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CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA DE MINAS GERAIS MATERIAIS CERÂMICOS E REFRATÁRIOS CURSO: ENGENHARIA DE PRODUÇÃO CIVIL DISCIPLINA: MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO II PROFESSOR: ESDRAS POTY DE FRANÇA ANO: 2008 Material para subsídio da disciplina de Materiais de Construção Civil II – Eng. Civil – PUC Minas Coração Eucarístico - manhã – Prof. Paulo Henrique Maciel Barbosa 2 MATERIAIS CERÂMICOS 1. Introdução Há milhares de anos o homem descobriu a propriedade da argila de se transformar numa massa plástica quando misturada com uma quantidade conveniente de água, esta mistura possibilitava a obtenção de peças com as mais diversas formas, conservando-as após secagem e queima. Os primeiros produtos cerâmicos surgiram na antiguidade em países onde faltava a pedra e havia abundância de argila. Os tijolos eram feitos à base de uma pasta de argila com elevado teor de areia e palha. O aparecimento da primeira máquina modeladora de tijolos ocorreu entre 1850 e 1860, produzindo 1500 peças por dia. No Brasil a cerâmica foi trazida pelos portugueses na época do Império. Com o aparecimento das estruturas metálicas e de concreto o tijolo foi perdendo gradativamente sua função estrutural transformando-se em elemento de vedação. Com o desenvolvimento tecnológico da indústria cerâmica passaram a ser produzidos blocos vazados de grande resistência mecânica, mais leves que os tijolos maciços. 2. Definição Simplificada: Produto artificial obtido pela moldagem, secagem e queima de argilas ou misturas contendo argilas. Tradicional: É a denominação que engloba todos os produtos de argila queimada e baseia- se na reação química de endurecimento de silicatos hidratados de alumínio pela ação do calor. Moderna: Inclui todos os produtos feitos com argila ou óxidos puros, tais como: cerâmica vermelha, cerâmica branca e materiais refratários, vidros, cimento, materiais abrasivos, produtos inorgânicos não metálicos, eletro-fundidos, materiais magnéticos, supercondutores, fibras cerâmicas, metalocerâmica, etc. 3. Argila De acordo com a ABNT as argilas são compostas por partículas coloidais de diâmetro inferior a 0,005 mm, com alta plasticidade, quando úmidas, e que, quando secas, formam torrões dificilmente desagregáveis pela pressão dos dedos. Estas partículas são definidas como argilo-minerais. 3.1. Tipos de argilas: a) Argilas de cor de cozimento branca: caulins e argilas plásticas; b) Argilas refratárias: caulins e argilas altamente aluminosas; c) Argilas para produtos de grês; d) Argilas vermelhas: para materiais cerâmicos (telhas, tijolos, blocos, manilhas, etc.) 3 4. Propriedades das argilas: Plasticidade: A plasticidade das argilas varia com a quantidade de água; Retração: A retração é proporcional ao grau de umidade e varia de acordo com a composição da argila. Quanto maior a quantidade de caulinita maior a retração, quanto maior a quantidade de sílica menor a retração. Secagem . entre 50ºC e 150ºC a argila perde a água higroscópica (capilaridade e amassamento); . entre 250ºC e 350ºC a argila perde a água interfoliar (lamelar), a argila vai enrijecendo; . a partir de 475ºC começam as alterações químicas: - desidratação química 475ºC a 650ºC – perda da água de constituição e queima de matéria orgânica; - oxidação 475ºC a 850ºC – além da eliminação da água de amassamento e matéria orgânica ocorre decomposição dos carbonatos, perda de massa, contração e evaporação de gases (quando o produto é esmaltado ou vidrado) 5. Fabricação Etapas 1. Jazida 4. Trituração 7. Moldagem 10. Colagem 13. Seleção 2. Sazonamento 5. Desintegração 8. Extrusão 11. Secagem 14. Embalagem 3. Composição 6. Mistura 9. Prensagem 12. Queima 5.1 Exploração de jazidas: A exploração de uma jazida deve ser feita tendo em vista um estudo completo das características e do volume disponível de material, além das próprias características da jazida. Cada tipo de cerâmica requer um tipo próprio de argila. Portanto, antes de mais nada, devemos proceder a escolha adequada da matéria prima, fazendo um estudo rigoroso dos seus componentes, através de ensaios físicos e químicos. 5.2. Sazonamento: Consiste na exposição, às intempéries (sol e chuva), do material extraído. Determinados microorganismos provocarão a maturação da matéria prima. Esta fase dura um período que varia de 6 meses a 2 anos. 5.3. Composição 4 A composição consiste na mistura de argilas plásticas com argilas pouco plásticas, para obtenção de uma massa com propriedades adequadas ao produto desejado. 5.4. Desintegração ou trituração A divisão adequada do material semiduro ou brando é realizado normalmente em moinhos de martelo ou desintegradores de rolos cilíndricos. A separação das partículas que não se desagregarem no processo de trituração é feita por peneiramento. Quanto mais finamente for dividido o material maior será a facilidade de preparação da massa e melhores serão as propriedades da cerâmica produzida. 5.5. Amassamento e mistura A função principal do amassamento é proporcionar maior homogeneidade entre os diversos tipos de argila de uma composição. Durante o amassamento adiciona-se água com a finalidade de atingir o teor de umidade adequado. 