MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO - Materiais para estudo · PDF file→Características do barro relacionadas com a aplicação: Teor de argila, Profundidade, Granulometria, Umidade, etc

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO

Prof. Aline Fernandes de Oliveira, Arquiteta Urbanista - 2010

MATERIAIS CERÂMICOS


Prof. Aline Fernandes

Cerâmicas Tradicionais: Produtos das indústrias dos silicatos.

- Porosas: produtos das argilas, cimento Portland;

-Impermeáveis: vidros de silicatos, grès porcelânico.

Cerâmicas avançadas, finas, novas:

- Óxidos cerâmicos puros;

- Cerâmicas magnéticas, condutoras, semi-condutoras, supra-condutoras, etc.

- Refratários alto desempenho;

- Carbetos; Boretos;

- Vidros especiais; Peneiras moleculares;

- Vidro-cerâmicas, sol-gel;

- Cermet; Cermpolímero.



DEFINIÇÃO

a) Pedras Artificiais: Materiais que substituem as pedras em suas aplicações ou têm

aparência geral semelhante.

- Materiais de cerâmicas;

- Materiais de cimento.

b) Cerâmicas: Pedra artificial obtida pela moldagem, secagem, e cozedura das argilas ou

de mistura contendo argilas.

→ Definição científica: Associação entre elementos metálicos e elementos não-metálicos

geralmente por ligação iônica.

Possui grande durabilidade (alta temperatura de fusão). São isolantes elétricos e

térmicos. Duros, mas frágeis.



AS ARGILAS - DEFINIÇÃO

Materiais terrosos que quando misturados com a água apresentam alta plasticidade.

Constituídas de partículas cristalinas extremamente pequenas formadas por um número

estrito de substâncias: os argilo-minerais (uma argila pode ser constituída por um ou

mais argilo-minerais).

"As argilas são compostas por partículas coloidais de φ < 0,005 mm, com alta

plasticidade quando úmidas e que, quando secas, formam torrões dificilmente

desagregáveis pela pressão dos dedos", segundo a ABNT.



AS ARGILAS - DEFINIÇÃO

Argilo-minerais:

Silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, mais elementos alcalinos e

alcalinoterrosos e sílica, alumina, mica, óxido de ferro, magnésio, matéria orgânica, etc.

Resultantes da degradação das rochas sob a ação da água e gás carbônico.

Não existem duas jazidas de argila rigorosamente iguais.



AS ARGILAS

TIPOS DE DEPÓSITOS DE ARGILA:

→ Na superfície das rochas, como resultado da decomposição superficial das mesmas;

→ Nos veios e trincas das rochas;

→ Nas camadas sedimentares, onde foram depositadas por vento e chuvas;

→ ARGILAS RESIDUAIS: Encontradas no local onde se originou. Caulins (primários) ricos

em quartzo, mica e feldspato. → CERÂMICA BRANCA

→ ARGILAS SEDIMENTARES: Depósito fica longe da rocha de origem, foi transportada:

Pela água: estratificada e pelo vento: não estratificada, mas porosa. Mais rica em argilo-

minerais e menos rica em quartzo e restos da rocha de origem: caulins secundários →

CERÂMICA VERMELHA.



AS ARGILAS

TIPOS DE ARGILA:

→ Argilas de cor de cozimento branca: caulins e argilas plásticas;

→ Argilas refratárias: caulins, argilas aglomerantes aluminosas;

→ Argilas para a produção de grés;

→ Argilas para materiais cerâmicos estruturais, amarelas ou vermelhas;

Classificação conforme a maior ou menor quantidade de colóides*:

- Argilas gordas: plásticas, se deformam muito no cozimento (argilo-minerais ricos em

alumina);

-Argilas magras: mais porosas e frágeis (argilo-minerais ricos em sílica).

*são sistemas nos quais um ou mais componentes apresentam pelo menos uma de suas dimensões em det.

medida (1nm a 1µm)

http://pt.wikipedia.org/wiki/Componente

http://pt.wikipedia.org/wiki/Nan%C3%B3metro

http://pt.wikipedia.org/wiki/%CE%9Cm



AS ARGILAS - COMPONENTES:

→ Caulim: caulinita ( pó branco) misturada com outros elementos.

