3.1_-_MATERIAIS_CERÂMICOS.pdf

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Materiais de ConstruçãoMateriais de ConstruçãoE

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MATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO CIVILMATERIAIS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL

VidrosMadeira

CerâmicaMetais

PlásticosAgregados

Prof. Hilton Porto

Materiais de ConstruçãoMateriais de Construção

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MATERIAIS CERÂMICOS

HISTÓRICO

A palavra “cerâmica“ origina-se da palavra grega “κεραµικά”,que significa material queimado.

Inicialmente os produtos cerâmicos foram empregados emlocais onde a pedra era escassa e os materiais argilosos eramabundantes.

A princípio esses produtos eram apenas secos ao sol eposteriormente cozidos em fornos.

Por utilizarem matéria-prima abundante na natureza, logo setornaram essenciais ao homem.

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As cerâmicas surgiram do primeiro exercício de engenharia demateriais do homem, há mais de 9.000 anos.

Urna funerária

Fragmento cerâmico de 2.700 anos.


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Os materiais cerâmicos têm origem muito antiga, os assírios eos caldeus provavelmente foram os primeiros povos aproduzirem tijolos cerâmicos, pois os registros dessautilização encontram-se na Bíblia.

Foram os romanos com seu domínio sobre o mundo quelevaram seus conhecimentos cerâmicos a todas as partes.

Entretanto, foram os povos árabes que tanto valorizaram essematerial, a ponto de seu uso caracterizar a arquiteturamaometana.

Um grande incêndio ocorrido em Londres, no ano de 1666,onde foi destruída grande quantidade de casas de madeira,alertou a população para a reconstrução utilizando tijolos.

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Os guerreiros de Xian, China (210-209 a.C)


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Os guerreiros de Xian, China (210-209 a.C)

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No Brasil, os primeiros avanços na técnica construtiva são

marcados, já no Império, pelo uso do tijolo de barro cozido, a partir

de 1850, proporcionando construções mais resistentes à ação das

águas, sepultando a técnica da taipa de terra socada.

O tijolo somente foi relegado da sua função estrutural com oaparecimento das estruturas metálicas e de concreto armado,quando passou a ser utilizado como elemento de vedação.

Nas ultimas décadas, os materiais cerâmicos tiveram umavanço considerável e em muitas aplicações ainda sãoabsolutos devido ao seu custo, durabilidade, estética eresistência mecânica.


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3 Materiais CerâmicosCompostos químicos e soluções envolvendo elementosmetálicos e não-metálicos.

Cerâmica“Pedra artificial obtida pela moldagem, secagem e cozedurade argilas ou misturas contendo argilas”(BAUER, 2011).

3.1 ArgilasMateriais terrosos naturais que adquirem alta plasticidadequando misturados com água (BAUER, 2011).

Segundo a ABNT, argilas são compostos de partículas coloidaisde diâmetro inferior a 0,005 mm, com alta plasticidadequando úmidas e que, quando secas, formam torrõesdificilmente desagregáveis pela pressão dos dedos.

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3.1.1 Depósitos naturais de argilas- Na superfícies das rochas, por decomposição superficial dasmesmas;- nos veios e trincas das rochas;- nas camadas sedimentares depositadas pelos ventos echuvas.

3.1.2 Tipos de argila- de cozimento branco: caulins e argilas plásticas;- refratárias: caulins e altamente aluminosas;- para produtos de grês;- para produtos cerâmicos estruturais: amarelas e vermelhas.


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Depósitos naturais

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3.1.3 Classificação- Gordas: são muito plásticas e deformam-se muito mais nocozimento devido à alumina;

- Magras: são mais porosas e frágeis devido ao excesso desílica.

3.1.4 Propriedades- Plasticidade: depende da quantidade de água; menorquando ela se desagrega facilmente e maior quando fica moledemais. Maior plasticidade no ponto intermediário.

- Retração: a argila perde água por evaporação ficando vaziosno lugar antes ocupado pela mesma, consequentementeretraindo o conjunto.


