CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES FÍSICAS DAS ARGILAS DE...

UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

ROGÉRIO SANCHES GONÇALVES

CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES FÍSICAS DAS ARGILAS DE DOURADOS E PONTA PORÃ/MS

CAMPO GRANDE – MS. 2007

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UNIVERSIDADE FEDERAL DE MATO GROSSO DO SUL CENTRO DE CIÊNCIAS EXATAS E TECNOLÓGICAS

DEPARTAMENTO DE FÍSICA

CARACTERIZAÇÃO E PROPRIEDADES FÍSICAS DAS ARGILAS DE DOURADOS E PONTA PORÃ/MS

Dissertação de mestrado apresentada ao Departamento de Física da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul - UFMS, como requisito para obtenção do título de “Mestre em Física Aplicada”, por Rogério Sanches Gonçalves. Orientador: Prof. Dr. Alfredo Roque Salvetti

CAMPO GRANDE – MS. 2007

ii

AGRADECIMENTOS

A Deus, pela saúde e vida que me proporcionou até este momento.

A minha mãe, pela vida, criação exemplar e suporte de vida que me deste até hoje.

A minha esposa Mariluza, pelo amor, compreensão, apoio, companheirismo e

dedicação emocional.

A meus filhos Larissa e Vinícius, por terem de uma forma ou outra entendida minha

ausência em alguns momentos.

Ao professor Dr Alfredo Roque Salvetti pela orientação, paciência e oportunidade que

me concebeu.

A meu irmão Ronaldo pela hospitalidade, durante o curso.

Ao funcionário do laboratório Evaldo pela amizade, dedicação, apoio e ensinamentos

prestados ao longo do trabalho.

Aos todos os professores do mestrado de Física da UFMS pelas disciplinas

ministradas.

Ao amigo Antonio Aparecido Zanforlin, que com sua paciência, humildade,

conhecimento, dedicação esteve sempre auxiliando desde a coleta até a elaboração deste

trabalho.

Ao amigo Moisés, pela correção deste trabalho.

A diretora do CEEJA, Rosemeire Peres Pichinim e seu adjunto Ricardo Anzoategui,

pela paciência e tolerância que tiveram comigo na escola.

A todos os amigos e colegas que de alguma forma ou outra colaboraram com este

trabalho.

ii

RESUMO

As cidades de Dourados e Ponta Porã, estão situadas ao Sul do Estado do Mato Grosso

do Sul, sendo esta fronteira com a República do Paraguai. As argilas de Dourados são de uma

região de várzea, possibilitando a olaria a fabricar apenas tijolos maciços, enquanto que a

argila de Ponta Porã, viabiliza a produção de todos os tipos de tijolos e telhas. Utilizamos

nesta pesquisa diferentes técnicas de caracterização, tais como: análise térmica diferencial

(DTA), calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TG) e análise

termomecânica (TMA). Ainda, nos ensaios de propriedades físicas determinamos os índices

de plasticidade (limite de liquidez e plasticidade) de cada amostra; massa específica aparente

após secagem e após queima; retração linear após secagem e após queima; porosidade

aparente; absorção de água; perda de massa ao fogo; módulo de ruptura à flexão após

secagem e queima; curvas de gresificação (curvas simultâneas de absorção de água e módulo

de ruptura à flexão). A presença de matéria orgânica, sulfetos e quartzo foram evidenciados

por meio dos resultados da análise térmica das seis amostras estudadas. Com relação à

plasticidade, a amostra A e G, apresentaram-se altamente plásticas e as amostras B, C, E e F

mediamente plásticas. Os resultados obtidos nos ensaios de propriedades físicas mostraram

que para as amostras A, B e C os módulos de ruptura à flexão foram altos, tanto após secagem

como após as queimas para todas as temperaturas, já a retração linear, a porosidade e a

absorção de água foram baixas; isso nos sugere que essas argilas podem ser utilizadas para

confecção de tijolos maciços, tijolos furados e telhas. As amostras E e F por possuírem baixo

módulo de ruptura à flexão poderão ser usadas como mistura para outras argilas e a amostra

G, por sua vez, poderá ser sugerida para a confecção de tijolos maciços.

Palavras-chave: Argilas. Propriedades físicas. Dourados. Ponta Porã.

iii

ABSTRACT

Dourados and Ponta Porã cities are located in the south of Mato Grosso do Sul and

this second one shares border with Paraguay. Dourados clays are from a lowland region,

which is possible to the pottery factory produces only massive bricks while Ponta Porã clays

may produce of all kinds of bricks and curved roofing tiles. In this research, different

techniques of characterization were used such as Differential Thermal Analysis (DTA),

Differential Scanning Calorimetry (DSC), Thermogravimetry (TG) and Thermomechanical

Analysis (TMA). During the tests of physical properties, it was determined the indexes of

plasticity (plasticity and liquidity limits) from each sample. After drying and firing, it was

determined possible specific mass; after drying and firing it was determined linear shrinkage;

apparent porosity; water absorption; mass loss; module of rupture of flexing after drying and

firing; vitrification curves; and simultaneous curves of water absorption and module of

rupture of flexing. The presence of organic matter, sulphides and quartz were clear by means

of the results of thermal analysis of the six studied samples. In relation to the plasticity

degree, samples A and G were considered as highly plastic and samples B, C, E and F

medium plastic. The obtained results of the physical properties showed that samples A, B and

C have high module of rupture of flexing, both after drying and firing for all temperatures,

while linear shrinkage, porosity and water absorption were low. It is suggested that they can

be used to produce massive bricks, blocks and roof tiles. As the samples E and F have a low

module of rupture of flexing, they can be used as a mixture for other clays and sample G can

produce massive bricks.

Keywords: Clays. Physical properties. Dourados. Ponta Porã.

iv

LISTA DE FIGURAS

Figura 1: Mapa do Mato Grosso do Sul com destaque para as regiões de Dourados e Ponta

Porã.............................................................................................................................................2

Figura 2: Painel do registro da temperatura dos fornos da olaria de Ponta Porã........................3

Figura 3: Vista superior da máquina de fabricação de tijolos maciços em Dourados................4

Figura 4: Vista lateral da máquina de fabricação de tijolos maciços (esq.) e locais onde são

colocados os tijolos após fabricação (dir.) em Dourados. ..........................................................4

Figura 5: Vista das argilas após serem coletadas em Dourados. ................................................4

Figura 6: Representação esquemática (fluxograma) do trabalho realizado................................6

Figura 7: a) tetraédrico 4SiO ;b) folha em arranjo hexagonal de tetraedros. ...............................9

Figura 8: a) unidade octaédrica; b) folhas de unidades octaédricas. ........................................10

Figura 9: Representação esquemática da estrutura de argilominerais......................................11

Figura 10: Equipamento: DSC 50 da Shimadzu.......................................................................24

Figura 11: Equipamento TGA-50 da Shimadzu .......................................................................24

Figura 12: Equipamento DTA 50H da Shimadzu ....................................................................25

Figura 13: Equipamento TMA - 50H da Shimadzu .................................................................26

Figura 14: Curvas do DSC das amostras A, B e C. ..................................................................26

Figura 15: Curvas do DSC das amostras E, F e G....................................................................27

Figura 16: Curva do TGA das amostras A, B e C. ...................................................................28

Figura 17: Curva do TGA das amostras E, F e G.....................................................................29

Figura 18: Curvas do DTA das amostras A, B e C. .................................................................30

Figura 19: Curvas do DTA das amostras E, F e G. ..................................................................30

Figura 20: Curvas do TMA das amostras A, B e C..................................................................31

Figura 21: Curvas do TMA das amostras E, F e G...................................................................32

Figura 22: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra A. ................................33

Figura 23: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra B. ................................33

Figura 24: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra C. ................................34

Figura 25: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra E..................................34

Figura 26: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra F..................................35

Figura 27: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra G. ................................35

Figura 28: Cápsula de porcelana ..............................................................................................38

Figura 29: Massa transferida para o aparelho de Casagrande. .................................................38

v

Figura 30: Massa alisada ..........................................................................................................39

Figura 31: Massa no cinzel de Casagrande com ranhura. ........................................................39

Figura 32: Após golpes, bordas da ranhura unidas...................................................................40

Figura 33: Bastão de argila com fissuras e suas partes.............................................................41

Figura 34: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes que determina o limite de liquidez

(LI) da amostra A. ....................................................................................................................42

Figura 35: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes, que determina o limite de liquidez

(LI) da amostra B......................................................................................................................42


(LI) da amostra C......................................................................................................................43


(LI) da amostra E......................................................................................................................43


(LI) da amostra F. .....................................................................................................................43

Figura 39: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes, que determina o limite de liquidez

(LI) da amostra G. ....................................................................................................................44

Figura 40: Gráfico comparativo do índice de plasticidade das seis amostras e dos seus

deslocamentos...........................................................................................................................46

Figura 41: Moinho de martelo ..................................................................................................47

Figura 42: Prensa semi-automática de marca Gabbrielli..........................................................49

Figura 43: Forno Brasimet (esq) - Vista interna do forno (dir). ..............................................50

Figura 44: Forno thermolyne 46100 (esq) – Vista interna do forno (dir).................................51

Figura 45: Estufa (110 ºC)........................................................................................................51

Figura 46: Dessecador ..............................................................................................................51

Figura 47: Balança eletrônica digital de prato..........................................................................52

Figura 48: Vista superior de um corpo de prova. .....................................................................54

Figura 49: Desenho esquemático utilizado no cálculo do volume aparente dos corpos de

prova. ........................................................................................................................................54

Figura 50: Desenho esquemático de uma balança hidrostática. ...............................................55

Figura 51: Balança hidrostática ................................................................................................57

Figura 52: Corpo de prova........................................................................................................59

Figura 53: Flexômetro para ensaio de ruptura dos corpos de prova.........................................62

Figura 54: Gráfico em colunas da umidificação das amostras A, B, C, E, F e G.....................63

Figura 55: Gráfico em coluna dos dois ciclos de prensagens média dos corpos de prova.......64

vi

Figura 56: Gráfico em coluna da massa especifica aparente média dos corpos de prova antes

da queima..................................................................................................................................65

Figura 57: Gráfico em coluna da massa específica aparente média dos corpos de prova

queimados.................................................................................................................................66

Figura 58: Gráfico em colunas da retração linear (%) antes da queima...................................67

Figura 59: Gráfico em colunas da retração linear (%) após a queima......................................68

Figura 60: Gráfico em colunas da perda de massa ao fogo (%) ...............................................70

Figura 61: Gráfico em colunas da absorção de água em %......................................................71

Figura 62: Gráfico em colunas da porosidade aparente ...........................................................73

Figura 63: Gráfico em colunas do módulo de ruptura à flexão. ...............................................74

Figura 64: Curva de gresificação da amostra A .......................................................................75

Figura 65: Curva de gresificação da amostra B........................................................................76

Figura 66: Curva de gresificação da amostra C........................................................................76

Figura 67: Curva de gresificação da amostra E.......................................................................76

Figura 68: Curva de gresificação da amostra F .......................................................................77

Figura 69: Curva de gresificação da amostra G ......................................................................77

vii

LISTA DE TABELAS

Tabela 1: Calor por unidade de massa, das curvas DSC, em J/g..............................................28

Tabela 2: Perda de massa em % das curvas TG. ......................................................................29

Tabela 3: Limites de plasticidade e liquidez das argilas ..........................................................45

Tabela 4: Umidade das amostras A, B, C, E, F e G. ................................................................63

Tabela 5: Ciclos de prensagens dos corpos de prova das amostras..........................................64

Tabela 6: Massa específica aparente dos corpos de prova antes da queima, expressas

em g/cm3. ..................................................................................................................................65

Tabela 7: Massa especifica aparente média dos corpos de prova após a queima, expressas em

g/cm3.........................................................................................................................................66

Tabela 8: Retração linear (%) antes da queima ........................................................................67

Tabela 9: Retração linear (%) após a queima ...........................................................................68

Tabela 10: Perda de massa ao fogo (%). .................................................................................69

Tabela 11: Absorção de água dos corpos de prova após as queimas expressas em %.............71

Tabela 12: Porosidade aparente (%) dos corpos de prova........................................................72

Tabela 13: MRF dos corpos de prova em kgf/cm2. ..................................................................74

Tabela 14: Variação da AA (%) baseada nas curvas de gresificação.......................................78

Tabela 15: Variação da RL (%) baseada nas curvas de gresificação. ......................................78

Tabela 16: Cores dos corpos de prova em função da temperatura de queima..........................79

Tabela 17: Valores-limite de referência adotados pelo Laboratório de Cerâmica do Instituto de

Pesquisas Tecnológicas de São Paulo. .....................................................................................80

Tabela 18: Especificação para enquadramento em Grupos de Absorção - NBR 13818 ..........81

viii

SUMÁRIO

CAPÍTULO 1

GEOLOGIA DAS CIDADES DE DOURADOS E PONTA PORÃ E REVISÃO SOBRE

ARGILA ....................................................................................................................................1

1.1 Introdução.........................................................................................................................1

1.2 Aspectos da Geologia Regional........................................................................................1

1.3 Aspectos da Indústria Cerâmica do Município de Ponta Porã .........................................3

1.4 Aspectos da indústria cerâmica do município de Dourados.............................................3

1.5 Coleta do material para estudo .........................................................................................5

1.6 Resumo do procedimento realizado .................................................................................6

1.7 Argilas ..............................................................................................................................7

1.7.1 Conceito e composição..............................................................................................7

1.7.2 Argilominerais ...........................................................................................................7

1.7.2.1 Definição ............................................................................................................7

1.7.2.2 Estrutura cristalina..............................................................................................9

1.7.3 Descrição da estrutura cristalina dos principais argilominerais e minerais de

argila .................................................................................................................................12

1.7.3.1 Caulinita e Haloisita .........................................................................................12

1.7.3.2 Sílica .................................................................................................................14

1.7.3.3 Quartzo .............................................................................................................14

1.7.4 Sistema Argila + Água ............................................................................................15

1.7.5 Plasticidade do Sistema Argila + Água ...................................................................17

1.7.6 Classificação dos tipos de argilas ............................................................................18

CAPÍTULO 2

ANÁLISE TÉRMICA ............................................................................................................20

2.1 Introdução.......................................................................................................................20

2.1.1 Análise Térmica Diferencial (DTA)........................................................................20

2.1.2 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)..........................................................21

2.1.3 Termogravimetria (TGA) ........................................................................................21

2.1.4 Análise Termomecânica (TMA)..............................................................................22

2.2 Materiais e Métodos .......................................................................................................23

ix

2.2.1 Análises Térmicas DSC – Calorimetria Exploratória Diferencial...........................24

2.2.2 Análises Térmicas TGA-Termogarvimetria............................................................24

2.2.3 Análises Térmicas DTA – Análise Térmica Diferencial.........................................25

2.2.4 Análises Térmicas TMA – Análise Termomecânica...............................................26

2.3 Resultados e Discussão...................................................................................................26

2.3.1 Curvas DSC – Calorimetria Exploratória Diferencial.............................................26

2.3.2 Curvas TGA – Termogravimetria ...........................................................................28

2.3.3 Curvas DTA – Ánalise Térmica Diferencial ..........................................................30

2.3.4 Curvas TMA – Análise Termomecânica .................................................................31

2.3.5 Curvas Simultâneas de DSC, TGA, DTA e TMA...................................................33

CAPÍTULO 3

ÍNDICE DE PLASTICIDADE (IP) ......................................................................................37

3.1 Introdução.......................................................................................................................37


3.2.1 Limite de Liquidez (LI) ...........................................................................................37

3.2.2 Limite de Plasticidade (LP) .....................................................................................40

3.2.3 Índice de Plasticidade de Atterberg (IP)..................................................................41

3.3 Resultado e Discussão ....................................................................................................42

CAPÍTULO 4

ENSAIOS FÍSICOS DE CARACTERIZAÇÃO .................................................................47


4.1.1 Preparação e umidificação das amostras antes das prensagens...............................47

4.1.2 Prensagem dos corpos de prova ..............................................................................48

4.1.3 Queima dos corpos de prova ...................................................................................50

4.1.4 Massa Específica Aparente (MEA) ou Densidade Aparente...................................52

4.1.4.1 Método Geométrico..........................................................................................52

4.1.4.2 Método da Balança Hidrostática.......................................................................55

4.1.5 Variação linear das dimensões dos corpos de prova ...............................................57

4.1.5.1 Retração linear após secagem em estufa (RLS%).............................................58

4.1.5.2 Retração linear após queima (RLQ%)...............................................................58

4.1.6 Determinação da perda de massa ao fogo (PF%) ....................................................59

4.1.7 Determinação da absorção de água (AA%).............................................................60

x

4.1.8 Determinação da porosidade aparente (PA%).........................................................61

4.1.9 Determinação do módulo de ruptura à flexão (MRF) .............................................61

4.2 Resultados e Discussão...................................................................................................63

4.2.1 Umidificação ...........................................................................................................63

4.2.2 Estágios de prensagens ............................................................................................64

4.2.3 Massa Específica Aparente (MEA) .........................................................................65

4.2.4 Variação linear das dimensões dos corpos de prova: Retração Linear (RL)...........67

4.2.5 Determinação da Perda de Massa ao Fogo (PF%). .................................................69

4.2.6 Determinação da Absorção de Água (AA%) ..........................................................71

4.2.7 Determinação da Porosidade Aparente (PA%) .......................................................72

4.2.8 Determinação do Módulo de Ruptura a Flexão (MRF)...........................................74

4.2.9 Curvas de Gresificação............................................................................................75

4.3 Indicativos de possíveis aplicações das argilas estudadas na produção de materiais

cerâmicos ..............................................................................................................................79

4.3.1 Indicativo de uso cerâmico através das cores de queima ........................................79

4.3.2 Indicativo de uma possível aplicação quanto ao uso como cerâmica......................80

4.3.3 Indicativo de uma possível aplicação quanto ao uso como placas cerâmicas para

revestimentos ....................................................................................................................81

CONCLUSÃO.........................................................................................................................82 REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS .................................................................................83

ANEXOS .................................................................................................................................85

xi

CAPÍTULO 1

GEOLOGIA DAS CIDADES DE DOURADOS E PONTA PORÃ E REVISÃO SOBRE

ARGILA

1.1 Introdução

A argila é um material natural, terroso, de granulação fina que geralmente adquire

certa plasticidade quando umedecido com água.