- Argilo-mineral mais simples

- Estrutura lamelar: camada mista de silicato e hidróxido de alumínio

- Úmida → muito plástica ; Secagem → alta retração

→ Óxido de ferro

- Cor avermelhada;

- Diminui a plasticidade e refratariedade.




→ Sílica livre (areia)

- Reduz a plasticidade e retração;

- Aumenta a brancura;

-Diminui a resistência mecânica, mas melhora a sinterização.

→ Alumina livre ( óxido de alumínio)

- Aumenta a refratariedade;

-Reduz a plasticidade e resistência mecânica.

→ Feldspatos ( fundentes)

- Diminuem a plasticidade e o ponto de fusão;

- Aumentam a massa específica, resistência e impermeabilidade.




→ Compostos cálcicos (sais)

- Reduzem refratariedade e plasticidade;

- Dão eflorescências.

→ Matéria orgânica

- Aumenta a plasticidade, porosidade e retração;

- Dá a cor escura das argilas antes do cozimento.

→ Água

- Água de constituição: pertence à rede cristalina;

- Água de plasticidade ou adsorvida: adere à superfície das partículas coloidais;

- Água de capilaridade, livre ou de poros: preenche os poros e vazios.



AS ARGILAS - PROPRIEDADES:

Plasticidade:

Propriedade que um sistema possui de se deformar pela aplicação de uma força e de

manter essa deformação quando a força é retirada. Resulta das forças de atração entre

partículas de argilo-minerais e a ação lubrificante da água entre as partículas lamelares;

forças de atração que podem ser anuladas se a película de água entre as lamelas é

excessiva.

→ Limite de Plasticidade (LP): Teor de água expresso em % de argila seca à 110 ºC de

uma massa plástica de argila, acima da qual a massa pode ser enrolada em cilindros

com 3 à 4 mm de diâmetro e 15 cm de comprimento. Argilas que não podem formar

esse cilindro com nenhum teor de água são consideradas como não plásticas.




→ Limite de liquidez ( LL): Teor de água expresso em % de argila seca a 110 ºC, acima

do qual a massa flui como um líquido, quando agitada ligeiramente.

→ Índice de Plasticidade:

IP = LL – LP

→ Índice de Consistência:

IC = LL - h

LL - LP

h = teor de umidade no estado em que a argila se encontra na natureza.




Classificação da ABNT:

Argila muito mole IC < 0 corre com facilidade entre os dedos;

Argila mole 0 < IC < 0,5 facilmente moldada pelos dedos;

Argila média 0,5 < IC < 0,75 requer esforço médio;

Argila rija 0,75 < IC < 1 requer grande esforço;

Argila dura IC > 1 não pode ser moldada pelos dedos.

A Plasticidade depende do tipo e percentagem dos argilo-minerais, do tamanho e forma

das partículas, da capacidade de troca de íons e da presença de outras substâncias.




Retração:

→ Secagem: Evaporação da água. A distância entre as partículas diminui, ocorre a

retração. A retração é proporcional ao grau de umidade, composição da argila e ao

tamanho das partículas.

→ Retração não é uniforme ⇒ bloco pode se deformar.

→ Fatores que aumentam a plasticidade, também aumentam a retração.




Secagem e sinterização:

-Secagem: Evaporação da água ⇒ retração.

A secagem no interior da peça ocorre pela difusão da água até a superfície onde

acontece a evaporação. Se a velocidade de evaporação é maior do que a velocidade de

difusão da água do interior da peça até a superfície. A superfície seca antes do interior e

se retrai. Ocorre tensão diferencial, ocasionando fissuras e deformação da peça.

É necessário controlar a velocidade de evaporação a fim de que ela seja no mínimo da

ordem de grandeza da velocidade de difusão da água.

É feito o controle da temperatura, umidade e fluxo de ar.

Observação: A espessura da peça tem influência na secagem.





- Sinterização (queima):

→ Até 110 ºC: Evaporação da água de capilaridade e amassamento.

→ A partir de 300-400 ºC: Perda da água adsorvida: A argila se enrijece.

