A RELAÇÃO SAIS SOLÚVEIS-EFLORESCÊNCIAS NAS MATÉRIAS PRIMAS
ARGILOSAS DO SUBGRUPO ITARARÉ DESTINADAS À FABRICAÇÃO DE CERÂMICA
ESTRUTURAL.
R.V.S. FLORÊNCIO (1)
(1) Rua Dom Teodósio, 380. V. Albertina. CEP: 02356-020. Instituto de Geociências,
Universidade de São Paulo, CEP 05422-970, São Paulo, SP, Brasil. email: [email protected]
Resumo
As argilas para cerâmica vermelha costumam conter teores variáveis de sais
solúveis ricos em elementos alcalinos e alcalinos terrosos, do tipo sulfatos de cálcio hidratado, de
magnésio, de sódio, de potássio, fluoretos e outros.
Sua presença nas matérias primas em teores significativos pode provocar o
surgimento de manchas (eflorescências) por toda a superfície das peças após moldagem/secagem
e queima (quando posteriormente umedecidos). As referidas manchas afetam o aspecto estético e,
nalguns casos (sais agressivos de Na e Mg), originam mesmo danos irreparáveis nos produtos
finais.
Neste estudo foram determinados os teores em sais solúveis das matérias primas
argilosas do Subgrupo Itararé perspectivando-se a possibilidade do surgimento das possíveis
eflorescências.
O teor total de sais solúveis é dado em porcentagem pela razão da massa do
filtrado seco pela massa de amostra ensaiada.
Além desta análise submeteu-se também, os corpos de prova conformados em
laboratório e para cada temperatura de queima considerada, ao ensaio de eflorescências. Este
ensaio revela a tendência das manchas salinas poderem vir a ocorrer, através de um processo
provocado de absorção de água e secagem rápida.
O ritmito cinza apresentou maior tendência para o surgimento de eflorescências
verificada pelo maior teor em sais solúveis.
palavras chaves: sais solúveis, eflorescências, matérias-primas, cerâmica
CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais
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Abstracts
Clays used to red ceramics use to have variable tenors of soluble salts rich in
alcaline and earthen alcaline elements, like hydrated sulfates of calcium, of magnesium, of
sodium, of potassium, of fluorides, and others.
Their presence on raw materials at significant tenors can provoke the appearance
of stains (eflorescences) all over the surface of the parts after the molding/dry and burning (when
moisturized posteriorly). These stains affect the aesthetic aspect and, in some cases (aggressive
salts of Na and Mg), can even bring irreversive damages on the final products.
It were determined in this study the tenors on soluble salts from clayish raw
materials from the Itararé Subgroup, perspectivating the possibility of the appearance of possible
eflorescences.
The total tenor of soluble salts is given in percentage by the rate of the mass of the
dry filtrated with the mass of the testing sample.
Aside this analysis, the test bodies conformated on laboratory and for each
considered burning temperature, to the eflorescence test. This test reveal the occurrence tendency
of the saline stains, through a process provoked by the absorption of water and rapid drying.
The gray ‘ritmite’ presented major tencency to the appearance of eflorescence
verified by the high tenor of soluble salts.
keywords: soluble salts, eflorescences, raw materials, ceramic
1. INTRODUÇÃO
Os sais solúveis, além da matéria orgânica, são considerados impurezas das
matérias primas e que são capazes de afetar as massas cerâmicas de modo global, produzindo
defeitos indesejáveis (manchas superficiais nas peças) (1).
As referidas manchas recebem o nome de eflorescências podendo ter coloração
esbranquiçada se os sais presentes forem do tipo sulfatos de sódio, potássio, cálcio e magnésio e
surgem quer como defeitos de secagem ou queima (descolorações superficiais), quer depois da
sua colocação em obra após períodos alternantes de umedecimento e secagem. Estas manchas
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podem também possuir uma coloração amarela ou esverdeada quando os sais solúveis presentes
são de vanádio ou cromo.
Estes defeitos são principalmente penalizadores em “tijolos face à vista” (2) ou em
telhas, afetando diretamente o aspecto estético das construções, apesar de não interferirem, na
maior parte dos casos, nas características tecnológicas dos produtos. Contudo, os sais de sódio e
magnésio são considerados agressivos, podendo causar danos irreparáveis nas peças cerâmicas.
O teor em sais solúveis em peças cozidas abaixo do qual não aparecem
eflorescências é de 0,4% em peso(3) , ocorrendo manifestações externas quando o seu teor se situa
acima desse valor. Estes autores consideram também que os sais solúveis formados durante a
queima (K2SO4, Na2SO4, BaSO4, CaSO4, MgSO4, Fe2SO4) são diferentes daqueles das matérias
primas, destacando a pirita presente nas argilas como responsável pelo surgimento de
eflorescências, apesar de insolúvel mas de grande reatividade.
Os sais causadores destes defeitos podem também ser originados nos gases
liberados na combustão (que podem formar sulfatos) ou devidos à água de umidificação da massa
cerâmica, que pode conter sulfatos, cloretos, nitratos, etc
(4)
. É importante ressaltar que a
composição dos sais que aparecem no exterior das peças é diferente da composição dos sais que
estão no seu interior. Justifica-se esta situação pelas diferentes solubilidades entre eles, resultando
numa maior ou menor facilidade de arraste dos sais até a superfície das peças.
