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Materiais de Construção Civil Material Teórico Responsável pelo Conteúdo: Prof. Dr. Ernesto Silva Fortes Revisão Textual: Prof.ª Dr.ª Selma Aparecida Cesarin Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros • Produtos Cerâmicos; • Materiais Betuminosos. · Aprender as propriedades dos materiais visando a seus corretos em- pregos e desempenhos; · Adquirir conhecimento sobre as técnicas e os ensaios, objetivando análises das propriedades físicas e mecânicas, das características tec- nológicas, das especificações e das normas. OBJETIVO DE APRENDIZADO Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros Orientações de estudo Para que o conteúdo desta Disciplina seja bem aproveitado e haja maior aplicabilidade na sua formação acadêmica e atuação profissional, siga algumas recomendações básicas: Assim: Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte da sua rotina. Por exemplo, você poderá determinar um dia e horário fixos como seu “momento do estudo”; Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma alimentação saudável pode proporcionar melhor aproveitamento do estudo; No material de cada Unidade, há leituras indicadas e, entre elas, artigos científicos, livros, vídeos e sites para aprofundar os conhecimentos adquiridos ao longo da Unidade. Além disso, você também encontrará sugestões de conteúdo extra no item Material Complementar, que ampliarão sua interpretação e auxiliarão no pleno entendimento dos temas abordados; Após o contato com o conteúdo proposto, participe dos debates mediados em fóruns de discus- são, pois irão auxiliar a verificar o quanto você absorveu de conhecimento, além de propiciar o contato com seus colegas e tutores, o que se apresenta como rico espaço de troca de ideias e de aprendizagem. Organize seus estudos de maneira que passem a fazer parte Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Mantenha o foco! Evite se distrair com as redes sociais. Determine um horário fixo para estudar. Aproveite as indicações de Material Complementar. Procure se alimentar e se hidratar quando for estudar; lembre-se de que uma Não se esqueça de se alimentar e de se manter hidratado. Aproveite as Conserve seu material e local de estudos sempre organizados. Procure manter contato com seus colegas e tutores para trocar ideias! Isso amplia a aprendizagem. Seja original! Nunca plagie trabalhos. UNIDADE Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros Produtos Cerâmicos Segundo a Associação Brasileira de Cerâmica (ABCeram), a cerâmica com- preende todos os materiais inorgânicos, não metálicos, obtidos, geralmente, após tratamento térmico em temperaturas elevadas. Cerâmica vem da palavra grega keramus, que significa coisa queimada. Estudo Sumário das Argilas Os produtos cerâmicos são materiais de construção obtidos pela moldagem, secagem e cozimento de argilas ou misturas de materiais que contém argilas. São, de certa forma, pedras artificiais, cujos materiais substituem as pedras em suas aplicações ou têm aparência, em geral, semelhante. Bauer (2008) reforça que, em certos casos, pode ser suprimido algum tipo de material, mas a matéria-prima principal é a argila. O autor salienta, ainda, que nos materiais cerâmicos, a argila fica aglutinada por uma pequena quantidade de vidro, que surge pela ação do calor de cocção sobre os componentes da argila. Esse tipo de característica garante ao material grande durabilidade, por ser um isolante elétrico e térmico, além de apresentar dureza em sua composição, embora seja um material frágil. Na Construção Civil, existem muitos exemplo e aplicações de materiais cerâ- micos. Alguns exemplos são: tijolos, telhas, azulejos, ladrilhos, lajotas, manilhas, refratários etc. Toda essa gama de materiais pode ser classificada ou dividida da seguinte maneira: • Materiais de cerâmica vermelha: » Porosos: tijolos e telhas; » Vidrados: ladrilhos, tijolos