DISSERTAÇÃO MESTRADO__LAILSON_ok

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UFPI

Lailson Ancelmo

01/05/2020

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INSTITUTO FEDERAL DE EDUCAÇÃO, CIÊNCIA E TECNOLOGIA DO PIAUÍ
PRÓ-REITORIA DE PESQUISA E INOVAÇÃO
PROGRAMA DE PÓS-GRADUAÇÃO EM ENGENHARIA DE MATERIAIS

DISSERTAÇÃO DE MESTRADO

INFLUÊNCIA DA INCORPORAÇÃO DE FIBRAS DE CELULOSE
ORIUNDAS DA RECICLAGEM DE SACOS DE CIMENTO EM
FORMULAÇÕES DE CERÂMICAS ESTRUTURAIS

LAILSON ANCELMO

ORIENTADOR: PROF. Dr. ROBERTO ARRUDA LIMA SOARES

Teresina – Piauí
2015

LAILSON ANCELMO

INFLUÊNCIA DA INCORPORAÇÃO DE FIBRAS DE CELULOSE
ORIUNDAS DA RECICLAGEM DE SACOS DE CIMENTO EM
FORMULAÇÕES DE CERÂMICAS ESTRUTURAIS

Dissertação apresentada ao Programa de Pós-
Graduação em Engenharia de Materiais, do Instituto
Federal de Educação, Ciência e Tecnologia do
Piauí, como requisito parcial para obtenção do grau
de Mestre em Engenharia de Materiais.

Área de concentração: Processamento e
caracterização de materiais.

Teresina – Piauí
2015

Dedico este trabalho a minha família, da qual tive que me ausentar um pouco mais
por alguns momentos, especialmente à minha mãe, minha esposa Juliana, pelo seu
apoio, compreensão e constante ajuda, e ao meu filho Otto Gabriel, razão do meu
viver.

AGRADECIMENTOS

A Deus, mestre dos mestres, por todas as oportunidades disponibilizadas.

Aos meus pais, Seu Sérgio e Dona Neusa, pelo exemplo, apoio, crédito e condução
da minha carreira pessoal e profissional.

A minha esposa Juliana e ao meu filho Otto por todo o amor, carinho e
compreensão.

Ao Prof. Roberto Arruda, amigo e orientador, pela disponibilidade, confiança,
sugestões e paciência com meu trabalho.

Ao IFPI, pelo Programa de Pós-Graduação em Engenharia de Materiais e pela
equipe docente disponibilizada, em especial aos professores Dr. Arruda, Dr.
Eutrópio, Dr. Reis, Dr. Ayrton Brandim e Dr. Haroldo Reis.

Ao Prof. Edgar Carneiro Machado, pela receptividade única à toda equipe do
mestrado e ao apoio.

Ao técnico Barbosa da cerâmica visitada, pela atenção e disposição concedidas.

Ao SENAI-PI pela disponibilização do Laboratório de Ensaios Tecnológicos de Argila
– LETA, em particular ao grande professor e técnico em cerâmica, Rui Barbosa de
Sousa, por toda ajuda e atenção dadas durante as atividades práticas desenvolvidas
no LETA.

Aos amigos e companheiros do laboratório do IFPI, em especial a Luciana Mendes e
ao George.

Aos companheiros de turma do Programa de Pós-Graduação em Engenharia de
Materiais, em especial aos amigos Kelson Almeida, Yáscara Lopes e Zacarias
Linhares, pelo compartilhamento diário de informações e das emoções durante o
curso.

“Nós somos aquilo que fazemos repetidamente. Excelência, então, não
é um modo de agir, mas um hábito. ”
Aristóteles

RESUMO

Atualmente a construção civil faz parte do grupo das atividades mais importantes
para o desenvolvimento econômico e social do país. Em contrapartida, é
considerada uma grande geradora de impactos ambientais negativos, seja pelo
grande consumo de recursos naturais seja pela geração de grande volume de
resíduos. O presente trabalho tem como objetivo a verificação de viabilidade
técnica, econômica e ambiental da incorporação de fibras de papel kraft obtidas pela
reciclagem de embalagens de saco de cimento em formulações de cerâmicas
estruturais. Inicialmente caracterizou-se as matérias-primas utilizadas para
produção de blocos e telhas por técnicas de análise química, mineralógica e térmica.
Os corpos de prova foram conformados por extrusão e queimados nas temperaturas
de 850 ºC, 900 ºC e 950 ºC com os teores de 0%, 3%, 6%, 10% e 15% de fibra de
celulose em peso. Em seguida, foram realizados ensaios tecnológicos de retração
linear, absorção de água, porosidade aparente, massa específica aparente, tensão
de ruptura à flexão, perda ao fogo e análise de resíduo retido. A microestrutura das
cerâmicas foi observada por microscopia eletrônica de varredura. Os resultados
demonstraram alteração benéfica das propriedades físicas e mecânicas da
cerâmica, viabilizando tecnicamente a incorporação da fibra à massa cerâmica, e
seu processo simples de reciclagem transformou o resíduo analisado numa
alternativa econômica e ambiental para destinação final do resíduo na produção de
blocos e telhas cerâmicas.

Palavras-chave: Cerâmica estrutural, argila, reciclagem, fibras de papel kraft,
propriedades físicas e mecânicas.

ABSTRACT

Currently the building is part of the group of the most important activities for
economic and social development of the country. However, a major generator
of negative environmental impacts is considered, is the large consumption of
natural resources is the generation of large volumes of waste. This study
aims to check the technical feasibility, economic and environmental
incorporating kraft paper fibers obtained by recycling cement bag packaging of
structural ceramic formulations. Initially characterized the raw materials used for
production of bricks and tiles by chemical analysis techniques, mineralogical
and thermal. The samples were extruded and fired at 850 °C, 900 °C and 950
°C with 0% content, 3%, 6%, 10% and 15% cellulose fiber by weight. Then,
technological tests were carried linear shrinkage, water absorption, porosity,
density, flexural breaking stress, loss on ignition and retentate analysis. The
microstructure of the ceramics was observed by scanning electron microscopy.
The results showed beneficial change of the physical and mechanical
properties of ceramics, technically enabling the incorporation of fiber to the
ceramic mass, and its simple recycling process transformed the residue
analyzed in an economic and environmental alternative for disposal of the
waste in the production of ceramic bricks and tiles .

Keywords: Structural Ceramics, clay, recycling , kraft paper fibers , physical and
mechanical properties .

ÍNDICE DE FIGURAS

Figura 1 - Polos de mineração do estado do Piauí ................................................... 29
Figura 2 - Apresentação de blocos cerâmicos de vedação. ..................................... 33
Figura 3 - Apresentação de blocos cerâmicos estruturais. ....................................... 34
Figura 4 - Apresentação de telhas cerâmica tipo francesa (a), romana (b). ............. 35
Figura 5 - Apresentação de telhas cerâmica tipo paulista (a), plana de sobreposição
(b) ............................................................................................................................ 36
Figura 6 - Distribuição das principais bacias sedimentares brasileiras .................... 37
Figura 7 - Processo básico de fabricação de cerâmica vermelha/estrutural ............ 45
Figura 8 - (a) Sazonamento de matéria-prima no pátio da indústria. (b) Resultado
do sazonamento: decomposição de matéria orgânica, carbonatos e sulfatos. ........ 46
Figura 9 - (a) maromba utilizada na extrusão de cerâmica estrutural. (b) Modelo de
boquilhas utilizados na extrusora. ............................................................................ 48
Figura 10 - Curva de Bigot ...................................................................................... 49
Figura 11 - Diagrama granulométrico de Winkler. .................................................... 57
Figura 12 - Fluxograma de procedimentos experimentais. ....................................... 73
Figura 13 - Extração da matéria-prima. .................................................................... 74
Figura 14 - Secagem ao ar livre das amostras de argilas utilizadas no trabalho. ..... 75
Figura 15 - Fluxograma das etapas da reciclagem de embalagens de sacos de
cimento. ................................................................................................................... 76
Figura 16 - Fonte de geração dos resíduos analisados. ........................................... 76
Figura 17 - Fragmentação das embalagens de saco de cimento em tamanhos
menores (esquerda); Submersão das embalagens em recipiente com água para
posterior amolecimento (direita). .............................................................................. 77
Figura 18 - Condicionamento das embalagens amolecidas junto ao agitador
mecânico-liquidificador industrial (esquerda); Trituração mecânica das embalagens
analisadas (direita) . ................................................................................................. 78
Figura 19 - Polpa de celulose ao final do processo de trituração das embalagens de
cimento (esquerda); Remoção superficial da água presente na polpa de celulose
(direita) com uso de peneira. .................................................................................... 78
Figura 20 - Peneira utilizada para retirada d´água em excesso da polpa de celulose
(esquerda); Preparação da eliminação de água em excesso da polpa de celulose
(direita). .................................................................................................................... 79

