CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES DE PAVIMENTOS CERÂMICOS

Profa. Dra. Jadna Catafesta

Universidade de Caxias do Sul

Área do Conhecimento de Ciências Exatas e Engenharias jcatafes@ucs.br

CARACTERIZAÇÃO E

PROPRIEDADES DE

PAVIMENTOS

Materiais Cerâmicos

n  Materiais cerâmicos são geralmente uma combinação

de elementos metálicos e não-metálicos (formam óxidos, nitretos e carbetos);

n  Geralmente a ligação predominante é iônica;

n  Geralmente são isolantes de calor e eletricidade;

n  São mais resistentes à altas temperaturas (devido ao

elevado PF) e à ambientes severos que metais e polímeros;

n  Com relação às propriedades mecânicas as cerâmicas

são duras, porém frágeis;

n  Em geral são leves.

,  O processo de produção depende da matéria prima e do

Materiais Cerâmicos

Cerâmicos tradicionais – à base de argilas, usados em grandes

quantidades em condições de temperatura, pressão e ambiente normais: louça de mesa, sanitários, pavimentos e revestimentos, telhas e tijolos. São quase sempre conformados a partir de uma massa mais ou menos úmida, que depois é seca e queimada (sinterizada);

Cerâmicos avançados – são quase sempre fabricados a partir de

pós especialmente puros e têm porosidade virtualmente nula. São muitas vezes utilizados em condições extremas de temperatura, pressão, solicitação mecânica, termomecânica ou ambiental,

explorando a dureza e capacidade de resistir a temperatura elevada e à corrosão química.

Comparação entre cerâmica tradicional e avançada

Características Avançadas Tradicionais

Matéria-prima Sintética Natural

Preparação do pó Muito controlada Pouco controlada Conformação Muito controlada Pouco controlada Análise Microestrutural Microscopia eletrônica Microscopia óptica

Resistência Relativa 10-1000 1

A Indústria Cerâmica

,  O setor industrial da cerâmica apresenta grande variedade de produtos e processos

produtivos, verificando-se a convivência de diferentes tipos de estabelecimentos, com

características distintas quanto aos níveis de produção, qualidade dos produtos, índices de produtividade e grau de mecanização.

,  O setor pode ser dividido nos seguintes segmentos:

Cerâmica estrutural •  Tijolo •  Telha •  Tavelas Cerâmica de acabamento •  Azulejos •  Pavimentos e revestimentos •  Louça sanitária Cerâmica utilitária e decorativa •  Louça utilitária •  Objetos decorativos Cerâmica refratária •  Refratários para fornos, isolantes para alta temperatura. Cerâmica técnica •  Próteses, material de laboratório, ferramentas de corte, materiais para aplicações eletrônicas, etc.

A Indústria Cerâmica

,  Grande consumidora de matérias-primas minerais. Seus diferentes segmentos

consomem uma diversidade de substâncias minerais in natura ou beneficiadas, cujas

variedades empregadas dependem do tipo de produto e da localização da unidade fabril. ,  Dentre as diversas substâncias minerais consumidas, destacam-se, em razão do volume

de produção atingido, as argilas que respondem pelo maior consumo, sendo especialmente utilizadas na cerâmica vermelha e de revestimento.

,  Tais argilas são caracterizadas como matérias-primas de baixo valor unitário, o que não

viabiliza o seu transporte a grandes distâncias, condicionando a instalação de unidades industriais cerâmicas nas proximidades das jazidas. O setor ceramista destina sua

produção a diversos outros setores da economia, cabendo destacar, em especial, a

Segmento de Cerâmica Vermelha

,  A cerâmica vermelha engloba diversos materiais que são frequentemente utilizados na

construção civil, como blocos, telhas, tijolos maciços, tubos para saneamento,…. Além disso, está presente em itens de uso doméstico. Possui a nomenclatura “vermelha” devido à presença de compostos ferrosos que desenvolvem coloração avermelhada.

