Estudo Acelerado de envelhecimento de telhas cerâmicas



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Anais do 44º Congresso Brasileiro de Cerâmica 4570

31 de maio a 4 de junho de 2000 - São Pedro – S.P.





ESTUDO COMPARATIVO DE ENVELHECIMENTO DE TELHAS

CERÂMICAS PARA CONSTRUÇÃO CIVIL

V.F.J. Kozievitch(1); F.R. Valenzuela-Diaz(1); A.C. Vieira-Coelho(1); J.F. Dias(2) e S.M. Toffoli(1)


(1) Laboratório de Matérias Primas Particuladas e Sólidos Não-Metálicos - LMPSol

Departamento de Engenharia Química da Escola Politécnica da USP

Av. Prof. Lineu Prestes, 580 - 05508-900 São Paulo, SP

E-mail: toffoli@usp.br


(2) Faculdade de Engenharia Civil da Universidade Federal de Uberlândia

RESUMO
É notório que sob condições reais de uso alguns produtos cerâmicos podem apresentar perda ou alteração de desempenho após alguns anos de utilização. No caso das telhas de cerâmica vermelha destinadas à construção civil, a exposição aos agentes atmosféricos pode alterar o desempenho desses produtos particularmente no tocante à resistência mecânica e à permeabilidade à água, chegando em alguns casos à quebra espontânea ou à ocorrência de vazamentos por percolação da água da chuva. Neste trabalho preliminar estudou-se o efeito do envelhecimento forçado de telhas cerâmicas sob a ação da água. Produtos disponíveis comercialmente foram submetidos à ação de água a 90C pelos tempos de 14 e 28 dias. As amostras iniciais e as submetidas ao envelhecimento foram pesadas antes e depois dos ensaios e caracterizadas por difração de raios-x. Os resultados foram comparados.


Palavras –chave: cerâmica vermelha, telha, envelhecimento
INTRODUÇÃO
Sob condições reais de uso, diversos produtos cerâmicos podem apresentar perda ou alteração de desempenho após alguns anos de utilização. Isso é notório para o caso dos produtos de Cerâmica Vermelha ou Estrutural tais como as telhas cerâmicas de uso pela Construção Civil para a cobertura de edificações. Tais produtos ficam expostas às intempéries por extensos períodos de tempo - geralmente da ordem de dezenas de anos. A ação intensiva dos ciclos de insolação e frio, bem como a ação da água das chuvas, particularmente com a possibilidade de ter-se chuva ácida, podem provocar alterações na estanqueidade à água desses produtos e também em suas resistências mecânicas (4,5).

Assim, apesar de as principais características dos produtos atuais já disporem de normalização técnica (3), não é incomum ter-se telhas cerâmicas que passam a permitir a percolação da água de chuva, ou que apresentem rachaduras e mesmo quebras, espontâneas, após algum tempo de uso. Esse tipo de problema é recorrente e infelizmente contribui para a formação de uma imagem negativa para o setor, fato particularmente ruim numa conjuntura econômica de crescente competitividade tanto dentre produtos da mesma área, como principalmente de produtos de natureza distinta da cerâmica (2).

Neste trabalho apresenta-se um estudo inicial e preliminar sobre a alteração das características de telhas cerâmicas sujeitas à ensaio acelerado de laboratório visando-se a simulação das condições encontradas por produtos sob condições reais de uso. Objetivou-se com este estudo, o início de formação de um perfil de desempenho para a telha cerâmica no estado de São Paulo, segundo os parâmetros experimentais aqui adotados, com o objetivo final de compreender-se as razões da perda de desempenho desses produtos e assim possibilitar a sugestão de medidas de natureza corretiva.

Na pesquisa aqui apresentada foi estudada a ação da água sobre corpos de prova confeccionados a partir de telhas fabricadas industrialmente e provenientes de diferentes localidades no estado de São Paulo.