→ Entre 600 e 800 ºC:

- Perda da água de constituição;

- Combustão da matéria orgânica;

- Decomposição da pirita FeS2 → Fe2O3 (cor);

- Decomposição dos hidróxidos;

- Transformação alotrópica do quartzo α → β (573 °C).





- Sinterização (queima):

→ Entre 800 e 950 ºC:

- Calcinação dos carbonetos → óxidos;

- Decomposição dos sulfetos;

→ A partir de 950 ºC: Início da vitrificação ( sinterização). A sílica de constituição e a

das areias, assim como os feldspatos, formam uma pequena quantidade de vidro que

aglutina os demais elementos dando após o resfriamento dureza, resistência e

compactação ao conjunto. A qualidade de um artigo cerâmico depende da quantidade

de vidro formado: é ínfima nos tijolos comuns e, grande nas porcelanas.




PROPRIEDADES DAS CERÂMICAS:

Dependem da constituição, cozimento, processo da moldagem, etc.

Propriedades Mecânicas:

→ Alta resistência à compressão:

- Relacionada com as forças interatômicas;

- Aumenta com granulometria mais homogênea e fina;

-Diminui com o aumento da porosidade.

Ex: 10% de porosidade pode diminuir em 50% o módulo de ruptura do mesmo material

sem poros. σmr = σo exp (-nP)




Propriedades Mecânicas:

→ Baixa resistência à tração: Fratura frágil.

Formação e propagação das fissuras através da seção transversal do material numa

direção perpendicular à carga aplicada.

Microfissuras na superfície e na massa, poros internos, contornos de grãos amplificam a

intensidade das cargas aplicadas e facilitam a propagação das tensões.

→ Dureza, resistência ao desgaste: depende da quantidade de vidro formado.

- Absorção ou porosidade aparente: Percentagem de aumento de peso que a peça

apresenta após 24 horas de imersão de água. Absorção de água depende da

compactação, dos constituintes, a queima, etc.




- Sucção:

. Cerâmicas com alta sucção → argamassa plástica com alto teor água/cimento;

.Cerâmicas com baixa sucção → argamassa “firme”.

- Outras propriedades:

. Mau condutor elétrico e térmico;

. Bom isolante acústico, mas péssimo absorvente acústico.




- Desagregação das cerâmicas:

→ Agentes físicos:

- Umidade e vegetação: Depende da porosidade;

- Fogo: Resistência à compressão diminui quando a temperatura aumenta por causa das

tensões diferenciais criadas pela dilatação desuniforme dos componentes.

→ Agentes químicos: Sais internos são dissolvidos pela umidade e podem recristalizar

na superfície: eflorescência. Má aparência. Deslocamento e queda de revestimento.

→ Agentes mecânicos:

- Baixa resistência á flexão ⇒ uso em “compressão”;

- Devem ser resistentes aos choques (transporte).



AS ARGILAS

CLASSIFICAÇÃO DOS MATERIAIS CERÂMICOS USADOS NA CONSTRUÇÃO:

a) Materiais cerâmicos secos ao ar;

b) Materiais cerâmicos de baixa vitrificação;

c) Materiais cerâmicos de alta vitrificação:

- Materiais de louça;

-Materiais de grès cerâmico.

d) Refratários.



AS ARGILAS

FABRICAÇÃO DA CERÂMICA:

Segue os seguintes passos:

- Exploração da jazida ( extração do barro);

- Preparação da matéria-prima;

- Moldagem;

- Cozimento;

- Vitrificação especial (às vezes).



AS ARGILAS - FABRICAÇÃO

Exploração da jazida:

→ Localização (em relação à indústria e centro consumidor);

→ Remoção da camada superficial (grande porcentagem de matéria orgânica);

→ Características geológicas (equipamentos adequados);

→ Topografia do local (facilidade de acesso);

→ Profundidade máxima;

→ Características do barro relacionadas com a aplicação: Teor de argila, Profundidade,

Granulometria, Umidade, etc.

Exemplo: Matéria orgânica ⇒ ↑ porosidade

Carbonato de Cálcio e compostos sulfurosos ⇒ fendas




Preparação da matéria-prima:

→ Sazonamento (ou apodrecimento da argila: exposição às intempéries):

- Fermentação da matéria-orgânica;

- Lavagem de sais solúveis;

- Desagregação dos torrões;

-Oxidação de piritas (sulfeto de ferro).

