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Produtos Cerâmicos
1. Introdução
Dá-se o nome de cerâmica à pedra artificial obtida por meio da moldagem, secagem e cozedura de argila ou mistura contendo argila.
O emprego de produtos cerâmicos obtidos por processos artificiais é anterior à era cristã. A própria Bíblia registra o uso de tijolos de adobe na construção da Torre de Babel. Os povos antigos produziam artefatos domésticos por processos de cozimento da argila. A necessidade de construir usando pedras artificiais surgiu em lugares onde escasseava a pedra e eram abundantes os materiais argilosos.
A grande diversidade de argilas encontradas na superfície da Terra permite que se obtenham produtos cerâmicos com as mais diversas características tecnológicas, compreendendo o seguinte:
a) desde produtos rústicos, como tijolos e telhas, até produtos de fino acabamento, como os de porcelana;
b) desde produtos permeáveis, como velas de filtros, até produtos impermeáveis, como as louças sanitárias e de grés cerâmico;
c) desde produtos frágeis ao fogo até elementos refratários e resistentes a altas temperaturas; d) desde produtos usados como isoladores elétricos até os supercondutores, uma das maiores
inovações tecnológicas deste final de século.
Assim, o material utilizado por nossos ancestrais, nos primórdios da civilização, encontra ainda hoje aplicações, que vão além da construção civil, nas indústrias automobilística, eletroeletrônica, espacial e biomédica.
A indústria cerâmica requer, para o seu funcionamento, quantidades suficientes de solo apropriado, água e combustível.
O solo de natureza argilosa apresenta características de plasticidade, isto é, ao ser misturado à água adquire a forma desejada, a qual se mantém após secagem e cozimento. Os constituintes do solo podem ser classificados de acordo com o tamanho de suas partículas, conforme apresenta a Tabela 16.
TABELA 16 - Classificação do solo segundo a granulometria
Fração Dimensões (mm) Grossa 2 - 0,6 Areia Média 0,6 - 0,2 Fina 0,2 - 0,06 Grosso 0,06 - 0,02 Silte Médio 0,02 - 0,006 Fino 0,006 - 0,002
Argila --- menor que 0,002
Na prática, o solo para fabricação da cerâmica deve conter uma fração de argila, juntamente com silte e areia, de modo a conformar as desejáveis características de plasticidade, bem como de não trincamento e retração, de vitrificação, etc.
Geologicamente, as argilas são solos residuais ou sedimentares que se formam em conseqüência da ação do intemperismo físico e/ou químico sobre rochas cristalinas e sedimentares. Dada a grande quantidade de rochas que podem originar as argilas, assim como os processos de sua formação e seu grau de pureza, dispõe-se de materiais argilosos dotados de diferentes características, tais como:
• cerâmica branca (caulim residual e sedimentar);
• cerâmica refratária (caulim sedimentar e argila refratária);
• cerâmica vermelha (argila de baixa plasticidade, contendo fundentes); • cerâmica de louça (argila plástica, com fundentes e vitrificantes).
Quimicamente, dá-se o nome de argila ao conjunto de minerais compostos, principalmente de silicatos de alumínio hidratado (2SiO2 . Al2O3 . 2H2O), denominado caulim
ou caulinita. O caulim origina-se, principalmente, da decomposição dos feldspatos pela ação do anidrido carbônico.
Assim:
A análise química das argilas revela a existência de sílica (SiO2), alumina (Al2O3),
óxido férrico (Fe2O3), cal (CaO), magnésia (MgO), álcalis (Na2O e K2O), anidrido carbônico
(CO2) e anidrido sulfúrico (SO3).
A sílica compõe, em geral, 40 a 80% do total da matéria-prima; a alumina aparece com 10 a 40%; o óxido férrico está presente em quantidades inferiores a 7%; a cal tem teores geralmente abaixo de 10%; a magnésia, abaixo de 1%, e os álcalis apresentam teores da ordem de 10%.
O óxido férrico não só é importante fator de coloração do produto cozido, como age como fundente, baixando o ponto de fusão da argila. A sílica não combinada ajuda a diminuir a retração durante a queima; associada a fundentes, forma o vitrificado interior da cerâmica.