5.6. Moldagem É a operação que dá a forma desejada à massa cerâmica. Está intimamente relacionada ao teor de água da argila. Quanto maior a quantidade de água maior a plasticidade da argila e maior facilidade de moldagem (menor consumo de energia). Com o aumento do teor de água, no entanto, será inevitável o aumento da contração durante a secagem, com possibilidade de ocorrência de fissura e deformações significativas do produto. Classificação das massas cerâmicas: Pastas brandas: h = 25% a 30% Apresentam elevadíssima plasticidade, sendo normalmente destinadas a produtos moldados manualmente. Pastas duras: h = 15% a 26% Empregadas na produção de blocos vazados, componentes para lajes mistas, tubos e telhas em geral. A moldagem é feita por extrusão (a massa cerâmica é pressionada contra um molde) resultando uma coluna com a forma da seção transversal do produto, que passará por cortadores automáticos regulados para se obter a dimensão necessária. Pastas secas: h = 5% a 6% As pastas secas são empregadas na produção de azulejos, pastilhas e pisos cerâmicos. A mistura com esse teor de umidade (farofa) é colocada em formas adequadas, com as dimensões finais do produto, sendo compactada em prensas de grande capacidade. Barbotinas: h = 50% a 60% A mistura, nesse caso, com a consistência de uma calda é conduzida a moldes de gesso, fluindo o excesso de água através de poros intersticiais do gesso. Esse processo, denominado colagem, é empregado na moldagem de peças sanitárias. 5 5.7 Secagem: Após a moldagem dos produtos cerâmicos, estes terão de passar obrigatoriamente por um processo de secagem, a fim de obter-se a evaporação da maior quantidade possível de água empregada na mistura. A queima de um produto cerâmico, com umidade elevada, acarreta elevação das pressões no interior da massa cerâmica ocasionando a destruição do componente. 5.8 Queima: Estando a massa cerâmica com umidade adequada os produtos cerâmicos são encaminhados para a queima, que pode ser realizada em diferentes tipos de fornos: Fornos contínuos ou forno túnel: Neste tipo de forno a produção é contínua. O material é acondicionado sobre vagões que se deslocam vagarosamente no interior do túnel, onde a temperatura vai se elevando gradativamente até atingir valores da ordem de 900ºC a 1000ºC (zona de queima). Em seguida passa-se a uma zona onde a intensidade do fogo vai sendo paulatinamente diminuída (zona de resfriamento). Tanto o aquecimento como o resfriamento do produto é feito de forma cuidadosa, de modo a se evitar que o produto seja danificado pela pressãoexercida pelo vapor de água no seu interior ou por ação de choque térmico. O combustível usual é o óleo, mas pode ser projetado para lenha, gás, eletricidade, etc. Forno intermitente: Neste tipo de forno a produção é feita por lote. São típicos das pequenas e médias indústrias de cerâmica vermelha, operando com lenha. Após a enforna do material, a lenha é queimada em fornalhas laterais, os gases quentes concentram-se inicialmente no topo do forno, sendo conduzidos para sua base, a partir daí fluem através do crivo, sendo retirados através de dutos de exaustão e de chaminés. Forno tipo Hoffman: São fornos semi-contínuos constituídos por câmaras justapostas onde a queima é realizada sucessivamente nas câmaras adjacentes - o fogo é que anda - (ao contrário dos fornos contínuos onde a carga se movimenta). O uso do ar quente das câmaras em fogo vão fazendo o pré-aquecimento das câmaras seguintes, a produção contínua resulta numa economia natural de energia. 6 5.9. Seleção Após a queima os componentes cerâmicos deverão sofrer um criterioso processo de seleção, eliminando as peças defeituosas (fissuradas, empenadas, mal queimadas, etc.) 6. Propriedades (cerâmica vermelha): É bastante extensa a faixa de variação de propriedades das cerâmicas, dependem da constituição, cozimento, processo de moldagem, etc. Módulo de Elasticidade: O módulo de elasticidade de um material, medido na zona elástica, é definido pela relação existente entre a tensão e a deformação correspondente, de acordo com a seguinte equação: E = σ / ε No caso dos materiais cerâmicos o módulo de elasticidade é bastante superior aos módulos das argamassas, concreto e aço, conforme podemos constatar a seguir: • Materiais Cerâmicos : 5 x 1010 MPa • Argamassas : 1,5 x 104 MPa • Concreto : 3,0 x 104 MPa • Aço : 21 x 104 MPa Massa Específica: Varia entre 1,8 a 2,1 kg/dm3. Absorção de água: Praticamente nula nas porcelanas. Na cerâmica vermelha varia de 20% a 25%. Resistência à compressão: Cerâmica Vermelha: 2,0 a 8,0 MPa Pisos Cerâmicos: Até 15,0 MPa Resistência à tração: 15 a 20% da resistência à compressão. Dureza Superficial: 7 a 8 na escala de Mohs. 7 7. Tipos de Produtos Cerâmicos: Ladrilhos 8. Placas cerâmicas (Dados do CCB Centro Cerâmico do Brasil) - Especificações 8.1. Absorção de água Muitas das características físico-químicas das placas cerâmicas para revestimentos dependem da sua porosidade, razão pela qual foi escolhida a absorção de água, expressa em porcentagem, como parâmetro de classificação, nas normas mundiais. Absorção de Água Material Classificação ISO 13006 Características Porcelanatos Grês BIa (0,0% < a < 0,5%) Absorção quase nula BIb (0,5% < a < 3,0%) Baixa absorção Semi-grês Semi-poroso BIa (3,0% < a < 6,0%) Média absorção BIIb (6,0% < a < 10,0%) Absorção média alta Poroso BIII . (>10,0%) Alta absorção 