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- Efeitos do calor sobre as argilas:

20 a 150°C – perde a água de capilaridade e amassamento;150 a 600°C – perde a água obsorvida e vai enrijecendo-se;a partir de 600°C – ocorre a desidratação química,

endurecimento, queima das matérias orgânicas, oxidação, oscarbonetos transformam-se em óxidos;a partir de 950°C – há a vitrificação, dando dureza,

resistência e compactação ao conjunto gerando a cerâmicapropriamente dita.

“A qualidade de um artigo cerâmico depende, acima de tudo,da quantidade de vidro formado. É ínfima nos tijolos comunse grande nas porcelanas” (BAUER, 2011).


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Suas propriedades mecânicas e físicas permitem aplicaçõesem campos distintos: tijolos, louças, refratários, materiaismagnéticos, dispositivos eletrônicos, fibras, abrasivos,componentes aeroespaciais.

3.1.5 Classificação prática dos materiais de cerâmica usadosna construção

- Materiais cerâmicos secos ao ar;

- Materiais cerâmicos de baixa vitrificação;

- Materiais cerâmicos de alta vitrificação:

- Louças

- grês cerâmico

- Refratários.

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3.2.6 Características das cerâmicas

Sua resistência mecânica aumenta quando o produto é

aquecido a altas temperaturas: reações termoquímicas;

Alta dureza;

Alta fragilidade;

Estrutura cristalina complexa;

Elevado ponto de fusão (~ 2.000°C);

Bom isolamento térmico e elétrico;

Matéria-prima de custo relativamente baixo.


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3.2.7 Constituição das cerâmicas

As cerâmicas tradicionais são constituídas basicamente de:

Argila: Al2O3-SiO2-H2O com outros óxidos (TiO2, Fe2O3, MgO, CaO,

Na2O, K2O)

Sílica: SiO2

Feldspato: K20-Al2O3-6SiO2

Produtos estruturais como tijolos e pisos têm os trêscomponentes.Cerâmicas brancas como as porcelanas e peças sanitáriastambém têm os três componentes mas o teor de feldspato écontrolado.

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3.2 Fabricação da cerâmica

3.2.1 Preparação dos materiais cerâmicos

a) Extração do barro;

b) preparo da matéria-prima;

c) moldagem;

d) secagem;

e) cozimento;

e) esfriamento.

Existindo em alguns casos uma vitrificação especial.


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a) Extração do barroA escolha do barro vai depender do tipo de cerâmica que sequer produzir, pois existem fatores como o teor de argila,granulometria, umidade, teor de carbonato de cálcio,quantidade de matérias orgânicas e etc., que influem noresultado final.

b) Preparo da matéria-primaPode ter início com uma simples seleção na própria jazida,seguida do apodrecimento da argila (depuração), paraeliminação de impurezas; moagem ou trituração, para umamelhor homogeneização; correção, quanto necessita-seregular alguns componentes como o teor de argila ougranulometria; umidificação e amassamento.

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c) Moldagem

Operação que dá forma à pasta de cerâmica. Tipos:

- Moldagem a seco ou semi-seco (4 a 10% de água);

- moldagem com pasta plástica consistente (20 a 35% de água)

- moldagem com pasta plástica mole (25 a 40% de água);

- moldagem com pasta fluida ( 30 a 50% e água).

O emprego de cada processo depende do tipo de matéria-

prima, do formato e constituição do produto acabado e do

tipo de forno a ser empregado.


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Moldagem com pasta fluida

A pasta é colocada em molde de gesso. Usada na produção de

porcelanas, louças sanitárias, peças para instalações elétricas

e peças com formato complexo.

Moldagem com pasta plástica

A pasta é moldada em moldes de madeira ou torno de oleiro.

Usada da produção de vasos, pratos, copos e tijolos brutos.

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Moldagem com pasta plástica consistente

Usada na extrusão; onde a pasta é forçada a passar através de

um bocal apropriado formando uma fita uniforme e contínua.

Método utilizado na produção de blocos, tubos, telhas e

refratários.

