AULA 04 - MATERIAIS CERÂMICOS

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Materiais Cerâmicos
Faculdade Uninassau – Unidade Caruaru
Curso de Graduação em Engenharia Civil
Disciplina: Materiais de Construção
Turma: CAR0470107NNA
Docente: MSc. Yago Pinheiro
2020.1
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Definição
Chama-se cerâmica à pedra artificial obtida pela moldagem, secagem e cozedura de argilas ou misturas contendo argilas.
Em certos casos, pode ser suprimida alguma dessas etapas, mas a matéria prima sempre será a argila.
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Histórico do uso de cerâmicas
A Bíblia registra no livro de Genesis o uso de tijolos (cerâmicos)nas construções.
Também na Bíblia no livro de Êxodo, os hebreus (escravos) trabalharam duro na argamassa e na fabricação de tijolos. 
A arqueologia está em grande parte fundada no estudo de fragmentos de vasilhames cerâmicos.
Na Pérsia e no Egito servia para construções de casas populares.
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Introdução
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CERÂMICA ARQUEOLÓGICA
Introdução
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CERÂMICA EGÍPCIA
Argila (Matéria Prima)
Argilas são um Conjunto de minerais, composto principalmente de alumínios hidratados, que possuem a propriedade de formarem com água uma pasta plástica suscetível de conservar a forma moldada, secar e endurecer sob a ação do calor.
Argilo-minerais são silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, comumente com alguma porcentagem de álcalis e de alcalinos terrosos. Junto com esses elementos básicos vem a sílica, alumina, mica, ferro, matéria orgânica entre outros.
	Exemplos: ilita, vermiculita, montimorilonita, clorita...
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Depósitos de Argila
As argilas podem ocorrer:
Na superfície das rochas, como resultado da decomposição superficial das mesmas;
Nos veios e trincas de rochas;
Nas camadas sedimentares, onde foram depositadas por ventos e chuvas.
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Tipos de Argilas
Argila natural: É uma argila que foi extraída e limpa, e que pode ser utilizada em seu estado natural, sem a necessidade de adicionar outras substâncias.
Argila refratária: Argila que adquire este nome em função de sua qualidade de resistência ao calor. Suas características físicas variam, umas são muito plásticas finas, outras não. São utilizadas nas massas cerâmicas dando maior plasticidade e resistência.
Caulim ou argila da china: Argila primária, utilizada na fabricação de massas para porcelanas. É de coloração branca e funde a 1800°C - pouco plástica, deve ser moldada em moldes ou formas pois com a mão é impossível.
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Tipos de Argilas
Argilas de bola (Ball-Clay): São argilas secundárias muito plásticas, de cor azulada ou negra, apresenta alto grau de contração. É adicionada em massas cerâmicas para proporcionar maior plasticidade e tenacidade à massa. Vitrifica aos 1300°C. 
Argilas para grês: Argila de grão fino, plástica, sedimentária e refratária - que suporta altas temperaturas. Vitrificam entre 1250 -1300°C. Nelas o feldspato atua como material fundente. 
Argilas vermelhas: São plásticas com alto teor de ferro e resistem a temperaturas de até 1100°C porém fundem em uma temperatura maior e podem ser utilizadas com vidrados para grês.
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Tipos de Argilas
Bentonita: Argila vulcânica muito plástica, contém mais sílica do que alumínio, se origina das cinzas vulcânicas. Apresenta uma aparência e tato gorduroso, pode aumentar entre 10 e 15 vezes seu volume ao entrar em contato com a água. Adicionada a argilas para aumentar sua plasticidade (ARGILA EXPANSIVA)
Argilas expandidas: A argila expandida é produzida em grandes fornos rotativos, utilizando argilas especiais que se expandem a altas temperaturas (1100ºC), transformando-as em um produto leve, de elevada resistência mecânica, ao fogo e aos principais ambientes ácidos e alcalinos, como os outros materiais cerâmicos. 