A importância de se estudar argila está baseada principalmente em dois fatores: ela é a

matéria-prima principal dos produtos cerâmicos e tem um vasto campo de emprego em outros

setores, como por exemplo, o desenvolvimento de argilas condutoras e isolantes para o setor

elétrico.

A busca de novas e importantes aplicações desse material, tão amplamente utilizado,

também se faz necessária.

A Universidade Federal de Mato Grosso do Sul desenvolve um projeto chamado Pró-

Cerâmica, que pretende fazer a caracterização e propriedades físicas das argilas encontradas

em Mato Grosso do Sul e regiões fronteiras. Em contribuição com o mesmo, o nosso trabalho

tem por objetivo fazer a caracterização de propriedades físicas das argilas encontradas na

região de Ponta Porã (fronteira) e região de Dourados.

Assim, buscamos contribuir com informações sobre a composição mineralógica e

comportamento físico dessas argilas, sendo que a argila de Ponta Porã é uma argila de morro,

e a argila de Dourados uma argila de várzea.

1.2 Aspectos da geologia regional

Toda porção oriental do Estado de Mato Grosso do Sul é constituída por rochas

sedimentares e vulcânicas da Bacia Sedimentar do Paraná e da Bacia Sedimentar de Bauru, as

quais sustentam relevo de planalto com bordas escarpadas para oeste denominadas Planalto

Maracaju – Campo Grande, também conhecida popularmente como serra de Maracaju.

O planalto Maracaju – Campo Grande, no seu patamar superior, que apresenta

altitudes médias de 400-500m, é sustentado por essa camada de basaltos maciços e

1

vesiculares da Formação Serra Geral (Bacia do Paraná). Tais rochas foram depositadas no

inicio do período Cretáceo e resultam de uma fase de intenso derramamento de lavas básicas

que se espalharam por praticamente toda porção centro-sudeste do continente sul-americano.

As alterações dessas rochas geraram solos lateríticos vermelhos e roxos, bastante férteis, nos

quais se desenvolve extensa atividade agrícola.

Sobrepondo as rochas basálticas e estendendo-se para leste até os limites do Estado do

Mato Grosso do Sul são encontradas rochas sedimentares essencialmente arenosas, atribuídas

ao Grupo Caiuá (Bacia Bauru, Cretáceo Superior), que foram geradas sob clima desértico. Por

esse motivo, as rochas sedimentares são compostas por arenitos feldspáticos e raros corpos

argilosos esmectíticos intercalados.

Formação Caiuá: arenitos finos e médios ortoquartzíticos, bem classificados, friáveis,

às vezes silificados, bem estratificados. Estratificação cruzada indicando origem eólica (1).

Figura 1: Mapa do Mato Grosso do Sul com destaque para as regiões de Dourados e Ponta Porã.

2

1.3 Aspectos da Indústria Cerâmica do Município de Ponta Porã

A indústria cerâmica em Ponta Porã é uma indústria em que, apesar dos fornos serem a

lenha já é bem automatizada, pois o material (argila) retirado do morro é todo mecanizado e

levado até um moinho tipo funil onde é triturado, caindo em uma esteira que o leva até a

maromba onde são feitos os tijolos e/ou telhas sendo e por fim levados aos fornos, com uma

temperatura de queima entre 860°C a 960°C, conforme a figura 2.

Figura 2: Painel do registro da temperatura dos fornos da olaria de Ponta Porã.

1.4 Aspectos da indústria cerâmica do município de Dourados

A olaria em Dourados é do tipo caipira, onde o processo é bem artesanal e totalmente

manual. Os processos de coletas são rudimentares e trabalhosos, demandando muito esforço e

dando pouco resultado. A argila é retirada manualmente com pás e recolhidas em um trator

com reboque. A modelagem das peças também é feita por instrumentos manuais, pois são

colocados em uma máquina na forma de uma roda conforme figuras 3, 4 e 5.

3

Figura 3: Vista superior da máquina de fabricação de tijolos maciços em Dourados.

Figura 4: Vista lateral da máquina de fabricação de tijolos maciços (esq.) e locais onde são colocados os tijolos

após fabricação (dir.) em Dourados.

Figura 5: Vista das argilas após serem coletadas em Dourados.

Depois de feitos os tijolos, esses são colocados em fornos manualmente. Tais fornos

são rústicos e sem nenhum tipo de controle de temperatura, o que se traduz por queimas

ineficientes. O conhecimento tecnológico para a produção de bens é mínimo, o que resulta na

fabricação apenas de tijolos maciços e não uniformes.

4

A matéria-prima da região onde está sendo retirada já é escassa. Fazendo-se a

cubicagem do terreno prevemos, pelo que é retirado ao dia, que essa matéria-prima terá uma

duração de 8 anos.

1.5 Coleta do material para estudo

O material para estudo foi coletado em dois municípios: Dourados em uma região de

várzea e Ponta Porã em uma região de morro, ambas no Estado de Mato Grosso do Sul.

Foram coletadas seis amostras de argilas: três em Ponta Porã, argilas A, B e C e três

em Dourados, argilas E, F e G.

• Argila avermelhada – será designada por amostra A

• Argila esbranquiçada – será designada por amostra B

• Argila avermelhada – será designada por C

• Argila cinzenta – será designada por E

• Argila preta – será designada por F

• Mistura de E com F – será designada por G

O material coletado foi armazenado em sacos plásticos e trazido até o laboratório de

cerâmica da Universidade Federal de Mato Grosso do Sul onde, através de ensaios próprios,

foram estudadas as características dessas argilas de ambas as cidades citadas.

5

1.6 Resumo do procedimento realizado

Figura 6: Representação esquemática (fluxograma) do trabalho realizado.

6

1.7 Argilas

1.7.1 Conceito e composição

Argilas são materiais naturais, terrosos e que apresentam plasticidade quando

umedecidos com água. Denomina-se plasticidade à capacidade que um material possui de

permanecer deformado sem haver rompimento mesmo após a retirada do agente causador da

deformação (1).

As argilas são constituídas por partículas cristalinas, de granulação fina, de um número

restrito de minerais conhecidos como "argilominerais". Quimicamente, os argilominerais são

formados essencialmente por silicatos hidratados de alumínio, ferro e magnésio, contendo

ainda certo teor de elementos alcalinos e alcalino-terrosos (1). Uma argila pode ser composta

por partículas de um argilomineral ou por uma mistura de argilominerais.

Além dos argilominerais, as argilas contêm outros materiais e minerais, tais como:

matéria orgânica, sais solúveis e partículas de quartzo, pirita, mica, calcita, dolomita e outros

minerais residuais, podendo conter ainda minerais não alcalinos ou amorfos (1).

As argilas são formadas como resultado do intemperismo, da ação hidrotermal ou de

materiais que se depositaram como sedimentos fluviais, marinhos, lacustres ou eólicos (2).

Alguns materiais argilosos não satisfazem a todas as especificações como, por

exemplo, é o caso das argilas tipo flint (flint-clays) que não apresentam plasticidade quando

misturadas com água, embora tenham outros atributos de argila.

Caulins, bentonitas, ball-clay, argilas refratárias, terras fuler são tipos especiais de

argilas que têm definições particulares, que podem apresentar variações, quer devido ao

emprego tecnológico da argila, quer devido à origem geológica ou à sua composição

mineralógica (2).

1.7.2 Argilominerais

1.7.2.1 Definição

Antes de definirmos com um maior rigor os argilominerais, vejamos as seguintes

definições:

7

a) Mineral. É um material inorgânico de ocorrência natural, com uma composição

química definida e com uma estrutura interna fixa dos átomos constituintes, portanto é um

material cristalino. Um material natural não-cristalino é chamado de Mineralóide(3).

b) Rocha. É um agregado, de ocorrência natural, de um ou mais minerais ou,

ocasionalmente, com inclusão de um vidro natural, de um material não-cristalino

(mineralóide) ou de material de origem orgânica (3).

Os argilominerais quimicamente, são silicatos de alumínio hidratados, contendo certos

tipos de elementos, como magnésio, ferro, cálcio, sódio, potássio, lítio e outros. Após

moagem, formam com água uma pasta mais ou menos plástica, que endurece após a secagem

ou após a queima (4). “Argilominerais cristalinos são silicatos hidratados de reticulado ou rede

cristalina em camada (lamelar) ou de estrutura fibrosa, constituída por folhas ou camadas

contínuas de tetraedros , ordenados em forma hexagonal, condensados com folhas ou

camadas; os argilominerais são essencialmente constituídos por partículas de pequenas

dimensões”

4SiO

(5) octaédricas.

Embora não exista uma divisão para a granulometria dos "argilominerais" ou minerais

de argila aceita universalmente, grande número de análises granulométricas realizadas nos

sedimentos argilosos mostraram que existe uma tendência geral dos argilominerais se

concentrarem na fração de diâmetro inferior a mµ2

m

. As mesmas análises também mostraram

que os argilominerais de maiores dimensões são facilmente degradados abaixo dessas

dimensões quando a argila é dispersa em água e que os não-argilominerais geralmente não se

encontram na fração de diâmetro inferior a µ2 . Assim, podemos dizer que a separação nas

frações acima e abaixo de mµ2 é a melhor maneira de separar os argilominerais dos não-

argilominerais (qualitativamente ou quantitativamente em certos casos) e, portanto essa é a

razão fundamental para se colocar mµ2 como limite superior de granulometria de fração

argila(2). Salientamos que o termo "material argiloso" pode ser aplicado a qualquer material

natural de granulometria fina e de textura terrosa ou argilácea, independente de sua

composição ser essencialmente de argilominerais (2).

8

1.7.2.2 Estrutura cristalina

Os princípios básicos da química estrutural e da cristaloquímica aplicam-se

integralmente ao campo dos argilominerais (6). Os grupos fundamentais com os quais são

construídos todos os tipos de estruturas cristalinas dos argilominerais conhecidos são grupos

tetraédricos e octaédricos de átomos ou íons de oxigênio e de íons hidroxila, ao redor de

pequenos cátions, principalmente , ocasionalmente , nos grupos

tetraédricos e , ocasionalmente Cr , nos

grupos octaédricos, geralmente com certo grau de substituição isomórfica.

++ 34 AleSi++ 43 ,, TiFe

++ 23 FeeFe++ ZnMn ,, 23+++ 223 ,, FeMgAl ++ Li,2

Os grupos tetraédricos estão ligados entre si para formar folhas hexagonais contínuas;

os grupos octaédricos também estão ligados hexagonalmente em folhas octaédricas; essas

folhas são usualmente chamadas tetraédricas e folhas octaédricas, respectivamente. O

empilhamento de uma folha tetraédrica com uma folha octaédrica forma uma camada 1: 1 (2).

Na folha tetraédrica da figura 7, três dos quatros oxigênios em cada tetraedro são

compartilhados com os tetraedros vizinhos, levando a uma relação . Essa

unidade estrutural denomina-se, algumas vezes, ‘‘folha de siloxana”.

4SiO

5:2: =OSi

Figura 7: a) tetraédrico ;b) folha em arranjo hexagonal de tetraedros. 4SiO

Na folha octaédrica da figura 8 temos íons hidroxila coordenados por íons magnésio,

formando a estrutura da brucita , ( ) .63 OHMg

9

Figura 8: a) unidade octaédrica; b) folhas de unidades octaédricas.

A folha da brucita consiste em duas camadas de íons hidroxila em empacotamento

hexagonal muito compacto com os íons magnésio ocupando os interstícios. A relação dos

raios entre o magnésio e a hidroxila é tal que a coordenação 6 da hidroxila em torno do

magnésio tem a máxima estabilidade. Os íons hidroxila podem ser considerados como

ocupando os vértices de um octaedro regular com íon magnésio em seu centro. A folha da

brucita pode ser imaginada, então, como constituída por esses octaedros tombados e

agrupados, de modo que sejam coplanares certas das faces (111). Os íons magnésio na folha

resultante formam um padrão hexagonal de anéis entrelaçados de tal modo que um íon

magnésio está no centro de cada anel de seis íons hidroxila. Os íons hidroxila são

compartilhados entre os octaedros adjacentes, de maneira que existem três íons magnésio para

cada octaedro de íons hidroxila. Em conseqüência, essa configuração recebe o nome de folha

trioctaédrico (figura 1.11), podendo acomodar íons bivalentes de tal tamanho que possam

entrar em coordenação seis com a hidroxila.

Outro grupo é constituído em torno de folhas semelhantes de íons hidroxila

coordenado pelos íons alumínio, na estrutura da gibsita, ( )62 OHAI . O alumínio, semelhante

ao magnésio, forma um poliedro estável de coordenação 6 com a hidroxila, entretanto, por

causa da carga mais elevada do íon alumínio, somente dois terços de íons alumínio podem

entrar na estrutura da folha. Conseqüentemente, embora os íons hidroxila formem folhas

10

duplas com empacotamento hexagonal muito compacto, nem todos os interstícios podem ser

ocupados. Os íons alumínio formam um padrão de anéis hexagonais em que a posição no

centro do anel não está ocupada, sendo a configuração denominada folha dioctaédrica (figura

9). Essa estrutura somente pode acomodar íons trivalentes de tamanho apropriados à

coordenação octaédrica com a hidroxila (7).

As estruturas dos argilominerais podem ser todas derivadas pela combinação da folha

de com qualquer das folhas de brucita ou gibsita. Como exemplo, mostramos na

figura 9 a estrutura de dois argilominerais: a antigorita ( + brucita) e a caulinita ( +

gibsita).

( 53OSi )

53OSi 53OSi

Figura 9: Representação esquemática da estrutura de argilominerais

11

1.7.3 Descrição da estrutura cristalina dos principais argilominerais e minerais de argila

1.7.3.1 Caulinita e Haloisita

A difração de raios-X revela que o espaçamento entre camadas estruturais

consecutivas é de 7,2 Å e cada camada é constituída pela associação de uma folha de

tetraedros e uma folha de octaedros 4SiO ( )62 OHAl , também chamada de folha de gibsita.

Em média num cristal de caulinita existem 40-50 camadas estruturais (8).

A ligação entre camadas estruturais adjacentes é feita por ligações de hidrogênio entre

átomos e grupos de OH de planos atômicos justapostos e, entre 500°C e 700°C todos

os OH são eliminados. A fórmula estrutural da cela unitária é a e a

composição percentual:

2−O −

2

( 81044 OHOSiAl

%

)

96,13%;50,39%;54,46 232 −−− OHOAlSiO . Praticamente não

existem substituições por cátions dentro da estrutura cristalina, a qual é eletricamente neutra;

os íons alumínio ocupam dois terços das posições octaédricas (dioctaédricas) para neutralizar

as cargas residuais dos silicatos(2).

