entre o estado sólido (rígido, h = 0%) e o estado líquido (líquido viscoso). Classificação das argilas pela consistência – TB 3/45 As argilas se classificam como: argilas muito moles, argilas moles, argilas médias, argilas rijas, e argilas duras. Propriedades das argilas A resistência da argila seca divide-se quanto a sua qualidade e seus fatores determinantes. Quanto à qualidade pode-se classificar em: máxima plasticidade quando úmida, resistência mecânica máxima quando seca, retração mínima durante a secagem. Quanto aos fatores determinantes, temos que: em relação a 60% de argila ( partículas coloidais cristalinas) ou à granulometria (silte, areia fina e média). As transformações que as argilas sofrem são consideradas endotérmicas e exotérmicas. A identificação de cada tipo de argila se dá através da análise térmico-diferencial (ATD).

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Perda de peso Existem três tipos de água na argila, são elas: água de absorção ou de plasticidade; água zeólítica e água de constituição. A água de absorção ou plasticidade é eliminada até 110oC. A água zeolítica, a qual possui moléculas intercaladas na rede cristalina do mineral, é eliminada entre 300, 400ºC. Já a água de constituição que é constante para cada tipo de argila, é eliminada a uma temperatura fixa (t > 400ºC) para cada mineral. Porosidade A porosidade da argila pode ser real ou aparente. Será real quando os poros estiverem abertos e fechados, e será aparente quando os poros estiverem abertos, O aumento da porosidade se dá através de matérias carbonosas (serragem de madeira, carvão moído), matérias porosas(Vermiculita, terras de infusórios) ou através de uma criação de uma fase gasosa estável durante a secagem e queima (alumínio ou zinco mais hidróxidos alcalinos, decomposição de CaCO3 por ácido – CO2, hidrólise de CaC2 – C2H2). A diminuição da porosidade se dá através da vitrificação da argila por fundentes. A porosidade contribui para a absorção de água, influencia na massa específica aparente, na condutibilidade térmica e elétrica, na resistência elétrica e na refratariedade. Impurezas • Impurezas do ponto de vista técnico

• Desengordurantes ⇒ CaCO3, MgCO3 • Fundentes ⇒ SiO2, Fe2O3, FeO, �ão, MgO, K2O, Na2O, TiO2

• Impurezas segundo o tamanho

• Substâncias inseparáveis por decantação • Substâncias separáveis por decantação • Substâncias separáveis por decantação via mecânica

• Impurezas segundo a procedência (GRANGE)

• De origem: Quartzo, mica • Acidentais: Piritas, carbonatos de metais alcalinos e alcalinos terrosos • Recentes: Materiais orgânicos, turfas e betumes

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• Impurezas segundo a composição (SEARLE) • Sílica

• Diminui a plasticidade, a retração durante a secagem e a queima • Aumento da brancura • Reduz a resistência à tração • Influi no coeficiente de dilatação térmica e na refratariedade

• Compostos de alumínio • Fundentes • Diminuem a plasticidade • Aumentam a resistência, a densidade e a impenetrabilidade

• Impurezas segundo a composição (SEARLE)

• Compostos de ferro • Coloração avermelhada • Diminuem a plasticidade e a refratariedade

• Compostos cálcicos • Causam eflorescências • Expandem na hidratação e na carbonatação

• Material carbonoso • Influi na plasticidade • Aumenta a retração na queima e a porosidade • Emprego na fabricação de agregados leves: Queima rápida

Purificação da argila A purificação da argila se dá através de três processos: mecânicos, químicos e físico-químicos. Os processos mecânicos realizam a lavagem do sedimento ou filtração, peneiramento e moagem ou laminação. Os processos químicos realizam a têmpera, queimas regulares (ceramização) e a adição de substâncias (formação de compostos estáveis). Os processos físico-químicos preocupam-se com a flotação ( filtros eletromagnéticos). A argila na fabricação de produtos cerâmicos A fabricação de produtos cerâmicos depende da exploração de jazidas. A exploração se divide em dois grupos de estudos distintos: estudo qualitativo, estudo quantitativo. No estudo qualitativo é analisado a composição da argila, teor de material argiloso, a pureza, as características físicas, o comportamento na secagem e na queima.

