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Materiais Cerâmicos
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Resumo histórico• Argilas cozidas ao sol e em fornos• Torre de Babel– Tijolo cerâmico + betume
• Assírios e Caldeus• Pérsia– Casas populares
• Egito• Romanos– Alvenarias revestidas com pedras e gesso
• Árabes– Arquitetura maometana
• Inglaterra– Incêndio em Londres em 1666
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Argilas
• Constituição
– Definição
• Minerais (silicatos de alumínio hidratados) que
formam com a água uma pasta plástica suscetível
de conservar a forma moldada, secar e endurecer
sob a ação do calor
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Argilas
– Solo que apresenta características marcantes de plasticidade;
quando suficientemente úmido molda-se facilmente em
diferentes formas, quando seco apresenta coesão bastante
para constituir torrões dificilmente desagregáveis por pressão
dos dedos; suas propriedades dominantes são devidas à parte
constituída pelos grãos de diâmetros máximos inferiores a
0,005 mm
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Composição química
SiO2 40 a 80%
Al2O3 10 a 40%
Fe2O3 Até 7%
CaO Até 10%MgO Até 1%
K2O, Na2O Até 10%
CO2, SO3O óxido de ferro é o responsável pela coloração avermelhada típica dos materiais cerâmicos
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Classificação das argilas
• Conforme a estrutura
– Estrutura laminar ou foliácea - adequadas para
cerâmicas
• Caulinita
• Montmorilonita
• Ilita ou micácea
– Estrutura fibrosa
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Classificação das argilas
• Conforme o emprego– Infusíveis - porcelanas
– Refratárias - produtos refratários
– Fusíveis - deformam e vitrificam abaixo de 1200oC• Figulinas - tijolos e telhas
• Grés - material sanitário
• Margas (calcárias) - cimento
• Ferruginosa - tijolos e telhas
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Classificação das argilas
• Quanto à plasticidade
– Gordas (graxas) - alta plasticidade
– Magras - baixa plasticidade
• Quanto à origem
– Argilas residuais
– Argilas sedimentares
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Propriedades das argilas
• Plasticidade
Estado sólido Estado líquido(rígido, h = 0%) (líquido viscoso)
Estado plástico– Plasticidade - propriedade do corpo de deformar-
se sob a ação de uma força e permanecer deformado após cessado o esforço
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Propriedades das argilas• Limites de consistência – Atterberg (1910)
sólido semi-sólido plástico líquido
LC LP LL h (%)
IP
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Limite de liquidez
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Limite de plasticidade
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Limite de retração
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Classificação das argilas pela consistência
• Argilas muito moles
• Argilas moles
• Argilas médias
• Argilas rijas
• Argilas duras
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Propriedades das argilas
• Resistência da argila seca
– Qualidades da argila
• Máxima plasticidade quando úmida
• Resistência mecânica máxima quando seca
• Retração mínima durante a secagem
– Fatores determinantes
• Argila (partículas coloidais e cristalinas) - 60%
• Granulometria - silte, areia fina e média
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Propriedades das argilas
Ações térmicas
Transformações ao calor
Natureza física
Variação de densidade, dureza,
resistência, plasticidade, textura,
condutibilidade térmica e elétrica
Natureza química
Desidratação, decomposição e
formação de novos compostos
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Perda de peso• Água na argila– Água de absorção ou plasticidade• Elimina-se até 110oC
– Água zeolítica• Moléculas intercaladas na rede cristalina do mineral• Elimina-se a 300, 400oC
– Água de constituição• Constante para cada tipo de argila• Elimina-se a uma temperatura fixa (t > 400oC) para
cada mineral
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Absorção e liberação de calor
• Transformações
– Exotérmicas
– Endotérmicas
• Analise térmico-diferencial (ATD)
– Identificação de argilas
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Porosidade• Porosidade real
– Poros abertos e fechados
• Porosidade aparente
– Poros abertos
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Porosidade• Aumento da porosidade– Matérias carbonosas• Serragem de madeira, carvão moído
– Matérias porosas• Vermiculita, terras de infusórios
– Criação de uma fase gasosa estável durante a secagem e a queima• Alumínio ou zinco mais hidróxidos alcalinos
• Decomposição de CaCO3 por ácido - CO2
• Hidrólise de CaC2 - C2H2
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Porosidade• Diminuição da porosidade– Vitrificação da argila por fundentes - CaO– Adição de eletrólitos - álcalis, hidróxido de cálcio,
ácidos, etc.