As folhas tetraédricas e octaédricas são contínuas nas direções dos eixos

cristalográficos a e b e são empilhadas umas sobre as outras na direção do eixo cristalográfico

c(2).

A estrutura da cela unitária da caulinita é triclínica com os seguintes valores (9):

ao = 5,139 ± 0,014 Å; bo = 8,932 ± 0,016 Å, co = 7,371 ± 0,19 Å alfa = 91,6 ±0,20, beta = 104 ±0,20, gama = 89,9 ±0,10,

Numa caulinita do tipo denominada "bem cristalizada" (isto é, com ordem no eixo b)

existe um empilhamento regular das folhas unitárias. Os planos entre as camadas 1:1 são uns

planos de clivagem, mas essa clivagem não é fácil devido às ligações ou pontes de hidrogênio

entre as camadas, uma vez que existe um plano de íons hidroxila numa das faces da camada e

um plano de íons oxigênio na outra camada imediatamente abaixo, sem haver alterações

iônicas. Em todos os argilominerais, as camadas sucessivas estão de tal maneira que os íons

estão em pares, opostos um ao outro, de modo a formar uma ligação hidrogênio,

, que também recebe o nome especial de "ligação hidroxila”

12 −− OHeO

OOH − (2).

Na caulinita do tipo "bem cristalizada", os ângulos da cela unitária permitem uma

seqüência de empilhamento em que as unidades de caulinita se acham imediatamente umas

12

sobre as outras, isto é, regularmente ao longo do eixo b, mas estão deslocados de uma

distância ao longo do eixo a. Esse tipo de caulinita, bem ordenada e cristalizada, não é

comum. Micrografias eletrônicas mostram que a caulinita bem cristalizada é constituída por

lamelas ou placas de perfil hexagonal, que refletem o caráter pseudo-hexagonal da estrutura

da caulinita, devido ao arranjo hexagonal das unidades constituintes das folhas de silicatos e

de hidróxido de alumínio. A difração de raios-X de película orientada dessas placas mostra

que as faces hexagonais são os planos cristalográficos basais (001); a espessura das placas é

geralmente muito menor que o diâmetro das faces hexagonais; daí resulta a morfologia

anisométrica das partículas de caulinita

3/0a

(2).

Em muitos caulins sedimentares e argilas refratárias encontram-se um tipo de caulinita

que tem uma estrutura com uma distorção peculiar que consiste, principalmente de

deslocamentos ao acaso das camadas, paralelamente ao eixo b; deslocamentos esses que são

múltiplos inteiros deb : é o tipo chamado "caulinita com desordem ao longo do eixo b".

Nas partículas desse tipo de caulinita, o perfil hexagonal é geralmente menos nítido, porém

pode existir. As placas são menores e mais finas, apresentam tendência à clivagem basal: às

vezes, as placas são tão finas que apresentam tendência a enrolar nas bordas

3/0

(2).

A caulinita é de ocorrência ampla, sendo derivada por alteração dos silicatos de

alumínio, particularmente do feldspato. É encontrada misturada com feldspato nas rochas que

estão sofrendo alteração: em alguns lugares forma depósitos inteiros, onde essa alteração

prossegue até completar-se (7).

A haloisita tem uma estrutura cristalina semelhante à da caulinita, mas as camadas

sucessivas estão deslocadas de frações pequenas das dimensões da cela unitária, mais ou

menos ao acaso, ao longo das direções horizontais dos eixos a e b.

Existem duas formas de haloisita: uma forma de maior “hidratação, em que uma

camada monomolecular de água separa as camadas estruturais, e uma forma de menor

hidratação, que não possui essa camada de água”. A forma de menor hidratação tem o nome

de haloisita - ou meta-haloisita e a fórmula OH22 ( )81044 OHOSiAl

OH24

, idêntica à caulinita; a

forma de maior hidratação tem o nome de haloisita - ou enderita: a fórmula estrutural é

, havendo, pois, quatro moléculas de água interlamelar por cela unitária de

haloisita - ou enderita. Não existem substituições isomórficas e a estrutura cristalina é

eletricamente neutra

O

O2

HOSiAl 21044 4.

H4(2).

13

1.7.3.2 Sílica

Sílica (Si02) é um dos minerais mais puros que se encontra em abundância na crosta

terrestre. As três formas principais de sílica são quartzo, tridimita e cristobalita, porém outras

formas são encontradas na natureza, tais como, sílica vítrea, formas criptocristalinas, sílicas

hidratadas e diatomitas (10). Em cada caso a estrutura é formada por tetraedros de , que

estão unidos por compartilhação dos seus vértices com outro tetraedro. No esqueleto

tridimensional assim formado, todos os silícios têm quatro oxigênios e cada oxigênio tem dois

silícios como vizinhos mais próximos. Cada uma dessas formas cristalinas pode ser

transformada na outra, unicamente mediante o rompimento das ligações silício-oxigênio e o

re-arranjo dos tetraedros em um novo padrão. A transformação de um tipo no outro é,

conseqüentemente, um processo lento, e todos podem existir e de maneira metaestável na

presença uns dos outros

4SiO

(7).

Cada tipo de estrutura tem, contudo, modificações de baixa e alta temperatura, que

diferem umas das outras somente no comprimento ou na direção das ligações unindo os íons

de silício e de oxigênio. Portanto essas transformações ocorrem rapidamente e de maneira

reversível em uma temperatura de inversão razoavelmente constante e nitidamente definida,

podendo ser repetidas indefinidamente sem desintegração física do cristal. As formas de baixa

e alta temperatura recebem o nome de polimorfos βα e , respectivamente (7). A forma de

baixa temperatura tem, em geral, um menor volume específico da cela e uma simetria mais

baixa do que a forma de temperatura mais alta. Mas a alteração no volume da cela e na

simetria é menor do que na transformação de um dos tipos principais no outro (7).

1.7.3.3 Quartzo

A estrutura atômica do quartzo é constituída de um retículo tridimensional de

tetraedros de SiO4 (Si 46,7% e O 53,3%) ligados numa estrutura compacta, o que está de

acordo com sua elevada densidade. Os vazios abertos na estrutura são tão pequenos que

outros átomos não podem entrar o que contribui para elevada pureza dos cristais.

O quartzo é um constituinte importante de algumas rochas ígneas. È encontrado na

maioria das rochas metamórficas, compreendendo a maior parte dos arenitos e ocorrendo em

menor quantidade em argilas e folhelhos. Quartzo, na forma pura, é geralmente encontrado

em veios estendendo-se através de outras rochas. È o mineral “acessório” mais freqüente nas

14

argilas cerâmicas (21).

A transformação do quartzo α para o quartzo ß é apenas uma mudança de ângulos de

ligação entre os tetraedros vizinhos com o conseqüente ajuste de distâncias interatômicas e

ocorre em torno de 575°C (22).

Para a indústria cerâmica é muito importante a variação de volume ocorrida por esta

rápida inversão do quartzo α ↔ quartzo ß, pois a rapidez da transformação pode ocasionar

ruptura, trincas ou tensões nos materiais que contem quartzo.

1.7.4 Sistema argila + água

As propriedades mais importantes das argilas são: plasticidade, resistência mecânica a

verde (úmido) e seco, retração linear de secagem, compactação, tixotropia e viscosidade de

barbotinas aquosas (barbotinas = slips = dispersões coloidais). Tais propriedades, as argilas

desenvolvem na presença da água. Por isso, é necessário um conceito preciso do que é o

sistema argila + água para se ter uma compreensão satisfatória dessas propriedades, o que

levou a um estudo intensivo da natureza e do caráter da água absorvida nas superfícies das

partículas dos argilominerais (2). Tal água tem propriedades diferentes da água líquida (11).

Notou-se que essa água possui moléculas organizadas em uma espécie de estrutura rígida, a

partir da superfície dos argilominerais, a qual depende da natureza do argilomineral e da

natureza dos ânions e cátions adsorvidos na superfície do mesmo. A seguir apresentaremos a

idéia moderna sobre a constituição do sistema coloidal argila + água (2).

Em seu estado natural os solos e argilas contêm água nos vazios existentes entre as

partículas dos argilominerais constituintes, adsorvidas na superfície dessas partículas na forma

de oxidrilas ou hidroxilas (grupos ). Existe uma considerável evidência experimental

indicando que a água adsorvida e imediatamente adjacente à superfície externa das partículas

dos argilominerais, em particular nas superfícies paralelas aos planos basais dos cristais, é

constituída por moléculas "orientadas" de água, essa água não tem as mesmas propriedades da

água líquida comum, ela tem propriedades mais próximas às do gelo. Ainda não foi possível

estabelecer experimentalmente de maneira clara, a distribuição estrutural dessa água

orientada; a espessura da camada de água não líquida ou rígida pode ser de três ou mais

moléculas e a transição entre a água não líquida e a água líquida pode ser brusca ou gradual.

A estabilidade e a espessura dessas camadas de água, rígidas e orientadas, dependem da

natureza da superfície, da estrutura cristalina do argilomineral, da natureza dos cátions e dos

−OH

15

ânions adsorvidos e, provavelmente, de outros fatores específicos, tais como "matéria

orgânica” (2).

Essa água descrita anteriormente é a água que fica retida nos argilominerais em

temperaturas relativamente baixas, podendo ser eliminada pelo aquecimento entre 100°C e

150°C(a água de hidroxila só é eliminada em temperatura superior a 300°C).

Podemos classificar em três categorias essa água que pode ser eliminada em

temperaturas baixas, segundo sua relação com o tipo e a estrutura dos argilominerais

presentes:

a) A água líquida nos poros, nas superfícies e em volta das arestas das partículas dos

argilominerais e outros minerais da argila;

b) No caso das vermiculitas, esmectitas (e minerais de camadas interestratificadas

dessa estruturas) e da forma hidratada da haloisita, a água se encontra intercalada (interlyer)

entre as camadas que definem a estrutura cristalina desses filossilicatos (essa é a água que

causa o inchamento ou expansão basal do plano (001) da montmorilonita, por causar um

aumento da distância interplanar basal);

c) No caso dos argilominerais sepiolita-poligorsquita, a água se encontra dentro dos

canais tubulares existentes entre as unidades estruturais fibrilares; esse tipo de água é

denominada água zeólítica pelos autores franceses, devido à semelhança estrutural e

propriedades com a água existente nas zeólitas (12).

A água do tipo (a) geralmente requer muito pouca energia para ser retirada e uma

secagem pouca acima da temperatura ambiente é suficiente para praticamente a sua total

eliminação (14). As águas do tipo (b) e (c) requerem para a sua total eliminação quantidades

diferentes de energia. No caso da forma hidratada da haloisita, a secagem à temperatura

ambiente ou a vácuo é suficiente para a remoção de quase toda a água intercalada entre as

camadas (interlayer water), mas serão necessárias temperaturas mais elevadas para a sua

completa remoção. No caso dos argilominerais vermiculíticos e esmectíticos são necessárias

temperaturas da ordem de 200°C a 300°C para a remoção quase total da água intercalada

entre as camadas; a 100°C a água é eliminada em certo tempo, enquanto que, em temperaturas

mais elevadas sua eliminação é mais rápida.

No caso da haloisita, a perda da água intercalada é irreversível e o argilomineral não é

regenerado ao ser colocado em um ambiente úmido. Já as vermiculitas e montmorilonitas se

regeneram (reidratação) com facilidade, se houver perda completa da água intercalada entre as

camadas, especialmente se os íons estão presentes ++ OHeK 3(2).

16

A água dos canais dos argilominerais do grupo da sepiolita-paligorsquita é eliminada

em temperatura da mesma ordem de grandeza da água intercalada entre as camadas estruturais

dos argilominerais montmoriloníticas. Podemos ter desidratação reversível em temperaturas

não muito acima da ambiente (2).

1.7.5 Plasticidade do sistema argila + água

Plasticidade é a propriedade que se manifesta na formação sem ruptura de uma massa

feita com argila e água, pela aplicação de uma força que mantenha essa deformação mesmo

quando a força aplicada é retirada (8).

O tratamento de uma argila com sais solúveis para mudar os cátions trocáveis

adsorvidos alteram a plasticidade do sistema argila + água, a força de interação ou de ligação

entre as partículas é alterada e a natureza da água adsorvida na superfície das partículas dos

argilominerais pode ser modificada (2).

Plasticidade em argilas é essencialmente resultante da ação lubrificante da água entre

as partículas anisométricas lamelares e as forças de atração entre partículas de argilominerais.

A plasticidade se desenvolve quando a argila tem água suficiente para cobrir toda a superfície

acessível dos argilominerais com uma película de água rígida, que não é líquida e um pouco

de água líquida, não orientada, que age como meio lubrificante proporcionando o

deslizamento de uma placa sobre a outra. Quando uma tensão tangencial for aplicada, a

percentagem dessas águas em relação à massa seca expressa o limite de plasticidade de

Atterberg.

As condições para um sistema apresentar plasticidade são os seguintes (13):

a) A plasticidade de minerais finamente moídos em presença de água é devida à

presença de filmes estáveis de água na superfície das partículas;

b) Minerais com clivagens definidas têm maior plasticidade do que os que não as têm,

pois as superfícies clivadas facilitam a epitaxia (orientação) das moléculas de água. Os

minerais de morfologia lamelar são mais plásticos que os que têm clivagem perfeita em outro

hábito cristalino;

c) Os argilominerais são os mais plásticos dos minerais de morfologia lamelar (2). A

Caulinita só apresenta plasticidade quando a área específica das partículas fica superior a

de argila, sendo assim, a plasticidade está diretamente correlacionada com a

granulometria das partículas: quanto maior for a plasticidade menor a granulometria das

gm /180 2

17

partículas; como a diminuição da granulometria aumenta a área específica, é possível

estabelecer uma relação matemática entre a plasticidade e a área específica (13).

Em mecânica dos solos, a plasticidade costuma ser avaliada por meio dos limites de

Atterberg, limite de plasticidade, limite de liquidez e índice de plasticidade.

1.7.6 Classificação dos tipos de argilas

A complexidade e variedade das argilas se devem à variação qualitativa e quantitativa

dos minerais argilosos e dos minerais não argilosos, à variação da distribuição dimensional

das partículas e às suas características texturais. São esses fatores que dificultam a

classificação das argilas e conduzem à idéia de que não existem duas argilas iguais.

Argilas residuais ou primárias. Quando ocorrem no lugar em que se formam a partir

de uma rocha mãe (magmática, metamórfica ou sedimentar).

Argilas sedimentares ou secundárias. Quando ocorrem a distância maior ou menor

do local de formação a partir de uma rocha mãe (magmática, metamórfica ou sedimentar).

Argila comum. É a argila mais abundante, utilizada na fabricação de produtos

cerâmicos. Essa argila faz parte de depósitos sedimentares, geralmente do terciário ou

quaternário, de origens diversas: glacial, eólica, fluvial ou marinha. Pela utilização comercial

a argila comum compreende dois tipos principais de argila: argila para olaria ou «pottery

clay» (cerâmica de barro) e argila para tijolo ou «brick clay».

Argila para olaria ou «pottery clay», utilizada particularmente em cerâmicas

ornamentais de terracota é uma argila plástica de fácil moldagem no torno dos oleiros. É uma

argila que possui cores variadas, cinzento, cinzento esverdeado, castanho ou castanho

avermelhado. A sua composição pode conter quartzo, feldspato, mica (moscovita e biotita),

óxidos, hidróxidos de ferro (hematita, lepidocrocita e goetita), pirita, carbonatos (calcita e

dolomita, geralmente em baixos teores), caulinita, ilita, montmorilonita (pouco abundante),

clorita (pouco abundante) vermiculita e interestratificados. A argila de olaria possui baixos

teores de e médios e baixos teores de ( %25%1532 −OAl ) ( )%1032 <OFe e ao ser queimada

proporciona corpos cerâmicos de cores variadas desde o cinzento ao amarelo-ocre, castanho

ou vermelho, cores que dependem dos minerais presentes como, ferro, titânio e manganês e

ainda da atmosfera de queima. Na queima, essa argila apresenta uma região de vitrificação

pouco ampla, entre 1000°-1100°C, e uma fusão acentuada entre 1150°-1330°C. O ponto de

18

fusão baixa a relação MgOCaOOKOFeOAl +++ 23232 /

MgOCaO

. Quando queimados até um estado

de vitrificação incipiente são avermelhados. Mas, se a queima ultrapassar esse estado, a cor

escurece um pouco. Altos teores em + favorecem uma cor amarelo-ocre. Alguma

argila é calcária, podendo classificar-se como magra; queimada a temperaturas de 1000°-

1100°C tem cor amarelo-ocre. A cor vermelha dessa argila só persiste se os corpos forem

queimados em temperaturas abaixo de 950°C(8).

