Materiais Cerâmicos 6t67r

SERVIÇO PÚBLICO FEDERAL CENTRO FEDERAL DE EDUCAÇÃO TECNOLÓGICA UNIDADE DE COLATINA - COORDENADORIA DE CONSTRUÇÃO CIVIL

TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

Prof.res Marco Antônio / Leila Celin


1. CONCEITOS 1.1. PRODUTOS CERÂMICOS – são materiais de construção, obtidos pela secagem e cozimento de materiais argilosos. Em alguns casos, pode ser suprimida alguma etapa, mas a matéria prima é a argila.

1.2. ARGILAS – são materiais terrosos naturais que quando misturados com água, adquirem a propriedade de apresentar alta plasticidade. Uma argila pode ter um ou mais argilo-minerais (silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio). TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



2. HISTÓRICO A cerâmica, arte de moldar com barro, data das mais primitivas eras de nossa civilização. Os assírios (1700 a 610 a.C) já fabricavam tijolos crus, tijolos cozidos e um tipo de azulejo para acabamento de suas construções.




A Arqueologia está em grande parte fundamentada no estudo de fragmentos de vasilhas cerâmicas.




A própria Bíblia registra o uso de tijolos na construção da Torre de Babel.




Os chineses também foram precursores da cerâmica, não só para materiais de construção como também aplicada a obras de arte e utensílios domésticos. A exemplo, citamos a muralha da China, construída com tijolos, os palácios onde foram empregados tijolos esmaltados e envernizados. Data da Construção - 300 a.C Extensão - 2500 km Altura - 7,5 m Largura - 3,75 m TECNOLOGIA DOS MATERIAIS









Apesar da fragilidade, os materiais cerâmicos têm longa duração, conforme testemunho das inúmeras obras históricas que sobreviveram e sobrevivem centenas de anos.




3. ARGILA A argila é a matéria-prima básica da cerâmica, sendo, portanto, importante conhecer sua natureza. Os primeiros conceitos sobre a argila eram que seria constituída, na sua maior parte, de material não cristalizado com partículas submicroscópica. Somente com recursos mais modernos foi que se pôde constatar que muito havia de material amorfo na argila, predominando o material cristalizado. Os cristais da argila podem agrupar em espécies mineralógicas bem definidas: TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



a) SILICATOS b) MINERAIS DO GRUPO CAULINITA c) MINERAIS DO GRUPO MONTMORILONITA/ESMECTITA d) MINERAIS MICÁCEOS e) MINERAIS DE ALUMÍNIO HIDRATADOS TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



No entanto, somente a caulinita, a montmorilonita e a ilita (micáceos) têm importância para a fabricação de produtos cerâmicos. As caulinitas são as mais puras e são utilizadas na indústria de refratários, porcelanas e cerâmica sanitária. As montmorilonitas são poucos usadas, são muito absorventes e de grande poder de inchamento. São misturadas nas caulinitas para corrigir a plasticidade. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



As micáceas são as mais empregadas na fabricação de blocos cerâmicos para alvenaria, telhas, revestimentos, etc. As argilas podem conter várias substâncias, tais como: óxido de ferro (Fe2O3), sílica livre (SiO2), alumina livre (Al2O3), álcalis, cálcio, sais solúveis, matéria orgânica, etc.




3.1. CLASSIFICAÇÃO DAS ARGILAS a) ARGILAS RESIDUAIS OU PRIMÁRIAS – são denominadas assim porque são formadas no mesmo local da rocha que lhe deu origem.

b) ARGILAS SEDIMENTARES – são provenientes de materiais transportados por ações naturais: ventos, chuvas, ações glaciais etc.