11.2.2. Resistência Mecânica A resistência das placas cerâmicas depende de sua espessura e da absorção de água, sendo tanto maior quanto mais baixa a absorção. • Resistência à flexão Podemos classificar a resistência à flexão de duas formas: • a intrínseca ao material, chamada módulo de resistência à flexão (N/mm2); • a carga de ruptura da placa que depende da resistência intrínseca do material e da espessura da placa (N); 8 Resistência à Flexão e Ruptura Material Classificação Resistência à flexão N/mm2 Carga de Ruptura (N) Para e > 7,5 mm Porcelanatos BIa (0,0% < a < 0,5%) > 35 > 1300 Grês BIb (0,5% < a < 3,0%) > 30 > 1100 Semi-grês BIa (3,0% < a < 6,0%) > 22 > 1000 Semi-poroso BIIb (6,0% < a < 10,0%) > 18 > 800 Poroso BIII . (>10,0%) > 15 Piso > 600 Parede > 200 • Resistência à abrasão A resistência à abrasão representa a oposição ao desgaste superficial do esmalte das placas cerâmicas, causado pelo movimento de pessoas e objetos. Existem dois métodos de avaliação da resistência à abrasão: • Superficial: para produtos esmaltados • Profundo: para não-esmaltados Para produtos esmaltados o método PEI (Instituto de Esmaltes para Porcelana) prevê a utilização de um aparelho que provoca a abrasão superficial por meio de esferas de aço e material abrasivo. O resultado é usado como base para uma orientação de uso, como se segue: Abrasão Intensidade de Tráfego Locais de uso PEI 0 • Paredes (desaconselhável para pisos) PEI-1 baixo • banheiros residenciais, quartos de dormir, etc. PEI-2 médio • cômodos sem portas para o exterior e banheiros. PEI 3 médio alto • cozinhas, corredores, halls e sacadas residenciais e quintais PEI 4 alto • residências, garagens, lojas, bares, bancos, restaurantes, hospitais, hotéis e escritórios PEI 5 altíssimo • residências, áreas públicas, shoppings, aeroportos, padarias e fast-foods Para não esmaltados é medido o volume de material removido em profundidade da placa quando submetida a ação de um disco rotativo e um material abrasivo específico. 9 11.3 Características técnicas das placas cerâmicas para revestimentos Um bom conhecimento das características técnicas das placas cerâmicas, destinadas a piso e/ou parede, é fundamental para que se possa especificar e assentar o produto corretamente. As informações a seguir são relacionadas às características mais importantes e servem de ferramenta para avaliar os diversos tipos de produtos disponíveis no mercado. • Resistência ao impacto • Resistência à compressão • Resistência à gretagem • Resistência ao choque térmico • Resistência ao gelo • Resistência ao ataque químico • Resistência às manchas • Dilatação É importante identificarmos as características de dilatação das peças cerâmicas, principalmente as utilizadas em revestimentos prediais. São inúmeros os casos de patologias (graves) de peças cerâmicas que se soltam das fachadas prediais, colocando em risco a segurança das pessoas que circulam no entorno da edificação, provocando sérios prejuízos materiais e estéticos, sem mencionar os elevadíssimos custos de recuperação das fachadas. Devido a impossibilidade de se determinar com precisão a(s) causa(s) principal(is) do descolamento da cerâmica, visto que todas as fases do revestimento (alvenaria, chapisco, reboco, argamassa colante, assentamento, rejunte, etc.) podem contribuir para esse tipo de patologia, destacaremos apenas aquelas inerentes ao material cerâmico. • Dilatação térmica Significa um aumento no tamanho da peça provocado por variações de calor. A dilatação térmica é um fenômeno reversível e acontece principalmente em locais sujeitos a aquecimentos. Esta característica é medida com um aparelho de precisão e o resultado significa o valor que o material aumenta por metro, em relação ao tamanho inicial, quando aquecido até determinada temperatura. • Dilatação pela expansão por umidade (EPU) Este fator é crítico em ambientes úmidos, tais como piscinas, fachadas, saunas e estações de metrô. A (EPU) pode ser uma das causas do estufamento e da gretagem. Essa (EPU) é medida e expressa em (mm/m) e deve ser muito baixa, quando a moagem, a queima e a formulação estão bem feitas. ARGAMASSAS COLANTES As placas cerâmicas podem ser assentadas pelo processo ou método tradicional, utilizando a argamassa feita na obra, com cimento, areia e cal hidratada, porém pode não ser economicamente viável. Alem das argamassas tradicionais existem as argamassas colantes industrializadas (com retentor) que propiciam o aumento na produtividade e assentamento a seco com desempenadeira dentada. 10 A aderência ocorre dentro de um período de tempo, este intervalo chama-se “tempo em aberto” - o tempo em que a argamassa permanece plástica, pegajosa e com liga. O tempo em aberto deve ser de no mínimo 20 minutos. Em ambientes externos é sempre recomendável utilizar argamassa colante e rejunte flexível As argamassas colantessão classificadas em: AC I AC II AC III 11 NORMAS BRASILEIRAS DE PRODUTOS CERÂMICOS NBR 8041/83 - TIJOLO CERÂMICO PARA ALVENARIA - FORMA E DIMENSÕES PADRONIZAÇÃO Objetivos: Esta Norma padroniza as dimensões de tijolos maciços cerâmicos a serem utilizados em alvenaria, com e sem revestimento. Condições Gerais: Tipos: Comum e Especial. Classes: A - B - C (Comum) Formas e Dimensões: . Comum: Formato de um paralelepípedo retângulo. . Especial: Fabricados em formatos e