Figura 21 - Polpa de celulose ao final do processo com eliminação superficial de
água (esquerda); Dispersão manual da polpa de celulose (direita). ......................... 80
Figura 22 - Fibras dispersas manualmente aptas para serem incorporadas
(esquerda); Variação de tonalidade da água reutilizada na trituração das fibras no
agitador. ................................................................................................................... 80
Figura 23 - Difratograma de raio X da formulação de telha ...................................... 89
Figura 24 - Difratograma de raio X da formulação de bloco .................................... 89
Figura 25 - Termograma (TG) com derivada (DTG) da formulação de telha ............ 91
Figura 26 - Termograma (TG) com derivada (DTG) da formulação de bloco. .......... 91
Figura 27 - Gráfico da distribuição granulométrica das formulações. ....................... 92
Figura 28 - Análise de plasticidade das composições. ............................................. 93
Figura 29 - Variação de resíduos nas composições. ................................................ 94
Figura 30 - DRX das Formulações de telha queimadas. .......................................... 95
Figura 31 – DRX das Formulações de Bloco queimadas. ........................................ 96
Figura 32 – Retração linear de secagem das formulações de telha. ........................ 97
Figura 33 – Retração linear de queima das formulações de telha. ........................... 99
Figura 34 - Perda ao fogo das composições de telha cerâmica. ........................... 100
Figura 35 - Absorção de água das composições de telhas X temperatura. ........... 101
Figura 36 - Porosidade aparente das composições de telhas conforme temperatura
de queima. ............................................................................................................. 102
Figura 37 - Massa específica aparente das composições de telhas X Temperatura.
............................................................................................................................... 103
Figura 38 - TRF após secagem (110 ºC) das formulações de telhas..................... 104
Figura 39 - Tensão de ruptura a flexão das composições de telhas X temperatura de
queima. .................................................................................................................. 105
Figura 40 - Corpos de prova após moldagem. ...................................................... 107
Figura 41 – Seção dos corpos de prova após queima. ................................... 107
Figura 42 – Corpos de prova conforme teor de resíduo e temperatura de
queima. .................................................................................................................. 108
Figura 43 – Micrografia das formulações de telha. ................................................. 109
Figura 44 - Retração linear de secagem das formulações de bloco. ..................... 110
Figura 45 - Retração linear de queima das composições analisadas do bloco
cerâmico. ............................................................................................................... 111

Figura 46 - Perda ao fogo das composições de bloco cerâmico. .......................... 112
Figura 47 - Absorção de água das composições de bloco conforme temperatura de
queima. .................................................................................................................. 113
Figura 48 - Porosidade aparente das formulações de blocos. ............................... 114
Figura 49 - Massa específica aparente das formulações de blocos. ..................... 116
Figura 50 - Tensão de ruptura a flexão das formulações de blocos. ..................... 117
Figura 51 - Corpos de prova após moldagem. ...................................................... 118
Figura 52 – Seção dos corpos de prova após queima. ................................... 118
Figura 53 – Corpos de prova conforme teor de resíduo e temperatura de
queima. .................................................................................................................. 119
Figura 54 – Micrografia das formulações de bloco. ................................................ 120

ÍNDICE DE TABELAS

Tabela 1 - Composição granulométrica dos produtos de cerâmica vermelha .. 57
Tabela 2 - Formulações cerâmicas em diferentes teores de fibras. ................. 83
Tabela 3 - Componentes químicos das formulações .......................................... 88
Tabela 4- Distribuição granulométrica das formulações ...................................... 92
Tabela 5 - Variação do índice de plasticidade ................................................... 93
Tabela 6 - Variação de resíduos /impurezas conforme teor de fibras
incorporadas ............................................................................................................ 94
Tabela 7 - Retração linear de secagem (110 ºC) das formulações analisadas
................................................................................................................................. 97
Tabela 8 - Retração linear de queima das formulações de telha .................... 98
Tabela 9 - Perda ao fogo das formulações de telhas cerâmicas .................. 100
Tabela 10 - Valores da absorção de água (AA) das formulações de telhas
cerâmicas .............................................................................................................. 101
Tabela 11 - Valores da porosidade aparente das formulações de telhas ..... 102
Tabela 12 - Massa específica aparente das formulações de telhas conforme
variação de temperatura de queima ................................................................... 103
Tabela 13 - : TRF após secagem das formulações de telhas ....................... 104
Tabela 14 - Valores das tensões de ruptura a flexão das formulações de
telhas conforme temperatura de queima ............................................................ 105
Tabela 15 - Retração linear
de secagem (110 ºC) das formulações analisadas
............................................................................................................................... 109
Tabela 16 - Retração linear de queima das formulações analisadas ............. 110
Tabela 17 - Perda ao fogo das formulações de blocos .................................. 111
Tabela 18 - Valores da absorção de água (AA) das formulações de blocos
cerâmicos .............................................................................................................. 113
Tabela 19 - Valores da porosidade aparente das formulações de blocos ..... 114
Tabela 20 - Massa específica aparente das formulações de blocos conforme
variação de temperatura de queima ................................................................... 115
Tabela 21 - Valores das tensões de ruptura a flexão das formulações de
blocos conforme temperatura de queima ........................................................... 116

SUMÁRIO
1.0 INTRODUÇÃO ........................................................................................ ........16
1.1 Hipótese ...................................................................................................... 19
1.2 Objetivos ..................................................................................................... 19
1.2.1 Objetivo Geral ............................................................................................. 19
1.2.2 Objetivos Específicos .................................................................................. 19
1.3 Organização da dissertação........................................................................... 19
2.0 CERÂMICA ESTRUTURAL ........................................................................... 21
2.1 Indústria Cerâmica ...................................................................................... 21
2.2 Indústria Cerâmica Brasileira ...................................................................... 23
2.3 Perfil da Indústria Cerâmica no Piauí .......................................................... 26
2.4 Produtos Cerâmicos .................................................................................... 29
2.4.1 Blocos cerâmicos ..................................................................................... 31
2.4.2 Telhas cerâmicas ..................................................................................... 34
2.5 Matérias-Primas da Cerâmica Estrutural ..................................................... 36
2.5.1 Argilas ...................................................................................................... 36
2.5.1.1 Propriedades da argila ............................................................................. 38
2.5.1.2 Tipos de argila ......................................................................................... 39
2.5.1.3 Resíduos da argila ................................................................................... 41
2.5.2.1 Extração da matéria-prima ....................................................................... 45
2.5.2.2 Sazonamento ........................................................................................... 46
2.5.2.4 Conformação das peças .......................................................................... 47
2.5.2.4.1 Extrusão.................................................................................................................. 47
2.5.2.4.2 Prensagem ......................................................................................................... 48
2.5.2.5 Secagem .................................................................................................. 48
2.5.2.6.Queima .................................................................................................... 50
2.5.2.7 Resfriamento ............................................................................................ 51
2.5.3 Caracterização das matérias-primas e das propriedades tecnológicas do
material ................................................................................................................ 51
2.5.3.1 Difração de Raios X ................................................................................. 52
2.5.3.2 Fluorescência de Raio X .......................................................................... 53
13

2.5.3.3 Análise Térmica ....................................................................................... 54
2.5.3.4 Microscopia Eletrônica de Varredura........................................................ 55
2.5.3.5 Distribuição Granulométrica ..................................................................... 56
2.5.3.6 Plasticidade ............................................................................................. 57
2.5.3.7 Retração linear de secagem .................................................................... 59
2.5.3.8 Perda ao fogo .......................................................................................... 60
2.5.3.9 Absorção de água .................................................................................... 60
2.5.3.10 Porosidade aparente ......................................................................... 61
2.5.3.11 Massa Específica Aparente ............................................................... 61
2.5.3.12 Tensão de Ruptura a flexão .............................................................. 62
3.0 UTILIZAÇÃO DOS RESIDUOS ..................................................................... 63
3.1 Resíduos da Construção Civil ..................................................................... 63
3.1.1 O papel como resíduo ................................................................................. 65
3.2 Questão Ambiental .................................................................................. 67
3.2.1 A extração de argila ................................................................................. 67
3.2.2 Resíduos Sólidos ..................................................................................... 68
3.2.3 Resíduos Perigosos ................................................................................. 68
3.2.4 Cinzas geradas durante a queima de combustível nos fornos ................. 68
3.2.5 Material cru não conforme ....................................................................... 69
3.2.6 Produto final fora de especificação .......................................................... 69
3.2.7 Emissões atmosféricas ............................................................................ 69
3.2.8 Ruído ....................................................................................................... 70
3.3 Licenciamento ambiental............................................................................. 70
4.0 MATERIAIS E MÉTODOS ............................................................................. 73
4.1 Matérias-Primas .......................................................................................... 74
4.1.1 Argila ....................................................................................................... 74
4.1.2 Fibra de Celulose .................................................................................... 75
4.2 Caracterização das Matérias-Primas........................................................... 81
4.2.1 Análise química ........................................................................................... 81
4.2.2 Análise mineralógica ................................................................................... 81
14

