ANÁLISE DA ALTERAÇÃO DE PEÇAS CERÂMICAS INCORPORADAS COM RESÍDUO DE GRANITO
Alexandre, J.1; Azevedo, A.R.G.1*; Xavier, G.C.1; Margem, F.M.1; Monterio, S.N. 2; Piazzarollo, C.B.1; Mendonça, T. A. O.1; N.G. de Azevedo1
1
Universidade Estadual do Norte Fluminense UENF, Centro de Ciências e Tecnologia, AV. Alberto Lamego, 2000, CCT, Horto, Campos dos Goytacazes, RJ,
2
Instituto Militar de Engenharia IME, Praça General Tibúrcio, 80 - Urca, Rio de Janeiro - RJ
*afonso.garcez91@gmail.com
RESUMO
Os materiais cerâmicos utilizados na construção civil no geral são os tradicionais produtos de cerâmica vermelha, muitas vezes, queimados em baixas temperaturas originando produtos de baixa qualidade, nitidamente observado quando expostos ao intemperismo. Estes materiais após anos de exposição ao tempo acabam se deteriorando. Este trabalho então, avaliou a degradação sofrida por corpos de prova cerâmicos com 0,5 e 10% de resíduo de granito, calcinados a 500°C, 700°C e 900°C expostos ao tempo. As amostras foram submetidas às condições climáticas locais, durante períodos de 6, 8 e 10 meses, considerados ensaios de alteração de campo. Também foram confeccionadas amostras e realizados ensaios físico-mecânicos (chamados intactos). Os resultados mostram a influência do resíduo na massa argilosa, bem como a redução da ruptura à flexão do material degradado.
Palavras Chaves: durabilidade, resíduo, cerâmica.
INTRODUÇÃO
Os materiais cerâmicos utilizados na construção civil no geral são os tradicionais produtos de cerâmica vermelha que, muitas vezes, queimados em baixas temperaturas originam produtos de baixa qualidade. O reflexo da baixa
qualidade é visto quando o produto está submetido às cargas de trabalho no ambiente construído, quando ocorre a degradação do material.
O processo de degradação dos materiais cerâmicos se inicia desde quando entra em contato com as condições atmosféricas, estando os materiais incorporados ou não com resíduos sólidos.
Este efeito pode ser observado após alguns anos de exposição ao meio ambiente, levando os muros e paredes sem proteção mecânica (chapisco e emboço) a se deteriorarem (Figura 1 a e b). Outro fato observado é o aparecimento de trincas em telhas (Figura 1 c) [1].
Figuras 1a, 1b e 1c – Degradação rápida de material cerâmico vermelho. Entende-se por degradação o efeito dos agentes atmosféricos sobre as peças cerâmicas sem que haja modificação cristalográfica da mesma. Neste contexto, a alterabilidade do material é definida como a susceptibilidade do material cerâmico em se degradar [1 e 2].
A durabilidade por sua vez, em materiais cerâmicos, significa a capacidade de manter as características de estabilidade estrutural, resistência mecânica, bem como a aparência ao longo do tempo. Deste modo, a alterabilidade e a durabilidade vão depender das características do material, do meio e do tempo de degradação.
No Brasil, o clima tropical impõe intensas variações de temperatura e umidade. Os agentes atmosféricos ou intemperismo que atuam diretamente nos materiais cerâmicos são [3] a umidade na forma de chuva, névoa e umidade relativa do ar; Insolação e resfriamento sazonais; Temperatura do ar: tende a acelerar as reações químicas e vento.
Pode-se observar que muitos são os efeitos provocados pela ação do meio ambiente. Nota-se também que existem inúmeras publicações sobre a utilização de resíduos industriais introduzidos em massas cerâmicas vermelhas [4,5,6,7 e 8]. que aumentam a resistência e reduz a porosidade aberta do material, porém, poucos
são os trabalhos que avaliam a durabilidade dos materiais cerâmicos, inclusive àqueles incorporados com rejeito.
Com isso, este trabalho faz parte de um projeto maior de avaliação da resistência, alterabilidade e durabilidade de materiais cerâmicos com introdução de rejeito de granito, buscando prever a previsão em longo prazo do material.