especiais e manilhas; • Materiais de louça: » Pó de pedra: azulejos e materiais sanitários; » Grés: materiais sanitários, pastilhas e ladrilhos; » Porcelana: pastilhas, ladrilhos e por- celana elétrica; • Materiais refratários » Tijolos para fornos, chaminés etc. Figura 1 – Produtos cerâmicos Fonte: https://ragnonet.it 8 9 A argila, matéria-prima fundamental para a composição de produtos cerâmicos, é tipicamente um material natural terroso que, quando misturado com água, adqui- re funções adicionais, de forma a apresentar certa plasticidade em sua composição. De acordo com Bauer (2008), as argilas são constituídas, fundamentalmente, de partículas cristalinas de dimensões muito pequenas e formadas por uma quantidade restrita de substâncias. Essas substâncias são denominadas argilo-minerais. Importante! Confi ra a ABNT NBR 13818 – A norma explicita sobre a composição das argilas, inform- ando sobre dimensões e propriedades mecânicas. Importante! Assim, as argilas são um conjunto de minerais compostos, principalmente, de silicatos de alumínio hidratados (decomposição de rochas feldspáticas). É um material natural, terroso, de baixa granulometria (com elevado teor de partículas com diâmetro inferior a 2, que apresenta plasticidade quando em contato com água. Ademais, é proveniente da decomposição de rochas constituídas de argilo- -minerais e outros minerais acessórios que, em contato com água, torna-se ple- namente moldável. Veja alguns tipos de argilas: • Argila vermelha; • Argila refratária; • Bentonita: vulcânica, muito plástica, aumenta de 10 a 15 x seu volume quando em contato com água; • Argila para grés; • Caulim; • Argilas azuladas ou negras, de grande plasticidade. Importante! Grés é um material feito a partir de argila de grão fi no, plástica, sedimentária e refra- tária, que suporta altas temperaturas, como a cerâmica. Importante! Algumas propriedades das cerâmicas: • Alta RESISTÊNCIA À COMPRESSÃO (1-30 MPa) → POROSIDADE. A poro- sidade é a relação volume de vazios/volume total, possuindo forte influência na resistência mecânica: densidade, condutibilidade térmica e condutibilidade elétrica; • Baixa RESISTÊNCIA À TRAÇÃO NA FLEXÃO: FRATURA FRÁGIL; • Alta DUREZA e RESISTÊNCIA AO DESGASTE. 9 UNIDADE Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros Importante! A resistência mecânica é um índice de qualidade do material. A plasticidade é outro atributo da cerâmica, e representa a propriedade de se deformar quando submetida a uma força, e conservar a deformação quando essa força é retirada. Importante! Fabricação de Produtos Cerâmicos O processo de fabricação da cerâmica pressupõe algumas fases, que são orien- tadas tanto por processos manuais, quanto físico-químicos. A Figura 2, a seguir, ilustra todo o processo de fabricação. Figura 2 – Fluxograma do processo cerâmico Fonte: Silva, et al, 2014 Num primeiro momento, há a exploração da jazida, na qual são checadas as caracte- rísticas geológicas, a profundidade, a compactação, o tipo de topografia local e a carac- terística do barro para que, posteriormente, seja feita a remoção da camada superficial. Na sequência, é realizada a preparação da matéria-prima e da massa, cujos pro- cessos são: eliminação das impurezas grosseiras, desintegração e trituração desses elementos, loteamento do barro, amassamento e mistura. 