4.2.3 Análise térmica ........................................................................................... 81
4.2.4
Propriedades Físicas .................................................................................. 82
4.2.4.1 Análise granulométrica ............................................................................. 82
4.2.4.2 Análise de plasticidade ............................................................................ 82
4.2.4.3 Análise residual ........................................................................................ 82
4.3 Preparação das massas cerâmicas ............................................................ 83
4.3.1 Formulações ............................................................................................ 83
4.4 Preparação dos corpos de prova ................................................................ 84
4.5 Secagem dos corpos de prova .................................................................... 84
4.6 Queima dos corpos de prova ...................................................................... 85
4.7 Resfriamento dos corpos de prova .............................................................. 85
5.0 RESULTADOS E DISCUSSÕES ....................................................................... 88
5.1 Caracterização das matérias-primas ........................................................... 88
5.1.1 Caracterização Química .......................................................................... 88
5.1.2 Caracterização Mineralógica .................................................................... 89
5.1.3 Análise Térmica ....................................................................................... 90
5.1.4 Análise Granulométrica ............................................................................ 92
5.1.5 Análise de plasticidade ............................................................................ 93
5.1.6 Análise residual ....................................................................................... 94
5.2 Caracterização dos corpos de prova após a queima ................................... 95
5.2.1 Análise por DRX ...................................................................................... 95
5.2.2 Caracterização física dos corpos de prova nas formulações para telhas .... 97
Ensaio tecnológico para telhas ............................................................................ 97
5.2.2.1 Retração linear – secagem e queima ....................................................... 97
5.2.2.2 Retração linear de queima das formulações de telhas ............................. 98
5.2.2.3 Perda ao fogo .......................................................................................... 99
5.2.2.4 Absorção de água .................................................................................. 100
5.2.2.5 Porosidade aparente .............................................................................. 102
5.2.2.6 Massa específica aparente .................................................................... 103
5.2.2.7 Tensão de ruptura à flexão .................................................................... 104
15

5.2.2.8 Análise macroestrutural de formulação de telhas .................................. 106
5.2.2.9 Análise da microestrutura da superfície da fratura de formulação de telhas
108
5.2.3.1 Retração linear de secagem .................................................................. 109
5.2.3.2 Retração linear de queima das formulações de bloco ........................... 110
5.2.3.3 Perda ao fogo ........................................................................................ 111
5.2.3.4 Absorção de água ............................................................................... 112
5.2.3.6 Massa específica aparente .................................................................... 115
5.2.3.8 Análise macroestrutural de formulação de blocos .................................. 117
5.2.3.9 Análise da microestrutura da superfície da fratura de formulação de blocos
..................... ...................................................................................................... 120
6.0 CONCLUSÕES ............................................................................................ 121
SUGESTÕES PARA TRABALHOS FUTUROS .................................................... 122
REFERÊNCIAS ..................................................................................................... 123
16

LAILSON ANCELMO PPGEM - IFPI
1.0 INTRODUÇÃO

A degradação ambiental é um dos principais temas abordados nos últimos
anos. Relaciona-se principalmente a inadequada exploração dos recursos naturais,
as formas de utilização e principalmente ao descarte ineficiente desses. Essa
abordagem tem levado a sociedade a buscar alternativas de comportamento em
todos os setores.
Com a intensa industrialização, advento de novas tecnologias, crescimento
populacional e aumento de pessoas em centros urbanos e diversificação do
consumo de bens e serviços, os resíduos se transformaram em graves problemas
urbanos com um gerenciamento oneroso e complexo considerando-se volume e
massa acumulados. Os problemas se caracterizam por escassez de área de
deposição de resíduos causadas pela ocupação e valorização de área urbanas,
altos custos sociais no gerenciamento de resíduos, problemas de saneamento
público e contaminação (Ângulo et al., 2001).
Nesse contexto de degradação ao meio ambiente, cujos danos a maioria das
vezes são irreparáveis, ganha relevância a quantidade de resíduos gerados nas
áreas urbanas, os conhecidos resíduos sólidos urbanos (RSU). É um elevado
volume de lixo que na maioria das vezes não possui uma destinação final adequada
ocasionando um dos principais problemas encontrados na sociedade atual. Da
composição desses resíduos urbanos podemos destacar os resíduos oriundos da
construção e demolição, também conhecidos como RCD, o que representa um
percentual bastante significativo com relação ao volume total.
No Brasil, tem-se também observado um crescimento na participação dos
RCD no total dos RSU das cidades brasileiras. Diversas pesquisas apontam que os
RCD já representam, em média, 50% dos RSU produzidos nas cidades brasileiras,
com uma taxa média de geração em torno de 0,52 tonelada/hab. (Cabral, 2007
apud Oliveira et al.,2011).
A preocupação com resíduos sólidos urbanos no país, de forma geral, é
recente. A Resolução nº.307 do Conselho Nacional de Meio Ambiente – CONAMA
(2002), em vigor desde 02 de janeiro de 2003, estabelece diretrizes, critérios e
procedimentos para a gestão dos resíduos da construção civil. Direciona normas
17

LAILSON ANCELMO PPGEM - IFPI
que disciplinam as atividades econômicas e de desenvolvimento urbano
responsáveis por esse quadro de degradação.
Diante desse contexto, percebeu-se a necessidade de ampliação dos estudos
voltados a análise dos problemas dos resíduos de construção e demolição (RCD),
de forma a contribuir com uma melhor gestão/destinação da gestão desses resíduos
locais.
Dentre os materiais descartados das construções pode-se ressaltar o papel
kraft natural multifoliado oriundo dos sacos de cimento. Quase que inevitavelmente
os sacos de cimento não são reaproveitados ou reciclados após seu uso nas obras,
gerando assim um enorme volume desse resíduo (Buson, 2009).
As vendas de cimento no período de janeiro a maio de 2014 alcançaram 28,8
milhões de toneladas de cimento. Na comparação com o mesmo período de 2013,
apresentaram crescimento de 2,8% (SNIC, 2014).
Segundo SNIC (2014), a produção mundial do cimento em 2012 foi da ordem
de 3.702 milhões de toneladas. Em 2012 o Brasil foi o quinto maior produtor
mundial com 68,8 milhões de toneladas. Segundo o relatório anual 2013 do SNIC,
em 2013 a produção ultrapassou os 70 milhões
de toneladas. Desse total, 66% são
ensacados, o que equivale a um valor superior a 46 milhões de toneladas e 34% são
vendidos a granel.
Ao considerar que cada embalagem dos sacos de 50 kg de cimento tem em
média 150g, no Brasil ensacou-se aproximadamente 924 milhões dessas
embalagens somente em 2013 e, conforme já comentado, quase que sua totalidade
foi descartado de forma irregular sem nenhum tratamento (SNIC,2014).
No presente trabalho foi optado por a reciclagem das embalagens de sacos
de cimento devido fazer parte de um dos mais expressivos resíduos da construção
civil nas construtoras do município de Teresina e, comparando com os demais
resíduos, possui bastante potencial a ser explorado até então com pouco ou nenhum
reaproveitamento após uso primário.
A fibra das embalagens de papel kraft natural tem excelentes propriedades
física e mecânicas. Esse papel é fabricado seguindo as especificações rígidas
exigidas pelos fabricantes e usuários de sacos multifoliados. Estas especificações
exigem uma celulose sulfato de alta resistência, de fibra longa, que é geralmente
empregada pura (Buson,2009).
18

