Blocos Cerâmicos

Blocos são componentes de alvenaria, que possuem furos, prismáticos e/ou cilíndricos, perpendiculares às faces que os contêm. A composição básica de sua matéria-prima é argila. São conformados por extrusão e queimados em temperaturas que atenda às condições limitadas nas normas específicas. Segundo a ABNT, são classificados como blocos de vedação e blocos estruturais. Os blocos de vedação não têm a função de suportar outras cargas verticais além de seu peso e pequenas cargas de ocupação.

Os blocos cerâmicos de vedação subdividem-se em blocos de vedação comuns, são os que possuem resistência à compressão na área bruta de 1,0 MPa, (classe 10) e blocos de vedação especiais, que são fabricados conforme demanda. Blocos estruturais são projetados para suportar outras cargas verticais, além de seu peso, compondo o arcabouço estrutural de edificações, (NBR 7171/92).

A fabricação de blocos cerâmicos é um processo físico-químico, no qual as matérias-primas sofrem modificações em sua composição em três etapas de processamento: preparação da matéria-prima, conformação e queima. No Brasil,

1 A propriedade de refratário (resistência ao calor) é um indicativo que a matéria é infusível na temperatura mais elevada da queima do carvão (1400 ºC).

as fabricas (olarias) encontram-se, predominantemente, com processos rudimentares.

A preparação da matéria-prima é fundamental para a conformação do bloco cerâmico e para garantir as características finais do corpo cerâmico após a queima.

As principais operações são: desagregar, moer e peneirar a seco ou em dispersão aquosa, até a granulometria conveniente de conformação; purificar e corrigir suas propriedades e misturar e homogeneizar seus componentes até a forma de massa plástica, barbotina (suspensão) ou pó com baixa umidade.

A composição, granulométria e a proporção dos componentes da matéria-prima afetam intimamente a qualidade de prensagem e o nível de sinterização atingido durante a queima. Exemplificando tem-se, o excesso de matéria orgânica pode acarretar problema de inchamento nos blocos cerâmicos, se na temperatura de combustão existir no reticulado porosidade que permita a difusão de CO2 gerado.

A conformação é a transformação das matérias-primas em um produto de corpo em uma forma geométrica desejada. Ocorre através de três processos principais, em função do estado físico em que se encontram:

. na forma de massa plástica são conformados por extrusão, conformação plástica e as vezes prensagem;

. na forma barbotina são conformados por processo de colagem em moldes de gesso;

. na forma de pós (baixo teor de umidade) são conformados por prensagem.

A conformação ou extrusão de tijolos cerâmicos mal operacionalizados pode acarretar problemas de concentração de tensões que levam a trincas dos mesmos.

O Processamento Térmico é a etapa mais importante do processo cerâmico, cuja finalidade é aglomerar as partículas formando uma massa coerente pela sinterização. As principais alterações nos produtos cerâmicos provocados pela sinterização são: redução do volume aparente ( redução dos poros), aumento da resistência mecânica ( redução de poros e tamanho do grão) e redução da área específica total (redução do tamanho do grão).

A água presente num material sólido pode ser encontrada nas formas: água de suspensão, água interpartículas, água de poro, água adsorvida, água do reticulado e água de hidratação. Água em suspensão não é encontrada no produto cerâmico conformado antes da secagem, é eliminada por filtração, decantação, etc. Durante a secagem, o bloco cerâmico perde a maior parte de sua água livre, adquirindo resistência mecânica e torna-se apto para a queima. O fenômeno de secagem para argila úmida,é representado na forma esquemática, FIGURA 16. Os pontos A, B, C, e D são destacados na forma microscópica.

FIGURA 16– Desenho esquemático de secagem da argila, em uma seção transversal à superfície. FIG.16-a Perda de massa, FIG.16-b Retração de volume.

FONTE – SHREVE, et al.,1997.

Tem–se no trecho A-B da figura 16-a uma velocidade constante de secagem, trata-se da remoção de água interpartículas. Nas etapas B-C e C-D é retirada água de poro.

O fenômeno de retração de volume em função do volume de água presente nos produtos cerâmicos conformados plasticamente é representado na FIGURA 17.

16- 16-b

FIGURA 17 – Fenômeno de retração de volume na secagem de uma argila úmida.

FIG.17-a Remoção da água interpartícula (A-B). FIG.17-b Remoção da água dos poros (B-C), FIG.17-c Remoção total da água (C-D)

FONTE – VAN VLACK.,1973 p.243.

Ocorre uma grande contração de volume no processo de secagem, provocado pela remoção da água contida interpartículas, FIG. 17-a. Ao remover a água dos poros, dos reticulados e a água adsorvida não ocorre uma retração de volume representativa, pois as partículas de argila estão praticamente em contato uma com as outras, FIG.17-b, FIG. 17-c e FIG. 17-d.

A combinação de matérias-primas é fundamental nas modificações de propriedades do tijolo como: alterar o coeficiente de dilatação, diminuir a sensibilidade a choques térmicos, aumentar a resistência a gretagem, a resistência a cru, etc.

Ao aquecermos o bloco cerâmico transformações físicas e químicas acontecem nas diferentes faixas de temperatura. De maneira mais genérica, o comportamento desse material, em função da temperatura está representado no QUADRO 5.

QUADRO 5

Comportamento físico-químico do material cerâmico no aquecimento

Etapas Temperatura

(ºC) Comportamento

Secagem Até 110 Eliminação da água livre (ou mecânica) que permanece após a secagem do material.

Até 200 Eliminação da água coloidal (higroscópica) que permanece intercalada entre pequenas partículas de argilo-minerais depois da secagem e da água proveniente de materiais orgânicos.

Oxidação/ redução 350 a 650 Dá-se a combustão de substâncias orgânicas contidas na argila e decomposição de compostos sulfurados.