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Introdução
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Ball - Clay
Argila Vermelha
Caulim
Argila refratária
Bentonita
Argila Expandida
Propriedades das Argilas
Plasticidade: propriedade de um corpo em que o mesmo pode ser continuamente deformado, sem que sobrevenha a ruptura, não possuindo limite de elasticidade. 
Ponto de maior plasticidade das argilas: ponto em que a argila em contato com a água não mais se desagrega, mas ainda não é pegajosa (Desagregação inicial e alta fluidez ao final).
Depende de:
Tamanho dos grãos
Formato dos grãos
Formato dos grãos 
Presença de argilo-minerais
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Propriedades das Argilas
Retração: durante o processo de secagem da argila, devido à perda de água, ocorre sua retração, que é proporcional ao teor de umidade e ao teor de finos presentes. Inicialmente, essa retração é acentuada, até a peça atingir a umidade crítica. Tal efeito pode provocar fissuração ou deformação dos elementos cerâmicos.
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Propriedades das Argilas
Comportamento ao calor:
20oC a 150oC – perda de água capilar e de amassamento.
150oC a 600oC – perda de água adsorvida. A argila endurece (transformações físicas).
A partir de 600oC – alterações químicas:
desidratação química – água de constituição é expulsa e matérias orgânicas são queimadas
Oxidação – carbonetos são queimados e se transformam em óxidos
950oC – vitrificação.
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Propriedades das Cerâmicas
Em relação ao peso, há cerâmicas mais leves do que a água, e outras de grande peso.
Volume aparente é o volume de água deslocado por uma peça já saturada por 24 horas de imersão.
Peso específico aparente é a relação entre o peso da peça seca ao ar e seu volume aparente.
A resistência ao desgaste depende da quantidade de vidro formado.
A absorção de água depende do grau de compactação e de sua constituição.
Sua porosidade aparente é a porcentagem de aumento de peso da peça após 24 horas de imersão em água.
Sua resistência mecânica depende da quantidade de água usada na moldagem, homogeneidade, qualidade do seu cozimento entre outros.
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Processo de fabricação
Compreendem , de um modo geral , as seguintes etapas :
1 - Extração do barro 
2 - Preparação da matéria-prima;
3 - Moldagem;
4 - Tratamento térmico (Secagem e Cozimento);
5 - Acabamento, Esmaltação e Decoração;
6 - Vitrificação (alguns casos).
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Extração do Barro
Cada tipo de cerâmica requer um tipo próprio de barro;
O teor de argila, a composição granulométrica, a profundidade da barreira, a umidade e diversos outros fatores influem no resultado à obter;
Materiais com muito Carbonato de Cálcio ou compostos sulfurosos, originam uma cerâmica muito fendilhada;
Materiais muito sujos, com materiais orgânicos, a cerâmica será muito porosa;
Materiais com muita cal, a cerâmica poderá estourar quando receber a umidade, danificando o reboco ou parede.
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Preparação da Matéria Prima
• As matérias-primas sintéticas são fornecidas prontas para o uso, necessitando apenas, em alguns casos, de um ajuste na granulometria;
• As naturais, após a mineração e na própria jazida já podem ser beneficiadas;
• Elas são desagregadas ou moídas, classificadas de acordo com a granulometria, composição, dureza, plasticidade e muitas vezes, também, purificadas ;
• Seguem-se outros processos de preparação, que serão descritos à seguir (apodrecimento da argila, maceração, correção e amassamento);
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Apodrecimento da Argila
• A argila é levada para depósitos ao ar livre, revolvida seguidamente e passa por um período de descanso (algumas porcelanas ficam até vários anos); 
•Tem por finalidade principal a fermentação das partículas orgânicas, que ficam coloidais, aumentando a plasticidade;
•Conforme a exigência, também é feitaa eliminação de impurezas grosseiras e uma maior classificação;
•Isso se consegue por Levitação, Sedimentação, Centrifugação, Flotação, Aeração, etc;
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Maceração
• É feita para se obter menores partículas e, com isso, maior plasticidade, melhor contato entre os componentes, etc;
• Pode-se usar britadores, moinhos, desintegradores e pulverizadores (cada um dos quais , corresponde a um grau de moagem);
• Faz-se nova remoção de impurezas se houver.