MATERIAIS E MÉTODOS
A argila é oriunda da empresa A.C. Cerâmica Indústria e Comércio Ltda. de Campos dos Goytacazes/RJ. O resíduo utilizado foi proveniente do corte de granito da MARCEL Mármore Comércio e Exportação Ltda de Cachoeiro de Itapemirim-ES.
O programa experimental foi desenvolvido no Laboratório de Mecânica dos Solos do LECIV/CCT/UENF e buscou a determinação das características físicas e mecânicas da massa argilosa e do resíduo e das características de durabilidade do produto cerâmico utilizando-se misturas da massa argilosa e do resíduo como matéria prima.
As superfícies específicas do rejeito de granito e de massa cerâmica foram determinadas pelo método de adsorção de nitrogênio e hélio idealizado por Brunauer, Emmett e Teller (BET). Este método utiliza as isotermas de adsorção produzidas por gases quando adsorvidos em sólidos [9].
As amostras foram passadas na peneira n°325 (2µm), secas em estufa a 110°C por 24 horas e depois mantidas em dessecador. Foram então, levadas para análise em equipamento Quantachrome Instruments modelo Autosorb-1. As análises foram executadas no Laboratório de Cromatografia do LCQUI/CCT/UENF, Campos dos Goytacazes – RJ e os resultados da superfície específica estão na Tabela 1.
Para analise química semiquantitativa, os materiais foram passados na peneira N°200 (0,074 mm) e secos em estufas a 110°C por um período de 24 horas. A composição química das matérias-primas foi obtida através de análise efetuada no Laboratório de Fluorescência e Difração de Raios-X do Departamento de Geologia/UFRJ, Rio de Janeiro – RJ. O equipamento utilizado foi o espectrômetro de fluorescência de Raios-X marca Philips PW 2400, com tubo de Rh. A perda ao fogo foi determinada através da obtenção do peso da amostra, antes e depois de ser levada a 950°C durante 30 minutos.
As amostras para os ensaios tecnológicos foram preparadas com misturas de argila e diferentes adições de resíduo (0%, 5% e 10%). O resíduo foi passado na peneira n° 20 (0,85 mm). As misturas foram feitas com os materiais inicialmente secos em estufa. A umidade de extrusão utilizada foi calculada através da equação 1 [1]:
(1)
Depois, as amostras foram levadas para laminador e em seguida para extrusora de laboratório. Os corpos de prova foram moldados na forma de prismas com dimensões de 11,0x 2,7x 1,7cm. Os processos de secagem e queima dos corpos de prova foram realizados nas temperaturas de 110°C (estufa), 500°C, 700°C e 900°C, em forma mufla eletrônico. O resfriamento ocorreu durante a noite até temperatura ambiente.
O procedimento de degradação natural que submete as peças cerâmicas vermelhas incorporadas com resíduo de granito expostas ao meio ambiente foi utilizado com o objetivo de verificar a alteração do material sob condições intempéricas locais. Os períodos de exposição ao tempo utilizado foram de 6, 8 e 10 meses sendo registrada a temperatura do ar, umidade relativa do ar, velocidade do vento, precipitação pluviométrica e a radiação solar, entre os meses de janeiro a outubro.
A degradação natural das amostras foi realizada no Campus da Universidade Estadual do Norte Fluminense Darcy Ribeiro – UENF, Campos dos Goytacazes/RJ, com latitude de 21°45’ Sul, longitude de 41° 18’ Oeste e altitude de 11 m.
As amostras foram fixadas em suporte de madeira sobre o telhado do CCT/UENF Campos/RJ, posicionadas de modo a garantir maior incidência e absorção de radiação solar possível, possibilitando o máximo de degradação dentro do período estudado. Os suportes para amostras foram projetados para garantir a total circulação de ar.
RESULTADOS
As superfícies específicas dos materiais utilizados são apresentadas na Tabela 1 com a média de duas determinações.
Tabela 1 – Resultados das superfícies específicas das matérias-primas.