MATERIAIS E MÉTODOS
Para a realização dos ensaios, utilizaram-se amostras de telhas cerâmicas "tipo paulista", de três diferentes fabricantes do estado de São Paulo, tendo sido obtidas de diferentes estabelecimentos comerciais da cidade de São Paulo. Os fabricantes encontram-se situados nas regiões de Tambaú e Porto Feliz, interior do Estado de São Paulo.

Inicialmente, os corpos de prova foram cortados a partir das amostras originais, utilizando-se uma serra de disco diamantado com refrigeração a água. Os corpos de prova assim obtidos foram lavados superficialmente em água corrente para eliminação de quaisquer resíduos aderidos ou restos de material de corte e postos em repouso para secar em condições ambiente por alguns dias.

Os ensaios foram realizados em duplicata, ou seja, para cada telha e para cada duração de ensaio foram feitos dois corpos de prova, perfazendo um total de doze corpos de prova.

Após o corte dos corpos de prova, eles foram pesados em balança semi analítica e levados para estufa à temperatura de 90°C por 48 horas para retirada da água absorvida (secagem completa).

Após 48 horas em estufa, os corpos de prova foram novamente pesados e deu-se início ao ensaio de imersão. Esse ensaio consistiu em colocar-se os corpos de prova em béqueres de vidro de 1000 mL de capacidade, adicionando-se a cada um 500 mL de água destilada como solução de ataque. As amostras foram então colocadas em estufa à 90°C onde permaneceram por dois diferentes períodos: 14 e 28 dias (2 e 4 semanas). Houve a necessidade de complementação periódica da solução de ataque durante o período de ensaio, devido à evaporação da solução de ataque durante o ensaio e de modo a garantir a imersão dos corpos de prova sempre na mesma quantidade de fluido.

Passado o tempo de imersão correspondente a cada amostra, os corpos de prova eram retirados da solução. Com o auxílio de papel absorvente retirou-se o excesso de líquido e os corpos de prova foram imediatamente pesados para obtenção da massa úmida após ensaio. Depois da pesagem os corpos de prova foram levados para estufa a 90°C durante 48 horas para secagem completa, sendo após esse período pesados novamente, obtendo-se assim a massa seca após o ensaio de ataque. As soluções restantes em cada um dos béqueres foram guardadas para análise posteriores.

Após sofrerem os ensaios de imersão, corpos de prova que foram expostos às duas durações de ensaio foram quebrados manualmente e uma pequena quantidade de material foi moída manualmente em almofariz de porcelana para realização de ensaios de caracterização por difração de raios-x (DRX). Para fins de comparação, foram feitos também ensaios de DRX das amostras originais, ou seja, as que não sofreram qualquer ataque. O instrumento utilizado para a realização da DRX foi um Philips X'Pert MPD, utilizando radiação K-Cu e velocidade de varredura de 1/min.
RESULTADOS E DISCUSSÕES
Os resultados de perda de massa e absorção de água obtidos para todos os corpos de encontram-se apresentados na Tabela 1.
Tabela 1: Resultados obtidos após ensaio de imersão


Amostra

m1(g)

m2(g)

m3(g)

m4(g)

Perda de massa (g) m2-m4

Absorção H2O (g) m3-m2

R

mH20

MAm.


Ensaio 14 dias






















Telha1-Am.1

67,77

64,96

76,32

65,02

-0,06

11,36

0,17

Telha1-Am.2

70,20

67,17

79,36

67,33

-0,16

12,19

0,18

Telha2-Am.1

63,23

60,86

72,88

60,96

-0,10

12,02

0,20

Telha2-Am.2

58,63

56,93

67,73

56,96

-0,03

10,80

0,19

Telha3-Am.1

46,43

44,75

52,02

44,75

0

7,27

0,16

Telha3-Am.2

49,83

47,08

54,84

47,10

-0,02

7,76

0,16

























Ensaio 28 dias






















Telha1-Am.1

77,60

70,70

82,87

70,60

0,10

12,17

0,17

Telha1-Am.2

79,84

72,11

84,69

72,21

-0,10

12,58

0,17

Telha2-Am.1

72,15

67,24

80,06

67,36

-0,12

12,82

0,19

Telha2-Am.2

79,17

74,05

88,43

74,20

-0,15

14,38

0,19

Telha3-Am.1

84,52

78,54

91,65

78,68

-0,14

13,11

0,17

Telha3-Am.2

87,40

81,22

94,67

81,28

-0,06

13,45

0,17



m1 = massa inicial (equilíbrio com a umidade ambiente)