3. Cozimento da Argila
As argilas possuem água de absorção ou de plasticidade, aderente à superfície das partículas, e água de constituição, que compõem a rede cristalina do mineral. Algumas argilas possuem água zeolítica, com suas moléculas intercaladas nos vazios da rede cristalina.
O calor fornecido pelo forno durante o processo de cozimento elimina todo tipo de água presente nas argilas. A água de absorção é eliminada a temperaturas entre 100 e 110 0C; a zeolítica, entre 300 e 400 0C. Esse fenômeno é reversível, já que a estrutura cristalina ainda não foi quebrada e o material pode novamente hidratar-se. A água de constituição é eliminada a temperaturas entre 400 e 700 0C, dependendo do tipo de argila (caulinítica, montmorilonítica ou micácea), destruindo a estrutura cristalina do material.
Entre 900 e 1000 0C, a estrutura cristalina transforma-se em massa amorfa, quando então a sílica e a alumina se recombinam e cristalizam, formando novos minerais.
A formação de vidro no interior da cerâmica, pela fusão da sílica livre (1200 0C) com
posterior solidificação, também contribui para a estabilidade estrutural das cerâmicas, principalmente as de alta vitrificação.
4. Produtos Cerâmicos para Construção
A indústria fabrica e coloca no mercado da construção uma gama enorme de produtos cerâmicos, os quais podem ser classificados de acordo com o seguinte esquema:
materiais de louça • materiais cerâmicos de alta vitrificação
materiais de grés cerâmico • materiais de cerâmica refratária
4.1. Materiais Cerâmicos Comuns
São os materiais de argila propriamente ditos ou cerâmica vermelha. São assim
denominados porque seu principal componente é a argila, a qual geralmente contém óxido de ferro, elemento responsável pela coloração avermelhada que é a característica principal desse tipo de cerâmica. Dentre os materiais de argila destacam-se os porosos (tijolos, telhas, tijoleiras, etc.) e os vidrados ou gresificados (tijolos e telhas especiais, ladrilhos, etc.). O vidrado refere-se ao corpo do material e não apenas à sua superfície.
Os materiais de argila mais comuns são:
4. 1. 1. Tijolos e Blocos
São materiais que servem para dividir compartimentos ou vedá-los. Quando sobrepostos e rejuntados formam o que se chama de alvenaria ou, vulgarmente, paredes. Os blocos também podem desempenhar função estrutural, formando alvenarias portantes. Assim, existem no mercado blocos para uso de vedação e para uso portante.
No recebimento dos tijolos na obra é preciso atentar para as seguintes particularidades: - as partidas com grande quantidade de quebra indicam material fraco, não devendo
ser aceitas;
- as cores desmaiadas ou os miolos escuros indicam material cru; - as cores muito carregadas indicam excesso de vitrificação.
Os tijolos e blocos variam conforme a forma e a dimensão. Podem ser classificados em:
• Tijolo maciço: Apresentado na Figura 39, tem a forma de paralelepípedo. São especificados pela NBR-7170 e padronizados pela NBR-8041, com dimensões que variam segundo a Tabela 17.
Tipo Dimensões (mm)
1 190 x 90 x 57
2 190 x 90 x 90
FIGURA 39 - Tijolo maciço.
Seu principal emprego é feito em alvenaria externa e fundação.
Um tijolo maciço deve apresentar como principais características de qualidade: - regularidade de forma e dimensão;
- arestas vivas e cantos resistentes;
- cozimento uniforme (produz som metálico quando percutido com martelo); - resistência à compressão dentro dos limites da NBR-7170/83;
- massa específica aparente de 1,80 kg/dm3; - absorção de água em torno de 15%.
A NBR-7170/83 estabelece que, de acordo com a resistência, os tijolos maciços podem ser de categoria A, B ou C. A resistência à compressão é determinada pelo ensaio descrito na NBR-6460. Seus valores mínimos são apresentados na Tabela 18.
TABELA 18 - Resistência dos tijolos maciços à compressão.
Tipo Resistência à compressão (MPa)
A 1,5 B 2,5 C 4,0
• Bloco furado: Apresentado na Figura 40, tem a forma prismática. Tanto suas medidas como o número e a forma dos furos variam. Os furos podem ser prismáticos, com base quadrada, ou cilíndricos.
(a) (b)
(c)
FIGURA 40 - Blocos furados para vedação 10x20x20 (a), 10x20x30 (b) e blocos furados portantes da família 20x20x40 (c).
