Revista Novacer Edição 16 Agosto 2011

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Ano 2

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Agosto/2011

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Edição 16

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A adição de vidro à massa de cerâmica vermelha aumenta a resistência mecânica à flexão, entre outros benefícios

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NovaCer • Ano 2 • Agosto • Edição 16

Materiais e métodos Foram analisadas algumas propriedades indispensáveis para este tipo de material utilizando em geral 10 amostras para ao final fazer uma média dos resultados de cada propriedade. Partiu-se também do princípio de um padrão de análise conforme se trabalha industrialmente na empresa cerâmica Sotelha, em Portugal.

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Umidade e plasticidade O teor de umidade é a quantidade de água e outros componentes que se encontram apenas ligados aos grãos constituintes das matérias-primas e se vaporiza por aquecimento, à pressão ambiente, até a temperatura de 130°C. Esse teor foi definido pela seguinte fórmula: U = ((Pu – Ps)/ Pu) x 100, em que U = percentual de umidade, Pu = peso úmido e Ps = peso seco. A umidade ideal para confecção dos corpos de prova em laboratório foi determinada através do ensaio de plasticidade de Pfefferkorn. O coeficiente de plasticidade é o percentual de água para se obter uma contração de 30% em relação à altura inicial do corpo de prova de um material sobre a ação de um peso padrão.

Formato dos corpos de prova Os corpos de prova em si foram confeccionados numa extrusora laboratorial com uma matriz (boquilha) de diâmetro de 1,25 cm e cortado com um comprimento de aproximadamente 15 cm.

Retração linear de secagem É a variação das dimensões de um corpo devido à perda de umidade. Foram medidas as dimensões principais dos corpos de prova conforme prescrito em instrução específica e retirados da estufa, deixando esfriar a temperatura ambiente num recipiente fechado para prevenir que não voltassem a adquirir umidade do ambiente durante o arrefecimento e, em seguida, foram medidas as peças novamente.

Para definição da retração de secagem foi utilizada a seguinte fórmula: R.S. = ((Li – Lf)/ Li) x 100, onde R.S. = retração de secagem, Li = comprimento inicial e Lf = comprimento final.

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cos, ficando o setor de cerâmica vermelha um pouco mais esquecido pelos pesquisadores e estudiosos da área. Outro aspecto que se pode citar, é que a composição das massas de cerâmicas estruturais é relativamente previsível e definida, no entanto, normalmente não são testadas incorporações como métodos de inovação visando melhorias para o processo e possíveis reaproveitamentos de resíduos de materiais que, por sua vez, podem vir a ser reciclados e consequentemente ainda agregar valores ao produto, devido a melhorias no decorrer do seu processamento e também em algumas propriedades do produto acabado. Os resíduos de vidro são um exemplo disso, pois normalmente os mesmos quando não são reaproveitados em algum tipo de processo, acabam sendo lançados em aterros e demoram muito tempo (cerca de 4 mil anos) para se decompor, isso quando não são jogados em locais mais inadequados. Deste modo, o presente trabalho tem como objetivo determinar uma utilização adequada para os resíduos de vidro, adicionando os mesmos na composição da massa de cerâmicas vermelhas. Para tanto, foram efetuados diversos ensaios que podem auxiliar na análise do comportamento desta nova massa durante a queima do material e, com isso, buscar a geração de ciclos mais rápidos aperfeiçoando o processo produtivo especialmente no setor de queima, com a finalidade de que se possa ganhar aplicabilidade em indústrias de cerâmicas vermelhas conferindo-lhes um avanço tecnológico para que as mesmas se tornem cada vez mais competitivas no mercado interno e também eventualmente possam ofertar seus produtos aos países do Mercosul que fazem fronteira com a região sul do Brasil.

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Retração linear de queima

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É a variação das dimensões de um corpo devido à perda de material ou reações durante o processo de queima. Foram secados conforme prescrito em instrução específica e medidas as dimensões dos corpos de prova a seco. Em seguida, foram queimados conforme prescrito em instrução de trabalho específica e após os corpos esfriarem foram medidos novamente na mesma posição. Para definição da retração de queima foi utilizada a seguinte fórmula: R.Q. = ((Li – Lf)/ Li) x 100, onde R.Q. = retração de queima, Li = comprimento inicial e Lf = comprimento final.