LAILSON ANCELMO PPGEM - IFPI
Nesse contexto o presente trabalho apresenta uma alternativa para a
reciclagem das embalagens de sacos de cimento transformando-as em fibras de
celulose, as quais serão utilizadas como matéria-prima utilizada na formulação de
massa cerâmica tradicional utilizada para produção de blocos e telhas, insumos
básicos utilizados na construção civil principalmente nas edificações habitacionais.
Justificando também sua aplicação prática tendo em vista o elevado déficit
habitacional do Brasil que atualmente é de aproximadamente 5.792.508 milhões de
domicílios, sendo que 1.791.437 milhões estão localizados somente na região
Nordeste (FJP/CEI, 2012).
A incorporação de resíduos em materiais cerâmicos deve levar em
consideração alguns aspectos importantes, que dizem respeito à compatibilidade
entre o resíduo e o material cerâmico, assim como a compatibilidade do produto
obtido com o meio ambiente (Balaton, 2002). Isto significa dizer que o uso de um
resíduo como matéria-prima secundária não deve comprometer o produto final, em
relação a parâmetros estabelecidos para qualidade do produto, e nem tão pouco
causar qualquer tipo de dano ambiental (Modesto, 2003).
A utilização desse resíduo (embalagens de sacos de cimento) representa um
grande impacto positivo ao meio ambiente. Além da destinação eficiente do resíduo
tem-se que levar em consideração a exploração mineral de argilas, que por sua vez
terá como consequência aumento da vida útil das jazidas, uma vez que parte desta
está sendo substituída pelas fibras oriunda da reciclagem. Sua reciclagem é
realizada por processamento simples, onde não é necessário a utilização de
nenhum produto químico, evitando possíveis contaminações com o processo para o
meio.
No presente trabalho procede-se a avaliação de diferentes formulações entre
a argila e a fibra de celulose reciclada para posterior fabricação de blocos e telhas
cerâmicas. Estudos iniciais de caracterização das matérias-primas serão realizados,
bem como caracterização dos produtos dessas formulações.
Dentre as análises realizadas pode-se destacar a influência da incorporação
do resíduo com a retração linear, absorção de água, porosidade aparente, massa
específica aparente e resistência mecânica a flexão dos produtos produzidos.
19

LAILSON ANCELMO PPGEM - IFPI
1.1 Hipótese
As fibras oriundas da reciclagem de embalagens de sacos de cimento podem
ser incorporadas à formulação da massa cerâmica tradicional agregando
características e influenciando nas propriedades tecnológicas da ceramica estrutural.
1.2 Objetivos
1.2.1 Objetivo Geral
Constatar a viabilidade técnica-econômica e ambiental da utilização da fibra
reciclada das embalagens de saco de cimento como matéria-prima de produção de
cerâmica estrutural, verificando o teor máximo admissível de incorporação dessa
fibra à mistura cerâmica de forma atender as normas e especificações técnicas
vigentes relacionadas a produção de blocos e telhas cerâmicas.
1.2.2 Objetivos Específicos
Caracterizar as matérias-primas e suas formulações de massa com diferentes
teores de fibras de papel kraft;
Verificar o comportamento das amostras com as diferentes proporções de
fibras de acordo com a variação nas temperaturas de queima das misturas;
Caracterizar quimicamente e mineralógicamente as matérias-primas;
Estudar as propriedades tecnológicas das amostras (umidade de extrusão,
teor de impurezas/resíduos, retração linear de secagem e de queima, resistência
seca, perda ao fogo, resistência conforme temperatura de queima, absorção de
água, porosidade aparente e massa específica aparente);
Analisar a microestrutura e a macroestrutura das amostras ensaiadas;
1.3 Organização da dissertação
A presente dissertação está estruturada em sete capítulos, conforme
detalhamento a seguir:
No capítulo 1 – Introdução – é feita a apresentação do trabalho com seus
elementos para compreensão, consistindo da introdução, hipótese, objetivos e
organização da dissertação.
No capítulo 2 – Cerâmica estrutural – são apresentados aspectos
bibliográficos para o embasamento conceitual dos termos empregados no
desenvolvimento do trabalho, constando de uma pesquisa bibliográfica referente ao
perfil da indústria cerâmica no Brasil e no Piauí, os produtos da ceramica estrutural,
as matérias-primas e suas caracterizações.
20

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No capítulo 3 – Utilização de resíduos da construção civil – é apresentado um
breve histórico acerca dos resíduos, seus impactos nos ambientes urbanos, as
legislações brasileiras aplicáveis, a reciclagem dos resíduos e os impactos da
legislação. Foi criado um tópico nesse capítulo relacionado a questão ambiental,
onde consta dados do desenvolvimento sustentável e meio ambiente, os impactos
ambientais da indústria cerâmica, o licenciamento ambiental da atividade e as
principais vantagens ambientais da reciclagem.
No capítulo 4 – Materiais e métodos – são apresentados os materiais e os
métodos utilizados na dissertação. Esse capítulo está divido em tópicos, a
saber: matérias-primas – argila e fibra de celulose; caracterização das
matérias-primas – análise química, análise mineralógica, análise térmica;
propriedades físicas – análise granulométrica, análise de plasticidade e análise
residual; preparação das massas cerâmicas; formulações; preparação dos
corpos de prova; secagem, queima e resfriamento dos corpos de prova;
caracterização dos corpos de prova queimados – difração de raios X, retração
linear, perda ao fogo, absorção de água, porosidade aparente, massa
específica aparente, tensão de ruptura a flexão, análise micro estrutural e
análise macroestrutural.
No capítulo 5 – Resultados e discussões – são analisadas as caraterizações
das matérias-primas e dos corpos de prova conforme temperatura de queima e as
respectivas discussões.
No capítulo 6 – Conclusões – apresenta as principais conclusões baseadas
nos resultados da pesquisa.
No capítulo 7 – Sugestões para trabalhos futuros – são abordados possíveis
pontos /condições de aplicação do tema e metodologia propostos em condições
adversas e não analisadas na presente dissertação.
Por fim estão a lista de referências e os respectivos anexos do trabalho.

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2.0 CERÂMICA ESTRUTURAL

2.1 Indústria Cerâmica
A indústria da cerâmica é uma das mais antigas do mundo, em vista da
facilidade de fabricação e abundância de matéria-prima – o barro. Já no período
neolítico
o homem pré-histórico calafetava as cestas de vime com o barro. Mais
tarde verificou que podia dispensar o vime, e fez potes só de barro. Posteriormente,
constatou que o calor endurecia esse barro, e surgiu a cerâmica propriamente dita,
que, nessa fase da humanidade, foi largamente empregada para os mais diversos
fins. Mais tarde, com o uso de barros diversos, deve ter usado argilas com mais
baixo ponto de fusão, e surgiram os vidrados e vitrificados (Bauer, 2011).
Estudos arqueológicos indicam a ocorrência de utensílios cerâmicos a partir
do período Pré-neolítico (25000 a.C.) E de materiais de construção, como tijolos,
telhas e blocos, por volta de 5000 a 6000 a.C. (SEBRAE, 2008).
Segundo pesquisa da Faculdade de Tecnologia de Lisboa, peças cerâmicas
elaboradas com argila datam de 4000 a.C., elaboradas com formas bem definidas,
mas utilizando processo que não contemplava o cozimento das mesmas. Datam
também dessa mesma época os indícios da utilização de tijolos na construção,
fabricados na Mesopotâmia. Os primeiros tijolos queimados datam de 3000 a.C.,
cuja aplicação estava voltada aos revestimentos externos e muros de proteção,
apesar da técnica ter se desenvolvido séculos antes, especialmente na queima de
utensílios domésticos. E entre 1600 e 1100 a.C. Foram encontrados, onde ficava
localizada a Babilônia, alguns exemplares de tijolos queimados (SEBRAE, 2008).
Para a Associação Brasileira de Cerâmica (ABC), a cerâmica compreende
todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos geralmente após tratamento
térmico em temperaturas elevadas, possuindo um setor cerâmico amplo e
heterogêneo o que induz a dividi-lo em sub-setores ou segmentos em função de
diversos fatores como matérias-primas, propriedades e áreas de utilização. Dessa
forma, a seguinte classificação, em geral, é adotada: cerâmica vermelha, materiais
de revestimento, cerâmica branca, materiais refratários, isolantes térmicos, fitas e
corantes, abrasivos, vidro, cimento e cal e cerâmica de alta tecnologia/cerâmica
avançada.
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Cerâmica vermelha - compreende aqueles materiais com coloração
avermelhada empregados na construção civil (tijolos, blocos, telhas, elementos
vazados, lajes, tubos cerâmicos e argilas expandidas) e também utensílios de uso
doméstico e de adorno;
Materiais de revestimento - são aqueles materiais, na forma de placas
usados na construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e
piscinas de ambientes internos e externos;
Cerâmica branca - compreendendo materiais constituídos por um corpo
branco e em geral recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor e que
eram assim agrupados pela cor branca da massa, necessária por razões estéticas
e/ou técnicas;
Materiais Refratários - compreende uma diversidade de produtos, que têm
como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de
processo e de operação dos equipamentos industriais, que em geral envolvem
esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura e outras
solicitações.
Isolantes Térmicos – os quais subdividem-se em refratários isolantes
que se enquadram no segmento de refratários; isolantes térmicos não
refratários que compreende os produtos como vermiculita expandida, sílica
diatomácea, diatomito, silicato de cálcio, lã de vidro e lã de rocha que podem
ser utilizados dependendo do tipo de produto até 1100 ºC e as fibras ou lãs
cerâmicas que apresentam características físicas semelhantes as citadas no
isolante térmico não refratário, porém apresentam composições tais como
sílica, sílica-alumina, alumina e zircônia, que dependendo do tipo, podem
chegar a temperaturas de utilização de 2000º C ou mais;
Fritas e Corantes - são importantes matérias-primas para diversos
segmentos cerâmicos que requerem determinados acabamentos. Frita (ou vidrado
fritado) é um vidro moído, fabricado por indústrias especializadas a partir da fusão
da mistura de diferentes matérias-primas. É aplicado na superfície do corpo
cerâmico que, após a queima, adquire aspecto vítreo. Este acabamento tem por
finalidade aprimorar a estética, tornar a peça impermeável, aumentar a resistência
mecânica e melhorar ou proporcionar outras características. Corantes constituem-se
de óxidos puros ou pigmentos inorgânicos sintéticos obtidos a partir da mistura de
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óxidos ou de seus compostos. Os pigmentos são fabricados por empresas
especializadas, inclusive por muitas das que produzem fritas, cuja obtenção envolve
a mistura das matérias-primas, calcinação e moagem. Os corantes são adicionados
aos esmaltes (vidrados) ou aos corpos cerâmicos para conferir-lhes colorações das
mais diversas tonalidades e efeitos especiais.
Abrasivos - parte da indústria de abrasivos, por utilizarem matérias-primas e
processos semelhantes aos da cerâmica, constituem-se num segmento cerâmico.
Entre os produtos mais conhecidos podemos citar o óxido de alumínio eletrofundido
e o carbeto de silício;
Vidro, Cimento e Cal - São três importantes segmentos cerâmicos e que, por
suas particularidades, são muitas vezes considerados à parte da cerâmica;
Cerâmica de Alta Tecnologia/Cerâmica Avançada - os aprofundamentos dos
conhecimentos da ciência dos materiais proporcionaram ao homem o
desenvolvimento de novas tecnologias e aprimoramento das existentes nas mais
diferentes áreas, como aeroespacial, eletrônica, nuclear e muitas outras e que
passaram a exigir materiais com qualidade excepcionalmente elevada. Tais
materiais passaram a ser desenvolvidos a partir de matérias-primas sintéticas de
altíssima pureza e por meio de processos rigorosamente controlados. Estes
produtos, que podem apresentar os mais diferentes formatos, são fabricados pelo
chamado segmento cerâmico de alta tecnologia ou cerâmica avançada. Eles são
classificados, de acordo com suas funções, em: eletroeletrônicos, magnéticos,
ópticos, químicos, térmicos, mecânicos, biológicos e nucleares. Os produtos deste
segmento são de uso intenso e a cada dia tende a se ampliar. Como alguns
exemplos, podemos citar: naves espaciais, satélites, usinas nucleares, materiais
para implantes em seres humanos, aparelhos de som e de vídeo, suporte de
catalisadores para automóveis, sensores (umidade, gases e outros), ferramentas de
corte, brinquedos, acendedor de fogão, etc.