Os blocos furados são especificados pela NBR-7171 e padronizados pela NBR-8042. Suas dimensões são apresentadas na Tabela 19.
A resistência à compressão é determinada por ensaios, devendo apresentar os valores mínimos indicados na Tabela 20, conforme os blocos sejam de vedação ou portantes.
- menor peso por unidade de volume;
- aspecto mais uniforme, arestas e cantos mais fortes; - menor propagação da umidade;
- melhor isolante térmico e acústico.
TABELA 19 - Classificação e dimensões dos blocos furados
Dimensões nominais (mm) Tipo
(L x H x C, cm) Largura (L) Altura (H) Comprimento (C)
10x20x10 90 190 90 10x20x20 90 190 190 10x20x30 90 190 290 10x20x40 90 190 390 15x20x10 140 190 90 15x20x20 140 190 190 15x20x30 140 190 290 15x20x40 140 190 390 20x20x10 190 190 90 20x20x20 190 190 190 20x20x30 190 190 290 20x20x40 190 190 390
TABELA 20 - Resistência dos blocos furados à compressão.
Tipo Resistência à compressão
na área bruta (MPa)
De vedação A 1,5
B 2,5
C 4,0
Portante D 7,0
E 10,0
• Bloco especial furado: Apresentado na Figura 41, possui diferentes dimensões e formas. É utilizado na confecção de lajes mistas (pré-moldadas).
(a) (b)
(a)
(b)
4.1.2. Telhas
São os materiais cerâmicos usados na confecção de coberturas. Na fabricação das telhas são usados o mesmo processo e a mesma matéria-prima dos tijolos comuns. A diferença está na argila, que deve ser fina e homogênea, não só por ser a telha um material mais impermeável, dada a sua condição de uso, mas também para não provocar grandes deformações na peça durante o cozimento.
As telhas devem apresentar bom acabamento, com superfície pouco rugosa, sem deformações e defeitos (fissuras, esfoliações, quebras e rebarbas) que dificultem o acoplamento entre elas e prejudiquem a estanqueidade do telhado. Tampouco devem possuir manchas (por exemplo, de bolor), eflorescência (superfície esbranquiçada com sais) ou nódulos de cal. Na avaliação da efetividade da queima e da eventual presença de fissuras, as telhas devem emitir som metálico, semelhante ao de um sino, quando suspensas por uma extremidade e devidamente percutidas, conforme se vê na Figura 42.
FIGURA 42 - Percussão da telha cerâmica.
Além das características mencionadas, o conjunto de normas técnicas brasileiras estabelece para as telhas cerâmicas as seguintes condições específicas:
• impermeabilidade - as telhas cerâmicas submetidas a uma coluna de água com 25 cm de altura, durante 24 horas consecutivas, não devem apresentar vazamentos ou formação de gotas na face oposta à da ação da água;
• absorção de água - o nível deve ser inferior a 20%;
• resistência à flexão - a carga de ruptura à flexão das telhas cerâmicas de encaixe deve ser igual ou superior a 70 kgf, elevando-se para 100 kgf nas telhas de capa e canal;
• tolerâncias dimensionais - dimensões ≥ 50 mm ⇒ tolerância ± 2% dimensões < 50 mm ⇒ tolerância ± 1 mm
espessura ⇒ tolerância ± 2 mm
empenamento - em relação ao plano de apoio, as telhas não devem apresentar empenamento
superior a 5 mm.
São dois basicamente, os tipos de telhas existentes, com uma variedade bastante grande de formas. Das telhas de encaixe encontradas no comércio, as mais comuns são a telha francesa, a romana e a termoplan. Das telhas de capa e canal, as mais comuns são a telha colonial, a paulista e a plan.
As telhas cerâmicas de encaixe apresentam em suas bordas saliências e reentrâncias que permitem o encaixe (acoplamento) entre as mesmas, quando da execução do telhado.
A telha tipo FRANCESA, fabricada por prensagem, é uma telha de encaixe, conforme a Figura 43 (a) ilustra. Além dos encaixes laterais, possui um ressalto na face inferior, para apoio na ripa, e outro, denominado orelha de aramar, que serve para sua eventual fixação na ripa. A telha ROMANA também é uma telha de encaixe, fabricada por prensagem. Possui uma capa e um canal interligados, conforme ilustrado na Figura 43 (b). A telha TERMOPLAN, apresentada na Figura 43 (c), é o tipo de telha de encaixe mais recentemente lançado no mercado. É fabricada por processo de extrusão, que permite uma camada interna de ar, e projetada com o intuito de otimizar o desempenho térmico da telha.