Produção Nacional de cerâmica vermelha

,  No Brasil, a maior parte da cerâmica vermelha é produzida por empresas de pequeno e

médio portes. Atendendo a construção civil em geral, as empresas encontram-se distribuídas por todo o país e estão localizadas nas regiões onde há maior disponi- bilidade de matéria-prima e proximidade dos mercados consumidores

Massa Cerâmica

,  O termo massa cerâmica corresponde a uma mistura de matérias-primas preparadas para

a fabricação de um produto cerâmico. As massas cerâmicas tradicionais são denominadas de acordo com características particulares, tais como cor, textura e conformação.

,  A indústria cerâmica possui uma massa para cada produto. Essa massa estabelece a

proporção, em peso ou volume, das diversas matérias-primas utilizadas. ̶  Uma boa massa deve ser facilmente processada;

̶  resultar em um produto com as características desejadas e; ̶  ter um baixo custo de produção.

,  Muitos métodos são utilizados para se desenvolver formulações de massas cerâmicas. A

maioria destes métodos utiliza técnicas empíricas, e o procedimento consiste basicamente na escolha das matérias-primas e formulação.

Fluxograma de Fabricação

Matérias-primas + água

Moagem de duros Diluição de

argilosos Mistura Conformação Secagem Queima Produto Final

Preparação das matérias-primas

,  A preparação das matérias-primas pode ser reunida em dois grupos

distintos, que são: preparação indireta e preparação direta.

̶  A preparação indireta consiste na formação de pilhas conhecidas como pilhas de homogeneização ou pilhas de descanso, onde a matéria-prima é misturada com água. O principal objetivo da formação de pilhas de

homogeneização e envelhecimento, durante períodos de meses e até

mesmo anos, é minimizar variações nas propriedades das matérias-primas pela decomposição de compostos como sulfatos e matéria orgânica. Este procedimento aumenta a plasticidade das massas e diminui o risco de trincas na peça durante secagem.

̶  A preparação direta ocorre no pátio da indústria e é dependente de maquinários, elevando seu custo. Esta etapa se divide em:

Conformação

,  A extrusão é uma técnica de conformação

amplamente empregada e possui grande relevância no processamento de cerâmica vermelha.

,  É uma técnica de produção associada a uma elevada

produtividade, principalmente para produtos de seção transversal constante (tijolo) e muito importante em termos de homogeneização e retirada do ar da

massa.

,  A máquina utilizada é uma extrusora.

Tratamento Térmico

,  A secagem pode ser feita em galpão ou estufa, sendo a secagem em galpão mais utilizada

pelas olarias. As perdas durante o processo de secagem giram em torno de 5%. Após a secagem, o produto deve ter resistência suficiente para possibilitar a manipulação que o acabamento e o transporte até a queima do corpo cerâmico exige.

,  Em seguida temos o processo de densificação, através da sinterização, onde os produtos

adquirem suas propriedades finais. A sinterização é uma das etapas mais importante na fabricação dos materiais cerâmicos, cujo objetivo é a ocorrência das reações e as

transformações químicas e físicas dos componentes da massa, de maneira a conferir ao corpo cerâmico as propriedades necessárias à sua utilização.

Tratamento Térmico

,  São destacados dois processos de sinterização de acordo

com suas fases envolvidas:

,  A sinterização sólida, pode ser divida em três

estágios, que são:

̶  estágio inicial, caracterizado pela formação de contatos

interpartículas, desde a compactação seguida pela formação e crescimento de pescoços, até o ponto onde eles começam a se interferir;

̶  estágio intermediário, caracterizado pela densificação do

compacto e pelo decréscimo dos diâmetros dos poros interligados;

̶  estágio final, caracterizado pelo isolamento e eliminação

gradual da porosidade. Na sinterização sólida o transporte de matéria-prima ocorre através do mecanismo de difusão

Tratamento Térmico

,  Na sinterização por fase líquida, é necessário

que a fase seja distribuída de forma homogênea no sistema para se evitar taxa de densificação diferenciada dos corpos sinterizados. O líquido aproxima as partículas, sendo que, partículas angulares podem rotacionar permitindo seu deslizamento e arranjo espacial para uma

configuração mais empacotada.Com a formação dessa fase líquida, acontece uma reorganização das partículas para a formação do pescoço mais eficaz. Este processo pode conduzir uma completa densificação se o volume do líquido presente for suficiente para ocupar completamente os