→ Eliminação das impurezas grosseiras (sedimentação, centrifugação, etc.).

→ Maceração: Desintegração, trituração, peneiramento: para a obtenção de partículas

menores.




Preparação da matéria-prima:

→ Loteamento do barro: Correção para dar à mistura a constituição desejada

relacionada à aplicação.

- Cerâmica fina: eliminação dos grãos graúdos por lavagem sedimentação e filtração;

- Adição de areia fina ou argila já cozida e depois moída: diminuir a retração.

Observação: uma argila muito magra ( com poucos colóides) se tornará muito porosa,

quebradiça e absorvendo muita umidade. ⇒ Necessidade de corrigir o teor de argila.

→ Amassamento e mistura: Adição da água ou não.

- Proporciona a homogeneidade;

- Prepara a pasta para a moldagem.




Moldagem:

→ Operação que vai dar a forma desejada à pasta cerâmica;

→ Acrescentando-se mais água:

↑ facilidade de moldagem ↓ consumo de energia;

↑ contração na secagem e deformação ↑ tempo de secagem;

* Moldagem com pasta fluída:

→ 30 à 50 % de água;

→ Processo de barbotina:

- a solução é colocada em moldes porosos de gesso

- a água é absorvida e a argila adere às paredes

- quando seca, a peça se retrai e se descola




→ Porcelanas, louças sanitárias, peças para instalação elétrica e de formato complexo.

* Moldagem com pasta plástica mole ( branda):

→ 25 à 40 % de água ;

→ Moldes de madeira ou torno de oleiro ( manual ou automático);

→ Vasos, pratos, xícaras, tijolos brutos.

* Moldagem com pasta plástica consistente (dura):

→ 15 à 25 % de água;

→ Processo de extrusão: forçar a massa a passar sob pressão, através de um bocal

apropriado, formando uma fita uniforme e contínua; depois a coluna é cortada no

comprimento desejado;




• Moldagem com pasta plástica consistente (dura):

→ Processo pode ser acoplado com uma câmara de vácuo: ↓ porosidade;

→ Tijolos, tijoletas, tubos cerâmicos, telhas, refratários;

→ Telhas: extrusão e depois moldagem em prensas.

* Moldagem a seco ou semi-seco:

→ 5 à 10 % de água;

→ Compactação com prensas: 5 até 700 Mpa;

→ Vantagens:

- Simplicidade das operações e produção em massa;

- Tempo de secagem reduzido;

- Peças de muito boa qualidade (não tem bolhas).




• Moldagem a seco ou semi-seco:

→ Desvantagens:

- Investimento elevado;

-Limitação dos formatos.

→ Ladrilhos, azulejos, pisos, refratários, isoladores elétricos, tijolos e telhas de

qualidade superior.




Secagem:

→ Objetivo: Evaporar a maior quantidade possível de água antes da queima.

- Evaporação da água dos poros ( sem retração) seguida por

- Evaporação da água adsorvida → retração

→ Necessidade de controlar a secagem: Se a velocidade de evaporação da água é

superior à velocidade de difusão da mesma do centro para a superfície da peça.

Geração de tensões internas diferenciais. Deformação da peça e fissuras.

Velocidade de evaporação = velocidade de difusão.




Secagem → Processos:

a) Secagem natural

- Processo comum nas olarias, mas é demorado (3 a 6 semanas p/ argilas moles, 1

semana p/ argilas rijas) e exige grandes superfícies;

- Em telheiros extensos ao abrigo do sol e com ventilação controlada;

-Em depósitos colocados em torno e acima do forno.

b) Secagem por ar quente-úmido

- Material é posto nos secadores onde recebe ar quente com alto teor de umidade:

evaporação da água livre ( poros);

- Depois recebe só ar quente: perda da água adsorvida ou da plasticidade.





c) Secadores de túnel: Peças são colocadas em vagonetes que percorrem lentamente

um túnel no sentido da menor para a maior temperatura ( aproveitamento do calor

residual dos fornos 40-150 °C).

d) Secagem por radiações infra-vermelhas:

- Pouco usado → custo, peças delgadas;

- Alto rendimento e pouca deformação;

- Peças de precisão.





e) Cozimento:

→ Vitrificação ⇒ coesão;

→ Uniformidade das temperaturas no interior do forno;

→ Rendimento máximo, diminuindo as perdas por irradiação.

e.1) Fornos intermitentes: Cozimento de um lote de cada vez.