Segundo seu emprego, as argilas são classificadas em: a) Infusíveis: são utilizadas para a fabricação de porcelanas, recebem esse nome por serem fusíveis a elevadas temperaturas (Caulim puro). b)

Fusíveis: ao contrário das infusíveis, deformam-se e vitrificam-se a temperaturas menores que 1200ºC. São as mais importantes e são utilizadas para a fabricação de tijolos, telhas, pisos.




c) Refratárias: são também muito puras. Não se deformam à temperatura de 1500ºC e têm baixo coeficiente de condutibilidade térmica. São usadas para revestimentos de fornos. Quanto a sua composição, as argilas são puras e impuras. Quanto à plasticidade, as argilas podem ser gordas e magras.




3.2. PROPRIEDADES DAS ARGILAS As argilas, para serem utilizadas na indústria cerâmica, devem apresentar certas características essenciais, tais como: plasticidade, retração e o efeito do calor. a) PLASTICIDADE – é a propriedade dos corpos serem moldados, quando molhados, sem entrarem em rupturas. A plasticidade nas argilas varia com a quantidade de água.




A argila seca tem plasticidade nula; molhando-a, ela vai ganhando plasticidade até um máximo; com mais água, as lâminas se separam, então a argila perde a plasticidade. b) RETRAÇÃO POR SECAGEM – a retração por secagem é medida pela variação do comprimento ou do volume quando a amostra da argila é seca em estufa a 105 – 110°C. Essa propriedade é importante na moldagem das peças cerâmicas porque pode fissurar devido ao efeito da retração. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



c) EFEITOS DO CALOR – aquecendo-se uma argila entre 20 e 150ºC, ela somente perde a água de capilaridade e amassamento. De 150 a 600°C, ela perde água adsorvida, e a argila vaise enrijecendo. Até aqui só houve alteração física. Mas, a partir dos 600ºC, começam as alterações químicas, em três estágios. Num primeiro estágio há a desidratação química; a água de constituição também é expulsa, resultando o endurecimento, e as matérias orgânicas são queimadas. O segundo estágio é a oxidação; os carbonetos são calcinados e se transformam em óxidos. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



A partir do terceiro estágio, que inicia pelos 950ºC, há vitrificação. A sílica de constituição e a das areias formam uma pequena quantidade de vidro, que aglutina os demais elementos, dando dureza, resistência e compactação ao conjunto: aparece a cerâmica propriamente dita. A qualidade de um artigo cerâmico depende, acima de tudo, da quantidade de vidro formado. É ínfima nos tijolos comuns e grande nas porcelanas.




4. FABRICAÇÃO DA CERÂMICA 4.1. EXTRAÇÃO DA MATÉRIA PRIMA Cada tipo de cerâmica requer um tipo próprio de barro. Assim sendo, antes de tudo se deve proceder à escolha do barro, pois o teor de argila, a composição granulométrica, a profundidade da barreira, a umidade e diversos outros fatores influem no resultado a obter..




A importância do tipo de barro é tal que muitas vezes as indústrias preferem barreiras localizadas a grande distância das fábricas, que são instaladas onde há abundância de energia, transporte e mão-de-obra. Se jazida for próxima à superfície, a extração pode ser feita por tratores, escavadeiras e manual. Quando as camadas de argilas estão profundas, requer abertura de poços e túnel até atingir a posição adequada para extração da matéria prima.




Extração


Carregamento



4.2. PREPARO DA MATÉRIA PRIMA Extraída, a argila deve ser preparada para a industrialização. Esse preparo pode ter as mais variadas formas. MISTURA OU COMPOSIÇÃO – A argila, uma vez extraída, pode ser misturada com outra, para corrigir a plasticidade.




METEORIZAÇÃO OU SAZONAMENTO – Depois a argila é submetida à ação das intempéries. A argila é disposta em camadas, sob ação das chuvas, o material sofre lavagem, dissolvem-se e eliminam-se os sais solúveis e desagregam-se os torrões maiores. Desta forma é melhorada a qualidade das argilas. APODRECIMENTO – Consiste em deixar a pasta em ambientes abrigados, procurando manter umidade constante..