(a)
(b) (c) FIGURA 43 - Telha cerâmica tipo francesa (a), romana (b) e termoplan (c).
As principais características geométricas das telhas cerâmicas de encaixe, normalizadas ou em processo de normalização, são indicadas na Tabela 21.
TABELA 21 - Característica das telhas cerâmicas de encaixe.
Tipo de Dimensões Nominais (mm) Massa Galga*
Telha Comprimento Largura Espessura Média (g) (mm) Francesa 400 240 14 2600 340 Romana 415 216 10 2600 360
Termoplan 450 214 26** 3200 380
* Galga é o espaçamento entre eixos de duas ripas consecutivas.
** Medida a meia largura da telha, considerando-se a parede dupla da telha e a camada interna de ar.
As telhas cerâmicas de capa e canal são telhas com formato de meia-cana fabricadas pelo processo de prensagem e caracterizadas por peças côncavas (canais), que se apoiam sobre as ripas, e por peças convexas (capas), que apoiam sobre os canais. Os canais apresentam um ressalto na face inferior, para apoio nas ripas, e as capas geralmente possuem reentrâncias a fim de permitir o perfeito acoplamento com os canais. Tanto as capas como os canais apresentam detalhes que visam a impedir o deslizamento das capas em relação aos canais.
A telha tipo COLONIAL é a primeira versão da telha tipo capa e canal fabricada no país e oriunda das telhas cerâmicas que os portugueses trouxeram para o Brasil Colônia. Esta telha, apresentada na Figura 44 (a), caracteriza-se por possuir um único tipo de peça, destinada tanto para os canais como para as capas. A partir do desenho da telha colonial, diversas outras formas surgiram. Firmaram-se no mercado as telhas paulista e a plan. A telha PAULISTA apresenta a capa com largura ligeiramente inferior à largura do canal, conforme representado na Figura 44 (b), o que confere ao telhado um movimento plástico bastante diferente do que se tem no telhado construído com telhas coloniais. A telha PLAN apresenta formas acentuadamente retas, conforme indicado na Figura 44 (c), o que confere ao telhado uma aparência totalmente distinta da que é dada pelas telhas curvas.
FIGURA 44 - Telha cerâmica tipo colonial (a), paulista (b) e plan (c).
A normalização estabelecida para as telhas de capa e canal é apresentada na Tabela 22. TABELA 22 - Característica das telhas cerâmicas de capa e canal.
Tipo Dimensões Nominais (mm) Massa Galga
De Comp. Largura Altura Espessura Média (g) (mm)
Telha > < > < Colonial 460 180 140 75 55 13 2250 400 Paulista Capa 460 160 120 70 70 13 2000 400 Canal 180 140 70 55 2150 Plan Capa 460 160 120 60 60 13 2290 400 Canal 180 140 45 45 2280
A Tabela 23 ilustra alguns padrões comparativos entre os diferentes tipos de telhas abordados.
TABELA 23 - Padrões comparativos entre as diferentes telhas.
Tipo de telha
Número de telhas por m2
Peso por m2 de
cobertura (kg) Inclinação do telhado (%)
(unidade) telha seca telha saturada Mínima Máxima Francesa 15 45 54 32 40 Romana 16 48 58 30 45 Termoplan 15 54 65 30 45 Colonial 24 65 78 20 25 Paulista 26 69 83 20 25 Plan 26 72 86 20 30 4.1.3. Tijoleiras
São tijolos de pequena espessura, em torno de 2 cm, empregados em pavimentação, revestimento de pisos e crista de muros. As tijoleiras são fabricadas em diversos tamanhos e formas. As mais comuns no mercado são retangulares. Existem ainda as que se destinam a arremates, tais como degrau, peitoril e pingadeira.
4.1.4. Tijolos e Telhas Especiais
São materiais de melhor qualidade usados quando se tem em vista a boa aparência, sobretudo nos casos em que não se pretende fazer revestimento posterior. Apresentam uniformidade de tamanho e cor e maior resistência à abrasão. São materiais moldados por meio de prensagem e dotados de certo grau de vitrificação.
