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CENTRO UNIVERSITÁRIO UNINOVAFAPI CURSO DE ENGENHARIA CIVIL CIÊNCIA E TECNOLOGIA DOS MATERIAIS ANTÔNIO ELDO BRENO ALVES DANILO VIEIRA DOMINGOS VIEIRA ERISVAN CUNHA FERNANDO FILHO FLÁVIO ALVES JOSÉ ANTÔNIO MATERIAS CERÂMICOS (ATIVIDADE DISCENTE 2014.2) TERESINA 2014 ANTÔNIO ELDO BRENO ALVES DANILO VIEIRA DOMINGOS VIEIRA ERISVAN CUNHA FERNANDO FILHO FLÁVIO ALVES JOSÉ ANTÔNIO MATERIAS CERÂMICOS (ATIVIDADE DISCENTE 2014.2) Atividade discente, apresentada como requisito parcial para obtenção de aprovação na disciplina de Ciência e Tecnologia dos Materiais, no Curso de Engenharia Civil, do Centro Universitário Uninovafapi. Prof. Linardy de Moura Sousa TERESINA 2014 ÍNDICE 1. INTRODUÇÃO ............................................................................................ 04 2. DESENVOLVIMENTO ................................................................................ 04 2.1 ARGILAS .............................................................................................. 04 2.1.1 CONSTITUIÇÃO ......................................................................... 05 2.1.2 CLASSIFICAÇÃO ...................................................................... 05 2.1.3 TIPOS ......................................................................................... 06 2.1.4 PROPRIEDADES ....................................................................... 06 2.1.5 FABRICAÇÃO ............................................................................ 07 2.1.6 MATERIAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL ...................................... 11 3. CONCLUSÃO ............................................................................................. 13 1. INTRODUÇÃO Os materiais cerâmicos têm sido muito empregados na construção civil, pois aproveita o solo como matéria prima, o que deixa a obra mais barata, pois essa matéria prima é encontrada em abundancia no meio ambiente. Além disso, os materiais cerâmicos vedam com eficiência os compartimentos, diminuindo a sensação térmica, proporcionando um conforto para o usuário Constituem-se de compostos metálicos e não-metálicos. Os elementos que formam as cerâmicas são, principalmente, oxigênio, silício, alumínio, ferro, magnésio, potássio e sódio, que se arranjam em estruturas tridimensionais no estado iônico. Estes materiais são tipicamente isolantes à passagem de eletricidade e de calor, e são mais resistentes a altas temperaturas e ambientes rudes do que metais e polímeros. Com relação ao comportamento mecânico, cerâmicas são duras, mas muito frágeis. 2. DESENVOLVIMENTO Cerâmica compreende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente após tratamento térmico em temperaturas elevadas. Há séculos se manipula o barro, transformando-o em utensílios domésticos, objetos de culto, ornamentos, cosméticos, base para tratamentos terapêuticos, arte e mais recentemente está sendo empregando na indústria da tecnologia, tornando possível a fabricação de supercomputadores, supercondutores, próteses dentárias, medicamentos, semicondutores, revestimentos de naves espaciais, revestimentos de alto-fornos, na construção, com diversas aplicações nas alvenarias, revestimentos, louças, telhados, pintura etc. Existe uma infinidade materiais cerâmicos, com características muito diferentes daqueles que são o resultado da queima da cerâmica vermelha. É o caso, por exemplo, da porcelana odontológica e da porcelana elétrica. 2.1 ARGILAS A argila é a matéria-prima básica da cerâmica, sendo portanto, importante conhecer sua natureza. A argila é composta por grande quantidade de material amorfo, predominando o material cristalizado. 2.1.1 CONSTITUIÇÃO Os principais constituintes das argilas são: Silicatos: são os principais constituintes das argilas. Sua unidade fundamental é o tetraedro silício oxigênio. Minerais do grupo caulinita: A caulinita faz parte da maioria das argilas. Tem forma de placas hexagonais irregulares. A composição química da caulinita é: Al2Si2O3(OH)4 ou Al2O3.2SiO2 .2H2O. Minerais do grupo Montmorilonita ou Esmecita: Este mineral é geralmente encontrado nas bentonitas que são rochas derivadas de cinzas vulcânicas. A água penetra facilmente na montmorilonita provocando o seu inchamento. Minerais micáceos: As micas são encontradas em muitas argilas, argilitos e xistos. Minerais de alumínio hidratados: Gibsita, constituinte dos solos lateríticos, é o principal mineral de alumínio. A bauxita é um minério comum do alumínio, sendo uma mistura de bauxita, caulinita, limonita e outros minerais. 