Anais do 47º Congresso Brasileiro de Cerâmica



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Anais do 47º
Congresso Brasileiro de Cerâmica

Proceedings of the 47th Annual Meeting of the Brazilian Ceramic Society

15-18/junho/2003 – João Pessoa - PB - Brasil



PISO EXTRUDADO COM ADIÇÃO DE FONOLITO

J. L. Capitaneo1, F. T. Silva2, C. M. F. Vieira3, S. N. Monteiro4


1: COPPE/UFRJ Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais

Caixa Postal 68505 - Ilha do Fundão - CEP 21945-970 - Rio de Janeiro - RJ,

Tel.: (21)2290-1544 R.224 Fax: (21)2290- 6626 - e-mail: jeff@metalmat.ufrj.br

1, 2: COPPE/UFRJ Programa de Engenharia Metalúrgica e de Materiais

3,4: LAMAV/CCT/UENF

RESUMO



Revestimentos cerâmicos para serem utilizados como piso devem possuir resistência mecânica superior a 18 MPa e absorção de água inferior a 10%, de acordo com as normas NBR 13818 e ISO 13006. O presente trabalho teve por objetivo reformular uma massa cerâmica à base de argila caulinítica utilizada numa indústria de Campos de Goytacazes, a fim de obter-se pisos extrudados com melhores propriedades tecnológicas. Inicialmente corpos-de-prova foram confeccionados com a massa industrial e sinterizados às temperaturas entre 900 e 1150oC com intervalos de 25oC. Ensaios tecnológicos de absorção de água, retração linear e tensão de ruptura evidenciaram a sua inadequação as normas supracitadas. Após a reformulação da massa, adicionando-se proporções de fonolito (5,10,15,20 e 25% em peso), verificou-se uma melhoria das propriedades. Resultados obtidos evidenciaram que a adição de 20-25% de fonolito viabilizaram a obtenção de um piso extrudado que está de acordo com as referidas normas.
Palavras-chaves: Cerâmica vermelha, pisos extrudados, argilas cauliníticas, Fonolito.
INTRODUÇÃO

Dentre as várias classes de pisos cerâmicos encontra-se a dos pisos extrudados (AIIb), cuja produção no Brasil corresponde a apenas 3 a 4% da produção nacional de revestimentos cerâmicos. Isto deve-se ao fato de os pisos cerâmicos conformados por prensagem uniaxial apresentarem menos problemas de aspectos dimensionais, uma maior constância das características e devido a automação do processo, sua produção ser maior do que a de pisos extrudados.

Os pisos extrudados, também chamados de rústicos, não possuem recobrimento superficial (engobe, vidrados e esmaltes) e raramente possuem decoração. Suas principais características são: cor natural, superfície rugosa e resistência à geada. O processo de fabricação destes é o mesmo utilizado na indústria de cerâmica tradicional (1), (2), (3).

O objetivo deste trabalho foi analisar e reformular uma massa cerâmica da Indústria Rodolfo de Azevedo Gama, de Campos dos Goytacazes, utilizada na confecção de pisos rústicos a fim de adequar o produto final às especificações dadas pelas normas NBR 13818 / ISO 13006, tendo em vista que a massa originalmente utilizada não atendia a nenhum destes requisitos.


MATERIAIS E MÉTODOS
Amostras das matérias-primas (argila Preta, argila Silva Jardim, areia, argila Carolinho e fonolito) foram secas em estufa à 110oC e desagregadas com almofariz de porcelana até passagem completa em peneira de 40 mesh (425m). Posteriormente, foi realizado ensaio de distribuição granulométrica por peneiramento via úmida e sedimentação pelo método de Pipeta de Andreassen. A plasticidade das matérias-primas argilosas foi determinada através dos limites de Atterberg, de acordo com as normas NBR 6459-84 e NBR 7180-84.

Realizou-se a reformulação da massa industrial utilizando o diagrama de Winkler, ajustando-se a composição das massas reformuladas para que tivessem aproximadamente 40% de fração menor <2m (fração argila). Foi também adicionado fonolito, matéria-prima fundente.