especificações acordados entre as partes. Dimensões do tijolo maciço comum (mm) Comprimento Largura Altura 190 90 57 190 90 90 Tolerâncias: Tijolo Comum: +- 3 mm, nas 3 dimensões Tijolo Especial: Tolerância acordada entre as partes. Não sendo prevista pode-se adotar as tolerâncias do tijolo maciço comum 12 NBR 7170/83 - TIJOLO MACIÇO CERÂMICO PARA ALVENARIA /(ESPECIFICAÇÃO) Objetivos: Esta Norma fixa as condições exigíveis no recebimento de tijolos maciços cerâmicos destinados a obras de alvenaria, com ou sem revestimento. Definições: Tijolo maciço: Tijolo que possui todas as faces plenas de material, podendo apresentar rebaixos de fabricação em uma das faces de maior área. Dimensão nominal: Dimensão especificada pelo fabricante. Dimensão real: Dimensão obtida de acordo com as medições recomendadas a seguir. Condições Gerais: Unidade de Compra: Milheiro. Características Visuais: Os tijolos não devem apresentar defeitos sistemáticos tais como: trincas, quebras, superfícies irregulares, deformações e desuniformidade na cor. Características Geométricas: Devem obedecer as recomendações da NBR 8041/83, constatadas através de medições no ato do recebimento. Executadas do seguinte modo: . Medir fila de 24 tijolos, colocados lado a lado, comprimento, largura e altura. . Calcular a média de cada dimensão. . A tolerância máxima permitida é de +- 3 mm. OBS: Permite-se medir duas filas de doze ou 3 filas de oito. O somatório das medições é dividido por 24. Condições Específicas: . Resistência mínima à compressão: Categoria Resistência (MPa) A 1,5 B 2,5 C 4,0 13 NBR 6460/83 - TIJOLO MACIÇO CERÂMICO PARA ALVENARIA / RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO / MÉTODO DE ENSAIO Objetivos: Esta Norma prescreve o método para verificação da resistência à compressão em tijolos maciços cerâmicos para alvenaria, especificado na NBR 7170. Aparelhagem: . Prensa hidráulica que permita: distribuição uniforme de esforços sobre o corpo-de-prova, aumento progressivo das cargas e leituras com aproximação de + 2%. Ensaio: Preparo do corpo-de-prova: . Medir dimensões com aproximação de + 1 mm. . Cortar o tijolo ao meio, perpendicular a maior dimensão. . Assentar as partes uma sobre a outra com pasta de cimento. . Caso haja depressões na superfície de carregamento encher com pasta de cimento, 24 horas antes do ensaio. As depressões devem sempre ficar na parte externa do corpo-de- prova, ou seja, na superfície que será comprimida. . Regularizar a superfície externa do corpo-de-prova com pasta de cimento, espessura de 2 a 3 mm. . Após a regularização imergir o corpo-de-prova em água potável por 24 horas. Rompimento: . Pouco antes do ensaio, retirar o corpo-de-prova da água e enxugá-lo superficialmente. . Aplicar carga de compressão de 50 kgf/segundo. . Dividir a carga pela área média das duas faces comprimidas. Resultado: . Constar: Valor médio de cada uma das dimensões dos tijolos ensaiados. Limite de resistência de cada corpo-de-prova, expresso em MPa. 14 NBR 15270-1/2005 - BLOCOS CERÂMICOS PARA ALVENARIA DE VEDAÇÃO TERMINOLOGIA E REQUISITOS Objetivos: Esta Norma fixa os requisitos dimensionais, físicos e mecânicos de blocos cerâmicos para alvenaria de vedação. Definição: . Bloco: Componente da alvenaria de vedação que possui furos prismáticos e/ou cilíndricos perpendiculares às faces que os contem. Condições Gerais: . Bloco de vedação para alvenarias externas e internas que não tem a função de resistir a outras cargas verticais, além do peso da alvenaria da qual faz parte. . Tipos: Bloco Cerâmico (furo horizontal) Bloco Cerâmico (furo vertical) Unidade de comercialização: A unidade é o milheiro Características visuais: Não deve apresentar defeitos sistemáticos, tais como: quebras, superfícies irregulares ou deformações que impeçam o seu emprego. . Planicidade: . Determinação do desvio em relação ao esquadro (D): Deve-se medir o desvio em relação ao esquadro, entre a face de assentamento e revestimento do bloco. O desvio em relação ao esquadro ( D ) deve ser no máximo 3 mm 15 Determinação da planeza das faces ou flecha (F): Determinar a planeza da face de revestimento medindo-se a flecha na região central do bloco (concavidade) ou nas extremidades (convexidade). A flecha ( F ) deve ser no máximo 3 mm Concavidade: Convexidade: 16 . Dimensões Variação dimensional: Diferença entre os valores das dimensões de fabricação e efetiva (real). TAB 1. Dimensões de fabricação de Blocos cerâmicos de vedação: Dimensões L x H x C (cm) Dimensões de fabricação (cm) Largura ( L ) Altura ( H ) Comprimento ( C ) Bloco Principal ½ Bloco 10 x 10 x 20 9 9 19 9 11,5 10 x 10 x 25 24 10 x 15 x 20 14 19 9 11,5 14 10 x 15 x 25 24 10 x 15 x 30 29 10 x 20 x 20 19 19 9 11,5 14 19 10 x 20 x 25 24 10 x 20 x 30 29 10 x 20 x 40 39 12,5 x 12,5 x 25 11,5 11,5 24 11,5 12,5 x 15 x 25 14 24 11,5 12,5 x 20 x 20 19 19 9 11,5 14 19 12,5 x 20 x 25 24 12,5 x 20 x 30 29 12,5 x 20 x 40 39 15 x 20 x 20 14 19 19 9 11,5 14 19 15 x 20 x 25 24 15 x 20 x 30 29 15 x 20 x 40 39 20 x 20 x 20 19 19 19 9 11,5 14 19 20 x 20 x 25 24 20 x 20 x 30 29 20 x 20 x 40 39 25 x 25 x 25 24 24 24 11,5 14 19 25 x 25 x 30 29 25 x 25 x 40 39 NOTA: Os blocos com largura de 6,5 cm e altura de 19 cm serão admitidos excepcionalmente, somente em funções secundárias. . Tolerâncias Dimensionais Dimensões Tolerâncias (mm) Individual