Tratamento Térmico

Os principais fenômenos que podem ocorrer na queima de um corpo cerâmico são os seguintes:

i. Até aproximadamente 200o_{C dá-se a eliminação da água livre e a eliminação da água proveniente de}

matéria orgânica;

ii. Entre 350o_{C e 650}o_{C ocorre a combustão de substâncias orgânicas contidas na argila e a dissociação de}

compostos sulfurosos;

iii. Entre 450o_{C e 650}o_{C ocorre a decomposição das argilas, com liberação sob a forma de vapor, da água de}

constituição;

iv. Em temperaturas em torno de 570o_{C dá-se a rápida transformação de quartzo de sua forma cristalina alfa}

para beta, acompanhada de uma violenta expansão durante o aquecimento e de beta para alfa durante o resfriamento, acompanhado de fortes contrações;

v. Acima de 700o_{C, começam a se desenvolver reações químicas da sílica e da alumina com elementos}

fundentes, formando sílico-aluminatos complexos que dão à massa cerâmica característica como dureza, estabilidade, resistência mecânica etc. Atinge-se assim o início da sinterização;

vi. Entre 800o_{C e 950}o_{C os carbonatos se decompõem e liberam CO}

2;

vii. Acima de 1000o_{C, os sílico-aluminatos que estão na forma vítrea começam a amolecer, dando ao corpo}

A indústria cerâmica

Cerâmica estrutural •  Tijolo •  Telha •  Tavelas Cerâmica de acabamento •  Azulejos •  Pavimentos e revestimentos •  Louça sanitária Cerâmica utilitária e decorativa •  Louça utilitária •  Objetos decorativos Cerâmica refratária •  Refratários para fornos, isolantes para alta temperatura. Cerâmica técnica •  Próteses, material de laboratório, ferramentas de corte, materiais para aplicações electrônicas, etc. Pavimentos

Pavimentos

,  Os pavimentos são estruturas formadas por diferentes camadas construídas sobre o solo

para permitir a circulação de pessoas e veículos garantindo comodidade, segurança e conforto. Segundo a ABNT NBR- 7207 (1992), as principais funções dos pavimentos são: ̶  resistir aos esforços verticais oriundos do tráfego e distribuí-los;

̶  melhorar as condições de rolamento quanto ao conforto e segurança;

̶  resistir aos esforços horizontais (desgaste), tornando mais durável a superfície de rolamento; ̶  resistir às ações do intemperismo.

Pavimentos

̶  Os pavimentos rígidos são constituídos, predominantemente, por

camadas que trabalham a tração com pouca deformação e são formados, principalmente, por cimento Portland.

̶  Os pavimentos flexíveis são constituídos por camadas que trabalham muito pouco a tração, quando comparadas às dos

pavimentos rígidos. Todas as camadas sofrem deformações elásticas significativas, sob um carregamento aplicado, e a carga é distribuída em parcelas equivalentes entre suas camadas.

̶  Os pavimentos intertravados constituídos de blocos de concreto podem ser considerados pavimentos flexíveis, devido às suas características, que se assemelham às dos pavimentos asfálticos, tais como de distribuição de cargas, de deflexão, entre outras.

Pavimento Intertravado

O pavimento conhecido como intertravado é conceituado pela NBR 9781 (2013), como:

pavimento flexível cuja estrutura é composta por uma camada de base (ou base e sub-base), seguida por camada de revestimento constituída por peças de concreto justapostas em uma camada de assentamento e cujas juntas entre as peças são preenchidas por material de rejuntamento e o intertravamento do sistema é proporcionado pela contenção.

Vantagens e as propriedades deste tipo de pavimento são destacadas:

•  Imediata utilização do pavimento após o assentamento das peças;

•  Fácil reparação ou substituição das peças; •  Fácil execução dos pavimentos;

•  Requerem pouca manutenção;

•  Além de ser permeável, permitindo a microdrenagem das águas pluviais.