Para a determinação das propriedades tecnológicas (absorção de água, retração linear e tensão de ruptura à flexão), foram confeccionados 264 corpos-de-prova extrudados, que foram secos em estufa até peso constante e sinterizados em temperaturas entre 900 e 1150oC com intervalos de 25oC (4 corpos-de-prova para cada temperatura), em um forno mufla de laboratório com taxas de aquecimento e resfriamento de 5oC/min e 3 horas na temperatura de patamar.

RESULTADOS E DISCUSSÃO

A Figura 1 mostra a distribuição granulométrica das matérias-primas argilosas. A fração menor do que 2 m está relacionada a porcentagem de argilominerais (4), (5) sendo que as argilas Carolinho, Silva Jardim e Preta apresentaram percentagens de partículas menores do que 2 m de 43, 53 e 63%, respectivamente. Logo, o maior teor encontrado na argila Preta indica um maior percentual de mineral argiloso e, uma massa cerâmica que contiver um alto percentual desta argila tornar-se-á inadequada para a fabricação deste tipo de revestimento cerâmico.

As argilas Carolinho e Silva Jardim também possuem um elevado percentual de partículas menores do que 2 m, porém menor do que a argila Preta.


Figura 1- Distribuição granulométrica das matérias-primas argilosas.
A Figura 2 mostra a distribuição granulométrica das matérias-primas não argilosas. A areia possui 2% de partículas menores do que 2 m, o que é um indicativo de que esta matéria-prima deve possuir uma pequena porcentagem de argilominerais na sua constituição, como por exemplo, mica.

O fonolito possui 8% de partículas menores do que 2 m, entretanto, esta porcentagem não é uma garantia da presença de argilominerais na sua constituição, pois ele já foi adquirido de seu fornecedor previamente moído em moinho de bolas.




Figura 2- Distribuição granulométrica das matérias-primas não argilosas
A Tabela 1 mostra a composição (% em massa das matérias-primas) da massa industrial. Em uma análise preliminar observa-se que a massa industrial possui um percentual de 40% de argila preta na sua composição, o que pode causar diversos problemas no produto final, como trincas, empenamentos e etc.

Tabela 1- Composição (% em massa) da massa industrial


Matéria-prima

% em massa
Argila Carolinho

40

Argila Preta

40

Argila Silva Jardim

10

Areia

10

A Figura 3 mostra a localização das matérias-primas e da massa industrial, utilizando o Diagrama de Winkler.



Regiões adequadas para:

A - produtos de qualidade com dificuldade de produção;

B - telhas e capas;

C - tijolos furados;

D - tijolos maciços.


Figura 3 - Diagrama de Winkler – Localização da matérias-primas e da massa industrial.
Observa-se que a massa industrial (Massa Rodolfo) localiza-se na região A, que é própria para a confecção de produtos de qualidade com dificuldade de produção. Fica claro, então, que é necessário reformular a massa industrial a fim de que esta “dificuldade de produção” seja vencida, ou seja, é necessário deslocar a massa cerâmica da região A para uma região mais adequada.

A Tabela 2 mostra os limites de Atterberg desta massa:


Tabela 2 – Limites de Atterberg da massa industrial.


Massa industrial
Limites de Atterberg

LL (%)

LP (%)

IP (%)

58,70

25,50

33,20

Observa-se que o limite de plasticidade é superior ao requerido para a fabricação de produtos cerâmicos extrudados (25,50%) e que o índice de plasticidade está dentro da faixa exigida (6).

Devido ao fato de pisos rústicos poderem ser fabricados com plasticidade menor, foi intenção deste trabalho alterar os limites de Atterberg pela redução da fração menor do que 2 m de 47,9% para cerca de 40%.

A Tabela 3 mostra a percentagem das matérias-primas utilizadas na composição das cinco massas cerâmicas reformuladas.


Tabela 3 – Percentagem de matérias-primas utilizadas na reformulação das massas cerâmicas:


Massas cerâmicas elaboradas

Matérias-primas (% em massa)

Fonolito

Carolinho

Silva Jardim

Massa A

5

95

-

Massa B

10

75

15

Massa C

15

50

35

Massa D

20

25

55

Massa E

25

-

75

A Figura 4 mostra a localização das matérias-primas e das 5 massas cerâmicas elaboradas no diagrama de Winkler. Estas cinco massas cerâmicas estão localizadas na região B, conforme pretendido.