m2 = massa inicial, seca (após 48 horas a 90°C)

m3 = massa imediatamente após ensaio de imersão, úmida

m4 = massa após ensaio de imersão, seca (após 48 horas a 90°C)

R = relação entre a massa de água absorvida durante o ensaio e a massa de amostra

Ataque por imersão: H2O destilada, em estufa a 90°C, por 14 ou 28 dias


A avaliação visual dos corpos de prova secos após terem sido submetidos ao ensaio, comparando-os com o material original, não revelou qualquer alteração. Entretanto, as soluções resultantes do ataque em cada béquer, inicialmente límpida e transparente (água destilada) adquiriu uma coloração amarela bastante tênue para ambas as durações de ataque, indicando que alguma reação de dissolução ou lixiviação pode ter ocorrido. Essas soluções foram reservadas e serão submetidas a análise química numa fase posterior desta pesquisa.

Avaliando-se os dados da Tabela 1, observa-se que tanto para os ensaios de 14 dias como para o de 28 dias ocorreu um pequeno ganho de massa em quase todos os ensaios - considerando-se as massas secas. Esse aumento de massa foi um valor pequeno, da ordem de apenas 0,1% para as duas durações de ensaio (média de 0.06g para o ensaio de 14 dias e 0,08g para o ensaio de 28 dias) e pode ter ocorrido devido à hidratação de alguma fase presente no material, em um período de tempo inferior aos 14 dias iniciais, uma vez que o ganho de massa foi praticamente o mesmo para os dois ensaios. Essa possível hidratação, ou talvez o início de reação de formação de uma nova fase envolvendo água não foi detectada, porém, pela difração de raios-x (Figuras 2, 3 e 4), pois nenhuma nova fase cristalina foi detectada após o ensaio.

Para a absorção de água, todas as amostras também apresentaram um comportamento semelhante (segundo o valor de R, relação entre massa de água absorvida e massa de amostra, apresentado na Tabela 1), apesar de constituírem produtos confeccionados por produtores diferentes, adotando, portanto, características de produção diferentes e de não utilizarem as mesmas matérias-primas.

As curvas de difração de raios-x dos corpos de prova originais estão apresentados na Figura 1. Os dos corpos de prova atacados para as telhas 1, 2 e 3 estão apresentados nas Figuras 2, 3, e 4 respectivamente.

Inicialmente, a avaliação das curvas de difração de raios-x das amostras originais mostra que nos três casos a constituição cristalina em termos de fases presentes é semelhante, apesar de os teores dessas fases serem diferentes. Isso pode ser observado pela análise das intensidades e posições dos picos de reflexão dados nas curvas, os quais diferem nos três casos essencialmente na intensidade. A comparação com os bancos de dados para a DRX revela a presença inequívoca apenas da fase cristalina quartzo, além da presença de uma larga banda iniciando-se por volta dos 18(2). Esse resultado não está em desacordo com o que pode ser esperado para esses materiais, uma vez que as matérias-primas para a fabricação de telhas são geralmente argilas cauliníticas, compostas em sua maioria pelo argilomineral caulinita, os quais ocorrem usualmente associados a porcentagens menores de quartzo e/ou mica. A decomposição térmica da caulinita (durante a queima da telha), após os 400-500C forma a meta-caulinita, amorfa à difração de raios-x(1). Os picos correspondentes ao quartzo encontram-se bem pronunciados nas curvas resultantes, indicando a sua provável presença nas matérias-primas.

