Download - Materiais Cerâmicos PCC 3221
Materiais Cerâmicos
PCC 3221
Definição de materiais cerâmicos
Grego: “KERAMOS” - COISA QUEIMADA
Materiais inorgânicos, excluindo os metais e suas ligas, utilizáveis após tratamento em altas temperaturas.
(American Ceramic Society)
Ligações predominantes
Classes de materiais cerâmicos
Quais são os principais usos dos materiais
cerâmicos no setor de construção?
5
Alvenaria
Google imagens
Revestimentos cerâmicos
Pisos Fachadas
portobello.com.br
Louça sanitária e refratários
http://assets.cimm.com.br/
http://www.reikal.com.br/
Comportamento básico das Cerâmicas• Material frágil
• Durável
• Resistência depende fundamentalmente de:
– Porosidade
– Qualidade do esqueleto cerâmico (composição e queima)
http://drizancanaro.blogspot.com/2011/03/o-vaso-de-ceramica-
mensagem-do-dia-para.html
Resistência mecânica x porosidade
0
0.25
0.5
0.75
1
0 5 10 15 20 25
Volume de Poros (%)
Re
sis
tên
cia
Re
lati
va
http://en.wikipedia.org/wiki/File:Porousceramic.jpg
Tração x compressão(frágil e não uniforme - defeitos)
Propriedades mecânicas
Resistência à compressão ( fc ):
Tijolos e blocos vedação - > 1,5 MPa (mín. exigido)
Cerâmica vermelha estrutural -
Blocos estruturais 20 - 80 MPa
Placas de pisos até 150 MPa
Porcelanas - até 200 MPa
Resistência à tração ( ft ): 15 a 20 % fc
Módulo de elasticidade: 6 GPa até 100 GPa ou mais
Coeficiente de Poisson ( u ): 0,20 a 0,30
12
Fonte: IOSHIMOTO & THOMAZ
http://www.vogt-
ceramic.de/tl_files/medien/leistungen/Tabellen_2016/EN
G/production-process.jpg
Métodos/Etapas de produção
Drying
Sinterização
http://s3.amazonaws.com/magoo/ABAAAgZBoAG-32.jpg
Redução de
porosidade +
formação de
sólido
policristalino
Sinterização
https://www.youtube.com/watch?v=48Is5ENhkGE
Simulação 3d
sinterização
Cerâmica Vermelha
http://www.abceram.org.br
* Dados variam conforme a fonte por causa da
informalidade do setor.
Nº Empresas % Peças/mes Argila (t/mês)
Blocos/Tijolos 4346 63% 4 E 9 7.800.000
Telhas 2547 36% 1,3E9 2.500.000
https://abceram.org.br/wp-
content/uploads/2016/01/fluxo1.jpg
Processo de fabricação de cerâmica vermelha
Matéria prima básica:Argilas
Solo com características de plasticidade com água, moldagem fácil de formas, coeso quando seco, difícil desagregação por pressão dos dedos, partículas menores que 5 μm
(NBR6502 - Rochas e Solos)
18http://historia-da-ceramica.blogspot.com/2009/02/ceramica-tradicional-no-laos.html
Constituintes principais das argilas
Argilo-minerais – silicatos hidratados de Al, Fe, Mg e K, entre outros, associados a óxidos
19geologia.byethost7.com pubs.usgs.gov
Calcinação das argilas
20The TGA–DTA curves of kaolin doi:10.1007/s10934-008-9258-z
Calcinação das argilas
21TA Instruments. DILATOMETRY
Fusão, reduz poros
Queima de massas argilosas
22
Fonte: IOSHIMOTO & THOMAZ
retração
Extrusão de blocos cerâmicos
Telhas cerâmicas: prensagem
www.man.com.br
Secagem natural antes da queima
26
Queima em forno contínuo
Propriedades importantes das argilas
Plasticidade
Retração por secagem redução de volume
inicia na superfície
– Difusão de água
tensões por retração diferencial
depende
– teor de umidade,
– finura da argila
– composição mineralógica
27
Outros constituintes das argilas
Sais solúveis (K2SO4, Na2SO4, NaCl, Na2CO3)
plasticidade e refratariedade
causam eflorescências
Matéria orgânica plasticidade, retração e
porosidade
28
todobarro.com
Qual componente é mais resistente?Justifique
Bloco Telha
Extrusão Prensagem
Queima (< 800°C) Queima (> 800°C)
Blocos cerâmicos: inspeção & aceitação (NBR 15270: 2005)
Lotes (un.) Amostragem(un.)
Requisitos para ensaio
Rejeição(un.)