A argila para tijolo ou «brick clay» é uma argila grosseira, possuindo grande

quantidade de silte e areia e que tem cores variadas: preto, cinzento, vermelho, castanho,

amarelo ou verde.

A argila para tijolo possui baixo teor da fração argila, mas suficiente para permitir o

desenvolvimento da plasticidade necessária para a composição dos corpos cerâmicos, sendo

que essa plasticidade cresce com a relação minerais argilosos/minerais não argilosos. A argila

para tijolo é utilizada em cerâmicas vermelha ou estrutural, na fabricação de materiais de

construção aplicados em engenharia civil, tais como: tijolo maciço, tijolo furado, telha e

ladrilhos de piso. Na sua composição pode conter: quartzo, mica, fragmentos de rocha,

carbonatos (calcitas, dolomitas) em grão ou concreções, sulfatos (gesso), sulfuretos (pirita,

marcassita), óxidos e hidróxidos de ferro (hematita, goetita e limonita), matéria carbonácea,

caulinita, ilita, montmorilonita, clorita e interestratificado. A argila para tijolo é queimada em

atmosfera oxidante a uma temperatura em regra não superior a 950 C° e os corpos cerâmicos

depois de queimados apresentam cor vermelha. Todavia se a argila for calcária, a cor

vermelha que naturalmente seria devido ao ferro é atenuada fortemente por efeito do ,

resultando uma cor acastanhada

CaO (8).

19

CAPÍTULO 2

ANÁLISE TÉRMICA

2.1 Introdução

A análise térmica tem sido largamente utilizada pelas indústrias de cerâmica no

controle de qualidade, pesquisa e desenvolvimento (24).

O conjunto de técnicas que permitem medir as mudanças das propriedades físicas ou

químicas de uma substância ou material em função da temperatura é denominado Análise

Térmica.

Neste trabalho, utilizamos as seguintes técnicas:

- DTA: Análise Térmica Diferencial

- DSC: Calorimetria Exploratória Diferencial

- TG: Termogravimetria

- TMA: Análise Termomecânica

2.1.1 Análise Térmica Diferencial (DTA)

A análise térmica diferencial (DTA) é uma técnica que consiste no aquecimento de

uma amostra em velocidade constante juntamente com uma substância termicamente inerte

(material de referência). Essas medições registram a diferença entre a temperatura do material

de referência Tr e a da amostra Ts ( )TsTrT −=∆ em função da temperatura ou do tempo. O

aquecimento e o resfriamento são sempre feitos em ritmo linear

= cte

dtdT .

As curvas do DTA revelam mudanças de energia que ocorrem num material durante o

seu aquecimento ou resfriamento (arrefecimento). As mudanças de energia podem resultar de

quatro causas principais: transições de fases (fusão, ebulição, sublimação, solidificação,

inversões de estrutura cristalina), decomposições no estado sólido, reações com um gás ativo

como o oxigênio (reações geralmente de superfície) e transições de 2ª ordem (mudanças de

entropia sem mudanças de entalpia) (8).

Os perfis das curvas DTA são funções da estrutura cristalina e da composição química

do material, sendo que cada substância corresponde a uma curva DTA específica, a qual pode

20

revelar pequenas variações cristaloquímicas tais como O–D estrutural e substituições

isomórficas (8).

A utilização do DTA como método de diagnose no caso de argilas com vários

componentes, argilosos ou não, pode ser restrita. Mas em certos casos, para a identificação de

componentes fracamente cristalinos ou não cristalinos de matéria orgânica existente em

argilas, a análise térmica diferencial é mais importante do que a difração de raios-X(8).

2.1.2 Calorimetria Exploratória Diferencial (DSC)

Calorimetria exploratória diferencial (DSC) é uma técnica que mede diretamente a

variação de energia na amostra, sendo mais adequada que os DTA para medições

quantitativas do calor de reação e transição, calor específico, etc. Suas medidas podem ser

feitas isotermicamente ou em razões de aquecimento muito baixo sem perda de

sensibilidade.(16).

Em uma curva típica DSC, a área do pico (extensão hipotética da linha de base) é

proporcional à energia de aquecimento exigido para a reação. Sujeito a condições de pressão

constante, a energia de aquecimento fornecida para a amostra geralmente ajusta-se ao

aumento da entalpia da amostra. Conseqüentemente, no DSC em que a medição é feita a 1atm

de pressão, transições de fases primárias semelhantes à fusão à cristalização ou como

fenômenos acompanhados por variação descontínua de entalpia (como em relação à

temperatura) são dados como um pico cuja área corresponde à variação de entalpia (17).

2.1.3 Termogravimetria (TGA)

A análise termogravimétrica consiste no aquecimento da amostra em velocidade

constante em ligação com uma balança, o que permite o registro das variações de massa em

função do tempo ou da temperatura (18).

As curvas de variação de massa (em geral perda, mais raramente ganho) em função da

temperatura obtida, permitem tirar conclusões sobre a estabilidade térmica da amostra, sobre a

composição e a estabilidade dos compostos intermediários e sobre a composição do

resíduo(18).

Os componentes fundamentais das termobalanças modernas são: balança registradora,

21

forno, suporte de amostra e sensor de temperatura, programador do forno, sistema registrador

e controle de atmosfera do forno (18).

A temperatura do forno e/ou da amostra é determinada por meio de um sensor

termoelétrico, ou mais raramente através de um termômetro de resistência. O sensor deve

estar mais próximo possível da amostra (18).

2.1.4 Análise Termomecânica (TMA)

A análise termomecânica é um método analítico que monitora as mudanças

dimensionais sofridas por um corpo de prova quando aquecido progressivamente.

A dilatometria é própria para estudos de materiais cerâmicos em geral e para estudos

de corpos cerâmicos argilosos ou de matérias-primas argilosas em particular.

As curvas dilatométricas mostram claramente as variações dimensionais que ocorrem

numa amostra, variações relacionadas com o coeficiente de dilatação ou com alguns dos

seguintes fenômenos:

• Eliminação de alguns constituintes podendo originar produtos gasosos;

• Reações e transformações cristaloquímicas;

• Sinterização;

• Formação de uma fase vítrea ou líquida.

O estudo dilatométrico proporciona informações sobre as dimensões convenientes que

o corpo cerâmico deve possuir inicialmente a fim de se obter um produto final com as

dimensões desejáveis. Permite também determinar a ocorrência de fissuras, deformações ou

tensões residuais. Permite ainda realizar estudos cinéticos de certas transformações, se a

temperatura for mantida constante e o registro dilatométrico funcionar com o tempo (8).

A expansão (dilatação) que normalmente ocorre durante o aquecimento de um

material é decorrência do aumento nas vibrações térmicas dos átomos (32). Quando a

temperatura de um corpo eleva-se de um valor T a um outro valor TT ∆+ , suas dimensões

sofrem um aumento em todas as direções, portanto, amplia simultaneamente sua área e seu

volume. Esse aumento dimensional é característico de cada material e expresso por um fator

que depende da temperatura, denominado coeficiente de dilatação. Esse coeficiente pode se

referir ao aumento de uma só dimensão (coeficiente de dilatação linear α ), de duas

dimensões (coeficiente de dilatação superficial β ) e de todas as dimensões ( coeficiente de

22

dilatação volumétrico γ ).

α

O coeficiente de dilatação médio entre as temperaturas T Te ∆ é dado por:

TLL

∆∆

=.

α

A unidade de é 1 denominado grau Celsius recíproco, ou ainda

e pode ser definido como uma variação fracionária do comprimento por grau

de variação na temperatura.

1/ −°° CouC11 −−° KouF

Uma observação mais precisa mostra que o coeficiente de dilatação linear α , de um

modo geral, aumenta ligeiramente com a temperatura, seu valor real a uma determinada

temperatura é dado pela tangente à curva de dilatação nesse ponto:

dTLdL.

=α

Para analisar a dilatação superficial e volumétrica, considera-se respectivamente a

dilatação linear em duas dimensões da superfície e a dilatação linear em três dimensões, de

forma aproximada pode-se dizer que γβα 32 == .

Desde que não ocorram mudanças estruturais, a variação dimensional de um material

em função da temperatura é praticamente linear, mas se durante seu aquecimento ocorrer

algumas transformações, essas aparecem na curva dilatométrica como uma mudança de

inclinação. Essa variação dimensional mudará em resposta à carga aplicada na amostra.

Assim, a variação deve ser medida em função da temperatura, do tempo e carga (22).

2.2 Materiais e Métodos

Nos itens abaixo apresentaremos os materiais e métodos utilizados nas análises

térmicas DSC, TGA, DTA E TMA das amostras de argila coletadas na região de Ponta Porã

(amostras A, B e C) e da região de Dourados (amostras E, F e G). As amostras foram moídas

a seco até uma granulosidade passante em uma peneira USS 100 (abertura 150 mµ ).

23

2.2.1 Análises Térmicas DSC – Calorimetria Exploratória Diferencial

As análises do DSC foram feitas no laboratório de análise térmica da UFMS de

Campo Grande MS, com as seguintes condições de ensaio:

Equipamento: DSC 50 da Shimadzu

Atmosfera: Ar

Fluxo de ar: 20ml/min

Razão de aquecimento: 10°C/min

Temperatura máxima: 650°C

Massa da amostra: 30 mg

Porta amostra: Cadinho de alumina

Figura 10: Equipamento: DSC 50 da Shimadzu

Observação: A amostra foi colocada no cadinho com uma espátula sem ser compactada.

2.2.2 Análises Térmicas TGA-Termogravimetria

As análises TGA foram feitas no laboratório de análise térmica da UFMS de Campo

Grande-MS, usando-se um aparelho que se baseia no princípio da “balança do nulo”, com

amostra e massa de referência localizada em lados opostos de travessão. Ele opera

continuamente em equilíbrio, pois os eventuais deslocamentos do travessão são detectados

por meio de um arranjo feixe luminoso-anteparo-fotosensor e o equilíbrio restabelecido

através da força de um motor de torque magnético (18). As condições de ensaio foram as

seguintes:

Equipamento: TGA-50 da Shimadzu

Atmosfera: Ar




Massa da amostra: 30mg

Porta amostra: Cadinho de alumina

Figura 11: Equipamento TGA-50 da Shimadzu

Observação: A amostra foi colocada no cadinho com uma espátula sem ser compactada.

24

2.2.3 Análises Térmicas DTA – Análise Térmica Diferencial

A técnica do DTA, utilizada nos dias de hoje é a seguinte: coloca-se em um forno

aquecido eletricamente um bloco dotado de duas cavidades (câmara ou células) idênticas e

simétricas, ou um suporte com duas bases, como no equipamento que utilizamos. Em cada

uma dessas bases, coloca-se a junção de um termopar; a amostra é colocada em uma das bases

e a substância termicamente inerte na outra com capacidade térmica semelhante à da amostra.

Amostra e material de referência são aquecidos linearmente e a diferença de temperatura entre

ambos é registrada em função da temperatura ou do temposr TTT −=∆ (24).

As análises DTA foram feitas no Laboratório de análise térmica da UFMS de Campo

Grande-MS, com as seguintes condições de ensaio:

Equipamento: DTA 50H da Shimadzu

Atmosfera: ar




Massa da amostra: 30 mg tarugo com

aproximadamente 3mm de diâmetro

e 6mm de comprimento

Porta Amostra: cadinho de alumina

Figura 12: Equipamento DTA 50H da Shimadzu

25

2.2.4 Análises Térmicas TMA – Análise Termomecânica

As análises TMA foram feitas no laboratório de análise térmica da UFMS de Campo

Grande-MS, com as seguintes condições de ensaio:

Equipamento: TMA - 50H da Shimadzu

Atmosfera: ar




Tamanho da amostra: tarugo com

aproximadamente 3mm de diâmetro

e 6mm de comprimento.

Figura 13: Equipamento TMA - 50H da Shimadzu

Observação: Essas amostras foram colocadas entre 2 placas de alumina.Essas placas são do

mesmo material do suporte de amostra e foram utilizadas para evitar a aderência da amostra

ao equipamento em altas temperaturas.

2.3 Resultados e Discussão

2.3.1 Curvas DSC – Calorimetria Exploratória Diferencial

No caso das amostras estudadas A, B, C, E, F, G, obtivemos os seguintes resultados,

apresentados nas figuras 14 e 15.

Figura 14: Curvas do DSC das amostras A, B e C.

26

Figura 15: Curvas do DSC das amostras E, F e G

Pelas curvas DSC das figuras 14 e 15, levando-se em conta os intervalos aproximados

de temperatura descritos abaixo, notaram-se:

• Reações endotérmicas em todas as amostras entre 15°C e 110°C, evidenciando-se

a presença de água livre sendo em maiores proporções nas amostras G, F, B, A e em menores

proporções para as amostras C e E.

• Reações exotérmicas entre 250°Ce 400°C, bem evidenciadas nas amostras F e G,

devido à presença de matéria orgânica e sulfetos cuja maior presença ocorre na amostra F. Já

nas amostras A, B e C evidenciou-se a presença de pouca matéria orgânica e sulfeto nas

temperaturas indicadas.

• Reações endotérmicas entre 450°C e 520°C em todas as amostras devido a

desidroxilação dos argilominerais, sendo em menor quantidade na amostra C.

• Reações endotérmicas nas amostras A, B, C e E em torno de 575°C, evidenciando-

se a transição do quartzo livre, que muda sua estrutura cristalina da fase α para a fase β .

27

Tabela 1: Calor por unidade de massa, das curvas DSC,( J/g).

Amostra

Calor de

reação Agua

livre

Calor de reação

Matéria Orgânica e Sulfetos

Calor de reação

Desidroxilação

Calor de reação

Quartzo

A -71,7 7,5 -8,2 -1,54

B -83,7 8,9 -4,7 -1,16

C -48,7 7,1 -3,2 -0,81

E -28,9 54,7 -3,5 -0,29

F -84,3 270,0 -44,6 -0,02

G -110,0 210,0 -49,0 -0,09

2.3.2 Curvas TGA – Termogravimetria

Em uma curva TGA temos a perda percentual de massa de uma amostra em função do

aumento de temperatura.

No caso das amostras estudadas A, B, C, E, F e G, obtivemos os seguintes resultados,

apresentados nas figuras 16 e 17.

Figura 16: Curva do TGA das amostras A, B e C.

28

Figura 17: Curva do TGA das amostras E, F e G.

Pelas curvas TGA das figuras 16 e 17, levando-se em conta os intervalos aproximados

de temperatura descritos abaixo, notaram-se:

• Perda de massa em todas as amostras entre 15°C e 110°C, evidenciando-se a

presença de água livre em maiores proporções para as amostras F, A e G e em menores

proporções para a amostra C.

• Perda de massa nas amostras E, F e G entre 230°C e 400°C, nas amostras A, B e C

entre 400°C e 600°C, devido à matéria orgânica e aos sulfetos.

Tabela 2: Perda de massa (%) das curvas TG.

Amostras Água Livre Matéria Orgânica e Sulfetos Desidroxilação

A 7,6 0,3 0,92

B 4,3 0,2 0,50

C 3,5 0,3 0,84

E 4,5 2,9 0,46

F 8,5 10,1 2,19

G 7,4 5,7 1,11

29

2.3.3 Curvas DTA – Ánalise Térmica Diferencial

As curvas do DTA foram utilizadas para temperaturas acima de 700°C no estudo das

reações endotérmicas e exotérmicas, pois o DSC referido não alcança essas temperaturas.

No caso das amostras estudadas A, B, C, E, F e G, obtivemos resultados como

mostrado nas figuras 18 e 19.

Figura 18: Curvas do DTA das amostras A, B e C.

Figura 19: Curvas do DTA das amostras E, F e G.

30

Pelas curvas DTA das figuras 18 e 19, notaram-se:

• Reação Exotérmica nas amostras E, F e G, em torno de 920°C, com maior

evidência na amostra F. Nas amostras A, B e C em torno de 1010°C; mais evidenciada na

amostra B. Esses processos são devidos provavelmente a recristalização.