Observando-se os resultados da Tabela 1 e comparando com as áreas específicas determinadas por Neves (2002) [7] para matérias-primas não plásticas, verifica-se que o valor de 0,52 m²/g para o rejeito de granito, ficou abaixo das áreas especificas do quartzo (1,33 m²/g) e feldspato (2,41m²/g), indicando que a matéria-prima alternativa não plástica terá menor capacidade de troca catiônica na adsorção de água de conformação e na calcinação.
Verifica-se na Tabela 1 que a argila apresentou valor próximo (22,20 m²/g) das superfícies especificas determinadas por Souza Santos (1992) [10] em argilas Ball Clay para matérias-primas convencionais plásticas.
A seguir apresenta-se na Tabela 2 as composições químicas semiquantitativas da massa argilosa padrão e do resíduo de granito.
Tabela 2 – Componentes químicos da massa argilosa e do resíduo de granito.
Observando os valores obtidos na Tabela 1, verifica-se que a amostra de argila na quantidade de SiO₂ (42,30%) indica a provável presença de argilominerais tais como: caulinita (Al₂Oз. 2SiO₂. 2H₂0) e ilita, bem como a provável presença de quartzo livre na amostra total. A quantidade de Al₂O₃ (32,00%) apresenta-se quase totalmente formando argilominerais.
A alta quantidade de oxido corante Fe₂O₃ (6,87%) caracteriza-se como agente fundente e indica a cor vermelha após queima do pó cerâmico, pode-se indicar também a presença de goetita (FeO.OH). Os álcalis presentes (Na₂O + K₂O) na quantidade de 0,98%, são agentes fundentes, formando fase liquida na queima, reduzindo a porosidade do material.
O oxido corante Ti₂O na quantidade de 1,24% pode ser devido a pesena de rutilo e/ou anatásio em massas cerâmicas de Campos/RJ (11) e contribui para a cor amarela da matéria-prima e refratariedade na queima. A perda ao fogo (P.F.) de 15,40%, indica a perda de agua livre, adsorvida e de constituição de matéria-prima e, também, a degradação da matéria orgânica presente na amostra.
Nota-se na analise química realizada para o resíduo de granito, que o teor de sílica e superior a 69% e de Al₂O e superior a 14%, indicando se tratar de composições químicas de minerais primários (quartzo, feldspato e minerais do grupo da mica). Os teores de CaO (3,21%) e Fe₂O₃ (3,49%) são provenientes, principalmente da cal e da granalha utilizadas como lubrificante abrasivo, respectivamente.
A Figura 2 apresenta as modificações da variação linear com o tempo de degradação natural.
Figura 2 – Influencia da porcentagem de rejeito de granito introduzido na cerâmica na variação linear no tipo de degradação e na temperatura de queima.
A Figura 2 indica que o aumento da variação linear com o tempo de degradação independente da temperatura e da porcentagem de rejeito de granito na massa cerâmica. Nota-se que a magnitude da variação linear com o tempo de degradação aumenta com a temperatura de queima.
Figura 3 – influencia de porcentagem de rejeito de granito introduzido na cerâmica na variação linear no tipo de degradação e na temperatura de queima.
Os valores da retração linear das amostras intactas e após 6 e 10 meses são similares, indicando maior retração das amostras com 0R em todas as temperaturas de queima (Figura 2 e 3). Pequenas expansões são vistas nas amostras com 0R a 500°C em todos os períodos de degradação, mantendo-se estáveis nestes tempos.
Ressalta-se a elevação acima de 10% da retração nas amostras com 0R a 700°C no período de 8 meses, seguida de pequenas expansões para valores próximos do intacto depois de 10 meses.
CONCLUSÕES
De acordo com os resultados da superfície especifica da argila e do resíduo, nota-se que a cerâmica e um material fino com maior capacidade de troca catiônica. O rejeito do granito apresentou-se como material não plástico devido ao baixo valor da área especifica.
Quanto a analise química, os resultados da argila foram comparados com Souza Santos (1992) [10] e Vieira et al. (2003) [8] indicando de que a massa argilosa estuda pode ser usada na indústria de cerâmica vermelha. Comparando-se os resultados da analise química da Tabela 2 do rejeito com as analises químicas de resíduo de granito realizado por Neves (2002) [7], e Vieira et al (2003) [8], mostram sua compatibilidade com a massa cerâmica podendo ser utilizado no processo de fabricação de pecas de cerâmicas vermelhas.