→ Elevado consumo de combustível e de mão-de-obra;

→ Desgaste da estrutura ( ciclos de queima-resfriamento);

→ Custo de instalação pequeno

→ Facilidade de execução.





e.1) Fornos intermitentes:

1) Forno de meda

2) Forno intermitente comum

3) Forno intermitente de chama invertida

4) Forno de mufla

5) Forno combinado

e.2) Fornos semi-contínuos

e.3) Fornos contínuos

1) Forno de Hoffmann

2) Forno de Túnel



AS ARGILAS - MATERIAIS

MATERIAIS DE CONSTRUÇÃO DE CERÂMICA:

1. Adobe:

→ Argila seca ao ar sem cozimento: construções rústicas;

→ Compressão: até 7 MPa;

→ Problema com a umidade: se torna novamente plástica;

→ Argila pode ser usada com argamassa de assentamento.





2. Tijolos comuns:

→ Tijolos (cerâmicas) comuns: porosidade alta, superfícies ásperas e que foram

fabricados com pequena prensagem;





3. Telhas comuns:

Processo de fabricação quase idêntico à fabricação dos tijolos comuns, mas o barro

deve ser mais fino e homogêneo. A moldagem é feita por prensagem. A secagem deve

ser mais lenta que para os tijolos, para diminuir a deformação. A queima é feita nos

mesmos tipos de forno.





4. Tijoleiras e ladrilhos: São tijolos de pequena espessura, usados em pavimentação e

revestimentos.





→ Comuns (porosos): tijoleiras

- Vários tamanhos: mais usuais são quadrados ou retangular;

- Existe peças especiais para arremates;

-Espessura ± 2 cm.

→ Prensados: ladrilhos

- Alto grau de vitrificação: compacto e impermeável;

- Face inferior: rugorosidade e saliências ( ↑ a fixação);

- Alta resistência ao desgaste (pisos);

- Espessura 5-7 mm;

- Podem ser coloridos (pigmentos).





Materiais cerâmicos de alta vitrificação:

Classificados segundo a qualidade na textura interna:

-Materiais de grès cerâmico tem textura quase compacta

- Materiais de louça (faiança): impermeáveis na superfície e mais porosos no interior →

azulejos e louça sanitária




Materiais de grès cerâmico:

a) Manilhas

→ Tubos cerâmicos p/ condução de esgotos sanitários, remoção de despejos industriais

e canalização de águas pluviais.

→ Podem ser vidrados internamente e externamente ou só na parte em contato com os

líquidos.




Materiais de grès cerâmico:

b) Ladrilhos de grés (lito-cerâmica)

→ Massa quase vitrificada , mais compacta que a cerâmica vermelha e menos branca

que a faiança;

→ Material de qualidade superior; geralmente é feita uma esmaltação na face aparente;

→ Formas.


Materiais de louça branca:

→ Argilas quase isentas de óxido de ferro, contendo quartzo e feldspato finamente

moídos.

a) Louça:

→ Pó de louça : argilas brancas (caulins quase puro). Produtos duros, de granulometria

fina e uniforme com superfície vidrada.

- Louça calcária ( louça de mesa);

- Louça feldspática ( azulejos, cerâmica sanitária);

- Louça mista.

→ Vidrado : aplicado após uma primeira cozedura, seguindo-se então, o recozimento,

quando se transforma em vidro.





a) Louça:

→ Problemas com o vidrado:

- Homogeneidade (espessura, cor) ao longo da peça ⇒ ondulações na superfície.

- Diferença de coeficiente de dilatação térmica com o corpo cerâmico ⇒ tensões

diferenciais

⇒ trincas no vidrado.





b) Azulejos

→ São placas de louça:

- de pouca espessura

- vidrados numa face (externa) ⇒ impermeabilidade e durabilidade

- não vidrados na face posterior e nas arestas e até possuem saliências e reentrâncias

para melhorar e aderência com argamassa de assentamento e de rejuntamento.