• Nas temperaturas abaixo de 700°C, os picos observados no DTA reforçam os já

analisados anteriormente do DSC.

2.3.4 Curvas TMA – Análise Termomecânica

Em uma curva TMA temos as variações dimensionais de uma amostra quando

aquecida continuamente.

No caso das amostras estudadas A, B, C, E, F e G, obtivemos os seguintes resultados,

dados nas figuras 20 e 21.

Figura 20: Curvas do TMA das amostras A, B e C.

31

Figura 21: Curvas do TMA das amostras E, F e G.

Pelas curvas (TMA) das figuras 20 e 21, temos o resultado da variação da dimensão

das amostras com a temperatura:

• Contração inicial em todas as amostras, o que evidencia a perda de água livre, para

as amostras A, B, C, E, ocorre até cerca de 110°C, sendo para F e G até 130°C.

• Após essas temperaturas ocorre uma dilatação para as amostras A, B, C e E até

cerca de 575°C, sendo para F e G até 450°C, isso devido à perda de matéria orgânica e

sulfetos.

• Entre 600°C e 960°C todas as amostras sofrem pequenas contrações, sendo que a

partir de 960°C é que ocorre uma contração mais acentuada devida à destruição da estrutura

cristalina dos argilominerais.

• Contração em torno de 950°C para todas as amostras, devido à recristalização dos

argilominerais.

• A partir de 1150°C inicia-se nova contração em todas as amostras, devida

provavelmente à formação de novas fases cristalinas, sinterização e formação da fase vítrea.

32

2.3.5 Curvas Simultâneas de DSC, TGA, DTA e TMA

Nas figuras 22-27, apresentamos os resultados da superposição das curvas DSC, TGA,

DTA e TMA das amostras A, B, C, E, F e G.

Figura 22: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra A.

Figura 23: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra B.

33

Figura 24: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra C.

Figura 25: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra E.

34

Figura 26: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra F.

Figura 27: Curvas simultâneas DSC, TGA, DTA e TMA da amostra G.

Pela superposição das curvas, levando-se em conta os intervalos aproximados de

temperatura descritos anteriormente nos itens 2.3.1 (DSC), 2.3.2 (TGA), 2.3.3 (DTA) e 2.3.4

(TMA), notaram-se:

35

• Reações endotérmicas que indicam a perda de água livre entre 15°C e 110°C,

evidenciadas pelas curvas DSC e DTA. Também identificadas com perda de massa nas curvas

TGA e com contrações nas curvas TMA, para todas as amostras.

• Reações exotérmicas que indicam a combustão de matéria orgânica e sulfetos entre

250°C e 400°C indicadas pelas curvas do DSC e DTA, também identificadas com perda de

massa nas curvas TGA para todas as amostras, porém menos evidenciadas nas amostras A, B,

e C. Os fortes picos nas curvas DSC e DTA (entre 380º e 400º) relativos às amostras E, F e G

indicam a presença de sulfetos.

• Reações endotérmicas que indicam a desidroxilação dos argilominerais, em torno

de 450°C a 520°C, evidenciadas pelas curvas DSC e DTA. Também identificadas com perda

de massa nas curvas TGA.

• Reações endotérmicas que indicam a transição do quartzo livre, que muda sua

estrutura cristalina da fase α para a fase β em torno de 575°C, evidenciadas pelas curvas

DSC e DTA e por dilatações nas curvas do TMA.

• A partir de 1150°C, as curvas TMA indicam contrações acentuadas para todas as

amostras. Isso se deve provavelmente à formação de novas fases cristalinas, sinterização e

formação da fase vítrea.

36

CAPÍTULO 3

ÍNDICE DE PLASTICIDADE (IP)

3.1 Introdução

No estudo do índice de plasticidade, é necessário conhecer os limites de consistência

de um material. Os limites de consistência foram introduzidos para caracterizar um material

argiloso quanto à plasticidade. Os limites de consistência são teores de umidade que separam

dois estados de consistência de um material argiloso. Há o limite de liquidez (separa o estado

líquido do plástico), limite de plasticidade (separa o estado plástico do semi-sólido) e o limite

de contração (separa o estado semi-sólido do sólido). Os dois primeiros são determinados com

maior freqüência e são também utilizados para elaboração de sistemas de classificação do

solo. São ensaios de rotina em laboratórios de solos, onde sua determinação deve seguir

rigorosamente a padronização proposta a fim de que possam ser comparáveis com resultados

obtidos em laboratórios diferentes (14).


3.2.1 Limite de liquidez (LI)

No experimento do limite de liquidez (LI) utilizou-se da seguinte seqüência:

• O ensaio foi realizado com material moído a seco e sem resíduo, de modo a passar

em peneiras ABNT n° 40 (abertura de 0,420 mm).

37

• 100g de cada amostra foram colocadas em cápsulas de porcelana, em seguida foi

adicionada água destilada para formar uma pasta.Ver figura 28.

Figura 28: Cápsula de porcelana

• Parte da massa foi transferida para a concha do aparelho de Casagrande.

Figura 29: Massa transferida para o aparelho de Casagrande.

38

• Alisou-se a superfície com espátula até se obter uma camada de espessura 12mm

na secção mais profunda e com um comprimento máximo de 2/3 do diâmetro da concha. Ver

figura 30.

Figura 30: Massa alisada

• Com o cinzel de Casagrande, abriu-se uma ranhura ao longo do plano de simetria

do aparelho.

Figura 31: Massa no cinzel de Casagrande com ranhura.

39

• Girou-se a manivela do aparelho de Casagrande à razão de duas revoluções por

segundo e contou-se o número de golpes necessários para que as bordas inferiores da ranhura

se unissem ao longo do eixo de simetria.

Figura 32: Após golpes, bordas da ranhura unidas.

• Retiraram-se aproximadamente 20g de argila das bordas que se uniram para a

determinação do teor de umidade.

• A argila restante foi misturada com a já existente na cápsula de porcelana, onde se

adicionou água destilada suficiente para aumentar em 2% o teor de umidade da pasta

homogeneizada.

• Os procedimentos anteriores foram repetidos até que fossem obtidos cinco pares

de valores de teor de umidade x n° de golpes para cada amostra (14).

3.2.2 Limite de Plasticidade (LP)

No experimento do limite de plasticidade (LP) utilizou-se a seguinte seqüência:

• O ensaio foi realizado com material moído a seco sem resíduo, de modo a passar

em peneira ABNT n° 40 (0,420mm).

• 50g de cada amostra foram colocadas em cápsulas de porcelana, em seguida foi

adicionada água destilada suficiente para formar uma pasta.

40

• Utilizando a palma da mão e a face esmerilada de uma placa de vidro, rolou-se

parte do material até o mesmo começar a apresentar pequenas fissuras. Ver figura 33.

• A parte fissurada do bastonete obtido foi colocada em uma cápsula de alumínio

para posterior determinação do teor de umidade.

• Os itens anteriores foram repetidos até se obterem cinco valores do teor de

umidade (14).

Figura 33: Bastão de argila com fissuras e suas partes.

3.2.3 Índice de Plasticidade de Atterberg (IP)

O fundamento do índice de plasticidade de Atterberg mostra que, em geral, uma argila

mais plástica comporta mais água até fluir do que uma outra menos plástica.

O índice de plasticidade de Atterberg (IP) é obtido por:

LP-LIIP =

Onde LP é o limite de plasticidade e LI é o limite de liquidez.

Há de se ressaltar que, nas massas ou pastas argilosas, um aumento da porcentagem de

partículas finas corresponde a um aumento de plasticidade. Outro fator importante é a

distribuição dimensional das partículas. Quer a dimensão média, quer a distribuição

dimensional das partículas se refletem na superfície específica. Quanto maior a superfície

disponível, maior a quantidade de água que se pode fixar.

41

3.3 Resultado e Discussão

Os gráficos das figuras 34-39 apresentam os resultados do limite de liquidez (LI) das

amostras A, B, C, E, F, G que, por definição, é o teor de umidade para o qual o sulco se fecha

com 25 golpes.

4446

485052

5456

Golpes

Umid

ade(

%)

47

35

3125 2615 8 12

Figura 34: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes que determina o limite de liquidez (LI) da amostra A.

30

33

36

39

42

Golpes

Umid

ade(

%)

25 47 30 33 12 8

Figura 35: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes, que determina o limite de liquidez (LI) da amostra B.

42

Figura 36: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes que determina o limite de liquidez (LI) da amostra C.

Figura 37: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes que determina o limite de liquidez (LI) da amostra E.

30,00

32,00

34,00

36,00

38,00

40,00

Golpes

Umid

ade(

%)

35

30

32

34

36

38

Golpes

Umid

ade(

%)

•

35 31 28 25 23 16 11

58

61

64

67

70

Golpes

Umid

ade(

%)

66

90 35 2519 15 12

25 45 32 24 19 15 09

Figura 38: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes que determina o limite de liquidez (LI) da amostra F.

43

5254

56

60

6264

Golpes

Umid

ade(

%)

2510 17 24 30 37 51

58

Figura 39: Mostra a umidade correspondente a 25 golpes, que determina o limite de liquidez (LI) da amostra G.

A matéria-prima utilizada com um alto teor de umidade se apresenta como um fluido e

se diz no estado líquido. À medida que evapora a água, ela endurece e, para em certo limite de

liquidez (LI), perde sua capacidade de fluir, porém pode ser moldada facilmente e conserva

sua forma. Diz-se então que o material encontra-se agora no estado plástico (15).

Notamos através dos gráficos das figuras 34-39, que as amostras passam do estado

liquido para o estado plástico na seguinte ordem:

Nas argilas de morro.

• C com 35% de umidade;

• B com 36% de umidade;

• A com 47% de umidade;

Já nas argilas de várzea.

• E com 34% de umidade;

• G com 58% de umidade;

• F com 66% de umidade;

Portanto, comparando os resultados obtidos pelas amostras acima observa-se, o limite

de liquidez para cada tipo de argila:

- Argila de morro: LI(A) > LI(B) > LI(C).

- Argila de Várzea: LI(F) > LI(G) > LI(E).

44

Já o limite de plasticidade, identificou a umidade que separa o estado plástico do

estado semi-sólido e é dado pela média aritmética das umidades conforme o item 3.2.2.

Tabela 3: Limites de plasticidade e liquidez das argilas (%).

Amostras Limite de plasticidade Limite de liquidez

A 28 ± 1 47 1 ±

B 29 ± 2 36 3 ±

C 22 ± 1 35 3 ±

E 26 ± 1 34 2 ±

F 53 ± 1 66 4 ±

G 39 ± 1 58 3 ±

Observando-se os dados da tabela, verificou-se que as amostras necessitam para

ficarem no estado plástico: para as de morro, no mínimo de 29% de umidade para a amostra

B, 28% de umidade para a amostra A e 22% de umidade para a amostra C; para as de várzea,

53% de umidade para a amostra F, 39% de umidade para a amostra G e 26 % de umidade para

a amostra E.

Como o índice de plasticidade é definido como sendo LP -LIIP = , temos:

193958135366082634132235072936192847

=∴−=→=∴−=→=∴−=→=∴−=→=∴−=→=∴−=→

IPIPGIPIPFIPIPEIPIPCIPIPBIPIPA

As argilas B, C, E e F podem ser enquadradas como mediamente plásticas

157 << IP (15), as argilas A e G como altamente plásticas , não havendo nenhuma

com plasticidade baixíssima .

15>PI

7<PI

45

Figura 40: Gráfico comparativo do índice de plasticidade das seis amostras e dos seus deslocamentos.

Assim, analisando o índice de plasticidade (IP) das amostras de Ponta Porã A, B e C,

verifica-se: o menor IP é da amostra B (7%) e o maior IP é da amostra A (19%). Já nas

amostras de Dourados E, F e G, verifica-se que o menor IP é da amostra E (8%) e o maior IP

é da amostra G (19%).

46

CAPÍTULO 4

ENSAIOS FÍSICOS DE CARACTERIZAÇÃO

Para analisar a caracterização das amostras argilosas de Dourados e Ponta Porã,

procedemos a uma série de ensaios físicos. Através desses ensaios, juntamente com a análise

térmica, é que teremos uma idéia geral do comportamento das amostras, podendo assim

classificá-las em um grupo cerâmico e determinar as suas possíveis aplicações industriais.

Os ensaios físicos realizados foram: determinação das umidades antes das prensagens,

massa específica aparente, retração linear após secagem e queimas, absorção de água, perda

de massa ao fogo, porosidade aparente e módulo de ruptura a flexão.


4.1.1 Preparação e umidificação das amostras antes das prensagens

O material argiloso colhido “in natura” precisa ser devidamente preparado para que

possa atingir as condições necessárias para a realização dos ensaios. Essa preparação consiste

na secagem, moagem e umidificação do material.

Fizemos essa preparação, procedendo da seguinte maneira:

• As amostras foram coletadas em forma de torrões sendo secas ao ar.

• Tais amostras foram fragmentadas com martelo em pedaços menores, sendo então

levadas a um moinho de martelo, conforme figura 41.

Figura 41: Moinho de martelo

47

• Com o objetivo de se obter uma homogeneidade das amostras, elas foram passadas

em uma peneira de malha 40 tyler (0,420 mm) e colocadas em recipientes hermeticamente

fechados.

• De cada amostra foi coletada uma pequena fração e levada a uma balança digital

(figura 47) para que fosse determinada sua massa úmida ( )Um . Após isso, as amostras foram

colocadas em uma estufa (figura 45) até atingirem a temperatura de 110°C, aí permanecendo

por 24h. Após esse período, retiram-se as amostras da estufa e elas são colocadas em um

dessecador de sílica até atingir a temperatura ambiente e em seguida foram pesadas suas

massas, determinando-se assim a massa seca ( )Sm . Com esses dados, foi calculado o teor de

umidade ou grau de umidificação de cada amostra, usando a seguinte equação:

( )[ ] 100×÷−= SSU mmmh

−−

estufa na seca após amostra da massa a é m úmida. amostra da massa a é m ão.umidificaç de percentual o é -h

: onde

S

U

• Após o cálculo do teor de umidade das amostras, padronizam-se seus teores de

umidade entre 9,0% e 11%, sendo que em algumas amostras teve-se que aumentar o grau de

umidificação e em outras diminuir, isso devido ao teor de umidade estar fora do intervalo

citado.

4.1.2 Prensagem dos corpos de prova

Para a obtenção dos corpos de prova a partir do pó granulado homogeneizado com

umidificação de 9,0% a 11%, moldamos os corpos de prova numa prensa semi-automática da

marca Gabbrielli (figura 42). Os corpos foram moldados em forma de barra, tendo

respectivamente massa, comprimento e largura com dimensões de aproximadamente 50g, 106

mm e 55 mm.

Para a confecção de cada corpo, foi usada em torno de 50g de argila moída, argila essa

que foi distribuída manualmente na cavidade da prensa e submetida a uma prensagem em dois

estágios, sendo num primeiro momento aplicada uma pressão mínima e logo em seguida, de

forma automática, uma pressão máxima.

48

Os corpos de prova recém-prensados eram limpos com um pincel que retirava as

rebarbas e eram marcados com um código em baixo relevo para facilitar as suas

identificações, pesados em uma balança de precisão da ordem de g01,0± e, através de um

paquímetro de precisão da ordem de mm05,0± , foram determinadas suas dimensões

(comprimento, largura e espessura). Através dessas medidas foi possível calcular o volume e a

densidade de cada corpo de prova, usando as equações abaixo.

V = volume

C = comprimento do corpo de prova

L = largura do corpo de prova

E = espessura do corpo de prova

V = CxLxE, onde

===

=3g/cm em densidade D

massa M volume V

:ondeVMD

Essas medidas obtidas nos corpos de prova recém prensadas são denominadas medidas

a verde. Depois de feitos 30 corpos de cada amostra, tais corpos são levados à estufa por 24h,

sendo então denominados medidas a seco.

Figura 42: Prensa semi-automática de marca Gabbrielli

49

4.1.3 Queima dos corpos de prova

A queima dos corpos de prova é feita em várias temperaturas, pois é fundamental para

que possamos avaliar a variação das características físicas em função da temperatura de

queima.

Utilizamos dois fornos, um forno tipo câmara da marca Brasimet (figura 43) e outro

do tipo mufla da marca Thermolyne 46100 (figura 44).