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Correção
•É feita para dar à argila a constituição que se deseja;
•Para se obter cerâmica fina deve-se lavar , deixar sedimentar e depois filtrar , eliminando-se os grãos graúdos;
•Adiciona-se areia fina para diminuir a retração e aumentar o rendimento , obtendo-se produtos mais grosseiros;
•Existem ácidos orgânicos fracos e soluções alcalinas que são usados para diminuir a plasticidade;
•Existem ácidos e alguns sais que podem aumentar a plasticidade.
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Amassamento
•Conforme o tipo de barro e/ou tipo de moldagem é usado, água, ou não;
•É feito por processos manuais ou mecânicos.
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Moldagem
•É a operação de dar a forma desejada à pasta de cerâmica;
•Há quatro processos básicos de moldagem: Com Pasta Fluída (Barbotina), Com pasta Plástica, com Pasta Plástica Consistente (extrusão), à Seco ou Semi-seco (prensagem);
•O uso de um ou outro processo depende do tipo e característica da matéria-prima, do formato e constituição do produto acabado e do tipo do forno à ser usado.
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Secagem
• É tão importante quanto o cozimento pois, após a moldagem, ainda permanece na peça de 5% à 35% de água;
• Se a argila for levada ainda úmida ao forno, a umidade fica retida no interior, aparecendo tensões internas e o consequente fendilhamento;
• Pode levar de 3 à 6 semanas para argilas mais moles e uma semana para argilas mais rijas, quando feitas ao ar por secagem natural;
• Processos de secagem: Secagem natural, secagem por ar quente úmido, secagem de túnel, secagem por radiação infravermelha (para peças de precisão).
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Cozimento
•É, talvez, a parte mais importante da fabricação dos materiais cerâmicos;
•Durante o cozimento ocorrem reações químicas as mais diversas;
•O principal cuidado no cozimento é manter a uniformidade no calor do forno obtendo-se temperaturas ideais exatas;
•Para cerâmicas de melhor qualidade o usual é que o material vá duas vezes ao forno: aquecimento e reaquecimento.
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Tipos de Fornos para Cozimento
•Fornos de Meda;
•Fornos Intermitentes Comuns;
•Fornos Intermitentes de Chama Invertida;
•Fornos Semicontínuos;
•Fornos de Mufla;
•Fornos Combinados;
•Fornos de Cuba.
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Acabamento
• Normalmente a maioria dos produtos cerâmicos é retirada dos fornos , inspecionada e remetida ao consumo . Alguns produtos , no entanto , requerem processamento adicional para atender a algumas características, não possíveis de serem obtidas durante o processo de fabricação.
• O processamento pós-queima recebe o nome genérico de Acabamento e pode incluir polimento, corte, furação, entre outros processos.
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Esmaltação e Decoração
• Muitos produtos cerâmicos, como louça sanitária, louça de mesa e outros, recebem uma camada fina e continua de um material denominado esmalte ou vidrado, que após a queima adquire o aspecto vítreo. Esta camada vítrea contribui para os aspectos estéticos, higiênicos e melhoria de algumas propriedades como a mecânica e a elétrica.
• Muitos materiais também são submetidos a uma decoração, a qual pode ser feita por diversos métodos, como serigrafia, decalcomania, pincel e outros. Neste caso são utilizadas tintas que adquirem suas características após a queima das peças.
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Classificação dos Materiais Cerâmicos
• 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.
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Classificação dos Materiais Cerâmicos
Materiais de Revestimentos (Placas cerâmicas): São aqueles materiais, na forma de placas usados na construção civil para revestimento de paredes, pisos, bancadas e piscinas de ambientes internos e externos. Recebem designações tais como: azulejo, pastilha, porcelanato, grês, lajota, piso, etc.