Média Largura ( L ) + 5 + 3 Altura ( H ) Comprimento ( C ) OBS.: As paredes externas dos blocos devem ter espessura mínima de 7 mm e o septo 6 mm 17 Resistência à compressão (fb): Posição dos furos fb MPa Blocos com furos na horizontal > 1,5 Blocos com furos na vertical > 3,0 Absorção de água (AA): O índice de absorção não deve ser inferior a 8% nem superior a 22% 18 NBR 15270-2/2005 - BLOCOS CERÂMICOS PARA ALVENARIA ESTRUTURAL TERMINOLOGIA E REQUISITOS Objetivos: Esta Norma fixa os requisitos dimensionais, físicos e mecânicos de blocos cerâmicos para alvenaria estrutural. Definição: . Bloco: Componente da alvenaria estrutural não armada, armada e protendida que possui furos prismáticos perpendiculares às faces que os contem. . Bloco Estrutural - Tipos: Bloco para paredes vazadas Bloco perfurado Bloco com paredes externas Bloco com paredes externas maçicas e internas maciças e internas vazadas 19 Unidade de comercialização: A unidade é o milheiro Características visuais: Não deve apresentar defeitos sistemáticos, tais como: quebras, superfícies irregulares ou deformações que impeçam o seu emprego. . Planicidade: . Determinação do desvio em relação ao esquadro (D): Deve-se medir o desvio em relação ao esquadro, entre a face de assentamento e revestimento do bloco. O desvio em relação ao esquadro ( D ) deve ser no máximo 3 mm Determinação da planeza das faces ou flecha (F): Determinar a planeza da face de revestimento medindo-se a flecha na região central do bloco (concavidade) ou nas extremidades (convexidade). A flecha ( F )deve ser no máximo 3 mm . Dimensões Variação dimensional: Diferença entre os valores das dimensões de fabricação e efetiva (real). TAB 1. Dimensões de fabricação de Blocos cerâmicos de vedação: Dimensões L x H x C (cm) Dimensões de fabricação cm Largura ( L ) Altura ( H ) Comprimento ( C ) Bloco principal ½ Bloco Amarração ( L ) Amarração ( T ) 12,5 x 12,5 x 25 11,5 11,5 24 11,5 - 36,5 12,5 x 20 x 25 19 24 11,5 - 36,5 12,5 x 20 x 30 29 14 26,5 41,5 12,5 x 20 x 40 39 19 31,5 51,5 15 x 20 x 30 14 19 29 14 - 44 15 x 20 x 40 39 19 34 54 20 x 20 x 30 19 19 29 14 34 49 20 x 20 x 40 39 19 - 59 Bloco L = Bloco para amarração em paredes em L Bloco T = Bloco para amarração em paredes em T . Tolerâncias Dimensionais Dimensões Tolerâncias (mm) Individual Média Largura ( L ) + 5 + 3 Altura ( H ) Comprimento ( C ) 20 Espessura de Blocos de Paredes Vazadas.: As paredes externas devem ter espessura mínima de 8 mm e o septo 7 mm, conforme figuras a seguir: Bloco de paredes vazadas Espessura de Blocos de Paredes Maciças.: As paredes externas devem ter espessura mínima de 20, e na parte interna paredes vazadas de espessura total > 30 mm, com septo mínimo de 8 mm, conforme figuras a seguir: Bloco de paredes maciças Absorção de água (AA): O índice de absorção não deve ser inferior a 8% nem superior a 22% Resistência característica à compressão (fbk): A resistência característica (fbk) deve ser considerada a partir de 3,0 MPa. fbk,est = 2 x ( f1 + f2 + ... + fi-1) - fi i – 1 21 f1 + f2 +...+ fi-1 = Ordem crescente dos resultados dos blocos n = nº de amostras i = n / 2 (amostragem par) i = (n – 1) / 2 (amostragem impar)] • Definição do fbk,est a) Se fbk,est > fbm (média dos valores) adota-se a média como a resistência característica b) Se fbk,est < & x f1 (menor valor da amostra) adota-se: fbk = & x f1 Valores de & Nº Blocos 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 > 18 & 0,89 0,91 0,93 0,94 0,96 0,97 0,98 0,99 1,00 1,01 1,02 1,04 c) Se fbk,est estiver entre & x f1 e fbm adota-se este valor como a resistência característica à compressão. Exemplo de cálculo: Uma amostragem de blocos composta por 13 unidades foi enviada para teste de resistência à compressão. Calcule o fbk,est , os resultados estão listado a seguir: Resistência à Compressão em Blocos Estruturais Bloco fb (MPa) Bloco fb (MPa) Bloco fb (MPa) 1 7,5 6 7,0 11 9,0 2 8,7 7 8,1 12 8,4 3 9,2 8 7,7 13 8,0 4 6,8 9 6,9 5 7,0 10 7,5 1º Passo: Colocar os resultados em ordem crescente fb1 6,8 fb6 7,5 fb11 8,7 fb2 6,9 fb7 7,7 fb12 9,0 fb3 7,0 fb8 8,0 fb13 9,2 fb4 7,0 fb9 8,1 fb5 7,5 fb10 8,4 n = 13 i = (13 – 1) / 2 ➙ i = 6 2º Passo: Cálculo do fbk,est fbk,est = 2 x ( f1 + f2 + ... + fi-1) - fi i – 1 fbk,est = 2 x ( 6,8 + 6,9 + 7,0 + 7,0 + 7,5 ) - 7,5 5 fbk,est = 6,6 MPa 22 3º Passo: Definição do fbk,est 3.1. Cálculo do fbm (média dos valores) fbm = 7,8 MPa 3.2. Cálculo do & x f1 (limite inferior) Limite Inferior = 0,99 x 6,8 MPa Limite inferior = 6,7 MPa 3.3. Definição do fbk,est & x f1 < fbk,est < fbm 6,7 MPa < 6,6 < 7,8 MPa ( O fbk,est não pode ser menor que o Limite Inferior) Conclusão: Como o fbk,est foi menor que o Limite Inferior o valor adotado será: fbk,est = 6,7 MPa 23 NBR 15270-3/2005 - BLOCOS CERÂMICOS PARA ALVENARIA ESTRUTURAL E DE VEDAÇÃO- MÉTODOS DE ENSAIO Objetivos: Esta Norma estabelece os métodos para execução dos ensaios dos blocos cerâmicos estruturais e de vedação. Características Geométricas Determinações N I Anexos Blocos cerâmicos V E Valores das dimensões das faces – dimensões efetivas X A ◊ ◊ Espessura dos septos e paredes externas do bloco X ◊ ◊ Desvio em relação ao esquadro X ◊ ◊ Planeza das faces X ◊ ◊ Área bruta X 1 1 Área líquida X 1 V – vedação N- normativo E – estrutural I – informativo ◊-Obrigatório 1 - Não Obrigatório