• Ação da porosidade– Absorção de água– Massa específica aparente– Condutibilidade térmica e elétrica– Resistência mecânica– Refratariedade
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Impurezas• Material retido na # 200• Impurezas do ponto de vista técnico– Desengordurantes CaCO3, MgCO3
– Fundentes SiO2, Fe2O3, FeO, CaO, MgO, K2O, Na2O, TiO2
• Impurezas segundo o tamanho– Substâncias inseparáveis por decantação– Substâncias separáveis por decantação– Substâncias separáveis por decantação via
mecânica
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Impurezas
• Impurezas segundo a procedência (GRANGE)– De origem• Quartzo, mica
– Acidentais• Piritas, carbonatos de metais alcalinos e alcalinos
terrosos
– Recentes• Materiais orgânicos, turfas e betumes
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Impurezas• Impurezas segundo a composição– Sílica• Diminui a plasticidade, a retração durante a secagem e a
queima• Aumento da brancura• Reduz a resistência à tração• Influi no coeficiente de dilatação térmica e na
refratariedade
– Compostos de alumínio• Fundentes• Diminuem a plasticidade • Aumentam a resistência, a densidade e a
impenetrabilidade
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Impurezas• Impurezas segundo a composição (SEARLE)– Compostos de ferro• Coloração avermelhada• Diminuem a plasticidade e a refratariedade
– Compostos cálcicos• Causam eflorescências• Expandem na hidratação e na carbonatação
– Material carbonoso• Influi na plasticidade• Aumenta a retração na queima e a porosidade• Emprego na fabricação de agregados leves
– Queima rápida
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Purificação da argila• Processos mecânicos– Lavagem com sedimentação ou filtração– Peneiramento– Moagem ou laminação
• Processos químicos– Têmpera– Queima regular - ceramização– Adição de substâncias - formação de compostos
estáveis• Processos físico-químicos– Flotação - filtros eletromagnéticos
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Fabricação de produtos cerâmicos
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Fabricação de produtos cerâmicos• Exploração de jazidas– Estudo qualitativo• Composição da argila - teor de material argiloso• Pureza• Características físicas • Comportamento na secagem e na queima
Define
– Estudo quantitativo• Volume de material argiloso disponível
– Escavação• Sangas• Rampas
Produtos a serem fabricados Eventuais correções Equipamento a ser
utilizado
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Exploração de jazidas
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Fabricação de produtos cerâmicos
• Tratamento da matéria prima– Depuração• Eliminação de impurezas
– Divisão• Trituração e moagem de desengordurantes
– Homogeneização• Argila + desengordurantes + água = pasta
– Umidificação • A consistência da pasta é função do processo de
moldagem
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Tratamento de matéria prima
• Processos naturais de tratamento
– Mistura
• Composição de argilas e desengordurantes - pasta
adequada
– Metereorização
• Exposição da argila e desengordurantes em camadas
alternadas (80 cm) ao intemperismo– Dissolução de sais
– Oxidação de minerais
– Desagregação de torrões
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Tratamento de matéria prima
• Processos naturais de tratamento
– Amadurecimento
• Repouso da argila ao abrigo da intempéries (24hs)
– Homogeneização da umidade
– Levigação
• Lavagem e purificação por decantação
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Tratamento de matéria prima• Processos mecânicos de tratamento– Trituração• Moinhos de rolos ou de martelos
– Peneiração• Separação granulométrica e de impurezas • Cilindros rotativos crivados
– Amassamento e mistura• Misturadores horizontais com pás helicoidais
– Laminação – refino• Desintegração da argila e partículas grossas por atrito• Rolos laminadores com velocidades diferentes
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Laminação
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Moldagem
• Processos da argila mole - pasta branda (h = 25%)
– Moldagem manual
– Conformação por bocal
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Moldagem
• Processo da argila rija - pasta dura (h = 15%)
– Marombas com câmara de vácuo
– Conformação por bocal
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Moldagem
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Moldagem
• Processo de prensagem a seco - pasta seca (h = 5%)