450 a 650 Decomposição das argilas, com liberação da água de constituição (quimicamente combinada), sob forma de vapor. Oxidação da pirita (FeS2) em Fe2O3 (gera a cor vermelho do bloco).

Variação de volume gradual

570 Transformação do quartzo de sua forma cristalina  para a forma , acompanhada por violenta expansão (no resfriamento, o comportamento do volume é o contrário).

Sinterização 800 a 950 Decomposição de carbonatos liberando CO2.

> 700 Reações químicas da sílica e da alumina com elementos fundentes, formando silico-aluminatos complexos.

Maturação > 1000 O alunínio-silicatos que esta na forma vítrea começa a amolecer, assimilando pequenas partículas, o que reduz a porosidade provocando maior dureza, compacidade e impermeabilidade, com retenção de volume (pelo contato do centro dos grãos).

O grande e rápido aumento da expansão térmica na temperatura de aquecimento em torno de 570 ºC justifica-se através da mudança de forma cristalina do quartzo de sua forma  para a forma . A FIG. 18, abaixo, evidencia esse fenômeno.

É importante a comparação da curva de queima, isto é, o perfil de temperatura em atmosfera controlada em função do tempo de exposição do bloco cerâmico, teórica com a real para um diagnóstico da eficiência do experimento. Essa curva é determinadas em função das substâncias constituintes do corpo cerâmico, de suas

FIGURA 18 – Fenômeno de dilatação térmica do quartzo, em torno de 570^OC

Dilatação térmica(%)

Temperatura (ºC)

propriedades físicas e químicas, dos fenômenos que ocorrem nas diferentes temperaturas do ciclo e em menor importância da geometria das peças.

Os blocos cerâmicos quando aquecidos podem apresentar:

- sulfato de cálcio (CaSO4), com baixa temperatura de sinterização, podendo acarretar bolhas no bloco cerâmico. A 1000^oC o CaSO4 decompõe-se em CaO e SO3(g), e em temperatura superiores a 1400 ºC o SO3 pode ser liberado dentro da fase vítrea gerando deformação.

- a queima prolongada reduz a porosidade, mas aumenta o tamanho do grão.

Sendo a resistência mecânica inversamente proporcional à porosidade e ao tamanho do grão, é desejável ter limites de porosidade do material. Com o controle do tamanho das partículas, diminuição do tempo da queima ou utilização de inibidores é possível retardar o crescimento dos grãos, sem interferir com a eliminação de poros.

A energia consumida é grande no processo de queima, este fator é responsável por agregar um custo ao produto final, viabilizando ou não sua competitividade no mercado. A atenção para menores temperaturas de queima e o controle das condições de operação pode minimizar o consumo de energia.

Propriedades Mecânicas

Propriedades mecânicas, isto é, quando forças originam-se externamente à fase ou ao grão, e a resposta afeta a estrutura dessa fase. Entre as propriedades importantes para o estudo de blocos cerâmicos pode-se limitar à propriedade elástica e à resistência mecânica.

Materiais quando submetidos a tensões pequenas, em tempos curtos de aplicação, sofrem deformações estruturais que desaparecem quando a tensão é removida, neste caso a tensão é denominada elástica. Quando a tensão aplicada provoca o deslocamento permanente dos átomos de sua estrutura é denominada de deformação plástica.

A resistência mecânica de um material é limitada por sua suscetibilidade à ruptura ou deformação. Sendo os materiais cerâmicos não dúcteis, a propriedade

confrontada é a análise de tensão de ruptura (σn). A tensão necessária para causar ruptura varia intensamente no interior de um cristal e é denominado de tensão normal crítica de fratura (tncf). A FIG. 19 exemplifica esse fenômeno.

FIGURA 19 – Desenho esquemático de tensões críticas. FIG.19–a Material cristalino, tensão normal crítica de ruptura (σn) e FIG.19–b Material não-cristalino, tensão critica de cisalhamento (σs).

FONTE – VAN VLACK, 1973 p. 113.

A tensão normal de ruptura (σn) é calculada pela fórmula σn = (F/A) . cos² θ , onde F é a força externa, A área da seção transversal e θ ângulo de inclinação em relação à normal. Para compostos amorfos, não existe o plano específico com baixa tensão normal de ruptura, isto é, tensão residual, ocorrendo a ruptura em um plano normal à direção da tensão de tração. O material cerâmico é muito resistente à compressão porque ele não se rompe por cisalhamento e, portanto, o comportamento à compressão está diretamente relacionado às forças interatômicas (Van Vlack, 1973).

O método de ensaio para a verificação da resistência à compressão de blocos cerâmicos é normalizado pela NBR 6461/83 e exige que a máquina tenha uma distribuição uniforme dos esforços no corpo-de-prova, um aumento progressivo na razão de aproximadamente, 500 N/s (50kgf/s) e a leitura da carga aplicada tenha aproximação de  2%. O resultado do ensaio deve contemplar o valor médio de

cada dimensão dos blocos medidos e o limite de resistência para cada corpo-de-prova, expresso em MPa (carga máxima, em N/média da área bruta das duas fases de trabalho, em mm).

Conhecendo-se a fundamentação teórica para a caracterização do resíduo sólido, no próximo capítulo será descrita a metodologia para se alcançar os objetivos propostos.

3 METODOLOGIA

Para realização da presente dissertação adotou-se um procedimento que permitiu caracterizar lamas geradas a partir de efluentes segregados nos processos de decapagens de aço inoxidável. Através de análises laboratoriais estudou-se a aplicação das lamas como componentes para bloco cerâmico de vedação na construção civil. Dividiu-se o estudo em três etapas: estudo do processo, estudo das lamas segregadas e a aplicação da lama.