1.000-100.000 13 Características Geométricas
3
13 Resistência à compressão
3
6 Absorção de água 2
Resistência à compressão
Bastos (2003) fb > 1,5 MPa
(furos horizontais)
fb > 3,0 MPa
(furos verticais)
bruta
bA
Ff =
Corpos de prova
saturados.
Absorção de água
Silva et al. (2007)
100sec
sec(%) x
oM
oMMsatA
−=
8 < A < 22%
Telhas cerâmicas
TELHAS CERÂMICAS
Os principais tipos de telhas cerâmicas e suas características são:
Capa e canal - encontrada em três estilos:
colonial, paulista e plan. Rendimento:17 peças/m².
Francesa - a instalação é feita com encaixe lateral. O desenho da superfície muda de acordo
com o fabricante. Rendimento: 18 peças/m².
Romanas - são sobrepostas lateralmente. Rendimento: 17 peças/m².
Portuguesas - o grupo também inclui as italianas e espanholas. O que muda são as dimensões e o
rendimento. Rendimento: 13 peças/m² (italiana) e 16 peças/m²
(portuguesa).
Planas - utilizadas em países de invernos rigorosos, onde os telhados são muito inclinados para permitir que a neve escorra. No Brasil, são
usadas para compor coberturas de estilo germânico e suíço.
Rendimento: 35 peças/m².
Telhas cerâmicas
Que propriedades devem ser
controladas?
34
Telhas cerâmicas:inspeção & aceitação (QUALIHAB)
Lotes (un.) Amostragem
(un.)
Requisitos
para ensaio
Rejeição
(un.)
Cada
caminhão
20 Características
Geométricas
3
6 Resistência à
flexão
(> 100 Kgf)
-
6 Impermeabilida
de das telhas
1
Resistência à flexão
Requisitos e critérios das telhas cerâmicas (NBR 15310:2005)
Tipo telha Exemplo Carga de ruptura à flexão por 3 pontos (N)
Plana de encaixe Francesa 1000
Composta de encaixe
Romana 1300
Simples de sobreposição
Capa e canal
Paulista
1000
Estanqueidade das telhas
Placas cerâmicas
Como são produzidas?
39
Fabricação da placa cerâmica
Quanto à queima:
Baixa vitrificação 900 -1100 oC
Alta vitrificação 1250 oC
Refratários 2500 oC
40
cerâmica
esmalte
https://abceram.org.br/wp-
content/uploads/2016/01/fluxo8.jpg
https://abceram.org.br/wp-
content/uploads/2016/01/fluxo7.jpg
Processo de fabricação placas cerâmicas
Via úmida Via seca
Placas cerâmicas
Quais as principais propriedades que
devem ser controladas?
42
Placa cerâmica
Propriedades da placa:
-Dimensões e tolerâncias;
-Absorção de água;
-Resistência à flexão;
-Expansão por umidade.
Propriedades da
superfície:
-Resistência à abrasão (PEI –
esmaltadas; Abrasão profunda –
não esmaltadas);
-Resistência a risco;
-Coeficiente de atrito;
-Resistência a manchas
(limpabilidade)
-Ataque químico
Tardoz – face não esmaltada, corrugada
para melhorar aderência da placa
Placa cerâmica – características geométricas
• Devido à retração, as dimensões nominais diferem das dimensões reais
• Cada lote tem as tolerâncias de variações dimensionais calibradas em função das dimensões reais produzidas
• Dimensões nominais e reais são informadas na embalagem
• Manter o lote em um mesmo revestimento
Ortogonalidade Retitude
Extraído da NBR 13818
Placa cerâmica – características geométricas
Curvatura
lateralEmpeno
Extraído da NBR 13818
Classificações básicas de placas por fabricação (A, B, C) e absorção de água (I, II e III)
Revista Techne, n.96, 2005
Flexão simples
Absorção de água x Resistência à Flexão
y = -5.839ln(x) + 26.452R² = 0.8946
0
5
10
15
20
25
30
35
40
0 2 4 6 8 10 12
Mo
d. d
e re
sist
. à t
raçã
o (
MPa
)
Absorção (%)
Abrasímetro para placas esmaltadas
Extraído da NBR 13818
Classes de resistência à abrasão PEI para placas esmaltadas
Classe de abrasão Nível de resistência No de ciclos para visualizar desgaste
Exemplos de tipo de ambiente a especificar
PEI - 0 Baixíssima 100 Paredes (não indicado para pisos)
PEI - 1 Baixa 150 Banheiros e quartos residenciais
PEI - 2 Média 600 Ambientes sem portas para exterior
PEI - 3 Média alta 750, 1500 Cozinhas, hall, corredores residenciais
PEI - 4 Alta 2100, 6000, 12000 Ambientes comerciais sem portas para fora
PEI - 5 Altíssima e com fácil limpeza após desgaste
> 12000 Ambientes públicos com portas para fora
Resistência ao escorregamento
• Coeficiente de atrito x uso, segundo critérios do Transport Road Research Laboratory
Coeficiente de atrito
Uso
< 0,4 Instalações normais e secas
> 0,4 Locais com requisito de resistência ao escorregamento
> 0,7 Áreas externas em aclive ou declive. Calçadas públicas, bordas de piscina
Resistência a manchas
Classes de limpabilidade
1. Impossibilidade de remoção de manchas
2. Mancha removível com HCl diluído
3. Mancha removível com saponáceo
4. Mancha removível com produto fraco (detergente)
5. Máxima facilidade de remoção de manchas
Extraído da NBR 13818
Mesma ideia básica para uma solução
arquitetônica:
Piso em porcelanato –
Shopping Bourbon/SP
Piso em rocha – Aerop. Congonhas São Paulo mesmo padrão estético mas não foi possível “controlar” a
resistência ao desgaste diferenciada entre mármore e granito
Pergunta
• O que são os porcelanatos? Em que se diferenciam das placas cerâmicas convencionais?