Características Físicas Determinações N I Anexos Blocos Cerâmicos V E Massa seca X B 1 1 Índice de absorção de água X ◊ ◊ V – vedação N- normativo E – estrutural I – informativo ◊-Obrigatório 1 - Não Obrigatório Características Mecânicas Determinações N I Anexos Blocos Cerâmicos V E Resistência à compressão dos blocos estruturais e de vedação X C ◊ 1 Diretrizes para seleção de métodos de ensaios para determinação de características especiais. X D 1 1 Índice de absorção inicial (AAI) X E 1 1 V – vedação N- normativo E – estrutural I – informativo ◊-Obrigatório 1 - Não Obrigatório 24 CARACTERÍSTICAS GEOMÉTRICAS: • Medidas das faces – dimensões efetivas • Espessura dos septos e paredes externas • Desvio em relação ao esquadro (D) • Planeza das faces (F) • Área Bruta (Ab) e Área Líquida (Aliq) 1) Determinação das medidas das faces – Dimensões efetivas 1.1. Largura do bloco (L) 1.2. Altura do bloco (H) 1.3. Comprimento do bloco (C) 2) Determinação espessura das paredes externas e septos dos blocos 25 3) Determinação do desvio em relação ao esquadro (D) 4) Determinação da planeza das faces (F) Côncavo Convexo 5) Determinação da Área Bruta (Ab) e Área Líquida (Aliq) 26 Área Bruta (Ab) : Área da seção de assentamento delimitada pelas arestas do bloco, sem desconto das áreas dos furos, quando houver a) Medir a largura (L), a altura (H) e o comprimento ( C ); b) A área bruta é igual a L x C, em cm2, com 1 casa decimal. Área Líquida (Aliq): Área da seção de assentamento delimitada pelas arestas do bloco, com desconto das áreas dos furos, quando houver a) Após a determinação da área bruta, imergir os blocos em água fervente por 2 h ou em água à temperatura ambiente por 24 horas; b) Após a saturação os blocos devem ser pesados submersos: Massa aparente ( ma ); c) Retirar os blocos, enxugá-los e pesá-los. Massa saturada ( mu ); Aliq = (mu – ma) Y x H Y = Massa específica da água (igual a 1) H = Altura do bloco, em centímetros 27 CARACTERÍSTICAS FÍSICAS: • Massa seca • Índice de absorção de água 1 Determinação da massa seca (ms) a) retirar do bloco o pó e partículas soltas; b) Secar em estufa ( 105 + 5 )ºC; c) Pesar os blocos de hora em hora até obter constância de peso (ms); d) A massa seca (ms) é definida após a estabilização das pesagens, em gramas; 2 Determinação da massa úmida (mu) a) Após a secagem do bloco o mesmo deve ser imerso totalmente em água; b) A água deve ser aquecida gradualmente até ebulição; c) Manter o bloco na água fervente por 2 horas (Alternativamente o bloco pode ser saturado em água a temperatura ambiente por 24 h); d) Após as 2 horas a água deve ser resfriada lentamente, sempre com os blocos imersos; e) Retirar os blocos, escorrer a água, secar o excesso e pesar ( mu ) ; f) A mu é expressa em gramas 3 Determinação do índice de absorção de água (AA) AA (%) = mu – ms x 100 ms 28 CARACTERÍSTICAS MECÂNICAS: • Resistência à compressão • Índice de absorção de água inicial (AAI) • Ensaios especiais 1 Resistência à compressão a) Medir as dimensões do bloco ( L x H x C ); b) A superfície a ser comprimidadeve ser regularizada com pasta de cimento ou argamassa; c) O capeamento deve ser plano e uniforme para garantir uma perfeita distribuição da carga de compressão. Espessura máxima de 3 mm. Alternativamente é permitido o uso de uma retificadora; d) Os blocos devem ser ensaiados na condição saturada (6 horas de imersão); e) A velocidade de carga deve corresponder a uma tensão de 0,05 + 0,01 MPa / s Resultado: a) A resistência à compressão é obtida dividindo-se a carga máxima, em Newtons, pela média das áreas brutas das duas faces, expressa em mm2; b) O resultado deve ser expresso em MPa com 1 casa decimal. 29 2) Ensaios para determinação de características especiais Características Determinações Símbolos Método Físicas Absorção inicial AAI NBR 15270-3 Mecânicas Módulo de deformação longitudinal dos componentes: Bloco (b), argamassa (a), graute (g) Eb ASTM NBR 8522 Ea Eg Coeficiente de Poisson dos componentes: Bloco (b), argamassa (a), graute (g) νb ASTM E 132 νa νg 2.1. Absorção de água inicial (AAI) • Os blocos a serem utilizados em obra devem ser umedecidos previamente, sempre que o AAI for maior que ( 30 g / 193,55 cm2 ) / min. Amostra mínima de 6 blocos. • Reservatório de água ( 1 ) Reservatório ( 2 ) Suportes metálicos reguláveis ( 3 ) Apoios de aço ( 4 ) Parafusos para regulagem da altura e nível dos apoios 30 Ensaio: a) Ensaiar os mesmos blocos utilizados no ensaio de absorção de água e área líquida; b) Os blocos devem estar secos até constância de peso, resfriados e pesados; c) Medir as dimensões do bloco ( L x H x C ); d) No caso de blocos de furos verticais a área líquida deve ser calculada pela expressão: Aliq = Ab – Av Onde Av = área vazada do bloco e) Instalar os apoios (3) sobre os suportes (2), ajustando-os no terço médio do bloco; f) Encher o recipiente com água até o nível dos apoios; g) Com os parafusos da régua de nível (4) proceder o nivelamento dos apoios de modo a mante-los no nível da água; h) Regularizado o nível de água e uma vez determinada a área do reservatório acrescentar mais água até elevar o nível do reservatório (acima dos apoios) em 3 + 0,2 mm; i) Determinar a massa inicial do bloco com precisão de 1,0 g; j) Colocar o bloco sobre os apoio (terço médio do bloco). Assim que o bloco tocar o apoio