→ Função: Revestir outros materiais ⇒ proteção e bom acabamento.

→ Processo de fabricação:

- Biscoito : moldagem a seco com prensagem e queima a ± 1200 °C.

- Vidrado : misturas de óxidos de grande fusibilidade com corantes adequados;

- Recozimento (biqueima) ou monoqueima.





b) Azulejos

→ O vidrado deve apresentar alta resistência às variações de temperatura e umidade,

sem gretar.

→ Dimensões comuns : 15 x 15 e 10 x 10 cm

Superficie : lisa ou chamalotada;

Arestas : de quinas retas, biseladas ou boleadas.





c) Louça sanitária

→ Normalização ampla e pouco obedecida. Pedido: Especificação deve ser bem

detalhada.

Ex.: - Bacia sanitária com ou sem sifão;

- Lavatórios comuns ou com pedestal, com ou sem saboneteira (uma ou duas),

apontados para uma ou duas torneiras;

- Mictório de parede, de bacia ou de pedestal.





g) Cerâmicas refratárias:

→ Refratária: que não se deformam abaixo de 1520 °C;

→ Altamente refratária: que não se deformam abaixo de 1785 °C;

→ Devem apresentar estabilidade de volume, resistência mecânica e resistência

química;

→ Argilas refratária (pobre em cal e óxido de ferro) sílico-aluminosas, aluminosas,

silicosas, magnesita, cromita, etc.

→ Processo: prensagem e queima até 2500 °C;

→ Forma: tijolos maciços ou tijolos especiais para chaminés e abóbadas;

→ Assentamento: argamassa refratária obtida com a mesma argila do tijolo sem

cimento ou com cimento aluminoso.



REVESTIMENTOS CERÂMICOS







TERMOS



TERMOS



TERMOS



TERMOS



NORMATIZAÇÃO




- Função principal → revestir outros materiais para dar proteção e bom acabamento.

- Principais Normas para Revestimentos Cerâmicos:

Normas internacionais ISO-DIS 10.545 e ISO-DIS 13006 adotada pela ABNT.

- Qualidade Superficial: É determinada pela presença de determinados defeitos de

fabricação: trincas, gretas, falta de esmalte, ondulações, depressões, furos, pontos,

manchas, defeitos de decoração, cantos e arestas quebrados, diferenças de tamanho e

de tonalidade.

.Classe A: se verificar nenhum defeito a uma distância de 1 metro

.Classe B: se verificar algum defeito a uma distância de 1 metro

.Classe D: se verificar algum defeito a uma distância de 3 metros







Resistência às manchas: É a facilidade e eficiência com que podem ser removidas

sujeiras, manchas e outros materiais entrando em contato com a superfície; é

importante no caso de aplicação em hospitais, restaurantes, laboratórios, indústrias

alimentícias, etc.:




Resistência química: É a capacidade do revestimento de não alterar sua aparência

quando em contato com produtos químicos:




Resistência mecânica:



REVESTIMENTOS CERÂMICOS - Resistência mecânica:

Resistência a abrasão: É o desgaste superficial causado pelo movimento de pessoas e

objetos provocando perda de brilho, variações de tonalidade, etc.

Para os revestimentos esmaltados, a avaliação é visual do desgaste provocado por um

equipamento padronizado, medindo-se o PEI:




Os materiais cerâmicos podem ser classificados, dependendo de sua superfície, em:

-Esmaltados

-Não esmaltados

Dentro dessa classificação podem ser classificados ainda, de acordo com o processo de

conformação utilizados:

-Extrudado

-Prensado

Outro tipo de classificação é em função do tipo de tratamento térmico:

-Biqueima

-Monoqueima

Quanto a característica de absorção de água, mediante uma denominação tipológica de

uso comercial, conforme tabela a seguir.







CARACTERÍSTICAS DIMENSIONAIS











ARGAMASSA DE ASSENTAMENTO

TERMOS




COMPOSIÇÃO




TIPOS




TIPOS




CLASSES




UTILIZAÇÃO




ESCOLHA DA ARGAMASSA



ARGAMASSA DE REJUNTE



ARGAMASSA DE REJUNTE



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