4.1.5. Ladrilhos
São materiais cerâmicos prensados a seco e cozidos a 1300 0C, com certo grau de vitrificação e espessura em torno de 5 a 7 mm. São empregados no revestimento de pisos e paredes, sendo encontrados no mercado nos mais variados formatos, destacando-se o quadrado, o retangular e o sextavado.
4.2. Materiais Cerâmicos de Alta Vitrificação
Os materiais cerâmicos de alta vitrificação podem ser divididos em materiais de louça e materiais de grés cerâmico.
4.2.1. Materiais de Louça
Os materiais de louça caracterizam-se por sua matéria-prima quase isenta de óxido de ferro, ou seja, as “argilas brancas” (caulim quase puro), com granulometria fina e uniforme e com alto grau de compacidade e vitrificação da superfície, cujo resultado é um material que tem como característica principal a impermeabilização (absorção de água em torno de 2%).
Os principais materiais de louça são os azulejos, os aparelhos sanitários e as pastilhas. • Azulejos - São placas de louça de pouca espessura, vidradas numa das faces. Podem levar
corantes e possuir padrão liso ou decorado. A face posterior e as arestas são porosas, a fim de garantir melhor aderência das placas ao paramento. O azulejo comum mede, em geral, 15 cm x 15 cm. São usados para revestimento e requerem, neste caso, 45 unidades para cobrir 1 m2 de parede.
• Louça sanitária - Os aparelhos sanitários (lavatórios, vasos, bidês) são feitos por moldagem. Seu vidrado é obtido pela pintura da peça com esmalte de bórax com feldspato. Existe louça branca e colorida (a cor é obtida pelo uso de pigmentos), bem como vários elementos decorativos, tais como saboneteiras, papeleiras, etc.
• Pastilhas - As pastilhas são fabricadas pelo mesmo processo dos azulejos e têm, normalmente, forma quadrada ou sextavada. Quando quadradas, as pastilhas medem 2,5
cm x 2,5 cm. São usadas para fins de revestimento; para facilitar sua colocação, vêm coladas em folha de papel, que depois é retirada por lavagem.
4.2.2. Material de Grés Cerâmico
Os materiais de grés cerâmico são fabricados com argila bastante fusível, ou seja, com muita mica ou com 15% de óxido de ferro, e passam por um processo de alta vitrificação. A vitrificação dos materiais de argila é feita por dois processos: o primeiro consiste na sua imersão, após a primeira cozedura, em um banho de água com areia silicosa fina e zarcão. No recozimento essa mistura vitrifica-se. O segundo processo, mais comum, consiste em lançar ao forno, a grande temperatura, cloreto de sódio. Este se volatiliza, formando uma película vidrada de silicato de sódio.
Dentre os materiais de grés cerâmico destacam-se as manilhas.
• Manilhas - São tubos cerâmicos de seção circular destinados à condução de águas residuais (esgotos sanitários, despejos industriais e canalizações de águas pluviais). São produtos vidrados interna e externamente, ou apenas internamente, na superfície que está em contato com o líquido. A Norma Brasileira fixa o comprimento e as características de qualidade das manilhas, bem como o seu diâmetro nominal, que varia de 75 mm, 100 mm, 150 mm, 200 mm, 250 mm, 300 mm, 375 mm, 450 mm, 525 mm, 550 mm a 600 mm. As manilhas devem apresentar uma resistência mínima à compressão diametral, que varia em função do diâmetro, entre 1400 e 3500 kgf/m. Devem, ainda, suportar uma pressão instantânea de 2 kgf/cm2. O limite de absorção deve ficar em torno de 10%.
4.3. Materiais de Cerâmica Refratários
São materiais que possuem ponto de fusão elevado e, consequentemente, não se deformam quando expostos a altas temperaturas. São feitos com argila refratária, que é uma argila mais pura, rica em silicatos de alumínio e pobre em óxido de cálcio (material expansivo) e óxido de ferro (fundente).
Os materiais refratários mais comuns são os tijolos maciços de 50 mm x 100 mm x 200 mm, próprios para a execução de fornos, lareiras, chaminés, etc. É importante ressaltar que o assentamento dos tijolos deve ser feito com argamassa também refratária, obtida com a mesma argila do tijolo.