o cronômetro deve ser acionado; k) Após 60 + 1 s retirar o bloco e eliminar o excesso de água da face ensaiada. Máximo 10 s; l) Determinar a massa final do bloco. Máximo 30 s após a retirada do bloco; Resultado: AAI = 193,55 x Δp Área AAI é o índice de absorção inicial expresso em ( g/193,55cm2 ) / min Δp = Variação de Mf e Mi Área é a área bruta ou área líquida do bloco, em cm2 31 NBR 15310/2005 – TELHAS – TERMINOLOGIA, REQUISITOS E MÉTODOS DE ENSAIO Objetivos: Esta Norma estabelece os requisitos dimensionais, físicos e mecânicos exigíveis para as telhas cerâmicas, para a execução de telhados e métodos de ensaio. Requisitos: Unidade de comercialização: Para fins de comercialização utiliza-se o m2 de telhado; Características visuais: Tolera-se ocorrências de esfoliações, quebras, lascados e rebarbas que não prejudiquem seu desempenho. Admite-se eventuais riscos, escoriações, raspagens causadas durante a fabricação e manuseio; Sonoridade: A telha deve apresentar som semelhante ao metálico quando percurtida. Formas e tipos: a) Telhas planas de encaixe: Telha francesa (face superior) Telha francesa (face inferior) 32 Telha francesa - Cotas de referência 33 b) Telhas compostas de encaixe Telha romana – cotas de referência 34 c) Telha simples de sobreposição c.1. Colonial Telha colonial – Cotas de referência 35 c.2. Telha simples de sobreposição - Paulista (capa e canal) Capa – Cotas de referência 36 c.2. Telha Paulista (capa e canal) Canal – cotas de referência 37 c3. Telha Plan (capa e canal) Capa – Cotas de referência 38 c3. Telha Plan (capa e canal) Canal – Cotas de referência 39 c4. Telhas extrudadas tipo simples de sobreposição Modelo Piauí (capa e canal) c5 Telhas planas de sobreposição Capa – Cotas de referência Canal – Cotas de referência 40 Características Dimensionais e Rendimento Médio Dimensões Básicas 1. Comprimento Efetivo (C), Largura efetiva (L) , Posição do Pino (Lp) e Altura do Pino (Hp) A medição do comprimento e da largura deve ser feita no local da maior dimensão respectiva Exemplos de medida 2. Distância do Pino ou furo de amarração à extremidade (Lp) e altura do pino (Hp) Exemplos de medida 3. Rendimento médio Para a determinação do rendimento médio deve-se dispor de 5 telhas, posicionadas conforme figura a seguir: Uma telha é fixada no centro e as demais são ajustadas em volta. Em cada novo conjunto de medições a telha central deve ser substituída quatro vezes. A cada substituição são feitas duas medições da largura e do comprimento útil (mínima e máxima). 41 Para os valores mínimos as telhas são ajustadas com o menor afastamento entre si e para o máximo com o maior afastamento. A média considera o menor e o maior. A área útil (Au) é obtida pelo produto da largura útil média (Lu,m) e comprimento útil médio (Cu,m), obtendo-se o rendimento médio (Rm), conforme a equação a seguir: Rm = 1 / Au (Telhas / m2) Obs.: 1. Para telhas simples e planas de sobreposição, sem dispositivo de encaixe, a menor sobreposição longitudinal deve ser de 14% do comprimento total e a maior sobreposição longitudinal deve ser de 18%. 2. Para telha simples de sobreposição o encaixe transversal deve ser ensaiado somente com a menor sobreposição. Largura útil Comprimento útil 42 Retilineidade e planaridade: Este requisito se aplica a telhas planas de encaixe, telhas planas de sobreposição, telhas simples de sobreposição e telhas compostas de encaixe. Retilineidade: • Telhas Planas: < 1% do comprimento e da largura efetiva; • Telhas simples de sobreposição e compostas de encaixe: < 1% do comprimento e da largura efetiva; Planaridade: • Telhas (Geral): < 5 mm Telha composta de encaixe Telha simples de sobreposição Telha plana de encaixe 43 Impermeabilidade • As telhas devem ser mergulhadas em água a temperatura ambiente durante 24 horas ou 2 horas em água fervente (tempo mínimo); • Após este período as telhas devem ser secas em estufa até constância de peso (pesagens com intervalos de 1 em 1 hora) • Deixar as telhas esfriarem naturalmente; • A moldura deve ser fixada na superfície da telha (parte superior) e seladas; • A água deve ser colocada na moldura, conforme figura abaixo, e mantida em nível constante durante o ensaio que deve durar, no mínimo, 24 horas O Resultado do ensaio é qualitativo, ou seja: Permeável ou Impermeável à água Carga de Ruptura à Flexão Simples (FR) • Preparo das telhas para ensaio Telha plana de encaixe 44 Telha composta de encaixe Telha simples de sobreposição Ensaio • As telhas devem ser previamente saturadas (imersas em água a temperatura ambiente ou água fervente). No caso da água fervente deve-se esfria-la antes do ensaio; • Assentar as telhas sobre os apoios inferiores de modo que um deles se situe no local ocupado pelo apoio no telhado; • O outro apoio deve estar a uma distância do primeiro igual à galga média ou afastamento médio dos apoios. Na ausência desse dado colocar o segundo apoio a 30 mm da borda; • A barra de aplicação de carga deve estar paralela aos apoios e na metade da largura da telha; • A carga deve ser aplicada com velocidade constante de50 + 5 N/s (5 + 0,5 kgf/s) até a ruptura da telha Resultado: O resultado é a carga de ruptura, expressa em newtons 45 REQUISITOS ESPECÍFICOS 1. Massa: A massa da telha seca não deve ser superior a 6% do valor definido no modelo. 