10 11 Realizados esses processos, dá-se início à fase de moldagem, adicionando-se água e controlando o tempo de secagem. A moldagem pode ser feita de 4 maneiras: 1. Moldagem com pasta fl uida → caracterizada com 30-50% de água; 2. Moldagem com pasta plástica mole (branda) → caracterizada com 25-40% de água; 3. Moldagem com pasta plástica consistente (dura) → caracterizada com 15- 25% de água; 4. Moldagem a seco ou semi-seco → caracterizada com 5-10% de água. Na sequência, é feita a secagem do material, com o objetivo de evaporar a maior quantidadepossível de água antes da queima e tornar a peça suficientemente resis- tente para poder ser manuseada. Para isso é necessário controlar a velocidade de secagem pelo controle da temperatura, de umidade e de fluxo de ar do ambiente; caso contrário, a peça pode se deformar e fissurar. A secagem pode ser realizada pelo método natural, por ar quente-úmido ou por túnel. A próxima fase é a de cozimento, na qual ocorrem as transformações físicas, alotrópicas, reações no estado sólido e recristalizações em diversos intervalos de temperatura. Existem intervalos de temperaturas específicos para o cozimento. Vamos a eles: • Até 110ºC: evaporação do resto da água de capilaridade e amassamento; • 200-300ºC: perda da água adsorvida: a argila enrijece; • 400-800ºC: perda da água de constituição, combustão da matéria orgânica, decomposição da pirita FeS2 em óxido de ferro Fe2O3, decomposição dos hidróxidos e transformação do quartzo α em quartzo β; • 800- 950ºC: calcinação dos carbonetos e decomposição dos sulfetos; • A partir de 950ºC: início da vitrificação (ou sinterização). Nesse momento, o material já está pronto, coeso e com resistência em termos de peças cerâmicas. Importante! Por reação em alta temperatura entre alguns dos constituintes das argilas, forma-se um “vidro” líquido à base de sílica, que aglomera as partículas menos fusíveis, dando, após o resfriamento, dureza, resistência e compactação ao conjunto. As propriedades de um artigo cerâmico dependem da quantidade de vidro formado, que será ínfi ma nos tijolos comuns e grande nas porcelanas. Importante! Por fim, a última fase é de esmaltação, que nada mais é que um esmalte (vidrado cerâmico) que se aplica em peças, na forma de uma camada homogênea. Tem a função de impermeabilizar, embelezar, aumentar a resistência mecânica, aumentar a resistência ao desgaste, melhorar a higienização e a resistência quí- mica. Suas características estéticas são: transparente, opaco, brilhante, fosco ou 11 UNIDADE Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros colorido, com homogeneidade (espessura, cor) ao longo da peça e alta resistência às variações de temperatura, umidade e possíveis fissuras. Cerâmica Vermelha Comum Segundo a ABCeram, a cerâmica vermelha é uma expressão com significado amplo, compreendendo aqueles materiais empregados na construção civil (argila expandida, tijolos, blocos, elementos vazados, lajes, telhas e tubos cerâmicos), al- guns de uso doméstico e afins. Nos dois casos, os produtos têm coloração predo- minantemente avermelhada. Como primeiro material de contato com o exterior, as telhas devem garantir a segurança das residências contra a ação do vento, da poeira, dos ruídos, do sol, da chuva, do granizo e de outras intempéries. Por isso, telhas de qualidade são fundamentais. A telha cerâmica, uma das mais antigas e acessíveis opções de telha disponíveis, ainda é uma opção muito popular, adequando-se muito bem ao clima tropical e oferecendo ótima relação de custo-benefício. É oferecida em muitas formas, que variam quanto ao tipo de encaixe, ao rendi- mento por m² e à inclinação exigida dos panos do telhado, proporcionando, assim, considerável variedade de alternativas arquitetônicas possíveis com o uso do material. Veja na Figura 3, a seguir, os tipos de telhas cerâmicas. Figura 3 – Tipos de telhas Fonte: Acervo do Conteudista Outro importante material de cerâmica vermelha é o tijolo. Esse produto é, ge- ralmente, em forma de paralelepípedo e amplamente usado na Construção Civil, Artesanal ou Industrial. É um dos principais materiais de construção. 