2.2 Indústria Cerâmica Brasileira
O setor cerâmico no Brasil constitui um dos maiores conglomerados
industriais do gênero no mundo, tendo uma grande importância econômica
para o Brasil, com uma participação no PIB brasileiro de quase 1,0%, além
de apresentar características de capilaridade no cenário da economia nacional
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que o distingue de todos os outros setores, envolvendo micros, pequenas,
médias e grandes empresas em todos os estados, no interior e nas regiões
metropolitanas, e em boa parte dos municípios do país, envolvendo produtos
derivados de minerais não-metálicos para a construção civil, como elementos
estruturais e para revestimento, louças domésticas, sanitárias e de decoração,
assim como de uso específico, como isoladores elétricos, tijolos refratários,
tubulações sanitárias, abrasivos, biocerâmica e isolantes térmicos (INT, 2012).
A abundância de matérias-primas naturais, fontes alternativas de energia e
disponibilidade de tecnologias práticas embutidas nos equipamentos industriais,
fizeram com que as indústrias cerâmicas brasileiras evoluíssem rapidamente e
muitos tipos de produtos
dos diversos segmentos cerâmicos atingissem nível de
qualidade mundial com apreciável quantidade exportada (ABC, 2015).
As regiões que mais se desenvolveram foram a SUDESTE e a SUL, em razão
da maior densidade demográfica, maior atividade industrial e agropecuária, melhor
infra-estrutura, melhor distribuição de renda, associado ainda as facilidades de
matérias-primas, energia, centros de pesquisa, universidades e escolas técnicas.
Portanto, são nelas onde se tem uma grande concentração de indústrias de todos os
segmentos cerâmicos. Convém salientar que as outras regiões do país têm
apresentado um certo grau de desenvolvimento, principalmente no Nordeste, onde
tem aumentado a demanda de materiais cerâmicos, principalmente nos segmentos
ligados a construção civil, o que tem levado a implantação de novas fábricas
cerâmicas nessa região (ABC, 2015).
O segmento de cerâmica vermelha brasileiro integra o ramo de produtos de
minerais não-metálicos da Indústria de Transformação, fazendo parte, juntamente
com outras indústrias, como as de cerâmica de revestimento, sanitários, indústria
cimenteira e vidreira, do conjunto de cadeias produtivas que compõem o Complexo
da Construção Civil. Tem como atividade a produção de uma grande variedade de
materiais, como blocos de vedação e estruturais, telhas, tijolos maciços, lajotas e
tubos, além de produtos para fins diversos como argilas piroexpandidas, objetos
ornamentais e utensílios domésticos. A diversidade de produtos é muito elevada em
função das exigências do mercado consumidor que, muitas vezes, induzem uma
variedade de dimensões que acabam afetando a padronização das peças. (MME,
2009).
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Este segmento é abastecido por um grande número de unidades produtivas
de argilas comuns distribuídas em todos os estados brasileiros, caracterizada, na
sua grande maioria, por micro e pequenas empresas, geralmente de estrutura
familiar, atuando muitas vezes de maneira informal (MME, 2009).
Para Cabral Junior (2008), trata-se de um setor com uma estrutura
empresarial bastante assimétrica, pulverizada e de capital estritamente
nacional, no qual coexistem pequenos empreendimentos familiares artesanais
(olarias, em grande parte não incorporadas nas estatísticas oficiais), cerâmicas
de pequeno e médio porte, com deficiências de mecanização e gestão, e
empreendimentos de médio a grande porte (em escala de produção) de
tecnologia mais avançada (processos mais automatizados, com preparação
melhor da matéria-prima, secagem forçada e fornos de queima semi-contínua
ou contínua).
Segundo a Associação Nacional da Indústria Cerâmica - ANICER (2015) o
parque cerâmico brasileiro é constituído por aproximadamente 6.903 cerâmicas e
olarias e com consumo médio de 10,3 milhões de toneladas de argila por mês.
Dessas indústrias 4.346 (63%) são responsáveis pela produção mensal de 4 bilhões
de toneladas de blocos/tijolos e 2.547 (36%) são responsáveis pela produção
mensal de 1,3 bilhões de toneladas de telhas. Além da expressiva produção, a
indústria de cerâmica vermelha é responsável pela geração de 293 mil empregos
diretos, aproximadamente 900 mil empregos indiretos, com faturamento anual de 18
bilhões de reais, fazendo correspondência a 4,8% da Indústria da Construção Civil.
As informações oficiais (DNPM – Anuário Mineral Brasileiro) não refletem a
realidade do segmento, tanto no número de empresas atuantes quanto da
quantidade produzida, estimando-se que a produção de argila seja muito maior do
que os dados oficiais captados. As peculiaridades da mineração de argilas para
cerâmica vermelha, pouco estruturada formalmente, predominando como atividade
subsidiária à manufatura cerâmica e com ampla distribuição no território nacional,
faz com que esse segmento da mineração apresente uma grande deficiência em
dados estatísticos e indicadores de desempenho, instrumentos indispensáveis para
acompanhar o seu desenvolvimento e monitorar a sua competitividade. Dessa
forma, parcela importante das análises efetuadas neste perfil deriva de
informações obtidas a partir da indústria de cerâmica vermelha – segmento
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de transformação agregada à mineração de argila, de consulta a relatórios e
publicações técnicas de centros de pesquisa (IPT – Instituto de Pesquisas
Tecnológicas e Cetem – Centro de Tecnologia Mineral), e de representantes
empresariais e consultores que atuam diretamente com o setor mínero-
cerâmico. (Anuário Estatístico, 2011 – Setor de Transformação de Não-Metálicos –
Ministério de Minas e Energia).