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Durante o estudo quantitativo, analisa-se o volume de material argiloso disponível. 4.4 Blocos Cerâmicos Vazados Durante a fabricação de produtos cerâmicos ocorre o tratamento da matéria prima nos seguintes critérios: depuração (eliminação de impurezas), divisão (trituração e moagem de desengordurantes), homogeneização (argila + desengordurantes + água = pasta), umidificação (a consistência da pasta é função do processo de moldagem). Os blocos cerâmicos e os tijolos estão entre esses materiais. São produzidos, não raramente, com equipamentos obsoletos em pequenas olarias ou em modernas manufaturas. Esses componentes de alvenaria são produzidos a partir de argilas queimadas a temperaturas que beiram os 900 ºC e possuem características físicas, mecânicas e de durabilidade que os posicionam como um dos melhores materiais de construção existente. Algumas vantagens podem ser percebidas como:

- são de densidade mais baixa, resultando em uma menor carga sobre a estrutura construída e são mais econômicos que outros componentes de mesma finalidade;

- são de baixo custo, pois sua utilização em paredes, que posteriormente serão

rebocadas, não requer um acabamento refinado dos tijolos e blocos, mas um controle dimensional adequado;

- os tijolos e blocos são encontrados com facilidade na maioria das regiões do país,

em abundância e em variedade de tipos; - possuem boas características de isolamento térmico e acústico, e uma alta

resistência à chama, pois são mais refratários que outros materiais de construção. Os blocos cerâmicos são fabricados em argila, de modo mecânico, moldados por extrusão, secos à sombra ou em secadores de ar quente, sendo então queimados em fornos à temperaturas que se situam em torno dos 900 ºC, permitindo, assim, que o produto final atenda às condições determinadas nas normas técnicas. Os blocos cerâmicos são classificados da seguinte maneira: - blocos estruturais: formam o arcabouço estrutural da edificação. Possuem furos verticais e são projetados para suportarem cargas verticais além de seu peso próprio. - blocos de vedação: possuem furos horizontais, sendo que são utilizados em paredes divisórias internas e externas, em prédios de apartamentos, residências, edifícios para fins comerciais ou outros quaisquer, suportando apenas o peso próprio e pequenas cargas de ocupação. Os blocos cerâmicos de vedação mais comuns possuem seis, oito ou nove furos. Os mais recomendados são os de nove furos, por apresentarem três x três furos, permitindo assim o embutimento de tubulações utilizados nos sistemas hidro-sanitários em

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apenas uma linha de furos, enquanto as demais ficam intactas, o que ajuda a manter a estabilidade da parede.

- blocos de vedação e estruturais especiais: Produtores e consumidores devem acordar suas especificações mediante contrato, são fabricados em dimensões diferentes daquelas dos blocos de uso corrente.

Esquema do processo de produção de blocos cerâmicos

Fabricação de cerâmica vermelha

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Blocos cerâmicos vazados – tipos mais encontrados

Canaletas – tipos mais encontrados

4.5 Tratamento de matéria prima O tratamento de matéria prima possui dois processos de tratamento, os naturais e os mecânicos. Os processos naturais de tratamento consiste na mistura, meteorização, amadurecimento e levigação. A mistura é a composição de argilas e desengordurantes. A metereorização consiste na exposição da argila e desengordurantes em camadas alternadas (80 cm) ao intemperismo, isto é, a dissolução de sais, a oxidação de minerais e a desagregação de torrões. O amadurecimento é o repouso da argila ao abrigo das intempéries (24hs) para que seja feita uma homogeneização da umidade. A levigação é a lavagem e purificação que é realizada por meio de decantação.

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Os processos mecânicos de tratamento envolve a trituração, peneiração, amassamento, mistura e a laminação. A trituração é feita nos moinhos de rolos ou de martelos. A peneiração, isto é, a separação granulométrica e de impurezas é realizada em cilindros rotativos crivados. O amassamento e mistura, isto é, misturadores horizontais, são realizados com pás helicoidais. A laminação, ou seja, o refino, consiste na desintegração da argila e partículas grossas por atrito e é realizada através de rolos laminadores com velocidades diferentes.