Pavimento Intertravado

,  Têm sua origem nos pavimentos revestidos com pedras,

executados na Mesopotâmia há quase 5.000 anos a.C. e muito utilizados pelos romanos desde 2.000 a.C.

,  Este tipo de pavimento evoluiu, primeiro, para o uso de

pedras talhadas, resultando em pavimentos conhecidos como paralelepípedos. As dificuldades da produção artesanal dessas pedras e a falta de conforto de rolamento impulsionaram o desenvolvimento das peças de concreto pré-fabricadas.

,  Após a Segunda Guerra Mundial, os blocos passaram a

ser produzidos em fábricas maiores e com grande produção na Alemanha, tomando grande impulso na década de 70, quando chegaram ao Brasil.

PORTLAND, Associação Brasileira de Cimento.

O QUE É INTERTRAVAMENTO?

,  É a capacidade que os blocos adquirem de resistir a movimentos de deslocamento individual,

seja ele vertical, horizontal ou de rotação em relação a seus vizinhos. O intertravamento é fundamental para o desempenho e a durabilidade do pavimento. Para que se consiga o intertravamento duas condições são necessárias e indispensáveis: contenção lateral e junta preenchida com areia.

̶  Contenção lateral: Impede o deslocamento lateral dos blocos da camada de rolamento, promovendo o intertravamento;

̶  Areia de selagem: Proporciona a transferência de esforços entre os blocos de concreto, permitindo que eles trabalhem juntos, uns com os outros, e suportem as cargas solicitantes.

Principais Características do Pavimento

Intertravado

,

 

Superfície antiderrapante

,

 

Conforto térmico

,

 

Liberação ao tráfego

,

 

Resistência e durabilidade

,

 

Produto ecológico

,

 

Diversidade de cores

Peças pré-moldadas de concreto – PPC

,  A NBR 9781 (2013, p. 1) define peça de concreto como “componente

pré- moldado de concreto, utilizado como material de revestimento em pavimento intertravado”, também conhecido por PPC, ou seja, peças pré-moldadas de concreto.

,  Com a disponibilidade no mercado de equipamentos de grande

produtividade e com elevado grau de precisão dimensional, a

indústria de PPC vem crescendo em grandes proporções em todo o mundo, inclusive no Brasil.

,  O que era um tipo de material utilizado apenas em áreas que

demandavam efeitos arquitetônicos ou paisagísticos, deu lugar a um material único extremamente versátil para harmonizar qualquer tipo de pavimento, inclusive o industrial e rodoviário, tanto esteticamente quanto estruturalmente.

Peças pré-moldadas de concreto – PPC

,  Como especifica a NBR 9781 (2013), para a confecção dos PPCs, os materiais utilizados

além do concreto, também é permitido o uso de aditivos e pigmentos, principalmente para criar a variedade de coloração existente no mercado.

,  Ainda sobre a mesma norma, ela regulamenta que é permitida a criação de vários

formatos de peças de concreto, que se diferenciam através dos Tipos especificados abaixo:

̶  Tipo I – Peças de concreto com formato próximo ao retangular, com relação comprimento/

largura igual a dois, que se arranjam entre si nos quatro lados e podem ser assentadas em fileiras ou em espinha de peixe;

̶  Tipo II - Peças de concreto com formato único, diferente do retangular e que só podem ser assentadas em fileiras;

̶  Tipo III – Peças de concreto com formatos geométricos característicos, como trapézios, hexágonos, triedros etc, com pesos superior a 4kg;

̶  Tipo IV – Conjunto de peças de concreto de diferentes tamanhos, ou uma única peça com juntas

Peças pré-moldadas de concreto – PPC

,  Vantagens e propriedades dos pavimentos de peças intertravadas de concreto:

̶

  Possibilidade de reutilização das peças;

̶

  Resistência ao ataque de óleos e ao derramamento de combustível;

̶

  Grande capacidade estrutural;

̶

Propriedades físicas e mecânicas das peças

pré-moldadas de concreto

,  Sobre a absorção de água, as amostras de PPC devem apresentar valor médio de

absorção de água menor ou igual a 6%, não sendo admitido valor individual maior do que 7%.