2.3 Perfil da Indústria Cerâmica no Piauí
A argila é abundante no Estado do Piauí, com suas principais reservas
localizadas nos municípios de Teresina, Campo Maior, Picos, Piracuruca,
Jaicós, Parnaíba, Valença, Floriano e José de Freitas. Apresentam cores e
tonalidades variadas, predominando a cinza médio a escuro, além das
tonalidades esverdeadas, amareladas, avermelhadas e amarronzadas, sendo
estas duas última mais evidentes na superfície exposta das argilas das
várzeas do rio Parnaíba (CEPRO,1996).
Segundo o SINDUSCON (2014), existem aproximadamente 96 indústrias
cerâmicas no Estado do Piauí. Para a Federação da Indústria do Piauí, esse
número é de aproximadamente 92 fábricas, com uma produção média de 30.000,00
milheiros de tijolos/mês e de 15.000,00 milheiros de telhas/mês. Essa produção
atendendo a demanda anual da construção civil do estado. Os principais produtos
cerâmicos são blocos de vedação (principalmente tijolo 6 furos), telhas (romana,
colonial, canal, portuguesa e cumeeira) e tijolos maciços. A indústria cerâmica,
referência regional, exporta seus produtos para estados vizinhos, como
Pernambuco, Maranhão, Ceará e Pará.
A demanda de argila é da ordem de 96.000 t/mês e a produção efetiva, de
82.000 t/mês, levando a uma relação da ordem de 1.900 kg/milheiro. A produção
média por empresa é de 716 milheiros/empresa.mês, valor acima da média do
Nordeste, com 67% delas entre 200 e 1.000 milheiros/mês e 18% acima de 1.000
milheiros/mês. Os maiores centros produtores são, pela ordem, os municípios da
Grande Teresina (42% da produção estadual), Campo Maior (10%) e Parnaíba (4%).
Na grande Teresina operam 32 cerâmicas, 24 delas em Teresina, totalizando uma
produção de 18.000 milheiros/mês - média de 563 milheiros/empresa.mês
(SCHWOB, 2007).
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Segundo o Panorama da Indústria Cerâmica do Brasil, elaborado pela
Swisscontact, aproximadamente 50% das jazidas de argila do Piauí se localiza a
menos de 5km da fábrica e torno de 40%, entre 5 e 10 km. Apenas 25% das
empresas estoca argila por mais de um ano e 55% estoca por no máximo meses.
Cerca de 60% executa a secagem artificial e natural, sendo que apenas 14%
executa a secagem artificial, através de secadores semi-contínuos providos de
termo higrômetros e termostatos.
Conforme observado em visitas técnicas in loco nas indústrias cerâmicas do
interior do estado, a produção encontra-se restrita, ainda, à fabricação de produtos
estruturais - tijolos e telhas – e atrasada com processos de fabricação obsoletos,
sem controle de variáveis importantes na produção, o que torna o setor insuficiente
para suprir possíveis demandas do mercado externo bem como atender às
exigências ambientais aplicáveis. Como consequência observa-se a dificuldade
dessas empresas em concorrer com qualidade e preço com os produtos
provenientes de fora do estado e/ou da região da grande Teresina bem como
trabalharem em conformidade
com os órgãos ambientais através do licenciamento
ambiental válido. Esses fatores decorrem da inexpressiva e/ou ausência de
modernização das indústrias e de baixos investimentos em tecnologia, o que dificulta
a introdução de produtos e processos produtivos competitivos, em termos de preço e
qualidade bem como a utilização racional dos recursos naturais do meio ambiente.
Segundo o Instituto Nacional de Tecnologia INT (2012), o escoamento da
produção do estado atinge os estados de Pernambuco (principalmente, Petrolina),
Pará, Ceará (Serra da Ibiapaba) e Bahia (principalmente, Juazeiro). Nas cerâmicas
do estado predomina o emprego de lenha e resíduos vegetais, principalmente casca
de babaçu, como combustível nos fornos, com uma demanda da ordem de 50.000
m³/mês (lenha e resíduos). A parcela de lenha, de preço mais elevado, equivale a
cerca de 60% da demanda (27.000 m³/mês). O tipo de forno mais empregado é a
intermitente reversível circular, tipo abóboda, que representa cerca de 80% do
parque produtivo. Em geral, possuem 6 fornalhas perimetrais e diâmetro interno
entre 6 e 10 metros. Os fornos do tipo Hoffman representam uma parcela de 11% e
a parcela restante é composta de fornos de tipos diversos, como Federico,
Paulistinha e Campanha.
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Tendo em vista o caráter promissor da indústria cerâmica brasileira, cuja
produção tem participação de cerca de 1% do PIB, sendo que 40% desta
participação representam o segmento da Cerâmica Vermelha Estrutural
(Bustamante & Bressiani, 2000), torna-se iminente o desenvolvimento deste setor no
Estado do Piauí, principalmente devido a perspectivas favoráveis como
disponibilidade de matérias-primas.
Com relação a disponibilidade e disposição de matéria-prima do estado
do Piauí verificamos a formação de polos de mineração, dos quais podemos
destacar o pólo de Mineração do Território Planície Litorânea , Mineração do
Território dos Cocais, Mineração do Território Carnaubais , Mineração do
Território Entre Rios, Mineração do Território Vale do Rio Guaribas, Mineração
do Território Vale do Canindé, Mineração do Território Tabuleiros dos Rios
Piauí e Itaueira , Mineração do Território Tabuleiros do Alto Parnaíba,
Mineração do Território Chapada das Mangabeiras e pólos de Mineração do
Território Serra da Capivara. Na figura 01 são apresentados os pólos de
mineração do estado.
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Figura 1 - Polos de mineração do estado do Piauí

Fonte: CEPRO, 2005

2.4 Produtos Cerâmicos
Os produtos cerâmicos são representados no mercado de materiais de
construção por uma imensa variedade, diferenciando-os conforme a origem, a
matéria-prima, o processo de fabricação e a finalidade a qual se destinam.
Poderiam ser agrupados conforme a finalidade em: produtos para
alvenaria (de vedação e estrutural), para cobertura e para canalizações, esses
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normalmente denominados cerâmica vermelha ou estrutural, ou ainda produtos
básicos de cerâmica; produtos de revestimento (de parede interna/externa e
de piso), produtos de acabamentos e utilitários (cantoneiras, cabideiros, louças
sanitárias e acessórios), estes denominados cerâmica branca ou de louça,
cerâmica de grês, ou cerâmica de alto grau de vitrificação conforme o caso,
e produtos especiais como as cerâmicas refratárias - normalmente para
alvenarias (Bauer, 2011).
A base dos produtos cerâmicos, a argila, é caracterizada pela capacidade de
se tornar plástica ao ser misturada com água e pela sua resistência após o
cozimento e desidratação.
Os materiais cerâmicos são fabricados a partir de matérias-primas
classificadas em naturais e sintéticas. As matérias-primas naturais mais utilizadas
industrialmente são: argila, caulim, quartzo, feldspato, filito, talco, calcita, dolomita,
magnesita, cromita, bauxita, grafita e zirconita. As sintéticas incluem entre outras, a
alumina (óxido de alumínio) sob diferentes formas (calcinada, eletrofundida e
tabular); carbeto de silício e produtos químicos inorgânicos os mais diversos
(ANFACER, 2014).
Os produtos da cerâmica vermelha ou estrutural caracterizam-se pela cor
vermelha de seus produtos, representados por tijolos, blocos, telhas, tubos, lajes
para forro, lajotas, vasos ornamentais, agregados leve de argila expandida e outros
(SEBRAE, 2008).
O quadro abaixo relaciona os setores cerâmicos, bem como seus produtos e
as respectivas matérias-primas utilizada e processo de fabricação.
Nesse sentido, a partir da matéria-prima utilizada identificam-se as cerâmicas
tradicionais (ou silicáticas) de base argilosa, tais como: cerâmica estrutural ou
vermelha, cerâmica branca e de revestimentos (SEBRAE, 2008).

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Quadro 1 - Principais setores cerâmicos, matérias-primas e processo de fabricação

Fonte: SEBRAE, 2008

No caso específico desse trabalho será dada atenção a dois produtos do
setor de cerâmica vermelha, quais sejam, blocos e telhas, conforme apresentação a
seguir.