– Marombas com câmara de vácuo
– Prensa revólver
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Secagem
• Evaporação da água livre até a umidade de equilíbrio com o ambiente
• Mecanismo de secagem– Evaporação superficial– Difusão da umidade do interior para a superfície
da peça
• Secagem– Natural• Proteção contra vento e sol
– Artificial• Estufas
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Secagem natural
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Secagem artificial
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Queima
• Curva temperatura x tempo– Análise térmico gravimétrica– Variações dimensionais x calor– Análise térmico diferencial
Evita-seDeformação
Fissuras
Ruptura das
peças
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Queima• Estágios da queima– Desidratação - até 700oC• Evaporação da água livre• Queima da matéria carbonosa
– Oxidação - até 900oC• Fe2O3 Fe3O4 (mais estável)
– Vitrificação - a cerca de 12000C• Contração e fechamento dos poros
• Fornos– Intermitentes– Contínuos
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Fornos intermitentes
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Fornos contínuos
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Produtos cerâmicos para a construção
• Classificação geral
– Materiais de argila
• Cerâmica vermelha
– Materiais de louça
• Isentos de óxido de ferro
– Materiais refratários
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Produtos cerâmicos para a construção
• Materiais de argila
– Porosos
• Tijolos, telhas, ladrilhos, peitoris, etc
– Vidrados ou gressificados
• Ladrilhos, manilhas, drenos, etc
• Revestimentos– Engobe
– Vidrado
– Esmalte
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Materiais de argila - Tijolos
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Materiais de argila - Tijolos
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Materiais de argila - Tijolos
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Materiais de argila - Tijolos
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Materiais de argila - Tijolos
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Materiais de argila - Tijolos
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Materiais de argila - Telhas
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Materiais de argila - Telhas
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Materiais de argila - Telhas
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Materiais de argila - Telhas
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Materiais de argila - Telhas
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Materiais de argila - Telhas
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Produtos cerâmicos para a construção
• Materiais de louça– Pó de pedra (porosos)• Azulejos e materiais sanitários
– Absorção = 15 a 20%
– Grés (vitrificação mais avançadas)• Materiais sanitários, pastilhas e ladrilhos
– Absorção = 1 a 2%
– Porcelana (vitrificação completa)• Pastilhas, ladrilhos, azulejos e porcelana elétrica
– Translúcido– Absorção 0%
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Produtos cerâmicos para a construção
• Materiais refratários– Ácidos• Silicosos• Silico-aluminosos
– Básicos• Aluminosos• Magnesita
– Neutros• Cromita
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Solicitações em alvenarias
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Solicitações em alvenarias
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Solicitações em alvenarias
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Materiais refratários• Propriedades desejáveis – Elevado ponto de fusão• Resistência piroscópia
– Resistência a ação de gases e escórias• Ácidos
• Básicos
• Neutros
– Alta resistência a abrasão a quente
– Baixa condutividade térmica
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Materiais refratários• Produtos refratários moldados
– Tijolos
– Blocos
– Peças especiais
• Produtos refratários não moldados
– Concretos refratários densos
– Concretos refratários isolantes
– Argamassas refratárias
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Ladrilho cerâmico
Resistência à abrasão
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Materiais de louça
• Azulejos
– Esmalte
– Biscoito
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Materiais de louça
• Aparelhos sanitários
– Bacias sanitárias, lavatórios, mictórios, etc
– Dimensões: PB 6, PB 7, PB 10