2. Tolerância dimensional • Largura (L) / Comprimento (C) / Pino (Lp): + 2,0% • Altura mínima do pino (Hp): Telha prensada: 7 mm Telha extrudada: 3 mm • Rendimento médio (Rm): + 1% 3. Absorção de água (AA) • Limite máximo = 20% 4. Impermeabilidade: • A telha não deve apresentar vazamentos ou formação de gotas em sua face inferior. Tolera-se o aparecimento de manchas de umidade. O surgimento de gotas devido à permeabilidade não pode ser confundido com gotas decorrentes de condensação do ar. 5. Carga de ruptura à flexão: Tipo de telhas e cargas de ruptura Tipos de Telhas Exemplos Cargas N (kgf) Planas de encaixe Telhas francesas 1000 (100) Compostas de encaixe Telhas romanas 1300 (130) Simples de sobreposição Telhas capa e canal colonial Telhas plan Telhas paulista Telhas piauí 1000 (100) Planas de sobreposição Telhas alemã e outras 46 XII - MATERIAL REFRATÁRIO 1- Definição Refratário é um material não metálico, capaz de resistir a altas temperaturas em condições de trabalho industrial. Sua aplicação em processos siderúrgicos reveste-se de grande importância. A perfeição e durabilidade de toda instalação de fornos dependem, em grande parte, da correta seleção e aplicação do material cerâmico. Temos, pois, a obrigação de conhecer as características destes materiais. 2 - Propriedades As propriedades gerais que se exigem de um bom refratário são: . resistências a altas temperaturas; . resistência a esforços a quente e a frio; . coeficiente de expansão mínimo; . mínima variação dimensional após recozimento; . mínimo coeficiente de condutibilidade térmica; . permeabilidade mínima; . boa homogeneidade; . alta densidade. OBS: Alguns refratários conhecidos apresentam deficiências em relação a uma ou mais destas propriedades. 3 - Classificação Grupo 1 De acordo com as qualidades de matéria prima utilizada na fabricação. . refratários aluminosos ou alta alumina; . refratários sílico - aluminosos; . refratários silicosos; . refratários de magnesita e dolomita; . refratários de cromo ou cromita; . refratários de carbono; . refratários especiais 47 Grupo 2: Qualidade e classe dos tijolos mais usados Refratários aluminosos ou alta alumina (50% a 90% de alumina): Suporta altas temperaturas, quanto maior o teor de alumina maior a resistência ao calor. Excelente resistência às variações bruscas de temperatura. Maior resistência à ação abrasiva das escórias básicas que o tijolo sílico-aluminoso. Refratários sílico-aluminosos (30% a 42% de alumina): Boa resistência à variação brusca de temperatura e isolamento térmico apreciável. Grande resistência à ação abrasiva das escórias básicas e baixíssima resistência à escória com alta porcentagem de sílica. Refratário de cromo: Moderada refratariedade sob carga, alta resistência à ação das escórias básicas e muito boa resistência a escórias ácidas. Condutibilidade térmica mais baixa que a do tijolo magnesiano e mais alta que a do tijolo sílico-aluminoso. Refratário de cromo-magnesita: Alta refratariedade e boa refratariedade sob carga, alta resistência à ação de escórias básicas. Possui excelente resistência às mudanças bruscas de temperatura. Refratário silicoso (96% de sílica) Alta refratariedade, alta resistência ao desgaste pelo atrito de partículas sólidas. Suporta carga e elevadas temperaturas sem se deformar. Submetido a alta temperatura transmite mais calor que o tijolo silico-aluminoso. Sob temperatura acima de 650oC suporta bem as mudanças bruscas de temperatura e abaixo de 650oC tem baixa resistência ao choque térmico. Refratário de magnesita: Alta refratariedade e condutibilidade térmica, suporta cargas de compressão e elevadas temperaturas sem se deformar. Grupo 3 - Composição química do material refratário Refratários silicosos: Altamente ácidos. Alta resistência à abrasão pelas escórias ácidas e fortemente atacado pelas escórias básicas. Refratários sílico-aluminosos: Ácidos. Boa resistência à abrasão pelas escórias ácidas e baixa resistência às escórias básicas. 48 Refratários magnesianos: Básicos. Alta resistência à abrasão pelas escórias básicas e baixíssima resistência a escórias ácidas. Refratários especiais: . Refratário de carbureto de silício - É obtido pelo tratamento à temperatura elevada, em forno elétrico, de uma mistura de areia quartzosa e coque. Apresenta grande resistência mecânica até 1500oC. Baixa dilatação térmica, boa condutibilidade térmica e excelente resistência ao choque térmico. Possui alta refratariedade. É usado como tijolo refratário, como rebolo de esmeris, lixas, discos para cortar tijolos, etc. . Refratários isolantes - São assim denominados os isolantes térmicos que suportam temperaturas elevadas em contato direto ou indireto com chamas. 4 - Alvenaria de Tijolo Refratário A construção de alvenaria refratária difere em muitos pontos da alvenaria comum. Para uso do material refratário devemos observar: a) estocagem dos materiais em lugar seco; b) inspecionar rigorosamente o material no ato do recebimento, verificando: dimensões, empeno, cor, queima, etc.; c) não usar peças com defeitos que possam vir comprometer o serviço; d) o tijolo não deve ser imerso em água no ato de sua aplicação; e) assentamento do tijolo usando sempre "mata-junta "; f)rejuntar bem os tijolos para evitar passagens de gases, metal líquido, escórias, etc.
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