2.4.1 Blocos cerâmicos
Segundo a NBR 15270, o bloco cerâmico de vedação é o componente da
alvenaria de vedação que possui furos prismáticos perpendiculares às faces que os
contêm. O bloco cerâmico para vedação é produzido para ser usado
especificamente com furos na horizontal, onde também pode ser produzido para
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utilização com furos na vertical. Os blocos cerâmicos para vedação constituem as
alvenarias externas ou internas que não têm a função de resistir a outras cargas
verticais, além do peso da alvenaria da qual faz parte.
Quanto suas identificações devem trazer, obrigatoriamente, gravado em uma
das suas faces externas, a identificação do fabricante e do bloco, em baixo relevo ou
reentrância, com caracteres de no mínimo 5 mm de altura, sem que prejudique o seu
uso.
Com relação às características visuais o bloco cerâmico de vedação não deve
apresentar defeitos sistemáticos, tais como quebras, superfícies irregulares ou
deformações que impeçam o seu emprego na função especificada.
Para Bauer (2011), são blocos fabricados com matéria-prima (argila) em
uma linha de produção bem definida, com preparação da matéria-prima em
equipamentos como desagregadores, homogeneizadores e laminadores,
consistindo em uma matéria-prima de qualidade superior à utilizada na
fabricação dos tijolos comuns, e são moldados em marombas saindo da
boquilha (matriz) em fieiras contínuas, onde são cortados nos tamanhos
desejados quanto ao seu comprimento. Ocorre que a variedade de matrizes
existentes no mercado é muito grande, e como consequência os tipos de blocos,
encontrando-se variações nas texturas das faces dos blocos, na quantidade e tipo
de furos, na espessura das paredes e também nas dimensões, o que acaba
limitando o domínio do profissional de engenharia sobre este tipo de produto.
Segundo Araújo et al (2000), são materiais que servem para dividir
compartimentos ou vedá-los. Quando sobrepostos e rejuntados formam o que se
chama de alvenaria ou, vulgarmente, paredes. Os blocos também podem
desempenhar função estrutural, formando alvenarias portantes.
Assim, os grupos de blocos cerâmicos podem ser definidos como maciços e
vazados. Suas principais características são:

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Quadro 2 - Características dos blocos maciços e vazados
PRODUTO
CARACTERÍSTICAS

MACIÇOS
(TIJOLOS)

 Possui todas as faces plenas de material,
podendo apresentar rebaixos de fabricação
em uma das faces de maior área;
 Podem ser fabricados por extrusão ou
prensagem;
 Os tijolos não devem apresentar defeitos
sistemáticos tais como trincas, quebras,
superfícies irregulares, deformações e
desuniformidade na cor;
 Devem possuir ausência de eflorescências,
queima uniforme, formato paralelepipédico e
podem apresentar rebaixos de fabricação em
uma das faces de maior área;
 Dimensões dos tijolos comuns:
19 a 9 por 5,7 cm e 19 a 9 por 9 cm;
 Absorção de água entre 15 e 25%

VAZADOS
(VEDAÇÃO OU ESTRUTURAIS)

 Possuem furos paralelos a uma das faces;
 Tipos:
 De vedação – suportam somente o peso
próprio. Furos na vertical ou na horizontal.
(Figura);
 Estruturais – suportam cargas previstas em
alvenaria estrutural e apresentam furos na
vertical, podendo ser de três tipos: blocos
com paredes maciças; blocos com paredes
vazadas e blocos perfurados. (Figura)
 Dimensões são variadas, conforme matriz
utilizada especificado em norma;
 Absorção de água total: entre 8 e 22%.
Fonte: NBR 15270

As figuras seguintes representam os diversos tipos de blocos cerâmicos,
conforme NBR 15270-3.

Figura 2 - Apresentação de blocos cerâmicos de vedação.

a) Tijolo maciço; b) furos na horizontal ; c) furos na vertical
Fonte: NBR 15270-3

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Figura 3 - Apresentação de blocos cerâmicos estruturais.

a) paredes maciças (com paredes internas maciças); b) paredes maciças (com paredes internas
vazadas); c) paredes vazadas; d) perfurado.
Fonte: NBR 15270-3

Dependendo do tipo de bloco cerâmico são exigidos limites mínimos que
devem ser respeitados com relação à resistência à compressão, conforme
representado no quadro a seguir.

Quadro 3 - Valores limites de algumas características cerâmicas de argilas para fabricação de
tijolos maciços, blocos furados e telha
Massa cerâmica (manual, extrusada,
prensada) para a fabricação de
Tijolos
maciços
Tijolos
furados
Telhas
TRF da massa seca a 110 ºC (mínimo) 15 kgf/cm² 25 kgf/cm² 30 kgf/cm²
TRF da massa após queima (mínimo) 20 kgf/cm² 55 kgf/cm² 65 kgf/cm²
Absorção d’água após queima (máximo) - 25,00% 20,00%
Fonte: SANTOS, 1989

Determinadas as características cerâmicas no estado cru e após a queima, de
cada tipo de massa cerâmica (manual, extrusada, prensada), comparam-se os
valores medidos com os valores limites recomendados, determinados em
laboratório, para que uma massa cerâmica possa ser usada na fabricação de tijolos,
telhas e ladrilhos de piso (Santos, 1989).
Conforme a NBR 15.270 (Blocos), o teor de absorção de água para blocos
cerâmicos varia entre 8 a 22% de umidade.
2.4.2 Telhas cerâmicas
Segundo a NBR 15310, telhas cerâmicas são componentes destinados à
montagem de cobertura estanque à água, de aplicação descontínua. São fabricadas
com argila conformada, por prensagem ou extrusão, e queimadas de forma a
permitir que o produto final atenda às condições determinadas pela norma. Quanto
a sua identificação as telhas cerâmicas devem trazer, obrigatoriamente, a
identificação do fabricante e os outros dados gravados em relevo ou reentrância,
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com caracteres de no mínimo 5 mm de altura, sem que prejudique o seu uso. Com
relação as características visuais a telha pode apresentar ocorrências tais como
esfoliações, quebras, lascados e rebarbas que não prejudiquem o seu desempenho;
igualmente são admissíveis eventuais riscos, escoriações, e raspagens causadas
por atrito feitas nas telhas durante o seu fabrico, embalagem, manutenção ou
transporte.
São os materiais cerâmicos usados na confecção de coberturas. Na
fabricação das telhas são usados o mesmo processo e a mesma matéria-prima dos
tijolos comuns. A diferença está na argila, que deve ser fina e homogênea, pois
além da sua aplicação exigir um material mais impermeável, também não deve
provocar grandes deformações na peça durante o cozimento (Araújo et al,2000).
A matéria-prima (argila) para fabricação da telha deve ser mais fina e
homogênea, nem muito gorda nem muito magra, a fim de ser impermeável sem
grande deformação no cozimento (Bauer, 2011).
Com relação aos tipos de telhas, podemos agrupá-las em duas formas:
- Telhas de encaixe – apresentam em suas bordas saliências e reentrâncias
que permitem o encaixe/acoplamento entre as telhas. Como exemplo de
telha de encaixe encontra-se a telha tipo francesa, a romana e a termoplan.
- Telha de capa e canal – apresentam formato de meia-cana, fabricado pelo
processo de prensagem, caracterizadas por peças côncavas (canais) que se
apoiam sobre as ripas do telhado e por peças convexas (capas) que por sua
vez se apoiam nos canais.

Figura 4 - Apresentação de telhas cerâmica tipo francesa (a), romana (b).

Fonte: Adaptado de Araújo, 2000.
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Figura 5 - Apresentação de telhas cerâmica tipo paulista (a), plana de sobreposição (b)

Fonte: Adaptado de Araújo, 2000.