A porosidade foi determinada através da diferença de percentual entre o 100% e a densidade relativa. Para definir foi utilizada a seguinte fórmula: P = 100% - Dr, onde P = porosidade e Dr = densidade relativa em percentual.

Densidade aparente a seco Para realização deste ensaio, foi utilizado o método de Arquimedes onde foram confeccionados corpos de prova os mais regulares possíveis e seus volumes foram medidos e pesados para que suas massas fossem obtidas. Para definir a densidade aparente a seco, foi utilizada a seguinte fórmula: DapS = m/v onde DapS = densidade aparente a seco, m = massa e v = volume.

Densidade aparente a queimado Para realização deste ensaio, também foi utilizado o método de Arquimedes, porém, o volume foi determinado através da imersão de pedaços dos corpos de prova que foram pesados inicialmente e a seguir foram levados a água fervente para saturá-los com água preenchendo-lhes os poros abertos. Em seguida, foram pesados os pedaços dos corpos de prova novamente imersos num recipiente com água em condições ambientes para depois ser definida pela seguinte fórmula: DapQ = m/v, onde DapQ = densidade aparente a queimado, m = massa e v = volume.

Densidade relativa A densidade relativa é a razão entre a densidade aparente e a densidade teórica representada em percentual. Para definir, foi utilizada a seguinte fórmula: Dr = DapQ/ Dt, onde Dr = densidade relativa, DapQ = densidade aparente a queimado e Dt = densidade teórica.

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Resistências mecânicas a seco e a queimado A resistência mecânica à flexão é característico de cada material e corresponde à máxima tensão por unidade suportada por uma peça sem quebrar quando submetida a uma carga crescente. Foram medidas a distância entre os cutelos, força de ruptura e o diâmetro dos corpos de prova. Em seguida, colocadas as peças de maneira individual sobre os dois cutelos de modo que a direção correspondente ao comprimento esteja perpendicular aos cutelos. A distância entre os cutelos foi de modo a centrar a peça e aplicando a carga repartida uniformemente e sem choques, até que se produziu a ruptura.

Para definir a média de resistência à flexão foram considerados aceitáveis os resultados das peças em que a ruptura ocorreu na sua parte central e foi utilizada a seguinte fórmula: RMF = 8LF/ϖD³, onde RMF = resistência mecânica à flexão, L = distância entre os cutelos e D = diâmetro dos corpos de prova. Os demais itens relacionados à fórmula são considerados valores fixos.

Absorção de água É a quantidade de água que uma peça pode absorver sob condições experimentais (100°C e pressão atmosférica) e é expressa em percentual em relação à peça seca. Foram pesados os corpos de prova queimados e mergulhados num recipiente certificando-se de que ficaram completamente cobertos e a água foi aquecida até a ebulição sendo deixada a partir deste instante fervendo por aproximadamente duas horas e mantidas as peças submersas durante o ensaio.

Em seguida, foi resfriada naturalmente em água corrente mantendo os corpos de prova sempre cobertos pela água até o momento da pesagem, porém retirando-os com o auxílio de um pano úmido o excesso de água da superfície de cada corpo de prova e pesando novamente. Para definição da absorção de água, utilizou-se a seguinte fórmula: Aa = ((Pu – Ps)/ Ps) x 100 onde, Aa = absorção de água, Pu = peso úmido e Ps = peso seco.

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Perda ao fogo

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É a perda de material sob a forma de gás, durante as etapas de aquecimento e queima. Foram pesados os corpos de prova previamente secos e após queimados, conforme instrução específica em forno de mufla laboratorial e após os corpos esfriarem, foram pesados novamente. Para definição dos resultados foi utilizado a seguinte fórmula: PF = ((Pi-pf)/Pi) x 100, onde PF = perda ao fogo, Pi = peso inicial do corpo de prova e Pf = peso final do corpo de prova.

A granulometria é o processo que visa definir, para determinadas faixas pré-estabelecidas de tamanho de grãos, a percentagem em peso que cada fração possui em relação à massa total da amostra em análise. Foram realizadas as análises em laboratório e determinados os resultados pela média da distribuição das mesmas.

Resultados e discussões Condições de queima A queima foi realizada num forno de mufla laboratorial com uma taxa de aquecimento de 10°C/min e levada até um patamar de duas horas à 965°C que foi determinada após a realização de análises pré-eliminares na busca de resultados semelhantes aos atingidos em escala industrial e o arrefecimento deu-se de forma natural.