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Introdução
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Classificação dos Materiais Cerâmicos
•Cerâmica Branca: Este grupo é bastante diversificado, compreendendo materiais constituídos por um corpo branco e em geral recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor (esmaltação).
Louça Sanitária;
Louça de Mesa;
Isoladores Elétricos par Baixa e Alta Tensão;
Cerâmica Artística (decorativa e utilitária);
Cerâmica Técnica para fins diversos, como: químico, térmico e mecânico e etc.
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Introdução
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Classificação dos Materiais Cerâmicos
•Materiais Refratários: Este grupo compreende uma diversidade de produtos, que têm como finalidade suportar temperaturas elevadas nas condições específicas de processo e de operação dos equipamentos industriais.
Pode-se classificar os produtos refratários quanto a matéria-prima ou componente químico principal em: sílica, sílico-aluminoso, aluminoso, mulita, magnesiano cromítico, carbeto de silício, grafita, carbono, zircônia, zirconita, e outros.
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Tipos de Produtos Cerâmicos
• Cerâmica tradicional: Inclui cerâmica de revestimento, como ladrilhos, azulejos e também potes, vasos, tijolos e outros objetos que não tem requisito tão elevados se comparados ao da cerâmica avançada.
Tijolos cerâmicos
Maciços: São moldados a mão ou máquinas em formas de madeira ou metálicas, logo são colocados para secar em terrenos nivelados, e revirados durante a secagem para diminuir o empenamento quando endurecem, são empilhados deixando possibilidade para circulação de ar. 
Furados: Possuem furos prismáticos ou cilíndricos, com maior dimensão que os maciços, e de alvenaria mais leve. Comparados aos maciços possibilitam um maior rendimento da mão-de-obra e menor gasto de argamassas , entretanto no revestimento exigem um chapisco prévio. Os mais comuns são de 6 e 8 furos e suas dimensões são variadas.
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RENDIMENTO INDUSTRIAL
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Tipos de Produtos Cerâmicos
 Cerâmica tradicional
Telhas cerâmicas
Usadas com a finalidade de drenar as águas pluviais dos telhados e controle térmico ambiental do interior da instalações.
Características de qualidade exigidas: Impermeabilidade: Absorção de água inferior a 20% do peso próprio; Boa resistência à flexão; Tolerância dimensional; Empenamento: < 5mm.
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RENDIMENTO INDUSTRIAL
Tipos de Produtos Cerâmicos
 Cerâmica tradicional
Manilhas de Grês Cerâmicos
São tubos usados para canalização de esgotos sanitários, águas residuais e águas pluviais.
São resistente aos ácidos porque além de melhor qualidade de matéria prima, tem acabamento superficial que lhe dar maior resistência química ao desgaste superficial.
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Tipos de Produtos Cerâmicos
Cerâmica tradicional
Pastilhas
Em porcelanas ou vidradas, com grande variedades de cores, formas e desenhos, são usadas em revestimentos, em obras urbanas, quando se pretende determinado efeito estético ou maior impermeabilidade.
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Tipos de Produtos Cerâmicos
 Cerâmica Avançada: Geralmente são materiais com solicitações maiores e obtidos a partir de matéria prima mais pura.Tijolos refratários para fornos.
Tijolos refratários
São tijolos capazes de suporta elevadas temperaturas e também esforços mecânicos e ataques químicos. 
Cada situação utiliza um produto compatível com os requisitos de cada, variando as medidas e o usopara diferentes temperaturas.
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Materiais Didáticos
Notas de aula
Exercícios Resolvidos
Questões Classroom
Bibliografia Sugerida
Bauer, L. A. Falcão. Materiais de Construção Vol. 1: Novos Materiais Para Construção Civil: Volume 1. Ed. LTC, 1994.
Bauer, L. A. Falcão. Materiais de Construção Vol. 2: Novos Materiais Para Construção Civil: Volume 2. Ed. LTC, 1994.
Nagalli, André. Gerenciamento de Resíduos Sólidos na Construção Civil. Ed. Oficina de Textos, 2016.
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