Quando se avalia os gráficos das Figuras 2 e 3, verifica-se que o material sofre retração e expansão linear sem que haja um padrão de comportamento. Porem, com a adição de rejeito de granito, a magnitude de efeito se torna menor. Isso pode explicar as movimentações que as telhas vermelhas sofrem de expansão e retração térmicas e por umidade, trincando sem cargas excessivas sobre elas.
REFERÊNCIAS
(1) XAVIER, G. C. Resistencia, Alterabilidade e Durabilidade de Peças de Cerâmicas Vermelhas Incorporadas com Resíduo de Granito. Tese de Doutorado em Engenharia Civil. Universidade Estadual do Norte Fluminense, Campos dos Goytacazes/RJ 2006.
(2) MAIA, P. C. A. Avaliação do Comportamento Geomecânico e de Alterabilidade de Enrocamentos. Tese de Doutorado – Rio de Janeiro-RJ. Pontifícia Universidade Católica do Rio de Janeiro. 351p. 2001.
(3) FRASCA, M. H. B. O. Durabilidade e Alterabilidade em Rochas Ornamentais e para Revestimento. Revista Rochas de Qualidade. Edição 180: pag. 178-188. 2005. (4) DOMINGUEZ, E. A.; ULLMANN R. “Ecological bricks” made with clays and steel dust pollutants. Applied Clay Science (Elsevier). San Ruan – Argentina. 13p. 1996. (5) DARWEECH, H. H. M. Building Materials from Siliceous Clay and Low Grade Dolomite Rocks. Ceramics International. (Elsevier Science). Cairo – Egito. 8p. 2000. (6) FERREIRA, H.S.; NEVES, G.A.; FERREIRA, H.C.; SILVA, M.C. Reciclagem de Resíduos Industriais Provenientes de Serragem de Granitos para uso na Composição de Massa para Confecção de Revestimentos Cerâmicos. Anais do 45° Congresso Brasileiro de Cerâmica. Florianópolis – SC. 12p. 2001.
(7) NEVES, G.A. Reciclagem de Resíduos da Serragem de Granitos para Uso como Matéria-prima Cerâmica. Tese de Doutorado em Engenharia de Processos – Campina Grande – PB. Universidade Federal de Campina Grande – UFCG. 242p. 2002.
(8) VIEIRA, C.M.F.; SOARES, T.M.; SAMCHEZ, R.; MONTEIRO, S.N. Incorporation of Granite Waste in Red Ceramics. Materials Science & Engineering. Campos dos Goytacazes – Brazil. 7p. 2003.
(9) SPOSITO, G. The Chemistry of soils. 3ª Ediçao, New York, Ed. Oxford University Press. 277p. 1989.
(10) SOUZA SANTOS, P Ciencia e Tecnologia das Argilas. 3ª Ed. São Paulo: Editora Edgard Blucher Ltda. Vol. 1, 499p. 1992.
(11) Toledo, R. Tecnicas Fototermicas e de Raios-X para o monitoramento de Solidos e Gases em Materiais Ceramicos. Tese de Doutorado em Engenharia e Ciencia dos Materiais – Campos dos Goytacazes – RJ. Universidade Estadual do Norte Fluminense – Uenf. 2003.
ANALYSIS OF CHANGE OF CERAMIC PARTS INCORPORATED WITH GRANITE RESIDUAL
Abstract
Ceramic materials used in building construction are generally, mosto f time, fired at unsuitable temperatures hat a not capable to generate good performance artifacts. This is clearly observed when environmental conditions are severe resulting in high weathering degree of deterioration.
This paper shows the evaluation of weathering in ceramic specimens molded with clayey soil and waste contente varying from 0 to 10%. These specimens were fired at 500, 700 and 900°C and exposed to natural environment conditions up to 10 months. Mechanical as well as physical properties were evaluated in order to assess to influence of the raw material composition on the durability of ceramic bodies.