Laminação

Moldagem Existem dois processos de moldagem. O processo da argila mole (pasta branda, h = 25%), isto é, a moldagem manual que é realizada por uma conformação por bocal e o processo de prensagem a seco (pasta seca, h = 5%), ou seja, marombas com câmara de vácuo que é realizado na prensa revólver. Secagem A secagem é a evaporação da água livre até a umidade de equilíbrio com o ambiente. Ela pode ser natural com proteção contra vento e sol, ou pode ser artificial realizada em estufas. Existem dois mecanismos de secagem, a evaporação superficial e a difusão da umidade do interior para a superfície da peça.

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Secagem dos blocos cerâmicos

Queima A queima possui três estágios: desidratação, oxidação e vitrificação. A desidratação, até 700oC, é a evaporação da água livre e a queima da matéria carbonosa. A oxidação, até 900oC, provoca a transformação de Fe2O3 para Fe3O4 já que esse último é mais estável. A vitrificação, a cerca de 12000C, resulta na contração e fechamento dos poros. A queima é realizada em fornos intermitentes ou contínuos.

Forno contínuo

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Forno à lenha

4.6 Normas Tijolo maciço cerâmico para alvenaria • NBR 8041 – Padronização • NBR 7170 – Especificação Bloco cerâmico para alvenaria • NBR 8042 – Padronização • NBR 7171 – Especificação Essa norma de padronização visa o padrão de blocos de vedação comuns, que são projetados para serem assentados com os furos na horizontal e o padrão de blocos portantes comuns, que são projetados para serem assentados com os furos na vertical.

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Questionário 1- Uma sala retangular medindo 5m por 6m deve ter seu piso revestido de lajotas de cerâmica na forma de um quadrado com 20cm de lado. O construtor verificou que cada caixa de lajotas continham 25 peças. A quantidade mínima de caixas destas lajotas para revestir esta sala será de: (A) 20 (B) 25 (C) 28 (D) 30 (E) 32 2- Revestimento grosso que permite deixar as paredes e tetos com aspecto áspero e plano, é chamado de: (A) reboco (B) azulejo (C) cerâmica (D) emboço (E) laminado 3- Para azulejar um banheiro, de dimensões (2,00 x 3,00) não considerando perdas nem vãos; sabendo que o pé direito acabado é de 3,00m, gastaremos em m² a quantidade de: (A) 10 (B) 20 (C) 30 (D) 40 (E) 50 4- A quantidade de lajotas de 10x20x20 necessárias para erguer 1m² de parede de ½ vez é: (A) 25 (B) 50 (C) 75 (D) 100 (E) 125

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5- O quantitativo total de rodapé de cerâmica necessários para forrar 2 quartos 3mx3m, que possui 2 portas de 70x210, em metros, é de: (A) 0,26 (B) 2,26 (C) 22,6 (D) 226 (E) 2260 6- Considere o rendimento. 1kg de rejunte = 0,5 m² de parede de azulejo. A quantidade de quilos, necessária para rejuntamento de uma cozinha que possui 40m², é de: (A) 40 (B) 50 (C) 60 (D) 70 (E) 80 7- O processo de secagem irreversível pelo qual um produto cerâmico é submetido, é chamado de: (A) cozimento (B) padronização (C) tingimento (D) cristalização (E) endurecimento 8- Defina cerâmica, argila e argilo-minerais. 9- Quais os tipos de argila? 10- Quais as propriedades mais importantes das argilas? Defina estas propriedades. 11- O que é a vitrificação? Como ela ocorre? 12- Quais agentes químicos, físicos e mecânicos podem deteriorar as cerâmicas? 13- Qual a classificação da cerâmica na construção civil? 14- Quais as fases de preparação dos materiais cerâmicos? Para que servem? 15- Quais as propriedades dos produtos cerâmicos comuns? Quais cuidados devem ser tomados no seu recebimento? 16- Como são fabricados os tijolos e as telhas comuns?

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17- Quais são as cerâmicas de alta vitrificação? Cite algumas de suas propriedades. 18- O que são materiais refratários? Como são produzidos?