2.1.2 CLASSIFICAÇÃO Podemos classificar as argilas segundo vários critérios. De acordo com a geologia, as argilas classificam-se em: Argilas residuais: São assim denominadas porque são formadas no mesmo local da rocha que lhe deu origem. O principal agente formador destas argilas é a água subterrânea que percola a rocha, provocando reações químicas que vão desgastando a rocha. A pureza da argila residual depende da natureza da rocha que lhe deu origem, da quantidade de impurezas removidas, etc. Argilas sedimentares: Estas argilas são provenientes de materiais transportados por ações naturais: Ventos, chuvas, ações glaciais, etc. Ex: Folhelho argiloso e silicoso, Silte argiloso, Caulim sedimentar, Argila glacial, limo argilo-arenoso etc. 2.1.3 TIPOS De maneira geral podem ser, Argilas de cor de cozimento branca: caulins e argilas plásticas (pisos e azulejos); Argilas refratárias: caulins, argilas refratárias e argilas altamente aluminosas (tijolos refratários); Argilas para materiais cerâmicos estruturais, amarelas ou vermelhas (manilhas, blocos e telhas). As argilas podem ser classificadas conforme a maior ou menor quantidade de colóides: Gordas: Muito plásticas, devido a alumina deformam-se muito no processo de cozimento; Magras: Devido ao excesso de sílica são mais porosas e frágeis. 2.1.4 PROPRIEDADES As propriedades mais importantes nas argilas são: plasticidade, retração e efeito do calor. 1) PLASTICIDADE Um corpo plástico é definido como o que pode ser continuamente deformado, sem que sobrevenha a ruptura. Juntando-se água lentamente a uma argila notam-se duas fases: inicialmente ela se desagrega facilmente e no fim fica mole demais. Quando a argila não mais se desagrega mas ainda não é pegajosa é chamado maior ponto de plasticidade. Este ponto varia com o tipo de argila. Assim a quantidade de água necessária para o ponto de plasticidade da argila pode ser de 10% para as argilas mais gordas até 50% para as mais magras. • Argilas mais magras requerem mais água do que as mais gordas para chegarem ao ponto de plasticidade; • A plasticidade depende também da forma e tamanho dos grãos de argila e da presença de outros materiais além dos argilo- minerais; • A plasticidade está relacionada com a trabalhabilidade da argila. 2) RETRAÇÃO Todas as argilas possuem elevada retração. Um efeito negativo da retração é que como ela nãoé absolutamente uniforme, a peça pode vir a se deformar. Todos os fatores que aumentam a plasticidade também aumentam a retração. 3) EFEITOS DE CALOR a) Temperaturas entre 20 e 150 graus: apenas perda de água de capilaridade e amassamento; b) Temperaturas de 150 a 600 graus: perda de água adsorvida e a argila vai se enrijecendo, até aqui só houve alterações físicas; c) Temperaturas a partir de 600 graus: iniciam-se as alterações químicas em três estágios: 1. Desidratação química, onde a água de constituição também é expulsa resultando no endurecimento. 2. Oxidação, os carbonetos são calcinados e se transformam em óxidos. 3. Vitrificação, tem início a partir dos 950 graus onde a sílica de constituição e das areias formam uma pequena quantidade de vidro que aglutina os demais elementos dando dureza, resistência e compactação ao conjunto, ou seja: aparece a cerâmica propriamente dita. 2.1.5 FABRICAÇÃO De maneira geral a preparação dos materiais cerâmicos seguem as seguintes fases: extração do barro, preparo da matéria prima, moldagem, secagem, cozimento, esfriamento. 1) Extração do barro: Cada tipo de cerâmica requer um tipo próprio de barro. Os fatores que influem no tipo de “barro” são: Teor de argila; Composição granulométrica; Profundidade da barreira (tipo de formação); Umidade. A análise do tipo de barro deve ser feita para se saber por exemplo se ele não possui uma alta quantidade de carbonato de cálcio ou compostos sulfurosos que originam cerâmica muito fendilhada. Se a argila for muito suja, com presença de materiais orgânicos (folhas e raízes) origina cerâmica muito porosa. 