Regiões adequadas para:

A - produtos de qualidade com dificuldade de produção;

B - telhas e capas;

C - tijolos furados;

D - tijolos maciços.


Figura 4 - Diagrama de Winkler – Localização da matérias-primas e da massas cerâmicas reformuladas.
A Figura 5 mostra a variação da absorção de água e da retração linear das massas cerâmicas em função da temperatura de sinterização.

As massas cerâmicas apresentam o mesmo comportamento quanto à variação de absorção de água em função da temperatura: à medida que a temperatura de sinterização aumenta, o valor de absorção de água dos corpos-de-prova decresce.

Na faixa temperatura de sinterização de 900-950oC, a massa cerâmica industrial e as massas cerâmicas A, B e C apresentam valores bem próximos de retração linear e absorção de água.




Figura 5 - Absorção de água e Retração linear das massas cerâmicas extrudadas em função da temperatura de sinterização.
Já as massas cerâmicas D (20% de fonolito) e E (25% de fonolito) apresentam valores de absorção de água mais baixos, sendo adequadas para a fabricação de telhas (valores inferiores a 20%) (6) Até a temperatura de 975oC, a absorção de água decresce de forma suave; a partir desta temperatura, tais valores passam a decair de forma abrupta, o que pode ser justificado pelo fato de haver um aumento da densificação dos corpos-de-prova devido à formação de uma fase líquida intergranular, que após o resfriamento diminui a porosidade e em conseqüência, a absorção de água.

Para que uma determinada massa cerâmica possa ser utilizada como revestimento cerâmico semiporoso, a absorção de água do material deve estar compreendida entre 6 e 10%. Observa-se da Figura 5, que a massa industrial apresenta valores de absorção de água superiores a este (>13%) em todas as temperaturas consideradas.

Pode-se verificar que a 1000oC, a massa C atinge valor de absorção de água compatível para a fabricação de telhas e a 1100oC atinge valor adequado para a fabricação de revestimentos extrudados semiporosos rústicos.

Para a fabricação de revestimento cerâmico tipo semi-grês, o valor de absorção de água deve estar entre 3 e 6%, e para o grês, entre 0,5 e 3% (7). As massas D e E atingem valor adequado para a produção de revestimento cerâmico semiporoso a 1050oC e para produção de revestimento cerâmico tipo semi-grês, a 1100oC. Valor adequado para a produção de revestimentos cerâmicos do tipo grês foi atingido apenas pela massa cerâmica E na temperatura de 1150oC.

O comportamento da variação da retração linear em função da temperatura é semelhante para todas as massas extrudadas: observa-se um aumento da retração linear à medida que se aumenta a temperatura de sinterização e a quantidade de fundente nas massas cerâmicas. Não se observou uma variação significativa da retração linear até 975oC. Após esta temperatura ocorre uma variação brusca para as massas A, B, C, D e E.

A Figura 6 mostra a variação da tensão de ruptura à flexão dos corpos-de-prova das massas cerâmicas extrudadas em função da temperatura de sinterização.




Figura 6 - Tensão de ruptura à flexão dos corpos-de-prova das massas cerâmicas extrudadas em função da temperatura de sinterização.
Observa-se um comportamento bastante semelhante em todas as massas cerâmicas: há um aumento da tensão de ruptura à flexão à medida que se aumenta a temperatura de sinterização e a quantidade de fundente (fonolito). Até a temperatura de 975oC não há uma variação significativa da tensão de ruptura à flexão; a partir desta temperatura, porém, há um aumento brusco deste parâmetro devido ao aumento da porcentagem de fase líquida e o preenchimento dos poros e consequentemente a densificação das peças.

Para a fabricação de revestimentos cerâmicos do tipo poroso, valores de resistência mecânica superiores a 10 MPa são exigidos. Os corpos-de-prova da massa B atingiram este valor somente a partir da temperatura de 1075oC; as massas C, D e E atingiram valores adequados em temperaturas de 1000oC, 975oC e 900oC, respectivamente. E a massa industrial não atinge este valor em nenhuma das temperaturas consideradas.