Propriedades físicas e mecânicas das peças

pré-moldadas de concreto

Adoquim cerâmico

,  É um pavimento cerâmico intertravado que oferece características e benefícios como

resistência, durabilidade, coloração natural com cores exuberantes, aspecto rústico, facilidade de aplicação e reparação, entre outras.

,  Por proporcionar a micro-drenagem de água da chuva, é tido como pavimento

permeável, fator que auxilia a resolver problemas de acumulação de água, tão comum em diversas cidades. Devido a esta qualidade e ao conforto térmico inerente do material, o produto é muito indicado para aplicação ao ar livre, como em zonas recreativas e

calçamento de ruas para tráfego de automóveis e pedestres.

,  Este produto pode ser produzido a partir de mistura de argilas e materiais não plásticos,

que proporcionam correta plasticidade à massa e a variedade de cores desejadas ao produto final.

Adoquim cerâmico

,  Esses pavers cerâmicos são vistos como uma solução eficaz para problemas que afetam

alguns princípios das vias públicas, como a fluidez, conforto e segurança. Além de qualidades técnicas, estéticas e práticas, gera o equilíbrio dos fatores ambientais e econômicos, o que aumenta a possibilidade de uso em diversas áreas de tráfego.

,  Características:

̶

  É fabricado com matérias-primas naturais, não precisando de aditivos especiais;

̶

  Sua coloração é natural das argilas depois de queimadas;

̶

Adoquim cerâmico

,  No Brasil os adoquins cerâmicos são pouco conhecidos e possuem como concorrente

direto os PPC, que adquiriram grande notoriedade a partir de meados do século XX.

,  O Brasil utiliza pavimentos asfálticos em sua maioria, pavimentos de concreto em menor

escala e nas últimas duas décadas os PPC.

,  O adoquim cerâmico surgiu no mercado brasileiro recentemente, se apresentando como

Adoquim cerâmico - Vantagens:

,  São desenhados para possibilitar a colocação nas obras manualmente de maneira simples e

com poucas ferramentas;

,  Para colocação dos pavimentos cerâmicos não há necessidade de equipamentos custosos

como para a execução de pavimentos aslfálticos ou em concretos;

,  As obras construídas podem abrir-se ao tráfego imediatamente após a execução, evitando o

tempo de espera para secagem, cura etc.;

,  Suportam com resistência a combustíveis, graxas, azeites e lubrificantes, o que em outros

tipos de pavimentos ocorre uma rápida degradação diante destes produtos;

,  Os níveis sonoros dos pavimentos cerâmicos são muito similares ou inferiores quando

comparados com outros tipos de pavimentos quando secos e sensivelmente inferiores quando estão úmidos;

Adoquim cerâmico - Vantagens:

,  A resistência ao deslizamento se mantém acima dos outros tipos de pavimentos;

,  Tem um grande período de vida útil, cerca de 30 anos, a qual é determinada

principalmente pelas camadas inferiores do pavimento;

,  Durante os processos de restauração, reutilizam-se entre 90 a 95% dos pavimentos

cerâmicos originais. Isto implica em menor custo de manutenção e conservação; ,  As possibilidades de aplicação são muito amplas, pois apresentam uma grande

diversidade de formas e de texturas;

,  Possuem coloração natural e marcante, que juntamente com suas formas geométricas

Processamento – Adoquim Cerâmico

,  A matéria prima para a fabricação dos adoquins cerâmicos deve apresentar alto índice de

resistência à compressão, para que, quando convenientemente preparada e queimada, dê origem a blocos que apresentem boa resistência à compressão e ao desgaste.

,  Basicamente são usados, na preparação de massas para confecção dos adoquins,

matéria-prima argilosa, materiais com características fundentes.