Moldagem a seco ou semi-seco

É feita por prensagem (5 a 700 MPa). É usada na produção de

ladrilhos, azulejos, refratários, isolantes elétricos e para

tijolos e telhas de qualidade superior. (maior densidade,

menor porosidade e maior resistência mecânica)


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d) Secagem

A secagem é muito importante pois após moldada a peça

ainda contém de 5 a 35% de água, e se assim for lavada ao

forno a umidade interior ficará retida aparecendo tensões e

consequente fendilhamento. Desta forma, a secagem deve ser

feita uniforme e controlada para as peças não apresentarem

distorções.

Para a secagem natural são necessários grandes superfícies e

extensos telheiros, pois as peças não devem receber sol, além

de ventilação controlada.

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Na secagem por ar quente-úmido as peças são postas nos

secadores, onde recebem ar quente com alto teor de

umidade. Os secadores de túnel aproveitam o calor residual

dos fornos (de 40 a 150°C).

A secagem por radiação infra-vermelha é pouca usada em

função do alto custo e limitação para peças delgadas. Usada

para peças de precisão.


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e) Cozimento

É a parte mais importante da fabricação dos materiais

cerâmicos uma vez que ocorrem as mais diversas reações

químicas que são influenciadas não somente pela temperatura

alcançada, mas também pela velocidade de aquecimento, de

resfriamento, atmosfera ambiente, tipo de forno, tipo de

combustível usado, etc.

Para cerâmicas de melhor qualidade é usual as peças irem

duas vezes ao forno: no primeiro aquecimento forma-se o

biscoito e o reaquecimento fixa o vidrado.

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O cozimento pode ser feito em fornos contínuos ou fornos

intermitentes.

Fornos contínuos:

Alto valor de instalação; pequeno nível de desgaste; produção

contínua; podem ter a carga ou a zona de fogo móvel.

Fornos intermitentes:

Baixo valor de instalação e facilidade de execução; elevado

consumo de combustível e mão-de-obra; grande nível de

desgaste devido a variação de temperatura; produção em

lotes; podem ser de calor ascendente ou descendente.


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Tipos de fornos mais usados:

Fornos de Meda,

Forno intermitente comum,

Forno semicontínuo,

Forno intermitente de chama invertida,

Forno de Mufla,

Forno combinado,

Forno de cuba,

Forno Huffman,

Forno de túnel.

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Forno de Meda

Forno intermitente de chama ascendente, bastante rústico,

empregado para fabricação de tijolos.


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Forno intermitente comum

Forno intermitente comum, empregado para fabricação de

tijolos.

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Forno semicontínuo

Forno semicontínuo não passa de dois ou mais fornos

intermitentes (geralmente quatro) colocados justapostos.


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Forno de Mufla

Utilizado quando não se quer que a chama entre em contato

com as peças.

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Forno CombinadoSão dois fornos sobrepostos, com aquecimento direto nosuperior e por chama invertida no interior. Geralmente usadoquando se faz biscoito no superior e vidrado no inferior.


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Forno de cuba

Idênticos aos intermitentes comuns, porém com tamanho

reduzido.

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Forno de Hoffmann

Forno contínuo pela justaposição e entrosamento de diversos

fornos intermitentes.


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Forno de TúnelForno contínuo formado por um longo túnel com a câmara dequeima no centro. O material é introduzido em vagonetasmóveis em uma extremidade do túnel, onde sofre pré-aquecimento, cozimento e resfriamento, até sair na outraextremidade.

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3.3 Materiais de construção de cerâmica

Variedades de produtos são representados no mercado de

materiais de construção conforme a origem, a matéria-prima

e o processo de fabricação, e a finalidade desse produto.

Podem ser apresentados comumente como:

- Cerâmica vermelha

- Cerâmica branca

- Produtos especiais


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Cerâmica vermelha

Dentro desta categoria estão os produtos para alvenaria (de

vedação e estrutural), para cobertura e para canalizações.

Cerâmica branca, de grês ou de alto grau de vitrificação

Produtos de revestimento (paredes e pisos), produtos de

acabamento e utilitários (cantoneiras, cabideiros, louças

sanitárias e acessórios).

Produtos especiais como a cerâmica refratária (normalmente

para alvenarias).

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