Mistura/Composição


Meteorização/Sazonamento

Apodrecimento



DESINTEGRAÇÃO/TRITURAÇÃO – Algumas argilas não desagregam com facilidade, necessitando assim, serem trituradas para adquirirem a granulometria adequada ao amassamento. Os principais métodos de redução fragmentação das partículas são:

ou

a) Compressão simples b) Compressão por impacto c) Britagem TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



Desintegração ou Trituração




AMASSAMENTO – Consiste em misturar intimamente os diversos tipos de argila, a fim de proporcionar maior homogeneidade da massa cerâmica.







4.3. MOLDAGEM É a operação que dá forma desejada à pasta de cerâmica. Está relacionada com o teor de água da pasta de argila.

Manual – comum nas pequenas olarias (formas de madeira.).




Extrusão - Nas cerâmicas maiores, geralmente, a moldagem é feita por extrusão, que consiste em forçar a massa a ar sob pressão, através de um bocal apropriado, formando uma fita uniforme e contínua. Depois a massa é cortada no comprimento desejado. O corte é feito por guilhotina. No caso dos ladrilhos, isolantes térmicos, produtos refratários e azulejos, a moldagem é feita por prensagem com a pasta quase seca (5 a 15%). Esta pasta é denominada de “biscoito”. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS









4.4. COLAGEM – É um processo próprio para fabricação de peças domésticas. 4.5. SECAGEM – Após a moldagem a água contida na argila deve ser retirada de forma gradual. Se a argila for levada ainda úmida para o forno, a umidade interior fica retida pela crosta externa, aparecendo tensões internas e conseqüentemente o fendilhamento.




A secagem pode ser realizada, basicamente, por dois processos: Secagem Natural – É um processo demorado e exige grandes áreas. A vantagem deste processo que é de baixo custo. Por outro lado apresenta algumas desvantagens, tais como, demora na secagem, grande área física e desiformidade na secagem.







b) Secagem Artificial – Nesse processo o produto é submetido ao calor de forma lenta e gradual. Alguns secadores são em forma de túneis, permitindo que o material entre em um determinado ponto e saia após percorrer o túnel de secagem..







4.6. COZIMENTO/QUEIMA – a queima ou cozimento das peças é feita em fornos próprios onde a elevação da temperatura deve ser controlada para que as transformações químicas se processem normalmente sem perturbar a estrutura da peça. O processo de aquecimento deve ser bem estruturado a fim de evitar deformações e rupturas das peças durante a queima.




Deve-se tomar cuidado de dar uniformidade de calor ao forno, senão umas peças ficarão mais queimadas que outras. Outro cuidado é o de obter as temperaturas adequadas ao produto fabricado. Se a queima for muito lenta seria ótimo, mas haveria consumo exorbitante de combustível, devendo-se equilibrar a velocidade para que seja técnica e economicamente satisfatória.







4.7. ESMALTAGEM – Após a moldagem, as peças de cerâmica branca recebem uma camada de esmalte. Este esmalte é constituído por sílica e óxidos e tem por finalidade de deixar a peça impermeável e dar coloração desejada..




EXTRAÇÃO DE ARGILA

MISTURA OU COMPOSIÇÃO

APODRECIMENTO

METEORIZAÇÃO OU SAZONAMENTO

DESINTEGRAÇÃO OU TRITURAÇÃO

AMASSAMENTO

COLAGEM

MOLDAGEM

SECAGEM

COZIMENTO OU QUEIMA ESMALTAGEM




5.

PRODUTOS CERÂMICOS CONSTRUÇÃO CIVIL

PARA

A

5.1. PEÇAS SANITÁRIAS – A NBR-15097 estabelece as condições que devem ser atendidas pelas peças cerâmicas, as principais são: a) Ausência de defeitos: fissuras, ondulações ou falhas de esmaltação. b) Limitação na incidência de defeitos: empenos, manchas, bolhas, pintas.




c) Espessura mínima da parede em qualquer ponto igual a 6mm. d) Máxima absorção de água (2%) – NBR-15097.

e) Sem sinais visíveis de gretamento (micro fissuras no vidrado) – NBR-15097. No caso das bacias sanitárias, a NBR-15097 estabelece os critérios e respectivos ensaios.