Três corpos de prova de cada amostra foram queimados num forno do tipo câmara da

marca Brasimet a 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C e 1150°, a uma taxa de

aquecimento da ordem de 10°C/min, permanecendo 30 min a 500°C e duas horas no patamar

da temperatura máxima desejada. Os corpos foram deixados para esfriar até uma temperatura

de aproximadamente 90°C no próprio forno de queima, após isso eram levados ao dessecador

até atingir a temperatura ambiente e, ao serem retirados, sua massa, comprimento, largura e

espessura eram respectivamente medidas e anotadas.

Para as temperaturas de 1250°C, 1350°C e 1400°C, utilizaram-se dois corpos de prova

de cada amostra. Esses corpos foram queimados num forno de alta temperatura tipo mufla da

marca thermolyne 46100 (figura 44), a uma velocidade de aquecimento de 10°C/min, também

permanecendo 30 min a 500°C e duas horas no patamar de temperatura máxima desejada. Da

mesma forma, foram deixados até uma temperatura de aproximadamente 80°C no próprio

forno de queima, após isso, levados ao dessecador até atingir a temperatura ambiente e, ao

serem retirados, tinham suas massas e dimensões determinadas.

Figura 43: Forno Brasimet (esq) - Vista interna do forno (dir).

50

Figura 44: Forno thermolyne 46100 (esq) – Vista interna do forno (dir).

Figura 45: Estufa (110 ºC)

Figura 46: Dessecador

51

4.1.4 Massa Específica Aparente (MEA) ou Densidade Aparente

A massa específica aparente ou densidade aparente é dada pela razão entre a massa de

uma amostra pelo seu volume.

O volume inclui os vazios permeáveis e impermeáveis contidos no material. Sendo

assim temos:

==

=amostra da aparente volumeV

amostra da massa m:onde

VmMEA

AA

Para obtenção das massas usamos uma balança (figura 47) e para obtenção dos

volumes aparentes, fez-se uso do processo ou método geométrico antes das queimas e do

processo ou método da balança hidrostática após as queimas.

Figura 47: Balança eletrônica digital de prato

4.1.4.1 Método geométrico

Para o cálculo geométrico do volume aparente ( ) dos corpos de prova, utilizamos a

seguinte equação matemática:

AV

21A .4V ppp VVV +−=

52

Onde temos que:

pV é o volume de um paralelepípedo, dado por:

===

provadecorpodomenorespessuraEprovadecorpodouralL

provadecorpodoocomprimentCOnde

2

arg:2.. ELC=V

1pV é o volume de um prisma de base triangular, dado por:

( )LCVp += .015,01

( ) CRHdLRVp .2

.2

+=

( ) ( ) CRdLRHLCELC .2

..4.015,0..V 2A+

++−=

( ) ( )LhbChbVp .2..2.

2..21 +=

Sendo as dimensões médias dos catetos da base (triangulo retângulo) 0,075cm e 0,2

cm. Logo obtemos:

é o volume da cada relevo ( considerando-o aproximadamente como um prisma de

base trapezoidal), dado por:

Substituindo , obtemos uma nova equação que nos dá o volume aparente

total do corpo de prova pelo processo geométrico, seja:

As figuras 48 e 49 mostram dois desenhos esquemáticos utilizados para o cálculo do

volume aparente dos corpos de prova, na forma de paralelepipédicos.

⇒ ( )LChbVp += ..1

2pV

21 ,, ppp VVV

53

Figura 48: Vista superior de um corpo de prova.

====

===

prova de corpo do relevo do Larguraprova de corpo do relevo do oCompriment

prova de corpo do relevo do Espessura prova de corpo domenor Espessura

prova de corpo do Larguraprova de corpo do oCompriment

prova de corpo do aparente Volume

2

A

LRCRHELCV

Onde:

Figura 49: Desenho esquemático utilizado no cálculo do volume aparente dos corpos de prova.

54

4.1.4.2 Método da Balança Hidrostática

O método se baseia no princípio de Arquimedes sobre o empuxo. A aplicabilidade do

método ocorre através de um arranjo chamado de balança hidrostática. Segundo Arquimedes,

todo corpo, total ou parcialmente imerso em um fluido em equilíbrio, recebe desse fluido uma

força vertical, de baixo para cima e com intensidade igual ao peso de fluido deslocado pela

imersão do corpo.

A balança hidrostática que foi utilizada consiste numa balança eletrônica de prato,

com precisão da ordem de e leitura digital, conforme figura 45, na qual foram feitas

as seguintes adaptações, conforme figura 50.

g001,0±

Figura 50: Desenho esquemático de uma balança hidrostática.

Nomenclatura da figura 50.

1. Estrutura metálica presa na parede, servindo de apoio para a balança.

2. Redoma de acrílico protegendo a balança.

3. Prato da balança.

4. Gancho preso ao prato da balança.

5. Fio metálico fino (aproximadamente 0,3mm de diâmetro) preso ao gancho (4).

6. Gaiola metálica para suporte dos corpos de prova.

7. Recipiente contendo água que se apóia na estrutura metálica ao solo.

8. Estrutura metálica apoiada ao solo.

55

Com base no princípio de Arquimedes e utilizando a balança hidrostática, o volume

aparente dos corpos de prova, após as queimas, foi obtido de forma indireta, da seguinte

maneira:

Os corpos de prova foram colocados em um recipiente contendo água em temperatura

ambiente. Através de um resistor elétrico, aquece-se o sistema durante aproximadamente uma

hora, até atingir a ebulição. Os corpos foram mantidos em fervura durante duas horas, dessa

forma satura-se o corpo queimado, com o objetivo de preencher seus poros permeáveis.

Finalmente o conjunto foi resfriado por vinte e duas horas, com isso totalizando vinte e quatro

horas de permanência dos corpos de prova imersos em água. Com o uso da balança

hidrostática, foi determinado o peso dos corpos de prova imersos em água (Pi).

Após a retirada dos corpos de prova da balança hidrostática, com um pano úmido foi

retirada apenas a camada de água excedente na superfície do corpo, deixando os poros

saturados com água e usando uma balança analítica comum, foi determinado o peso úmido de

cada corpo de prova (Pu).

Foi subtraído o peso úmido do peso imerso e com isso foi obtido o módulo do empuxo

que atuava sobre o corpo de prova imerso em água ( )iu PPE −= .

Conhecendo-se o peso específico do líquido utilizado (água) e alicerçado na definição

de empuxo, foi calculado o volume aparente de cada corpo de prova, como segue:

g . V . E Afµ=

Onde:

==

==

realizado. foi oexperiment o onde local gravidade da aceleração a É g fluido. do densidade a É

submerso. e saturado prova de corpo pelo (água) deslocado fluido de volumeao igual

tenumericame é que ,cm em prova, de corpo do aparente volumeo É V empuxo. do módulo o É E

f

3A

µ

( ) 3/1.

.

...

.

cmgcomog

gmmV

gmPegmPsendogPPV

gEV

ff

qiqua

qiiquuf

iua

fa

=−

=

==−

=

=

µµ

µ

µ

Então, temos que:

56

( )

)(

)( 3

gimersamassaaémumidamassaaém

cmaparenteoéV

qi

qu

aqiqua mmV −=

gOnde: volume

Figura 51: Balança hidrostática

4.1.5 Variação linear das dimensões dos corpos de prova

A variação linear das dimensões dos corpos de prova ocorre pela sua expansão ou

retração linear. A expansão e a retração linear são, respectivamente, o aumento e a diminuição

de uma das dimensões, originadas por processos físicos e/ou físico-químicos, ocorridos

durante a secagem e a queima dos corpos de prova (20).

Para determinar a retração linear, determinamos a variação linear das dimensões dos

corpos de prova após a secagem em estufa e após as queimas.

57

4.1.5.1 Retração linear após secagem em estufa (RLS%).

O procedimento utilizado na determinação do comprimento dos corpos de prova foi o

seguinte:

a) Os corpos de prova foram secos em temperatura ambiente.

b) Os corpos de prova foram levados à estufa onde permaneceram por vinte e quatro

horas a uma temperatura de aproximadamente 110°C.

c) Os corpos de prova foram retirados da estufa a uma temperatura de

aproximadamente 80°C e colocados em um dessecador até atingirem a temperatura ambiente,

momento esse em que foram medidos.

Através desse procedimento podemos calcular a variação percentual das dimensões

lineares dos corpos de prova após secagem em estufa, utilizando a equação:

100.s

svs C

CCRL −=

Onde:

°==

110sec aoprovadecorpodoocompromentCverdeprovadecorpodoocomprimentC

s

v

4.1.5.2 Retração linear após queima (RLQ%)

O procedimento adotado na determinação do comprimento dos corpos de prova foi o

seguinte:

a) Os corpos de prova foram queimados a 700°C, 800°C, 900°C, 1000°C, 1100°C e

1150°C, e alguns a 1250°C, 1350°C e 1400°C. Depois foram retirados do forno quando estava

a uma temperatura de aproximadamente 80°C.

b) Após cada queima, os corpos de prova eram colocados em um dessecador até

atingirem a temperatura ambiente.

c) Após atingirem a temperatura ambiente, os corpos de prova eram pesados e também

medidas suas dimensões lineares (comprimento, largura e espessura).

Observação: as medidas foram sempre feitas na mesma parte do corpo de prova, perto

da parte marcada como código do corpo de prova.

58

Veja a figura:

A 5

Figura 52: Corpo de prova

Através desses procedimentos, calculou-se a variação percentual das dimensões

lineares dos corpos de prova após as queimas, utilizando-se a equação:

100.

s

qsq C

CCRL

−=

onde:

( )

°==

110 estufaen seco prova de corpo do oComprimentra temperatuadeterminad em queima a após prova de corpo do oCompriment

CCC

s

q

4.1.6 Determinação da perda de massa ao fogo (PF%)

A perda de massa ao fogo é a diminuição percentual da massa do corpo de prova

queimado em relação à massa do corpo de prova seco em estufa a aproximadamente 110°C.

O método utilizado foi o seguinte:

a) A massa dos corpos de prova secos na estufa (a uma temperatura de

aproximadamente 110°C) foi medida com auxílio de uma balança digital, após resfriá-los em

um dessecador, com sílica-gel, até atingirem uma temperatura ambiente.

b) A massa dos corpos de prova queimados num forno elétrico tipo mufla foi medida

utilizando-se uma balança digital, após resfriá-los em um dessecador com sílica-gel, até

atingirem a temperatura ambiente.

59

c) Os cálculos das perdas de massa ao fogo em percentual podem ser obtidos pela

equação:

( ) 100.%

s

qs

mmm

PF−

=

Onde:

==

queimado. prova de corpo do massaestufa. em seco prova de corpo do massa

q

s

mm

4.1.7 Determinação da absorção de água (AA%)

A absorção de água é dada pelo quociente entre a massa de água absorvida pelo corpo

de prova (saturado de água e sem excesso superficial) e a massa do corpo de prova queimado

nas diferentes temperaturas após a secagem em estufa a 110°C (2). Temos, então:

( ) 100.%

qs

qsqu

mmm

AA−

=

Onde:

==

.seco queimado prova de corpo do massa a É.úmido queimado prova de corpo do massa a É

qs

qu

mm

Os valores da massa úmida ( )qum e da massa seca ( )qsm , após as queimas, já

determinados durante os ensaios da massa específica aparente, foram utilizados na equação

anteriormente descrita nesse item, para determinação da absorção de água.

Os valores que vamos obter ocorrem a partir da média de três determinações por

amostra para cada temperatura de queima.

60

4.1.8 Determinação da porosidade aparente (PA%)

A porosidade aparente é determinada pala razão entre o volume de poros abertos e o

volume aparente (2). Então, temos:

Onde:

==

aparentevolumeoéVabertosporosdevolumeoéV

a

pA( ) 100.%a

pA

VV

PA =

Como é dado pela massa do corpo de prova queimado úmido menos a massa do

corpo de prova queimado seco

pAV

( )qsqu mm − e V é dado pela massa do corpo de prova

queimado úmido menos a massa imersa

a

( )iqum m− , substituindo na equação anterior, temos:

( ) 100.%iqu

qsqu

mmmm

PA−

−=

Onde os valores , já foram determinados durante os ensaios anteriores,

conforme item 4.1.4.2..

iqsqu memm ,

Os valores que vamos obter ocorrem a partir da média de três determinações por

amostra para cada temperatura de queima.

4.1.9 Determinação do módulo de ruptura à flexão (MRF)

O módulo de ruptura à flexão exprime a tensão máxima em um material não

inflexível, no caso dos corpos de prova cerâmicos, como sendo a tensão na fibra externa, num

carregamento em três pontos, levando em conta então as suas dimensões externas (20).

O módulo de ruptura à flexão depende da distribuição granulométrica e da composição

mineralógica da argila, além de outras variáveis, tais como: pressão de prensagem e

temperatura de queima. Temos:

2..2..3

mhbLPMRF =

61

Onde:

====

mm). (em saliência a sem altura pela mínima a e saliência a com altura pela dada era máxima altura a onde ),(espessura prova de corpo do média Altura

.mm) em ( prova de corpo do Largura mm) (em prova de corpo do apoios os entre Distância kg) em ( ruptura da momento no atingida Carga

mhbLP

Tanto para os casos do módulo de ruptura à flexão dos corpos de prova secos em

estufa quanto para os queimados, usamos o seguinte procedimento:

• Para não comprometer os resultados dos ensaios, os corpos de prova foram

submetidos a uma inspeção visual antes da ruptura, a fim de detectar trincas; caso houvesse,

eram substituídos por outros sem defeito.

• Todos os corpos de prova foram, antes de serem submetidos ao teste de ruptura à

flexão, secos e resfriados em dessecador.

• Cada corpo de prova foi colocado sobre dois apoios, distantes 78mm um do outro,

com os relevos voltados para baixo, de forma que a ruptura ocorresse sempre em secções

perpendiculares ao comprimento do corpo de prova.

• O flexômetro foi programado para fornecer ao corpo de prova uma tensão de

1N/mm2, até atingir a ruptura total do corpo de prova.

• Os valores que vamos obter ocorrem a partir da média de três determinações por

amostra para cada temperatura de queima, incluindo os corpos a seco, isto é, após serem

retirados da estufa onde ficam a 110°C por 24 horas.

Figura 53: Flexômetro para ensaio de ruptura dos corpos de prova

62

4.2 Resultados e Discussão

4.2.1 Umidificação

A tabela 4 e a figura 54 mostram os teores de umidade das amostras estudadas.

Tabela 4: Umidade das amostras (%) A, B, C, E, F e G.

Amostras Umidade de homogeneização

Amostra A 9,1%

Amostra B 10,2%

Amostra C 10,1%

Amostra E 9,4%

Amostra F 9,2%

Amostra G 9,6%

Teor de Umidade

9,00%

9,20%

9,40%

9,60%

9,80%

10,00%

10,20%

A B C E F G

Amostras

% U

mid

ade

Figura 54: Gráfico em colunas da umidificação das amostras A, B, C, E, F e G.

Após o processo de homogeneização, todas as amostras ficaram com um teor de

umidade em torno de 9,1% a 10,2%.

63

4.2.2 Estágios de prensagens

A tabela 5 e a figura 55 expressam os valores médios reais, na prensa, dos ciclos de

prensagem dos trinta corpos de prova de cada amostra. As prensagens foram mínima e

máxima em kgf/cm2.

Tabela 5: Medidas de prensagens dos corpos de prova das amostras

Amostras

Prensagem

Mínima (kgf/cm2)

Prensagem

Máxima(kgf/cm2)

A 104,40 235,76

B 109,40 236,87

C 107,40 238,37

E 94,13 224,82

F 93,47 221,18

G 100,00 223,16

Média das prensagens dos corpos de prova

-40,0080,00

120,00160,00200,00240,00

A B C E F GAmostras

kgf/c

m² Prensagem mínima

(kgf/cm²)

Prensagem máxima(kgf/cm²)

Figura 55: Gráfico em coluna dos dois ciclos de prensagens média dos corpos de prova.

64

4.2.3 Massa Específica Aparente (MEA)

A tabela 6 e a figura 56 mostram a massa específica média aparente dos corpos de

prova em g/cm3, de cada amostra estudada antes da queima confeccionado com teores de

umidade mostradas na tabela 4.

A massa específica aparente de cada corpo de prova foi obtida através da equação no

item 4.1.4.

Tabela 6: Massa específica aparente dos corpos de prova antes da queima, expressas em g/cm3.