2) Preparação da matéria prima: Após extraída a argila deve ser preparada para a industrialização. Já na jazida os lotes são selecionados de acordo com a qualidade do material (composição, plasticidade). Após a seleção do material, segue-se o processo de Apodrecimento da argila. Apodrecimento da argila: a argila é levada para depósitos ao ar livre onde é revolvida sumariamente e passa por um período de descanso. As finalidades: Fermentação das partículas orgânicas (aumenta a plasticidade da argila); Corrigir o efeito das pressões sobre as argilas. Neste processo forma-se a pasta de argila através das etapas: Maceração: serve para se obter mais finos e assim aumentar a plasticidade. São usados moinhos e britadores. Correção: A correção é feita para dar a argila a constituição que se deseja. Em alguns casos é adicionada areia fina para se diminuir a retração e aumentar o rendimento, obtendo-se produtos mais grosseiros e em outros casos para se obter uma cerâmica mais fina deve-se lavar, deixar sedimentar e depois filtrar eliminando-se os grãos graúdos. Amassamento: Serve para preparar a argila para a moldagem. Conforme o tipo de barro e o tipo de molgadem é usada a água ou não. O amassamento é feito por meios mecânicos ou manuais. Nas indústrias são utilizados os equipamentos: Desagregadores: Servem para quebrar os torrões duros; Cilindros: Para quebrar pedras; Moinhos: Para moer; Marombas: Cilindros horizontais ou verticais no interior dos quais existem pás ou hélices que homogeneízam a mistura e levam para a moldagem. 3) Moldagem É a operação de dar a forma desejada à pasta cerâmica. Há processos básicos de moldagem: Moldagem a seco ou semi-seco (com 4 a 10% de água – processo usado para ladrilhos, azulejos); Moldagem com pasta plástica consistente (com 20 a 35% de água – processo usado para tijolos, tubos cerâmicos, telhas e refratários); Moldagem com pasta plástica (com 25 a 40% de água – processo usado para vasos, tijolos brutos, etc.– fica com uma camada superficial áspera); Moldagem com pasta fluida (com 30 a 50% de água - processo usado para porcelanas e louças sanitárias). O uso de um ou outro processo depende do tipo e características da matéria prima, do formato e constituição do produto acabado e do tipo de forno a ser empregado. 4) Secagem A secagem é tão importante quanto o cozimento. Se a argila for levada ainda úmida para o forno a umidade interior ficara retida pela crosta externa, aparecendo tensões internas e o consequente fendilhamento. Se a secagem não for uniforme aparecerão distorções nas peças. Pode levar de 3 a 6 semanas para argilas mais moles a 1 semana para argilas mais rijas, quando feita ao ar por secagem natural. Há quatro processos básicos de secagem: Secagem natural: processo comum em olarias, porém demorado e exige grandes superfícies (telheiros extensos ao abrigo do sol e com ventilação controlada). Secagem por ar quente-úmido: o material é colocado em secadores onde recebe ar quente com alto teor de umidade até que a água absorvida desaparece. Então recebe só ar quente, para perder água por capilaridade e com isso as deformações são mínimas. Secadores de túnel: são túneis extensos pelos quais se faz passar o calor residual dos fornos (40 a 150 graus). As peças são colocadas em vagonetas que percorrem entamente o túnel indo da menor para a maior temperatura. Secagem por radiação infra-vermelha: é pouco usada em razão do custo e por servis apenas para peças delgadas. No entanto tem alto rendimento e pouca deformação. É utilizada para peças de precisão. 5) Cozimento Durante o cozimento ocorrem as reações químicas. O principal cuidado no cozimento é manter a uniformidade do calor do forno, obtendo-se temperaturas ideais exatas. Para cerâmicas de melhor qualidade o usual é que o material vá duas vezes ao forno: aquecimento e reaquecimento. No primeiro aquecimento resulta o que se chama biscoito. O reaquecimento fixa o vidrado (nas peças esmaltadas). Há diversos tipos de fornos: Fornos de Meda; Fornos intermitentes comuns; Fornos intermitentes de chama invertida; Forno semicontínuo; Forno de mufla; Fornos combinados; Fornos de cuba, etc. 2.1.6 MATERIAIS NA CONSTRUÇÃO CIVIL Os produtos cerâmicos podem ser classificados da seguinte forma: • Porosos: Tijolos, telhas, ladrilhos, azulejos, pastilhas, manilhas, etc. • Louça: Calcária, feldspática e sanitária. • Refratários: Silicosos, silício-aluminosos, aluminosos, magnesita, cromomagnesita e cromita. POROSOS Tijolos: Os tijolos são materiais de largo uso na construção de edifícios. São produzidos em todas as regiões do país, por processos que vão do mais rude empirismo aos mais evoluídos mecanicamente. Por este processo, a pasta de barro, depois de convenientemente amassada, é moldada por extrusão, cuja fieira contínua é