Porcelanato é um produto cerâmico declarado pela Norma
ISO 13006/NBR13818 com especificação BIa significando
material prensado com absorção de água menor ou igual a
0,5% [http://www.ceramicaindustrial.org.br/pdf/v10n04/publicado_v10n4a02.pdf]
Atividade extra
• Como se diferencia o processo de fabricação dos porcelanatos em relação às placas cerâmicas convencionais?
Bibliografia recomendada
• Cerâmica Vermelha– (CAP 18) Materiais de Construção Civil e Princípios de
Ciência e Engenharia de Materiais. ed. G. C. Isaía. São Paulo: IBRACON, 2007. 2 v.
• Cerâmica Branca– (CAP 19) Materiais de Construção Civil e Princípios de
Ciência e Engenharia de Materiais. ed. G. C. Isaía. São Paulo: IBRACON, 2007. 2 v.
https://abceram.org.br/
Caso particular de material cerâmico:
Vidros
Vidros planos (portas, janelas, sacadas)
Perfis de vidro p/ vedação vertical
Domos de vidro
Fibras de vidro
Lã de vidro
Tijolos ou blocos de vidro p/ alvenaria
Telhas de vidro
58
Componentes de construção civil
Sears Tower –Chicago / USA
• Fachada de vidro tradicional e
• Quatro balcões estão suspensos a 412 metros do chão, no 103º andar.;
• São caixas de 3m de altura e 3m de largura;
• Suportam 5 toneladas;
• Os vidros são de 1,5 polegadas de espessura = 3,81 cm
Componentes de vidro: Perfis, domos, telhas e blocos
61
www.vidrioperfil.com www.galvocalhas.com.br
www.madeirasbaliza.com.br/telhas3.htm http://shopdaconstrucao.com.br/bloco-vidro.htm
Fibras de vidro
62
http://www.cimentoitambe.com.br/massa-cinzenta/concreto-com-reforco-adicional/
www.ibiubi.com.br/
Vidros Industriais: produtos inorgânicos obtidos por fusão e resfriamento sem cristalização de massa inorgânica.
✓Em função da temperatura, o vidro pode passar do estado líquido ao viscoso e frágil
Vidro ordinário ou neutro para construção civil: solução amorfa e homogênea, de elevada viscosidade, um líquido super-resfriado, de silicatos alcalino-terrosos, em silicatos alcalinos simples e mais fusíveis
63
CONCEITO DE VIDRO
SiO2 areia 72 %
Na2O 15%
CaO carbonato 9%
Outros 4%
Vitrificante
(características do vidro)
Fundente
Estabilizante
(dureza, insolubilidade à água)
Corretivos cor
64
Composição básica do vidro C.C.
• Idade pedra “obsidiana” (flechas, lanças)
• 5000 a. C. descoberta Fenícios
• 1500 a. C.adornos, ânforas p/ matrizes
• 500 a. C. até séc. XIX vidro plano olho de boi
• 300 espelhos, Síria e Egito
• 1200 vidro por sopro de cilindro, olho de boi, 45 cm e l
< 3 m
• 1300domínio Veneza, Murano (vidro cristal)
65
Evolução dos vidros planos
Castelo de Edimburgo
http://bellafayegarden.tumblr.com/post/5404744379/a-window-in-edinburgh-castle-scotland-4-2011
Cuba fusão - refinação
Forno Banho Recozimento
Atmosfera inerteMistura básica
Vidro
Estanho
fundido
• 1665 nasce a Saint-Gobain, na França
• 1896fundação Vidraria Sta. Marina - SP
• 1900- mecanização do processocilindros 1m x12 m: placas 3 x 12 m
• 1913Processo Fourcault: vidro estirado
• Anos 70 - custo67,43 libras/m2 (1758) → 7,79 libras/m2
(1975)• 1982
Fábrica float,pela CEBRACE, em SP.