No caso dos materiais submetidos a ataque, tanto por 14 como por 28 dias, não houve alterações significativas na estrutura cristalina das amostras, apesar do ataque com água destilada a 90°C (Figuras 2, 3 e 4). A análise das curvas de difração de raios-x dessas amostras não indica uma variação qualitativa na composição de fases cristalinas presentes. Como essas análises de DRX não foram realizadas objetivando-se comparações quantitativas (apesar de em todas as análises ter-se adotado exatamente o mesmo procedimento de preparação de amostras), a comparação das intensidades de reflexão dos picos fica inviabilizada. Assim, as pequenas diferenças de intensidade encontradas nessas curvas podem estar relacionadas apenas à preparação das amostras. A análise por difração de raios-x quantitativa é um estudo criterioso e envolve a preparação e análise de padrões de comparação.




Figura1: Curvas de DRX para corpos de prova originais




Figura 2: Curvas de DRX para Telha 1


Figura 3: Curvas de DRX para Telha 2


Figura 4: Curvas de DRX para Telha 3


CONCLUSÕES

Foram analisadas telhas cerâmicas do tipo paulista provenientes de três diferentes fabricantes do Estado de São Paulo. Corpos de prova obtidos a partir dessas amostras foram submetidas a ataque com água destilada em estufa a 90°C por 14 dias e 28 dias.

Os resultados mostraram que não houve efeito de lixiviação dos corpos de prova pela solução de ataque, por outro lado ocorrendo um pequeno aumento em suas massas após o ataque. O valor desse aumento é quase negligenciável (0,1% em média) dadas as incertezas experimentais, não fosse pela sua presença consistente em 10 dos 12 corpos de prova.

As análise por difração de raios-x revelaram a presença quase exclusiva de quartzo nos corpos de prova originais. Os ataques por imersão não mostraram influência notável sobre a cristalinidade das amostras, apesar de as soluções de ataque terem tido suas colorações levemente alteradas, indicando a possibilidade de reação química com os corpos de prova.

Os resultados apresentados neste trabalho são preliminares. Estudos subsequentes já se encontram em andamento, envolvendo a investigação de tempos de imersão superiores a um mês, com o acompanhamento das análises químicas das soluções de ataque após os ensaios.


Agradecimento

Projeto temático FAPESP n° 1995/0554-0


REFERÊNCIAS




  1. Souza-Santos, P. - Ciência e tecnologia de argilas, 2ª ed, v.1 - Editora Edgard Blücher Ltda., São Paulo, 1989, p.242-302.

  2. Izabel Leão - Como construir mais barato - Jornal da USP, São Paulo, 28/02 a 05/03/2000, p. 6.

  3. Associação Brasileira de Normas Técnicas, Coletânea de Normas Técnicas de telhas cerâmicas, SEBRAE-SP.

  4. Pellicano, A., Rivas, A., Simison,S. e Sánchez, S.R. - Ceramic roof tiles degrade in a marine environment - Materials Performance 34(9), 64-5(1995).

  5. Ranogajec, J.; Radosavljevic, S.; Marinkovic-Neducin, R. e Zivanovic, B. - Chemical corrosion phenomena of roofing tiles - Ceramics International 23(2), 99-103(1997).


COMPARATIVE STUDY ON THE AGEING OF ROOF TILES

FOR CIVIL CONSTRUCTION
ABSTRACT
It is notorious that some ceramic products can exhibit a reduction in their performance level or change in their properties after some time under real use. In the case of roof tiles for the Civil Construction, the weathering can alter their performance particularly regarding the decrease of their strength and the increase in the permeability, sometimes even causing the spontaneous cracking or fracture of the component, or still, the possibility of allowing water percolation. In this preliminary study, the effect of the accelerated ageing of roof tiles under water attack was studied. Commercially available products were submitted to attack by immersion in water at 90C for periods of 14 and 28 days. The original and the attacked specimens were weighed before and after the tests and were also characterized by x-ray diffraction. The results were compared.
Keywords: heavy clay, roof tile, ageing

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