Condições de secagem Este procedimento foi realizado com o objetivo de eliminar toda a água contida nos corpos de prova que foram levados em recipiente metálico a uma estufa laboratorial com capacidade de (105 ± 25)°C para secagem a aproximadamente 110°C, até que houve a eliminação da umidade.

Quanto maior o teor de vidro, maior a densificação das amostras e maior a retração de queima

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NovaCer • Ano 2 • Agosto • Edição 16

As análises de amostras padrão conforme a fábrica, com 84% de argila padrão e 16% de chamote para determinação da plasticidade foram feitas para umidades com 20%, 24%, 28% e 32% e a amostra que apresentou a contração de 30%, sendo este o valor ideal para este ensaio, foi com 28% de umidade. A partir desta determinação, optou-se por trabalhar sempre com essa umidade e mesmo as amostras com adições de percentuais de vidro não apresentaram maiores problemas, pois a adição de vidro à massa argilosa influencia sua plasticidade diminuindo os limites, porém, devido à alta plasticidade da massa argilosa empregada, mesmo com a adição de 20% de vidro a massa ainda apresenta limites elevados [7], sendo possível extrudir as mesmas com esse teor de umidade para todas. Na determinação das retrações, foram analisadas de maneira separadas as etapas de secagem e a queima para poder se perceber qual delas seria mais afetada pela retração com a adição dos percentuais de vidro, diferente de [7] que não especifica as retrações de maneira independente. Na retração linear de secagem, as amostras padrão apresentaram uma média de 8,3% e com a adição de vidro os índices foram menores e diminuíram ainda mais na medida em que foi se aumentando o teor de adição de vidro. Isso provavelmente ocorreu porque o vidro durante a secagem atua apenas como um material inerte e por isso à medida que se aumentaram os teores do mesmo houve uma maior facilidade de saída da umidade ocorrendo inclusive uma secagem mais rápida, porém com menos retração. No entanto, na retração de queima, nas amos-

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tras padrão o valor obtido foi de 1,3% e à medida que foram se aumentando os teores de adição de vidro, ocorreu também um aumento da retração de queima, o que deve ter ocorrido devido à formação de fase líquida de certo teor de vidro, por isso quanto maior esse teor resultou no aumento da densificação das amostras e como consequência maior retração de queima. Esses resultados das retrações de secagem e queima são demonstrados na tabela 1 e figura 1.

Tabela 1. Resultados dos percentuais das retrações; Padrão (argila + chamote); V12 (adição de 12% de vidro); V16 (adição de 16% de vidro); V20(adição de 20% de vidro)

Média das amostras para as retrações Amostras Retração de Retração de secagem (%) queima (%) Padrão 8,3 1,3 V12 6,7 2,4 V16 6,1 2,9 V20 5,9 3,5

Figura 1. Retrações médias das amostras

de vidro, mas o que se percebe é que não houve melhoria nessa propriedade do material, pois no máximo o que se conseguiram foram propriedades similares ao que se tinha no padrão, que é o caso dos teores de 16% e 20% de adição de vidro. Entretanto, para os valores de densidade aparente a queimado, o padrão foi de 2,11 g/cm³ e com a adição dos teores de vidro aumentou um pouco a densidade aparente, no entanto, esse aumento não foi muito significativo e com os teores de 16% e 20% de vidro os valores foram bem similares. Quanto à densidade relativa o padrão apresentou um valor de 83,8% e com a adição de 12% de teor de vidro o valor foi inferior a 83,0%, mas a partir dos teores 16% e 20% de vidro esse o valor ficou maior do que o do padrão. Como a porosidade se define pelos valores inversamente proporcionais em relação à densidade relativa, os valores de porosidade diminuíram para os teores de vidro de 16% e 20% e de 12% aumentou, estando isso relacionado diretamente com a retração de queima, que foi maior nesses teores em que diminuiu a porosidade. Esses dados estão explícitos nas tabelas 2 e 3 e figuras 2,3 e 4.