12 13 O tijolo tradicional é fabricado com argila e de cor avermelhada devido ao cozi- mento e pode ser maciço ou furado. Atualmente, por motivos ecológicos, está se voltando a atenção para o adobe e para o bloco de terra, por não precisarem de cozimento e porque podem ser feitos no local. Cerâmica Branca e Colorida Esse grupo é bastante diversificado, compreendendo materiais constituídos por um corpo branco e, em geral, recobertos por uma camada vítrea transparente e incolor, que eram assim agrupados pela cor branca da massa, necessária por razões estéticas e/ou técnicas. Com o advento dos vidrados opacificados, muitos dos produtos enquadrados nesse grupo passaram a ser fabricados sem prejuízo das características para uma dada aplicação, com matérias-primas com certo grau de impurezas, responsáveis pela coloração. Composto de argilas quase isentas de óxido de ferro, contendo quartzo e felds- pato finamente moídos. A produção tem um processo de queima entre 1200°C e 1300 °C, sendo que, na sequência, é aplicado o vidrado. Estudar a NBR 6698/83 e a NBR 6699/85 – Trata das normas para lavatórios e bacias sanitárias. Ex pl or Porcelanato O porcelanato se enquadra na categoria de revestimentos cerâmicos, que po- dem ser obtidos por meio de extrusão ou de prensagem. Podem apresentar uma face esmaltada, revestida com uma camada vítrea, que confere aspecto brilhoso ao material, e uma face porosa, também chamada de tardoz ou face de assentamento. Algumas peças possuem as duas faces não esmaltadas, sendo que uma fica exposta e a outra é desti- nada ao assentamento. Um fator importante nesse tipo de cerâmica é a absorção de água, que tem relação com o tipo de fa- bricação realizada. Veja na Tabela 1, a seguir. Figura 4 – Porcelanato Fonte: iStock/Getty Images 13 UNIDADE Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros Tabela 1 – Absorção de água – Porcelanatos ABSORÇÃO DE ÁGUA (%) MÉTODOS DE FABRICAÇÃO Extrudado (A) Prensado (B) Outros (C) Menor que 0,5% AI BIa CI 0,5% a 3,0% BIb 3,0% a 6,0% AIIa BIIa CIIa 6,0% a 10,0% AIIb BIIb CIIb Maior que 10,0% AIII BIII CIII Fonte: ABCeram Assim, os porcelanatos são compostos por pigmentos misturados à argila du- rante o processo de prensagem. Quando queimados, apresentam aspecto de pedra natural, em que camadas de pigmentação permeiam a base de argila. Possibilitam o acabamento polido (com brilho) e não polido (sem brilho). Por sua resistência mecânica elevada, grande resistência à abrasão e a produtos quí- micos, o porcelanato tem qualidade superior em relação aos demais pisos cerâmicos. Cerâmica Técnica A cerâmica técnica pode ser dividida em quatro grupos principais de materiais de cerâmica: cerâmica à base de silicato, cerâmica de óxido, cerâmica de não óxi- dos e piezocerâmica. As cerâmicas à base de silicato constituem o tipo mais antigo de materiais de ce- râmica para aplicações técnicas e são produzidas, principalmente, de matérias-pri- mas naturais juntamente com a alumina (óxido de alumínio, silicato de alumínio). O grupo cerâmicas de óxido contém materiais compostos, principalmente, de óxidos de metais, como o óxido de alumínio, o óxido de zircônio, o titanato de alumínio ou a cerâmica de dispersão. A cerâmica de não óxidos representa um grupo de materiais compostos de materiais de cerâmica à base de compostos de carbono, nitrogênio e silício, como carboneto de silício, nitreto de silício e nitreto de alumínio. A piezocerâmica (também conhecida como cerâmica funcional) representa um gru- po de materiais usados para converter parâmetros mecânicos em parâmetros elétricos ou, inversamente, para converter sinais elétricos em vibração ou movimento mecânico. Refratários Têm como finalidade suportar temperaturas elevadas que, em geral, envolvem esforços mecânicos, ataques químicos, variações bruscas de temperatura e outras solicitações. Por exemplo: sílica, sílico-aluminoso, aluminoso, mulita, carbeto de silício, grafita, carbono, zircônia, zirconita e outros. 