Densidade aparente (g/cm3)

Amostras

A B C E F G

Verde 2,14 ± 0,02 2,17 0,02 ± 2,20 ± 0,02 1,79 ± 0,03 1,43 0,01 ± 1,65 ± 0,02

Seco (110°) 1,99 ± 0,01 2,01 0,02 ± 2,05 ± 0,02 1,67 ± 0,02 1,37 0,01 ± 1,55 ± 0,01

Massa específica aparente

11,21,41,61,8

22,22,4

A B C E F GAmostras

MEA

(g/c

m³) Verde

Seco (110°)

Figura 56: Gráfico em coluna da massa especifica aparente média dos corpos de prova antes da queima.

• Na tabela 6 e na figura 56 nota-se que a massa específica aparente (densidade

aparente) dos corpos de prova diminui de acordo com os processos de secagem (ar, em estufa

a 110°C), pois o corpo perde água e conseqüentemente diminuem os seus poros.

• Nota-se que a amostra C apresentou maiores densidades e a amostra F apresentou

menores densidades.

65

A tabela 7 e a figura 57 mostram a massa específica aparente média dos corpos de

prova, de cada amostra após a queima.

Tabela 7: Massa especifica aparente média dos corpos de prova após a queima, expressas em g/cm3.

Densidade aparente (g/cm3)

Amostras Temperatura

A B C E F G

700° 1,90 0,01 ± 1,93 0,03 ± 1,96 ± 0,01 1,55 ± 0,01 1,16 0,01 ± 1,42 ± 0,01

800° 1,91 0,02 ± 1,92 0,02 ± 1,95 ± 0,02 1,54 ± 0,01 1,16 0,01 ± 1,42 ± 0,01

900° 1,92 0,01 ± 1,92 0,03 ± 2,00 ± 0,01 1,54 ± 0,01 1,22 0,02 ± 1,43 ± 0,01

1000° 1,97 0,01 ± 1,99 0,04 ± 2,03 ± 0,05 1,56 ± 0,01 1,25 0,02 ± 1,44 ± 0,01

1100° 2,09 0,01 ± 2,08 0,02 ± 2,04 ± 0,02 1,57 ± 0,01 1,26 0,01 ± 1,50 ± 0,01

1150° 2,12 0,03 ± 1,92 0,04 ± 1,75 ± 0,07 1,56 ± 0,04 1,27 0,03 ± 1,53 ± 0,01

1250° 1,78 0,01 ± 1,49 0,01 ± 1,39 ± 0,01 1,58 ± 0,01 1,42 0,16 ± 1,51 ± 0,02

1350° 1,56 ± 0,01 1,33 0,10 ± 1,50 ± 0,02

1400° 1,55 ± 0,01 0,51 0,05 ±

Densidade Aparente

00,20,40,60,8

11,21,41,61,8

22,22,4

A B C E F G

Amostras

MEA

(g/c

m³)

700°800°900°1000°1100°1150°1250°1350°1400°

Figura 57: Gráfico em coluna da massa específica aparente média dos corpos de prova queimados.

A tabela 7 e o gráfico da figura 57 observaram-se as variações da massa específica

aparente dos corpos de prova nas diferentes temperaturas de queima a que foram submetidos.

• A maior densidade ocorre para a amostra A (1150°C) e a menor para a amostra

F(1400°C).

• Os corpos de prova das amostras A, B e C submetidos à temperatura de 1250°C

sofreram o processo de superqueima, onde algumas alterações ficaram evidentes, tais como:

66

mudanças bruscas da cor vermelha para uma cor cinza escura ou preta, apareceram bolhas

internas na superfície, houve um processo de derretimento dos corpos de prova, os corpos de

prova incham ou expandem devido à formação de bolhas internas. O mesmo ocorrendo para a

amostra G na temperatura de 1350°C.

• No caso da amostra E, apesar das variações de temperatura, sua densidade fica

entre 1,45 g/cm3 e 1,58 g/cm3, ou seja, a variação de densidade entre essas temperaturas foi de

0,04 g/cm3.

4.2.4 Variação linear das dimensões dos corpos de prova: Retração linear (RL)

A tabela 8 e figura 58 mostram o resultado da retração linear dos corpos de prova de

cada amostra estudada antes das queimas, confeccionadas com teores de umidade mostradas

na tabela 4. Onde RL é a retração linear dos corpos de prova após secagem em estufa a

110°C.

Tabela 8: Retração linear (%) antes da queima

Amostras A B C E F G

RL 0,461 0,529 0,592 0,156 1,405 0,889

Retração linear

0

0,2

0,4

0,6

0,8

1

1,2

1,4

1,6

A B C E F G

ARGILAS

(%) R

.L.

Figura 58: Gráfico em coluna da retração linear (%) antes da queima.

• A menor retração linear a 110°C (seco) das amostras de Ponta Porã é a amostra A.

Já das amostras de Dourados, a que possui menor retração linear é a amostra E.

A tabela 9 e a figura 59 mostram o resultado da retração linear dos corpos de prova

para cada temperatura de queima. Esses valores foram obtidos a partir da média de trinta

67

determinações por amostra para os corpos a seco e de três determinações para cada amostra de

temperatura de queima. Para o cálculo da retração linear de cada corpo, utilizaram-se os

comprimentos dos corpos de prova conforme a equação do item 4.1.5.2.

Tabela 9: Retração linear (%) após a queima

Retração linear (%) após queima


A B C E F G

700° -0,48 0,02 ± -0,47 0,01 ± -0,54 ± 0,01 0,01 ± 0,01 1,95 0,04 ± 0,67 ± 0,02

800° -0,52 0,01 ± -0,62 0,09 ± -0,59 ± 0,01 0,01 ± 0,01 2,40 0,13 ± 0,81 ± 0,02

900° -0,16 0,21 ± 0,14 0,09 ± 0,14 ± 0,04 0,07 ± 0,02 4,42 0,21 ± 1,40 ± 0,06

1000° 0,84 0,11 ± 1,01 0,18 ± 1,26 ± 0,07 0,13 ± 0,02 4,45 0,03 ± 2,09 ± 0,07

1100° 3,80 0,09 ± 3,85 0,15 ± 3,20 ± 0,08 0,73 ± 0,09 5,92 0,15 ± 3,87 ± 0,0

1150° 5,09 0,04 ± 3,32 0,02 ± 1,54 ± 0,09 0,83 ± 0,08 6,51 0,55 ± 4,07 ± 0,08

1250° 2,14 0,01 ± -0,59 0,01 ± -1,65 ± 0,01 0,82 ± 0,03 6,32 0,17 ± 4,01 ± 0,20

1350° 0,53 ± 0,02 8,01 1,11 ± 4,24 ± 0,01

1400° 0,34 ± 0,05 8,42 0,62 ±

Retração linear

-4

-2

0

2

4

6

8

10

A B C E F G

Amostras

R.L

.(Que

ima)

%

700800900100011001150125013501400

Figura 59: Gráfico em coluna da retração linear (%) após a queima

68

• Observa-se que ocorre uma dilatação nos corpos confeccionados com as amostras

A, B e C até a temperatura de 800°C, sendo no corpo A até 900°C.

• Das amostras A, B e C (Ponta Porã) a que possui maior retração linear para cada

temperatura de queima é a amostra A, sendo que a maior retração ocorre na temperatura de

1150°C.

• Nas argilas de E, F e G (Dourados) a que possui maior retração linear é a amostra

F na temperatura de 1400°C; sendo a amostra E a que possui menor retração linear na

temperatura de 700°C.

4.2.5 Determinação da perda de massa ao fogo (PF%).

A tabela 10 e a figura 60 mostram as perdas de massa ao fogo, em porcentagem, dos

corpos de provas em diversas temperaturas.

O resultado da perda de massa ao fogo de cada corpo de prova foi obtido utilizando a

equação: ( ) 100.%s

qs

mmm

PF−

=

Tabela 10: Perda de massa ao fogo (%).


A B C E F G

700°C 2,80 ± 0,05 2,68 ± 0,06 2,56 ± 0,05 5,58 ± 0,07 20,22 0,02 ± 10,98 ± 0,01

800°C 3,17 ± 0,03 3,04 ± 0,03 3,00 ± 0,06 5,89 ± 0,10 21,05 0,05 ± 11,51 ± 0,01

900°C 3,69 ± 0,01 3,75 ± 0,07 3,66 ± 0,04 6,40 ± 0,09 21,53 0,08 ± 12,46 ± 0,05

1000°C 3,87 ± 0,01 3,76 ± 0,04 3,71 ± 0,01 6,41 ± 0,03 21,57 0,04 ± 12,53 ± 0,06

1100°C 3,93 ± 0,04 3,93 ± 0,02 3,94 ± 0,05 6,59 ± 0,14 22,01 0,06 ± 12,69 ± 0,05

1150°C 4,20 ± 0,03 4,18 ± 0,03 4,18 ± 0,02 6,87 ± 0,02 22,21 0,07 ± 13,00 ± 0,06

1250°C 3,69 ± 0,01 3,39 ± 0,01 2,60 ± 0,01 6,37 ± 0,03 21,38 1,81 ± 12,46 ± 0,02

1350°C 6,46 ± 0,08 21,50 0,92 ± 12,88 ± 0,24

1400°C 6,34 ± 0,01 21,59 0,05 ±

69

Perda de massa ao fogo

0,00

5,00

10,00

15,00

20,00

25,00

A B C E F G

Argila

Perd

a (%

)700800900100011001150125013501400

Figura 60: Gráfico em coluna da perda de massa ao fogo (%)

Pelos resultados expressos na tabela 10 e no gráfico da figura 60, notou-se que:

• Percebe-se que ocorre perda de massa ao fogo em todas as temperaturas de

queima.

• Nas amostras de A, B e C (Ponta Porã), a amostra A(1150°C) é a que teve maior

perda de massa ao fogo.

• Nas amostras de E, F e G (Dourados), a mostra F(1150°C) apresenta o maior

percentual de perda de massa ao fogo, depois a mostra G(1150°C) e um menor percentual na

amostra E(700°C).

• Ocorre uma queda nos valores de perda de massa ao fogo, entre as temperaturas de

1150°C e 1250°C para as amostras A, B e C.

70

4.2.6 Determinação da absorção de água (AA%)

A tabela 11 e a figura 61 mostram os resultados da absorção de água, em porcentagem.

Tabela 11: Absorção de água dos corpos de prova após as queimas expressas em %.


A B C E F G

700°C 14,95 0,11 ± 14,56 ± 0,49 13,74 ± 0,14 24,91 ± 0,08 45,15 0,10 ± 30,81 ± 0,10

800°C 14,94 0,16 ± 14,60 ± 0,43 13,55 ± 0,41 25,00 ± 0,02 42,90 0,40 ± 30,43 ± 0,10

900°C 14,13 0,31 ± 13,90 ± 0,35 11,46 ± 0,36 24,81 ± 0,16 37,53 0,26 ± 28,69 ± 0,52

1000°C 13,08 0,21 ± 11,18 ± 0,18 10,25 ± 0,89 24,76 ± 0,13 36,63 0,10 ± 26,93 ± 0,37

1100°C 8,41 0,66 ± 6,48 ± 0,41 5,88 ± 0,30 24,42 ± 0,22 34,98 0,68 ± 25,92 ± 0,66

1150°C 6,01 0,69 ± 5,43 ± 0,10 5,25 ± 0,38 24,19 ± 0,20 33,59 1,48 ± 25,01 ± 0,13

1250°C 24,11 ± 0,09 31,04 2,85 ±

1350°C 24,30 ± 0,06 31,32 1,13 ±

1400°C 24,74 ± 0,05 30,10 0,69 ±

Absorção de água

05

101520253035404550

A B C E F G

Amostras

AA

(%)

700°C800°C900°C1000°C1100°C1150°C1250°1350°1400°

Figura 61: Gráfico em coluna da absorção de água em %


71

• A absorção de água para as amostras A, B e C (Ponta Porã) se mantém entre 10%

e 15% entre as temperaturas de 700°C e 1000°C. Entre as temperaturas de 1000°C e 1150°C

essas amostras sofrem uma queda acentuada na absorção de água, em torno de 8% a 5%. A

que obteve maior absorção de água foi a amostra A(700°C), sendo a amostra C(1150°C) a que

apresentou uma menor absorção de água.

• Nas amostras de E, F, G (Dourados), a amostra E se mantém com uma absorção

entre 24% e 25% em torno de todas as temperaturas. A amostra F é a que possui uma maior

absorção de água chegando a 45,15%, a amostra E possui a menor absorção de água com

24,11% .

• A absorção de água para as amostras A, B, C e G não foi feita em 1250° devido

aos corpos de prova nessa temperatura se fundir.

4.2.7 Determinação da porosidade aparente (PA%)

A tabela 12 e figura 62 mostram os resultados da porosidade aparente, em

porcentagem, dos corpos de prova.

Tabela 12: Porosidade aparente (%) dos corpos de prova.


A B C E F G

700°C 28,5 0,2 ± 28,4 ± 0,7 27,1 ± 0,2 38,9 ± 0,1 52,9 0,1 ± 43,8 ± 0,1

800°C 29,1 0,2 ± 28,3 ± 0,6 26,7 ± 0,6 38,9 ± 0,1 51,1 0,3 ± 43,3 ± 0,1

900°C 27,5 0,4 ± 26,9 ± 0,5 23,2 ± 0,6 38,6 ± 0,1 47,6 0,2 ± 41,3 ± 0,8

1000°C 26,0 0,3 ± 22,9 ± 0,3 21,2 ± 1,4 38,6 ± 0,1 46,9 0,1 ± 40,8 ± 0,5

1100°C 18,1 1,2 ± 14,3 ± 0,8 12,9 ± 0,6 38,6 ± 0,2 46,2 0,4 ± 39,3 ± 0,5

1150°C 13,5 1,3 ± 11,7 ± 0,2 10,7 ± 0,7 38,7 ± 0,2 46,1 0,9 ± 38,8 ± 0,2

1250°C 38,5 ± 0,1 46,0 0,1 ±

1350°C 38,5 ± 0,1 45,6 0,1 ±

1400°C 38,8 ± 0,1 43,7 0,5 ±

72

Porosidade aparente

0

10

20

30

40

50

60

A B C E F G

Amostras

PA(%

)

700800900100011001150125013501400

Figura 62: Gráfico em coluna da porosidade aparente


• A porosidade aparente das amostras decresceu com o aumento da temperatura de

queima, e a porosidade aparente está diretamente relacionada com a absorção de água.

• Nas amostras A, B e C, a porosidade se mantém entre 28% e 29% nas

temperaturas de 800°C a 900°C, ocorrendo uma pequena queda já para a temperatura de

1000°C. Nessas amostras há uma queda acentuada entre as temperaturas de 1000°C e 1100°C.

• A argila E mantém uma porosidade média constante em todas as temperaturas.

• A argila F é que apresenta os maiores valores para a porosidade, sendo a

C(1150°C) a amostra com menor porosidade.

• A alta porosidade aparente apresentada na amostra F é resultado da baixa massa

especifica aparente e devida à presença de poucos agentes fundentes (ver tabela 6).

73

4.2.8 Determinação do módulo de ruptura a flexão (MRF)

A tabela 13 e a figura 63 mostram os resultados do módulo de ruptura à flexão dos

corpos de prova.

Tabela 13: MRF dos corpos de prova em kgf/cm2.


A B C E F G

110°C 37,5 ± 4,2 33,9 ± 8,11 47,9 ± 8,11 9,3 ± 1,36 6,45 ± 1,06 10,6 ± 1,20

700°C 43,0 ± 4,2 37,4 ± 3,5 50,9 ± 4,2 10,7 ± 1,0 9,5 ± 2,7 17,8 ± 5,3

800°C 55,6 ± 2,3 54,4 ± 4,0 57,4 ± 2,4 13,1 ± 2,0 10,7 ± 1,2 19,4 ± 1,7

900°C 93,4 ± 1,6 83,0 ± 6,6 77,3 ± 3,9 14,7 ± 1,0 13,1 ± 1,5 30,5 ± 2,2

1000°C 94,9 ± 3,0 83,2 ± 2,2 90,8 ± 0,3 14,5 ± 1,4 13,9 ± 1,2 31,1 ± 4,8

1100°C 160,2 12,4 ± 137,4 ± 9,0 124,3 ± 24,0 17,2 ± 0,8 21,4 ± 5,9 29,7 ± 2,4

1150°C 190,4 21,1 ± 142,0 ± 2,5 125,1 ± 13,4 21,7 ± 1,0 23,8 ± 2,6 33,0 ± 3,8

1250°C 163,9 0,1 ± 95,2 ± 0,1 94,6 ± 0,1 24,3 ± 2,4 32,2 ± 4,6 55,4 ± 13,5

1350°C 42,9 ± 1,6 25,1 ± 4,7 65,0 ± 0,1

1400°C 57,0 ± 4,7 23,1 ± 0,1

Módulo de ruptura à flexão

0,0

50,0

100,0

150,0

200,0

A B C E F G

Amostras

MR

F( k

gf/c

m² )

110

700

800

900

1000

1100

1150

1250

1350

1400

Figura 63: Gráfico em coluna do módulo de ruptura à flexão.