Retrações (%)

Retrações

Tabela 2. Resultados de densidades aparentes

9 8 7 6 5 4 3 2 1 0

Retração de secagem Retração de queima 0

4

8

12 16 20 24

Vidro (%)

Para os valores das densidades e da porosidade, pode-se destacar que o valor da densidade aparente a seco foi de 2,06 g/cm³ e com a adição de teor de vidro de 12% apresentou valor menor, sendo 1,98 g/ cm³, porém a partir de 16% e 20% de adição de vidro os valores ficaram semelhantes entre si e o padrão. Essa menor densificação aparente para a adição de 12% de vidro se relaciona com uma menor retração de queima se comparada aos outros teores

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NovaCer • Ano 2 • Agosto • Edição 16

Média das densidades aparentes Amostras Dap a seco Dap a queimado (g/cm³) (g/cm³) Padrão 2,06 2,11 V12 1,98 2,14 V16 2,05 2,16 V20 2,06 2,18

Tabela 3. Resultados da densidade relativa e porosidade

Amostras

Densidade relativa (%)

Porosidade (%)

Padrão V12

83,8 83,0

16,2 17,0

V16

84,4

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ARTIGO TÉCNICO

Conclusões A adição de vidro à massa argilosa influencia sua plasticidade diminuindo os limites, porém, devido à alta plasticidade da massa argilosa empregada, mesmo com a adição de 20% de vidro a massa ainda apresenta limites elevados. Entretanto, a estrutura sinterizada e as propriedades medidas sofrem grande influência da adição de vidros. A fase líquida, responsável pela maior sinterização das estruturas pode ser originada pelo amolecimento do vidro adicionado. Adições de vidro contribuem para a sinterização da argila, aumentando propriedades físicas como a retração de queima, a resistência mecânica à flexão, densidade aparente e diminuindo a absorção de água, porosidade e perda ao fogo.

Quanto maior a adição, mais intenso é este efeito. Os rejeitos de vidro têm potencial para serem utilizados como matéria-prima alternativa na fabricação de cerâmica vermelha e, portanto, do ponto de vista fabril pode ser utilizado o resíduo de vidro, inclusive sem inibir a possibilidade de se introduzir ciclos rápidos de queima como se pôde perceber na queima laboratorial efetuada. A única ressalva a ser feita foi o aumento da rugosidade dos corpos de prova devido a granulometria média do vidro moído ter ficado mais elevada em relação ao restante dos componentes da composição.

Referências [1] Cerâmica no Brasil. Abceram 2010.

Disponível em: < http://www.abceram.org.br/asp Acesso: 13/02/2011 [2] Perspectivas para o setor em 2010. REVISTA ANICER, Rio de Janeiro, 2010. Disponível em: < http:// www.anicer.com.br/index.asp?pg=institucional_direit eita.as p&secao=10&id=124&revista=2WA00450908 7EWRTXLZ873BDG28> Acesso: 13/02/2011 [3] Ranieri, M.G.A. Tanaka, A., Estudo de argilas para uso em cerâmica vermelha. Universidade Estadual Paulista – Unesp, Foz do Iguaçu – PR, 2006 [4] Kawaguti, W.M. Estudo do comportamento térmico de fornos intermitentes tipo “paulistinha” utilizados na indústria de cerâmica vermelha. Universidade Federal de Santa Catarina, Florianópolis, novembro de 2004 [5] Baldo, J.B. Morelli, A.C. Barbotinas cerâmicas contendo rejeito de vidro soda cal para maturação

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NovaCer • Ano 2 • Agosto • Edição 16

em baixa temperatura. Universidade Federal de São Carlos – SP, 2003 [6] Silva, R.C. Aplicação de vidro plano em produtos cerâmicos. http://www.patentesonline.com.br/ 2010 [7] Silva, A.G.P., Holanda, J.N.F., Godinho, K.O. Obtenção e avaliação de propriedades tecnológicas de corpos cerâmicos à base de argila e vidros reciclados. Universidade Estadual Norte Fluminense – CCT – LAMAV, 2005 [8] Almeida, V.C., Guimarães, C.S., Felippe, C.E.C. Avaliação de reaproveitamentos de resíduos no desenvolvimento de um produto cerâmico In: 54 Congresso Brasileiro de Cerâmica, Foz do Iguaçu, Paraná, 2010 [9] Modesto, C.O., Menegali, G.B.F. Processo cerâmico. CMG, Cocal do Sul – SC- 2001 [10] Cargnin, M., Ensaios Cerâmicos, CMG, Cocal do Sul – SC, 2001. NC

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