Já para a fabricação de revestimentos do tipo semiporoso, valores de tensão de ruptura à flexão a 18 MPa são exigidas e somente os corpos-de-prova das massas D e E atingiram valores compatíveis para o uso em tal aplicação. As massas D e E atingiram valores de resistência mecânica adequada nas temperaturas de 1050oC e 1000oC, respectivamente.

CONCLUSÕES

A massa industrial possui elevada plasticidade, e as argilas que a constituem são cauliníticas. Resultados dos ensaios de avaliação das propriedades tecnológicas mostraram que as massas reformuladas contendo 20 e 25% (em massa) de fonolito atingiram as propriedades desejadas para a produção de piso extrudado.



AGRADECIMENTOS

Os autores agradecem a FAPERJ pelo apoio para a realização deste trabalho e a CAPES pela bolsa de mestrado.


BIBLIOGRAFIA

[1] BÉLTRAN, V., FERRANDO, F., GARCIA, J., SÁNCHEZ, E., “Extruded Rustic Floor Tile, I. Impact of the composition on the Body’s Behaviour in the prefiring process stages”, Tile & Brick Int., v. 11, n. 3, pp. 169 – 176, 1995.

[2] BÉLTRAN, V., SÁNCHEZ, E., GARCIA, J., FERRANDO, F., “Extruded Rustic Floor Tile, II: Impact of the Composition of Body’s Behaviour during firing and Fired Product Characteristics”, Tile & Brick Int., v. 12, n. 4, pp. 320-326, 1996.

[3] MAS, E., Qualidade e Tecnologia em Cerâmica Vermelha, 1a edição, Santa Catarina, Editora Pólo Produções Ltda., 2002.

[4] CAPUTO, H. P., Mecânica dos Solos e suas aplicações, 3a edição, v. 1, São Paulo, Livros Técnicos e Científicos Editora Ltda., 1973.

[5] ALLEN, T., Particle Size Measurement, v. 1, 5a edition, New York, Chapman & Hall, 1994.

[6] VIEIRA, C. M. F., HOLANDA, J. N. F., PINATTI, D. G., “Caracterização de massa cerâmica vermelha utilizada na fabricação de tijolos na região de Campos dos Goytacazes – RJ”, Cerâmica, v. 46, n. 297, pp. 15-18, 2000.

[7] CORPO TÉCNICO DA CERÂMICA PORTO FERREIRA, "Análise crítica das Novas Normas Técnicas de Revestimentos Cerâmicos - Capítulo Segundo: O Fundamental das Normas ISO/NBR sobre Placas Cerâmicas para Revestimento (ISO13006, ISO10545, NBR13816 - NBR13817 - NBR13818)", Cerâmica Industrial, v. 5, n. 2, pp. 7-16, 2000.



EXTRUDED FLOOR WITH FONOLITO

J. L. Capitaneo1, F.T. Silva2, C. M. F. Vieira3, S.N.Monteiro4


1: COPPE/UFRJ Program of Metallurgical and Materials Engineering

P. O. Box 68505 - Ilha do Fundão – Zip Code: 21945-970 - Rio de Janeiro - RJ,

Tel.: (21)22901544 r. 224 Fax: (21)2290- 6626 - e-mail: jeff@metalmat.ufrj.br

1, 2: COPPE/UFRJ Program of Metallurgical and Materials Engineering



3,4: LAMAV/CCT/UENF

ABSTRACT


Ceramic coatings to be used as floor must possess strengh tensile superior to 18 MPa and water absorption inferior to 10%, in accordance with NBR 13818 and ISO 13006 standards. The present work had for objective to reformulate a caulinitic clay basis ceramic mass used in a Campos of Goytacazes industry, in order to get extruded floors with better technological properties. Initially, samples had been confectioned with the industrial mass and sinterized to the temperatures between 900 and 1150oC with intervals of 25oC. Technological assays of water absorption, linear retraction and breaking strength had evidenced its inadequation to the above-mentioned norms. After the reformulation of the mass, adding itself ratio of fonolito (5,10,15,20 and 25% in weight), was verified an improvement of the properties. Gotten results had evidenced that the addition of 20-25% of fonolito had made possible the attainment of a extruded floor that is in accordance with the related norms.
Key-words: Red ceramics, extrudados pisos, argilas cauliníticas, Fonolito

.

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