cortada no comprimento desejado. Os tijolos são secos á sombra ou artificialmente, antes do cozimento que é feito em fornos intermitentes e contínuos. Deste modo desenvolveram-se formas mais aperfeiçoadas para o produto e melhoraram sua qualidade. Os tijolos devem ser leves, resistentes e de fácil manejo. São aplicados nos edifícios para a construção das alvenarias das paredes divisórias e de fachadas. Nas pequenas construções, os tijolos funcionam como elemento de sustentação do teto e cobertura. Figura 1 - Tijolos 6 furos Figura 2 - Lajotas Telhas: As telhas são materiais de cobertura com formas que seclassificam em: planas ou francesas, com seção transversal curva (coloniais, portuguesas e árabes) e planas tipo escama. As telhas devem atender aos seguintes requisitos. • Apresentar estrutura homogênea, granulação fina e não conter na sua massa grãos de pirita e de cal; • Não apresentar manchas ou eflorescências; • Ter cantos vivos; • Ter um som claro; • Não ter irregularidades de forma; • Ter baixa permeabilidade; • Ser resistente à flexão; Figura 3 - Telha tipo Americana Figura 4 - Telha tipo Colonial Pastilhas cerâmicas: As pastilhas cerâmicas são materiais de louça, empregados para revestimentos de paredes e nos pisos. As pastilhas são fornecidas coladas em folhas de papelão. Após a secagem, retira-se a folha de papelão e faz o polimento superficial, as pastilhas são classificadas em vitrificadas e foscas. Figura 5 - Pastilhas cerâmicas Azulejos: Os azulejos também são peças de louça, empregados para revestimento de paredes, principalmente nos banheiros, cozinha e em ambientes que se exigem muita higiene. Figura 6 - Azulejo Manilhas: As manilhas cerâmicas são utilizadas nos esgotos sanitários, industriais e pluviais. As manilhas podem ser de barro ordinário ou de grês cerâmico. As de barro ordinário não servem para efluentes ácidos, somente águas pluviais. As manilhas de grês cerâmico são resistentes aos ácidos porque além de melhor qualidade de matéria-prima, tem acabamento superficial que lhe dá maior resistência química ao desgaste superficial. Figura 7 – Manilhas Ladrilhos: Os ladrilhos cerâmicos, comumente chamados de cerâmica, são peças de pequena espessura e formato variado. Os ladrilhos são empregados para revestimento de fachadas de edifícios, são duráveis e possuem alta resistência a abrasão. Figura 8 - Ladrilho Hidráulico LOUÇAS A louça é um produto cerâmico para a fabricação de utensílios, aparelhos sanitários, pias, etc. Os materiais de louça são revestidos por um vidrado cuja finalidade é torna-los impermeáveis e resistentes aos ácidos. As locas classificam-se em: • Louça ordinária • Louça de má qualidade • Louça superior A louça ordinária é empregada para fabricar utensílios domésticos, possuindo um acabamento superficial, transparente, feito com sais de chumbo. A louça de má qualidade é obtida do material da anterior, tendo um recobrimento opaco. É a louça dos aparelhos sanitários. A louça classificada como superior é feita com pasta de boa qualidade, tendo o acabamento feito com sais de bório. Esta louça tem aplicação no fabrico de jarros, utensílios finos, peças decorativas, etc. Figura 9 - Pia e vaso sanitário REFRATÁRIOS Os refratários são matérias resistentes a altas temperaturas sem sofrer variações de volume significativas, sem amolecer e resisti a ação dos gases quentes. Além destas condições, os refratários devem atender os seguintes requisitos: • Boa resistência à compressão em altas temperaturas; • Apresentar uniformidade ao aquecimento e resfriamento; • Ser resistentes aos vapores, aos ácidos e às escórias em temperaturas elevadas; • Ser resistentes à oxidação e a redução. Uma característica muito importante dos refratários é a resistência piroscópica que é obtida num ensaio de refratariedade. Este ensaio é feito por comparação entre o comportamento de pirâmides – padrão do material em estudo, verificando seu comportamento com o padrão sujeito às mesmas condições de elevação de temperatura. Figura 10 - Tijolos Refratários (Aplicação em churrasqueiras) 3. CONCLUSÃO Os materiais cerâmicos são uma excelente escolha para a obra, pois aprimora e embeleza ainda mais. Além de ter propriedades físico-mecânicas, que garantem a utilização dos materiais cerâmicos que garantem a utilização dos materiais cerâmicos, o que é proporcionado através de sua produção devido ao seu processo de fabricação.
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