2.5 Matérias-Primas da Cerâmica Estrutural
2.5.1 Argilas
Argila é um material natural, de textura terrosa, de granulação fina, constituída
essencialmente de argilominerais, podendo conter outros minerais que não são
argilominerais (quartzo, mica, pirita, hematita, etc.), matéria orgânica e outras
impurezas. Os argilominerais são os minerais característicos das argilas;
quimicamente são silicatos de alumínio ou magnésio hidratados, contendo em certos
tipos outros elementos como ferro, potássio, lítio e outros (ABC, 2015).
Em consequência da composição do substrato geológico brasileiro, que
apresenta extensas coberturas sedimentares – bacias fanerozóicas e depósitos
cenozóicos – aliado à evolução geomorfológica, que propiciou a formação de
expressivas coberturas residuais intempéricas, os depósitos de argilas para fins
cerâmicos possuem ampla distribuição geográfica em todo território nacional.
Segundo o contexto geológico, são distinguidos dois tipos principais de depósitos de
argila: argilas quaternárias e argilas de bacias sedimentares (Anuário Estatístico
MME, 2011).
As argilas quaternárias, relacionadas ao preenchimento de fundo de vales e
às planícies costeiras, formam depósitos lenticulares, com espessuras de porte
métrico e distribuição em áreas que podem variar de poucos hectares até
quilômetros quadrados, variando de acordo com a extensão da planície de
inundação. Portentosos pacotes argilosos ocorrem nas diversas bacias
sedimentares brasileiras. O adensamento de minas é comum na Bacia Sedimentar
do Paraná, em vários aglomerados produtivos nos estados de São Paulo, Paraná,
Santa Catarina, Rio Grande do Sul e Mato Grosso do Sul. Sedimentos provenientes
de bacias sedimentares são também aproveitados no Rio de Janeiro (Guanabara),
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Bahia (Bacia do Recôncavo), estados do Nordeste Oriental (bacias Taquari-
Vassouras e Potiguar) e estados do nordeste ocidental (Bacia do Parnaíba), como
ilustra a Figura 06. As rochas de interesse cerâmico nas bacias sedimentares são
os folhelhos, argilitos, siltitos, ritmitos e outras rochas de natureza pelítica, que são
denominadas no jargão cerâmico, genericamente, de “taguás” (Anuário Estatístico
MME, 2011).
Apesar do grande potencial mineral, é difícil fazer uma estimativa mais
precisa das reservas de argila para cerâmica vermelha uma vez que os depósitos e
as jazidas, em geral, são mal avaliados e pouco conhecidos. As principais jazidas
brasileiras estão
localizadas geralmente próximas aos pólos produtores de cerâmica
vermelha e estão distribuídas em diversos estados, notadamente nas regiões
sudeste e sul. Isto é decorrência das características dessas argilas que são
matérias-primas de baixo valor agregado e consumidas em grandes volumes,
normalmente sem beneficiamento, não comportando transporte a distâncias longas.
O transporte das matérias-primas minerais entre a mina e a unidade fabril tem peso
importante nos custos de produção cerâmica, o que acaba por influenciar a
competitividade desse segmento industrial. (Anuário Estatístico MME, 2011).

Figura 6 - Distribuição das principais bacias sedimentares brasileiras

Fonte: Anuário Estatístico MME, 2011

A mineração de argila para cerâmica vermelha constitui uma atividade
econômica localmente vinculada à sua indústria de transformação. As matérias-
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primas produzidas caracterizam-se como minérios de baixo valor unitário, fazendo
com que sua mineração opere de maneira cativa (trabalhando apenas para a sua
própria cerâmica) ou abasteça mercados locais. Mesmo em regiões onde há
comercialização dessa matéria-prima, parte significativa dos empreendimentos
pertence aos próprios ceramistas que vendem o excedente de suas minas (Anuário
Estatístico MME, 2011).

2.5.1.1 Propriedades da argila
As propriedades mais importantes das argilas são a plasticidade, a retração e
o efeito do calor. Nas cerâmicas, o interesse se situa no peso, resistência mecânica,
resistência ao desgaste, absorção de água e duração (Bauer, 2011).
Devido aos argilominerais, as argilas na presença de água desenvolvem uma
série de propriedades tais como: plasticidade, resistência mecânica a úmido,
retração linear de secagem, compactação, tixotropia e viscosidade de suspensões
aquosas que explicam sua grande variedade de aplicações tecnológicas (ABC,
2015).
As propriedades de uma argila dependem da sua composição mineralógica
qualitativa ou quantitativa dos componentes argilominerais e não argilominerais, que
levam as propriedades diversas para as indústrias cerâmicas (Santos, 1989).
Para Grim (1962) não é possível descrever uma argila por um número
pequeno de propriedades e que geralmente os fatores que controlam as
propriedades de uma determinada argila possuem: a composição mineralógica
dos argilominerais qualitativa e quantitativa, e a distribuição granulométrica das
partículas; a composição mineralógica dos não-argilominerais, qualitativa e
quantitativa, e a distribuição granulométrica das partículas; teor em eletrólitos
quer dos cátions trocáveis, quer de sais solúveis, qualitativa e
quantitativamente; natureza e teor de componentes orgânicos; características
texturais da argila, tais como forma dos grãos de quartzo, grau de orientação
ou paralelismo das partículas dos argilominerais, silificação e outros.
Outras propriedades das argilas estão diretamente relacionadas com suas
aplicações, e segundo Moore & Reynolds (1997), são elas: tamanho das partículas,
plasticidade, retração, refratariedade.
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Segundo Junior (2012), o setor de cerâmica vermelha utiliza a chamada
massa monocomponente, composta, basicamente, por argilas, sem a adição de
outras substâncias minerais. A formulação da massa é geralmente feita de forma
empírica pelo ceramista, por meio da mistura de uma argila “gorda”, caracterizada
pela alta plasticidade, granulometria fina e composição essencialmente de
argilominerais, com uma argila “magra”, rica em quartzo e menos plástica, que pode
ser caracterizada como um material redutor de plasticidade e que permite a
drenagem adequada das peças nos processos de secagem e queima. Por meio
dessa mistura, busca-se a composição de uma massa que tenha certas funções
tecnológicas essenciais, tais como:
 Plasticidade: propiciar a moldagem das peças;
 Resistência mecânica da massa verde e crua: conferir coesão e
solidez às peças moldadas, permitindo a sua trabalhabilidade na fase
pré queima;
 Fusibilidade: favorecer a sinterização e, consequentemente, a
resistência mecânica e a diminuição da porosidade;
 Drenagem: facilitar a retirada de água e a passagem de gases durante
a secagem e queima, evitando trincas e dando rapidez ao processo;
 Coloração das peças: atribuir cores às cerâmicas por meio da
presença de corantes naturais (óxidos de ferro e manganês).

2.5.1.2 Tipos de argila
Os principais grupos de argilominerais são caulinita, ilita e esmectitas ou
montmorilonita. O que diferencia estes argilominerais é basicamente o tipo de
estrutura e as substituições que podem ocorrer, dentro da estrutura, do alumínio por
magnésio ou ferro, e do silício por alumínio ou ferro, principalmente, e consequente
neutralização das cargas residuais geradas pelas diferenças de cargas elétricas dos
íons por alguns cátions (ABC, 2015).
Dessa forma, na caulinita praticamente não ocorre substituição, na ilita ocorre
substituição e o cátion neutralizante é o potássio; na montmorilonita também
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ocorrem substituições e os cátions neutralizantes podem ser sódio, cálcio, potássio e
outros. Isto implica em diferenças nas características de interesse para as diversas
aplicações tecnológicas (ABC, 2015).
Santos (1989) apresenta em seu livro “Ciência e tecnologia de argilas” um
glossário com 58 (cinquenta e oito) tipos de argilas, entre as quais se destacam:
Argila: usualmente plástica após ser suficientemente pulverizada e
umedecida, rígida após secagem e adquirindo a dureza do aço após queima em
uma temperatura elevada adequada.
Argila bola (ball-clay): muito plástica, de granulometria muito fina, refratária,
tendo geralmente cor marfim após a queima, algumas vezes creme-clara ou branca.
As argilas plásticas da região de São Simão (SP) e Oeiras (PI) são exemplos
brasileiros de ball-clays.
Argila bentonita: composta por minerais do grupo montmorilonita.
Caracterizadas por um brilho semelhante ao de ceras ou de pérolas e por um tato
untuoso.
Argila caulim: queima na cor branca e, na sua forma beneficiada, é
constituída principalmente por minerais do grupo da caulinita.
Como exemplo, argilas constituídas essencialmente pelo argilomineral
caulinita são as mais refratárias, pois são constituídas essencialmente de sílica
(SiO²) e alumina (Al²O³), enquanto que os outros, devido à presença de potássio,
ferro e outros elementos, têm a refratariedade sensivelmente reduzida. A presença
de outros minerais, muitas vezes considerados como impurezas, pode afetar
substancialmente as características de uma argila para uma dada aplicação; daí a
razão, para muitas aplicações, de se eliminar por processos físicos os minerais
indesejáveis. Processo este chamado de beneficiamento (ABC, 2015).
Em função principalmente das possibilidades de emprego tecnológico, que
são influenciadas pela gênese e pela composição mineralógica do material, em
muitos casos as argilas recebem designações como: caulins, bentonitas, argilas
refratárias, flint-clays e ball clays (ABC, 2015).
As argilas apresentam uma enorme gama de aplicações, tanto na área de
cerâmica como em outras áreas tecnológicas. Pode-se dizer que em quase todos
os segmentos de cerâmica tradicional a argila constitui total ou parcialmente a
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composição das massas. De um modo geral, as argilas que são mais adequadas à
fabricação dos produtos de cerâmica vermelha apresentam em sua constituição os
argilominerais ilita, de camadas mistas ilita-montmorilonita e clorita-montmorilonita,
além