74

Pelos resultados expressos na tabela 13 e no gráfico da figura 63, notou-se:

• Para as amostras A, B e C (Ponta Porã), a 110°C (a seco), a amostra C apresenta o

maior módulo de ruptura à flexão. Ocorre um salto brusco no módulo de ruptura à flexão para

todas as amostras entre as temperaturas de 1000°C e 1100°C. O maior módulo de ruptura

ocorre para a amostra A em 1150°C.

• Para as amostras E, F e G (Dourados), a amostra G em média é a que possui maior

módulo de ruptura à flexão, sendo a amostra F a que possui menor módulo de ruptura à flexão

em média. A amostra F a 110°C possui o menor de módulo de ruptura a flexão, e a amostra G

o maior em 1350°C.

4.2.9 Curvas de gresificação

A curva de gresificação é a representação gráfica simultânea das variações da absorção

de água (AA%) e da retração linear (RL%) da peça com temperatura de queima. Utilizando

essa curva basta estabelecer claramente a faixa de absorção de água desejada e a variação de

tamanho no produto final, a fim de identificar a temperatura na quais essas características são

alcançadas.

Além disso, a curva de gresificação nos permite avaliar a tolerância da massa à

variações de temperatura as condições de processamento, sendo de grande utilidade para o

controle do produto final (4).

Usando os dados obtidos para a absorção de água (AA%) e para a retração linear

(RL%), anteriormente mostrada nos tópicos 4.2.6 e 4.2.4, fizemos a plotagem desses valores

em um mesmo gráfico, construindo assim, a curva de gresificação para as amostras A, B, C,

E, F e G.

Curvas de gresificação das amostras:

Amostra A

5

7

9

11

13

15

600 700 800 900 1000 1100 1200

Temperatura

Abso

rção d

e águ

a (%

)

-1

0

1

2

3

4

5

6

Retração linear de queim

a %

AA RL

Figura 64: Curva de gresificação da amostra A

75

Amostra B

4

6

8

10

12

14

600 700 800 900 1000 1100 1200

Temperatura

Abs

orçã

o de

águ

a (%

)

-1

0

1

2

3

4R

etração linear de queim

a (%)

AA RL

Figura 65: Curva de gresificação da amostra B

Amostra C

56789

1011121314

600 700 800 900 1000 1100 1200

TEMPERATURA

Abs

orçã

o de

águ

a %

-1-0,500,511,522,533,5

Retração linear de

queima (%

)

AA RL

Figura 66: Curva de gresificação da amostra C

Amostra E

24

24,5

25

25,5

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

TEMPERATURA

Abs

orçã

o de

águ

a (%

)

-0,1

0,1

0,3

0,5

0,7

0,9

Retração linear de

queima %

AA RL

Figura 67: Curva de gresificação da amostra E

76

Amostra F

29

32

35

38

41

44

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

TEMPERATURA

Abso

rção

de

água

(%)

1

2

3

4

5

6

7

8

9


a (%)

AA RL

Figura 68: Curva de gresificação da amostra F

Amostra G

29

32

35

38

41

44

600 700 800 900 1000 1100 1200 1300 1400 1500

TEMPERATURA

Abso

rção

de

água

(%)

1

2

3

4

5

6

7


a (%)

AA RL

Figura 69: Curva de gresificação da amostra G

Com dados das tabelas 4.8 e 4.6, calculou-se, nos intervalos de temperaturas

indicados, a variação da absorção de água (%) e a variação da retração linear (%), cujos

valores estão expressos nas tabelas 14 e 15.

77

Tabela 14: Variação da AA (%) baseada nas curvas de gresificação.

Amostras Intervalo de

temperatura (°C) A B C E F G

700°C e 900°C 0,82 0,66 2,28 0,1 7,62 2,12

900°C e 1100°C 5,72 7,42 5,58 0,62 3,94 3,68

1100°C e 1150°C 2,4 1,05 0,63 -0,55 3,49 ------

Tabela 15: Variação da RL (%) baseada nas curvas de gresificação.

Amostras Intervalo de

temperatura (°C) A B C E F G

700°C e 900°C 0,32 0,61 0,68 0,066 2,473 0,73

900°C e 1100°C 3,95 3,70 3,05 0,761 2,093 2,66

1100°C e 1150°C 1,28 -0,53 -1,65 -0,302 1,489 0,17

Observando-se os dados das tabelas 14 e 15, podemos prever, por exemplo, que uma

peça cerâmica produzida com a amostra A, em temperatura que varie de 700°C e 900°C, terá

uma variação de absorção de água de 0,82% e uma variação máxima de retração linear de

0,32%.

Podemos ainda escolher uma temperatura singular e fazer uma análise nos gráficos

anteriores para sabermos a AA% e a RL% nesse ponto ou ainda, o contrário, a partir de uma

AA% e RL% que queiramos alcançar, identificarmos a temperatura de queima mais

adequada.

78

4.3 Indicativos de possíveis aplicações das argilas estudadas na produção de materiais

cerâmicos

4.3.1 Indicativo de uso cerâmico através das cores de queima

Para uma melhor análise, apresentamos na tabela 16 as cores dos corpos de prova em

função da temperatura de queima. Assim, podemos indicar um provável uso das argilas

estudadas.

Tabela 16: Cores dos corpos de prova em função da temperatura de queima


A B C E F G

110°C Marrom claro Marrom

escuro

Marrom

escuro Cinza claro Preto Cinza escuro

700°C Laranja claro Laranja

claro

Laranja

claro Bege escuro Amarelo Bege

800°C Laranja claro Laranja

claro

Laranja

claro

Bege

amarelado Amarelo Bege

900°C Amarelo

laranja

Amarelo

laranja

Amarelo

laranja

Bege

amarelado

Amarelo

claro Amarelo

1000°C Amarelo

laranja

Amarelo

laranja

Bege

amarelado

Amarelo

claro Avermelhado

1100°C Marrom claro Marrom

claro

Marrom

claro Bege claro

Amarelo

avermelhado Avermelhado

1150°C Marrom escuro Marrom

escuro

Marrom

escuro Bege claro Amarelo Avermelhado

1250°C Cinza Cinza Cinza Bege Amarelo

claro

Amarelo

escuro

1350°C Bege escuro Marrom claro Bege escuro

1400°C Esverdeado Marrom

Amarelo

laranja

Tomando como base os resultados expressos na tabela 16, podemos ter as seguintes

possibilidades:

• Amostra A: Cerâmica Vermelha até 1000°C.

79

• Amostra B: Cerâmica Vermelha até 1000°C.

• Amostra C: Cerâmica Vermelha até 1000°C.

• Amostra E: Cerâmica Branca até 1250°C

• Amostra F: Cerâmica Amarela até 1250°C

• Amostra G: Cerâmica Branca até 1000°C

4.3.2 Indicativo de uma possível aplicação quanto ao uso como cerâmica

Analisando os resultados obtidos no item 4.2.6, quanto à absorção de água e os

resultados obtidos no item 4.2.8, quanto ao módulo de ruptura à flexão, fizemos uma

comparação com os valores-limite de referência da tabela 4.14, adotados pelo Laboratório de

Cerâmica do Instituto de Pesquisas Tecnológicas de São Paulo, para saber se as matérias-

primas cerâmicas são adequadas à fabricação de produtos estruturais.

Tabela 17: Valores-limite de referência adotados pelo laboratório de Cerâmica do Instituto de Pesquisas

Tecnológicas de São Paulo.

Produto Estrutural

Tensão mínima de

ruptura a flexão após

a secagem (110°C)

Tensão mínima de

ruptura a flexão após

queima

Absorção máxima de

água

Tijolo Maciço

15 kgf/cm2

20 kgf/cm2

Sem especificação

Bloco Furado

25 kgf/cm2

55 kgf/cm2

25%

Telha 30 kgf/cm2 65 kgf/cm2

20%

Podemos verificar que:

• As amostras de Ponta Porã (A, B e C) todas se enquadram nos critérios para a

fabricação de tijolos maciços, blocos furados à partir de 800ºC e telhas à partir de 900ºC.

80

• Nas amostras de Dourados, a amostra G se enquadra nos critérios para a fabricação

de tijolos maciços à partir da temperatura de 800ºC, porém não para a fabricação de blocos

furados, muito menos para telhas. Já as amostras E e F, não se enquadram em nenhum dos

itens.

4.3.3 Indicativo de uma possível aplicação quanto ao uso como placas cerâmicas para

revestimentos

Baseados na Norma Brasileira NBR 13818 e utilizando os resultados apresentados nas

tabelas 3.4, 3.6 e 3.8, fizemos uma análise para ver se alguma das amostras A, B, C, E, F e G

estudadas se enquadram quanto ao uso como placas cerâmicas para revestimento.

Tabela 18: Especificação para enquadramento em Grupos de Absorção - NBR 13818

Grupo de

Absorção

Absorção de água

(AA%) Variação linear (RL%)

Módulo de ruptura à Flexão

(MRF)

BIb 0,5% < AA ≤ 3% RL < ± 0,6% MRF ≥ 305,80 kgf/cm2

BIIb 6% < AA ≤ 10% RL < ± 0,6% MRF ≥ 183,48 kgf/cm2

BIII AA > 10% RL < ± 0,5%

MRF ≥ 152,90 kgf/cm2

(Espessura ≥ 7,5 mm)

MRF ≥ 122,32 kgf/cm2

(Espessura ≤ 7,5 mm)

• As amostras B, C E, F e G não se enquadraram, pelos critérios analisados, em

nenhum dos três grupos de absorção BIb, BIIb e BIII, pois os maiores módulos de ruptura à

flexão, apresentados pelas referidas amostras foram de, 142kgf/cm2para a amostra B(1150°C),

125,1 kgf/cm2 para a amostra C(1150°C), 57 kgf/cm2 para a amostra E( 1400°C), 32,2

kgf/cm2 para a amostra F(1250°C), e 65 kgf/cm2 para a amostra G(1350°C), Já a amostra A

nas temperaturas de 1100°C, 1150°C e 1250°C se encontra dentro do grupo BIII para o

módulo de ruptura porém não se encontra dentro dos valores para a AA e nem para a RL.

81

CONCLUSÃO

As amostras das duas regiões (Dourados e Ponta Porã) apresentaram indicativo de

argilominerais, o que pode ser observado por reações endotérmicas entre 440°C e 500°C e

exotérmicos entre 950°C e 980°C nas curvas DSC e DTA, e perda de massa na TG.

Todas as argilas comportaram-se bem na conformação por prensagem, pois dos 180

corpos de prova prensados, nenhum apresentou defeito na conformação, secagem ou queima.

Os processos exotérmicos indicados nas curvas DSC e DTA indicam a presença de

matéria orgânica, tanto da região de Dourados como de na Ponta Porã, onde ocorrem fortes

reações exotérmicas nas curvas DSC e DTA em torno de 350oC a 420º indicando a presença

de sulfeto.

A presença de quartzo pode ser observada nas amostras através de reações

endotérmicas e dilatação nas curvas TMA em torno de 575°C.

As retrações lineares dos corpos A, B e C até a temperatura de 1000°C foram mínimas,

assim como a perda de massa ao fogo, a absorção de água e a baixa porosidade, porém com

um alto módulo de ruptura à flexão. Logo, são argilas que se enquadram para a fabricação de

todos os tipos de tijolos e telhas.

A amostra F é a que possui maior limite de plasticidade e também o maior limite de

liquidez, e a amostra C é a que possui o menor limite de plasticidade e liquidez, porém as

amostras A e G é que são consideradas altamente plásticas.

Já das amostras de Dourados (E, F e G) o fato de queimarem com cores claras, de

acordo com estudos e leituras feitas, deve-se provavelmente à baixa concentração de ferro

(Fe), apesar de não se ter feito a análise química das argilas. Como esses corpos (E, F e G)

possuem alta porosidade aparente e baixo módulo de ruptura à flexão sugere-se o uso dos

mesmos na confecção de materiais semi-refratários (tijolos para revestimentos de fornos a

lenha, lareiras, churrasqueiras etc.).Portanto, essa matéria-prima não deveria ser utilizada

para a confecção de tijolos maciços ou furados.

82

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS

(1) SECRETARIA DE PLANEJAMENTO E COORDENAÇÃO GERAL. Atlas Multirreferencial do Estado de Mato Grosso do Sul. Campo Grande, 1990.

(2) SANTOS, P. S. Ciência e tecnologia de argilas. 2. ed. São Paulo: Edgar Blücher,

1989.

(3) AMERICAM MUSEUM OF NATURAL HISTORY. Comitê Internacional para o Estudo de Argilas, 1959.

(4) COMITÉ INTERNACIONAL POUR. Estude des Argiles, 1980.

(5) COMITÉ INTERNACIONAL PARA O ESTUDO DE ARGILAS, 1959.

(6) BRAGG, W. L. Atomic structure of minerals. New York: Cornell University Press,

Ithca, 1937.

(7) DANA, D. J.; HURLBUT, C.S. Manual de mineralogia. São Paulo: Livros Técnicos e Científicos, 1974.

(8) GOMES, C. F. Argilas: o que são e para que servem. Lisboa:, Fundação Caloustre

Gulbenkian, 1986.

(9) NEWNHAM, R. E.; BRINDLEY, G. W. Structure of dickite, Acta Cryst. 10, 88, 1957.

(10)BRINDLEY, G.W.; NAKAHIRA, M. - The Kaolinite-Mulite Reaction Series.

J.Am. Ceram. Soc, 42 (1959).

(11)MUSSOLIN, S.; DONEDA, C.; VITORIO, C.; ALARCON, O. Caracterização do fonolito Utilizado na Formação de Pavimentos Cerâmicos. Cerâmica Industrial, São Paulo, v.1, n. 2, maio/junho, 1996.

(12)MUNIER, P.; RIVIÉRE, A.Contribuition à I estude des argiles utilisées en

céramique, p. 64, Centre National d” Estudes et Recherches Cèramiques, Paris, 1946.

(13)WHITTAKER, H. Effect of particle size on plasticity of kaolinite, J. Amer. Soc. 22. 16, 1939.

(14)WILSON, H. Ceramics: clay technology, New York: McGraw-Hill, 1927.

(15)CAPUTO, H. P. Mecânica dos solos e suas aplicações, vol.1, 6. ed. LCT, 1994.

(16)DANIELS, T. Thermal analysis London., Kogan Page, 1973.

(17)SHIMADZU CORPORATION. Manual de instruções, DSC-50, Kioto, 1989.

(18)IONACHIRO, M. Análise térmica diferencial.

83

(19)SHIMADZU CORPORATION. Manual de instruções do TMA-50H, Kioto, 1989. (20)VAN VLAC, L. H. Princípios de ciência e tecnologia dos materiais. Rio de Janeiro:

Campus, 1984.

(21)NORTON, F. H. Introdução à tecnologia cerâmica. São Paulo: Edgar Blücher, 1973.

(22)DANA, D. J.; HURLBUT, C. S. Manual de mineralogia. São Paulo: Livros

Técnicos e Científicos, 1974.

(23)ZANFOLIM, A. A.; SALVETTI, A. R.; ALVES, A. L.; FERREIRA. A. A. Propriedades físicas da argila de Ivinhema/MS. In.: 48° Congresso de Cerâmica. Curitiba-PR, 2004. Anais. São Paulo: Associação Brasileira de Cerâmica, 2004.

84

ANEXOS

85

Amostras A, B e C (Ponta Porã) e E, F e G (Dourados) secas em estufa a 110º C.

86

Amostras de Ponta Porã com queimas de 700ºC – 1150ºC.

0

Amostras de Dourados com queimas de 700ºC – 1150ºC.

1

Amostras de Ponta Porã em estado de fundição.

0

Amostras de Dourados com queimas de 1250ºC – 1400ºC.

1

Teste das queimas com cones das amostras de Ponta Porã e Dourados de 1250ºC – 1400ºC

2

Vista do escritório da Cerâmica de Itapopo (Ponta Porã)

4

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