NBR–13819 de 30/06/2006 - Prescreve método para a verificação da resistência mecânica de aparelhos sanitários fabricados em material cerâmico. O ensaio prescrito se aplica às bacias sanitárias, bidês, lavatórios de fixar na parede e tanques. As NBR 6452, 6463 e 9059 foram substituídas pela NBR–15097 de 30/06/2004. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



5.2. AZULEJOS – São utilizados para revestimento de paredes, são porosos, sendo uma das faces vidrada. A esmaltação deve recobrir as bordas laterais para evitar absorção pelo biscoito (corpo poroso do azulejo) o que provoca manchas de umidade nas proximidades de suas bordas. A classificação é estabelecida pela NBR-13818 e é visual. A padronização é estabelecida pela NBR13818.. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS



A NBR-13818 estabelece as condições de embalagens. Tais como: identificação do fabricante; classificação de acordo com a NBR13818; formato; dimensões; código ou nome comercial; tonalidade de referência; número de peças e área correspondente.

As NBR 5644, 7169 e 8040 substituídas pela NBR-13818. TECNOLOGIA DOS MATERIAIS

foram



5.3. PASTILHAS CERÂMICAS – são materiais cerâmicos fabricados pelos mesmos processos dos azulejos, têm dimensões reduzidas e são utilizadas no revestimento de paredes.







5.4. LADRILHOS CERÂMICOS – São produtos utilizados para revestimento de pisos, com uma face vidrada ou não. Devido às altas pressões de conformação e aos altos graus de vitrificação obtidos com a queima em temperaturas elevadas, os ladrilhos adquirem alta resistência mecânica e baixa porosidade. Para garantir boa aderência entre as colas ou argamassa, o tardoz deve possuir reentrâncias ou saliências.







NBR–15463 de 19/02/2007 - Estabelece as

características exigíveis para fabricação, marcação, declarações em catálogos, recebimento, inspeção, amostragem e aceitação de placas cerâmicas para revestimento do tipo porcelanato.




5.5. BLOCOS CERÂMICOS – São os elementos, vazados ou maciços, utilizados como componentes de alvenarias.




5.6. TIJOLOS NBR–7170 – especifica tijolo maciço para alvenaria. NBR–8041 – padroniza dando forma e dimensões. NBR–6460 – ensaio de resistência.




5.7. REFRATÁRIOS – São materiais resistentes a altas temperaturas sem sofrer variações de volume significativas, sem amolecer e resistir a ação dos gases quentes. Os tijolos refratários mais comuns são feitos de sílica-aluminosa.




5.8. TELHAS CERÂMICAS – São os produtos cerâmicos empregados como material de cobertura e podem apresentar-se de várias formas: plana, colonial, sa, etc.




TIPOS DE TELHAS São vários os tipos de telhas, mas os mais comuns são os seguintes. Telha tipo sa ou Marselha:

Telha Tipo Portuguesa ou Romana :

são planas e chatas, possuem encaixes e bordas laterais. Dimensão:40 x 24 cm Inclinação:33% Rend.: 15 por m ²

O canal e a capa estão em um só elemento Inclinação: 30% Rend.: 16 por m ²

Telha Tipo Paulista/ Canal/ Colonial: Telha Tipo PLAN: São semelhante as paulistas, mas tem cantos arredondados. Dimensão: 46x18x16 cm Inclinação: 20 a 25% Rend.: 26 por m ²


Constitui-se de capa e canal. Dimensão: 46x18x16 cm Inclinação: 25% Rend.: 26 por m ²






NBR–15310 de 30/11/2005 - Estabelece os

requisitos dimensionais, físicos e mecânicos exigíveis para as telhas cerâmicas, para a execução de telhados de edificações, bem como estabelece seus métodos de ensaio.




5.9. MANILHAS – são materiais pétreos artificiais cerâmicos, utilizados na construção de chaminés, tubos de ventilação e nas canalizações de esgotos e águas pluviais.



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