66
Evolução dos vidros planos
• Preparo mistura básica
• Fusão 1450 °C a 1550 °C
• Refinação 1350 °C a 1450 °C
• Moldagem 1200 °C a 1300 °C
• Pr. especiais polimento (float, impressão)
• Processo de recozimento - 300 °C a 400 °C
Alívio de tensões
67
Fabricação dos vidros planos
Classificação de vidros planos pela NBR NM 293 : 2004
Quanto à transparência: » transparente
» translúcido
(difusão em vários graus)
» opaco
(impede passagem luz)
Quanto à coloração:» incolor
» colorido
(óxidos metálicos)
69
Classificação dos vidros planos
Quanto ao acabamento da superfície
»Estirado ou liso
»Float ou cristal
» Impresso ou fantasia (translúcido)
»Fosco (jato de areia e ácido)
»Gravado (trat. químico ou mecânico)
»Esmaltado (esmalte vitrificável)
70
Classificação dos vidros planos
Quanto ao acabamento da superfície
– Espelhado
(tratamento químico)
– Termorrefletor ou refletivo (low E)
71
Classificação dos vidros planos
Vidros de baixa emissividade (low-e)
• Reduzem a transferência de calor (radiação infravermelho longo) por ação de óxidos metálicos depositados ou de películas superficiais aplicadas
• Quanto menor a emissividade (pode variar de 0,04 a 0,35), melhor o comportamento, pois menos absorverá e mais irá refletir
Quanto menor a emissividade (pode variar de 0,04 a 0,35), melhor o comportamento, pois menos absorverá e mais irá refletir
• Temperados
• Laminados
• Aramados
73
Vidros de segurança
www.canstockphoto.com.br
www.devidro.com
Vidros temperados• Peças em vidro float e recozidas são cortadas e
perfuradas nas condições necessárias para o uso final
• Novo aquecimento a 700 oC e resfriamento controlado com jatos de ar para introduzir tensões de compressão na superfície das peças
• Aumento da resistência mecânica da ordem de até 5 vezes em relação ao vidro recozido (comum)
c
Espessura
Vidros laminados• Composto de duas ou mais lâminas de vidros, coladas
pela intercalação de um até quatro filmes de policarbonato ou polivinil butiral (PVB) ou resina líquida de poliéster, por tratamento térmico sob pressão
• Em caso de ruptura da placa, os estilhaços permanecem aderidos (segurança)
• Espessuras de até 60 mm e alta resistência a projéteis de armas de fogo
http://vidracariario.com.br/vidro-laminado/
www.hotfrog.com.br/
Vidros laminados
• Características óticas variáveis
• Pode ser refletivo: camada metalizada deve ficar protegida no interior da placa (low e)
77
Cobertura da piscina do Hotel Hilton São Paulo Morumbi, projeto de Botti Rubin: vidros laminados refletivos da Santa Marina (www.arcoweb.com.br/tecnologia/vidros-refletivos-para-o-28-09-2004.html)
Vidros aramados
• Vidro produzido com tela metálica no interior.
• Evita estilhaçamento.
• Mantém-se fixo ao vão.
• Normalmente é impresso e translúcido.
78
www.colegiodearquitetos.com.br
www.psdovidro.com.br
Temperado Laminado Aramado
• Resistência • resistência àperfuração emchoques
• Na quebra,retenção vidropela tela
• Proibido cortesou deformaçõesapós têmpera
• Corte nainstalação
• Corte nainstalação
• Fragmentação
pedaços
• Performance
acústica > 800Hz, índice médioatenuação de32,6 dB
• Performance ao
fogo
• Ferragem comaperto
• 2 a 3 placas
• Proteção anti-bala regulável
79
Características dos vidros de segurança
Densidade de massa específica = 2500 kg/m3
Carga por m2 5 kg/m2 (2 mm espessura)
47,5 kg/m2 (19 mm espessura)
Coef. de dil. térmica linear = 9 x 10-6 oC-1
Coef. transmissão térmica k = 5,7 W/m2 oC (comum)
Dureza Mohs 6 a 7
Módulo de elasticidade E = 70 a 75 Gpa
Coeficiente de Poisson = 0,22
Resistência à flexãoRecozido ftf = 40 5 MPa adm = 13 2 MPa
Temperado ftf = 180 20 MPa adm = 60 4 MPa
80
Resumo das propriedades dos vidros planos
81
Bibliografia: Livro IBRACON – Capítulo 21
– Materiais de Construção Civil e Princípios de Ciência e Engenharia de Materiais. ed. G. C. Isaía. São Paulo: IBRACON, 2007. 2 v.