,  O processo de fabricação de adoquins cerâmicos é o mesmo processo de fabricação de

cerâmica vermelha. A etapa de moldagem deste produto normalmente é realizada pelo

processo de extrusão, que possui disponível inúmeras formas geométricas. Não

conseguindo por extrusão a moldagem pode ser feita por prensagem. Nesta etapa deve ser feito o controle das dimensões das peças.

,  Assim como acontece para outros produtos da indústria cerâmica, deve-se ter atenção

especial voltada para as etapas de secagem e queima.

,  A temperatura de queima deve ser mais elevada do que as temperaturas usuais de

fabricação de cerâmica vermelha, pois os requisitos de resistência mecânica para os adoquins cerâmicos são bem mais elevados que os produtos de cerâmica vermelha convencionais. Na Espanha, a queima deste tipo de produto é realizada em temperaturas que variam de 1100 a 1200°C.

Propriedades Físicas e Mecânicas – Adoquim

Cerâmico

,  Até o momento, não há legislação no Brasil que regulamente os padrões tecnológicos

para a produção do Adoquim Cerâmico. Porém, essa necessidade existe, visto a expansão do produto no mercado devido à demanda de inovação tecnológica dessas indústrias. ,  Por ser mais frequente o uso do adoquim em países como Espanha, Colômbia e Estados

Unidos, esses locais já possuem normatização para o produto. Neste caso, para a

produção aqui no Brasil, tem-se utilizado como base de referência, as normas abaixo que determinam parâmetros admissíveis para o adoquim cerâmico.

̶  UNE-EN da Espanha, ̶  NTC da Colômbia

As siglas R e F significam sistemas de implantação rígidos e flexíveis respectivamente, SX e Tipo I

pavimentos indicados para exteriores submetidos a condições de congelamento e descongelamento, MX e Tipo II indicam uso exterior e não expostos a temperaturas frias e NX e Tipo III indicados para interiores.

Métodos de Caracterização

Matérias-primas:

•  Caracterização Mineralógica, química e física:

•  Difração de Raios X;

•  Fluorescência de Raios X;

•  Análise Térmica Diferencial;

•  Termogravimetria;

•  Dilatometria.

•  Caracterização Morfológica:

•  Microscopia Ótica;

Métodos de Caracterização

Adoquim Cerâmico:

•  Caracterização física e mecânica:

•  Massa específica aparente;

•  Absorção de água;

•  Retração diametral;

•  Compressão uniaxial;

•  Índice de abrasão;

•  Resistência à abrasão.

•  Caracterização microestrutural:

•  Microscopia ótica;

•  Microscopia eletrônica de varredura;

•  Difração de Raios X.

Referências Bibliográficas

,  BUSTAMANTE, G. M.; BRESSIANI, J. C. A indústria cerâmica brasileira. Cerâmica Industrial, v. 5, n° 3,

mai/jun, 2000, p. 31–36.

,  Boletim de Inteligência, Construção Civil, Dez/2015.

,  ABC ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE CERÂMICA. Informações diversas. Disponível em: <http://

www.abceram.org.br>. Acesso em: 21 de abr de 2017.

,  ABNT NBR 7207 ASSOCIAÇÃO BRASILEIRA DE NORMAS TÉCNICAS. ABNT. NBR ,  7207. Terminologia e classificação de pavimentação. Rio de Janeiro. 1992.

,  PORTLAND, Associação Brasileira de Cimento.

Manual de Pavimento Intertravado: Passeio Público. Associação Brasileira de Cimento Portland – ABCP, São Paulo, 2010. 36p.

,  CRUZ, L. O. M. (2003). Pavimento intertravado de concreto: Estudo dos elementos e métodos de

dimensionamento. 281p. Dissertação (Mestrado). Universidade Federal do Rio de Janeiro – UFRJ. Rio de Janeiro.

,  MALPESA – Cerâmica Malpesa SA. Adoquín cerâmico catálogo 08/09. 52p. 2008. ,  MALPESA – Cerâmica Malpesa SA. Adoquín klinker cerâmico. 56p. 2006.