14 15 As cerâmicas refratárias não se deformam abaixo de 1520°C e as cerâmicas altamente refratárias não se deformam abaixo de 1785°C; tem estabilidade de vo- lume, resistência mecânica e resistência química nas altas temperaturas: • Argilas refratárias sílico-aluminosas, alumina; • Prensagem e queima até 2500 °C; •Tijolos maciços; • Tijolos especiais para chaminés e abóbadas; • Assentamento: argamassa refratária; • Mesma argila do tijolo sem cimento ou cimento aluminoso. Materiais Betuminosos Os materiais betuminosos têm sua origem baseada no petróleo, cuja composi- ção é de natureza orgânica e é resultante da ação de bactérias anaeróbicas sobre os organismos do plâncton marinho e da ação combinada de pressão e temperatura, que resultam hidrocarbonetos. O betume é um material de grande emprego na construção civil, como os asfal- tos, os alcatrões e os óleos graxos. Possuem uso preponderante em pavimentações rodoviárias e em impermeabilizações, tendo aplicação, também, em pinturas, iso- lamentos elétricos e muitos outros. (BAUER, 2008) A seguir, algumas características básicas desse material, tão importante na Cons- trução Civil: • Adesivos e aglomerantes que dispensam o uso de água, ao contrário dos aglo- merantes minerais; • Hidrófugos, ou seja, que repelem a água; • Termoplásticos, facilmente fundidos e solidificados e não possuem ponto de fusão, amolecendo em temperaturas variadas; • São inócuos ou inertes, isto é, não reagem quimicamente com os agregados minerais que são utilizados como material de enchimento; • Devido ao fato de serem termoplásticos e inertes, são passíveis de reciclagem; • Possuem durabilidade variável influenciados, principalmente, pela radiação solar. Asfalto e seus Derivados Segundo a ASTM (American Society for Testing and Materials), o asfalto é um material aglutinante, de consistência variável, cor pardo-escura ou negra, no qual o constituinte predominante é o betume, podendo ocorrer na natureza em jazidas ou ser obtido pela refinação do petróleo. 15 UNIDADE Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros Bauer (2008) chama cimento asfáltico de asfalto sólido ou semissolido de con- sistência apropriada para a pavimentação. A palavra asfalto vem do grego e significa firme, estável. Isso porque sua primeira aplicação – muito generalizada, naquela época – era a de aglomerante, nas alvenarias.Ex pl or Quase todo o asfalto em uso, atualmente, é obtido do processamento de petró- leo bruto em plantas especiais, denominadas refinarias. É a base de praticamente todos os outros tipos de materiais asfálticos existentes no Mercado brasileiro, cujas derivações são apresentadas na sequência: • Emulsões asfálticas; • Asfaltos diluídos; • Asfaltos oxidados ou soprados de uso industrial: piches (tecnicamente denomi- nados Cimento Asfáltico de Petróleo); • Asfaltos modificados por polímero ou por borracha; • Agentes rejuvenescedores. A Tabela 2, a seguir, especifica as características de alguns deles. Tabela 2 – Derivados do asfalto CIMENTOS ASFÁLTICOS ASFALTOS DILUÍDOS EMULSÕES ASFÁLTICAS ASFALTOS MODIFICADOS CAP e CAN CAP + Solvente Cura Rápida; Cura Média; Cura Lenta CAP + água + emulsificante Ruptura rápida; Ruptura média; Ruptura lenta CAP + Polímero - SBS: estieno butadieno; SBR: borracha de butadieno estireno; EVA: etileno acetato de vinila; EPDM: etileno propileno; APP: propileno atático; Borracha vulcanizada; Resina epóxi Fonte: elaborado pelo próprio autor Aglomerantes Betuminosos Existem diversos aglomerantes betuminosos, dentro os quais alguns ajudam no processo de coesão do material como um todo. Um desses aglomerantes é o alcatrão. O alcatrão é uma substância betuminosa, espessa, escura e de forte odor, que se obtém da destilação destrutiva de carvão, madeira e açúcar, constituindo um subproduto da fabricação de gás e coque metalúrgico. Tem como características maior sensibilidade à temperatura, isto é, mais mole quando quente e mais duro em baixas temperaturas; tem menor resistência às in- tempéries e melhor adesividade aos agregados e aos aglomerantes. 16 17 Outro aglomerante importante é o filler, pó mineral de grande finura, de ori- gem calcária, podendo ser: pó de pedra, de carvão, de cinzas volantes etc. Com adição de 15 a 40%, pode aumentar a viscosidade, tem menor sensibilida- de à temperatura e grande absorção de constituintes oleosos, além de ser denso e facilitar a homogeneização. Como propriedade viscosa, possui: • Resistência à deformação de um fluido sob ação de uma força; • Determina a consistência ou a fluidez dos materiais betuminosos fluidos: os diluídos ou os emulsionados; • Determinação de tempo, em segundos, para que 60cm³ do produto escoem por um orifício, para um frasco graduado. Impermeabilização com Materiais Betuminosos Os materiais betuminosos são largamente utilizados como impermeabilizantes devido à sua resistência ao intemperismo e ao envelhecimento. Um exemplo é a manta asfáltica usada em construções prediais e residenciais. Tem como objetivo impedir o transporte indesejável de águas, fluídos e vapores nos materiais e componentes, podendo atuar na contenção ou no direcionamento desses elementos para algum local que se deseja. Figura 5 – Exemplo de impermeabilização de laje de cobertura executada com membrana asfáltica moldada in loco Fonte: Chan et al., 2015 A exemplo dos Projetos de Arquitetura, da estrutura de concreto armado, das instalações hidráulica e elétrica, de paisagismo e de decoração, entre outros, de uma obra comercial, industrial ou residencial, a impermeabil ização também deve ter um Projeto específico, que detalhe os produtos e a forma de execução das téc- nicas de aplicação dos sistemas ideais de impermeabilização para cada obra. 17 UNIDADE Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros Podemos dividir os produtos de impermeabilização em duas categorias: rígidos e flexíveis: • Rígidos: baixa capacidade de absorver deformações da base, principalmente, deformações concentradas como fissuras e trincas. Por exemplo: concretos impermeáveis e cimentos cristalizantes; • Flexíveis: suportam deformações da base com amplitudes variáveis, em fun- ção do sistema de impermeabilização, inclusive trincas e fissuras. Por exemplo: membranas, mantas e emulsões asfálticas. As mantas asfálticas são muito utilizadas na Construção Civil, sendo compostas por mantas pré-fabricadas de asfalto (3 a 5 mm) ou modificadas com polímeros, estruturadas internamente por véu ou tela de fibra de vidro, poliéster ou nylon. Po- dem ser emendadas por fusão do asfalto da própria manta (maçarico) ou de asfalto oxidado externo (forno). Bauer (2008) salienta que as impermeabilizações asfálticas, como todas as im- permeabilizações, devem sempre ser aplicadas do lado que recebe a pressão da água, por exemplo. Essa vedação deve “subir” nas paredes limítrofes formando um rodapé, com a finalidade de barrar a penetração. Veja a Figura 6, a seguir. Figura 6 Fonte: Kalani, 2008 18 19 Material Complementar Indicações para saber mais sobre os assuntos abordados nesta Unidade: Livros Técnicas de Construção Ilustradas ADAMS, Cassandra; CHING, Francis D. K. Técnicas de Construção Ilustradas. Porto Alegre: Bookman, 2001; Materiais de construção: patologia, reabilitação, prevenção BERTOLINI, Luca. Materiais de construção: patologia, reabilitação, prevenção. São Paulo: Oficina de Textos, 2010; Concreto armado, eu te amo BOTELHO, Manoel Henrique Campos; MARCHETTI, Osvaldemar. Concreto armado, eu te amo. 7.ed. rev. ampl. São Paulo: Edgard Blucher, 2013. v. 1; Construção Civil Fundamental HIRSCHFELD, Henrique. Construção Civil Fundamental. São Paulo: Atlas, 2000; Materiais de Construção Civil RIBEIRO, Carmen C. Materiais de Construção Civil. Belo Horizonte: UFMG, 2002. 19 UNIDADE Tecnologia dos Produtos Cerâmicos, Betuminosos e Plásticos e Polímeros Referências ASSOCIAÇÃO Brasileira de Normas Técnicas. ABNT. Coletânea de Normas. Rio de Janeiro: ABNT, 2017 BAUER, L. A. F. Materiais de Construção 5.ed. São Paulo: LTC, 2007. v. I e II. IBRACON. Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. São Paulo: G. C. Isaia, 2007, 1712p. 2v. 20
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