Em produtos esmaltados, a ocorrência de sais solúveis pode impedir a aderência
do mesmo à superfície das peças. Rugosidades nas superfícies dos esmaltes também podem ser
devidas aos sais solúveis (principalmente sulfatos)
O limite máximo de sais solúveis totais que vinha sendo permitido pela norma
portuguesa NP 80 (1964)
(5)
era de 0,5%. Na regulamentação européia EN 771-1 (2000)
(6)
definem-se os limites possíveis para sais discriminados (sais de Na+, K+ e Mg2+).
A determinação de sais solúveis nas matérias primas não é um fator determinante
para o surgimento de eflorescências mas apenas um indicativo, pois além de parâmetros
diretamente ligados à natureza das argilas (porosidade, absorção de água, granulometria), outros
fatores devem ser relevantes e considerados no processo industrial
(7)
, tais como: sistema de
exploração e método de formação da pilha, tipo de água utilizada durante a conformação
(extrusão ou prensagem), pressão de extrusão, ciclo de secagem e tipo de secadores utilizados e,
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finalmente quanto à queima, a consideração do tipo de combustível utilizado e o ciclo de queima
(temperatura, tempo de queima e atmosfera do forno).
Existem diversas formas citadas na literatura para evitar e/ou eliminar o
surgimento de eflorescências nos produtos cerâmicos, quer nas peças individuais quer após
aplicação em obra (8), (9), (10).
Outros problemas como liberação de SO2, SO3, de cloro e flúor, que são gases
ácidos e tóxicos, de efeitos negativos à atmosfera do forno e ao meio ambiente também podem
ser devidos à presença de sais solúveis. Influenciam também em outras propriedades das matérias
primas cerâmicas como por exemplo, a plasticidade.
A Tabela 1 resume as impurezas mais comuns nas argilas vermelhas, assim como
a proporção máxima recomendada, no caso daquelas que afetam as massas de forma global, para
fabricação de placas cerâmicas.
Tabela 1 - Impurezas comuns nas argilas vermelhas utilizadas na fabricação de placas cerâmicas
Impurezas que afetam as massas
cerâmicas de argilas vermelhas
Sais solúveis (Ca2+, SO42-)
Matéria orgânica
CaCO3
Caráter pontual
% máxima aconselhável
Pavimento
Revestimento Poroso
greisificado
< 0,1
< 0,1
< 0,1
< 0,2
Não é impureza
<3
Calcita, dolomita, pirita, carbono e biotita
Para solucionar o sugimento dos defeitos originados pela presença de impurezas
nas matérias primas deve-se considerar dois aspectos importantes:
• a diminuição da variação nas características das matérias primas, otimizando-se as misturas e
implementando-se melhorias no processo de homogeneização, através de meteorização - sob a
ação dos agentes intempéricos as argila(s) recém extraída(s) sofrem lavagem (águas das
chuvas) e desagregação, com eliminação dos sais solúveis, oxidação das piritas e diminuição
dos tamanhos dos torrões;
• a busca de matérias primas alternativas, de melhor qualidade, que se adaptem às inovações
tecnológicas e à demanda de mercado.
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Para minimizar ou eliminar o surgimento das eflorescências de secagem no
processo industrial, devida à presença de sais solúveis, é conveniente:
•
determinar a presença de sais solúveis através de controle das matérias primas, mediante
observação direta do corte da jazida em período seco logo após um período de chuvas, realizar
ensaios de secagem adequados das argilas a serem utilizadas nas massas cerâmicas e verificar
a possível presença de cristais de gesso (sulfato de cálcio) nas matérias primas;
•
não utilizar a matéria prima que contenha sais solúveis ou recorrer a aditivos na mistura que
inibam o aparecimento de sulfatos (carbonato de bário). Normalmente uma adição de 3%o de
carbonato de bário (3 kg/tonelada de argila seca) é suficiente, acrescentando-se e
homogeneizando-se as argilas paulatinamente, e em tempo suficiente para que se consiga a
reação total.
•
utilizar um controlador de temperatura entre o forno e o secador para evitar a condensação
direta dos gases de combustão sobre a superfície das peças e, conseqüentemente, o surgimento
de eflorescências, quando não houver possibilidade de utilizar produtos (argilas ou
combustíveis) com baixo teor de enxofre.
•
como a solubilidade dos sais aumenta com a subida da temperatura, é recomendável manter a
temperatura dos secadores baixa durante a primeira fase e/ou diminuir a velocidade de
secagem, para reduzir ou eliminar o surgimento de eflorescências.
As eflorescências de queima têm sua origem, basicamente, na condensação dos
gases de combustão sobre as peças, no início do cozimento. O processo decorrente é o mesmo
que se verifica na secagem. No processo industrial podem ser evitadas da seguinte forma:
•
utilizar combustíveis que emanem gases com baixos teores de enxôfre;
•
utilizar matérias primas com baixos teores de enxofre (< 0,05%) (9);
•
aumentar a temperatura de queima;
•
aumentar a temperatura de extração dos gases de combustão;
•
levar ao forno ou fornalhas os produtos mais secos possível (para impedir a formação de
ácido sulfúrico);
•
arejar as zonas onde podem ocorrer eflorescências, facilitando a passagem dos gases de
combustão e liberar as saídas;
Em paredes de tijolos face à vista, onde as eflorescências se instalem após
colocação em obra, a única solução passa apenas por lavagens sucessivas com algum tipo de
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ácido (por exemplo o ácido muriático) e em seguida com água em abundância. Para evitar a
instalação das eflorescências outra solução atualmente utilizada é a de impermiabilização das
paredes com algum produto do tipo “hidrorrepelente”
(7)
ou utilizar um hidrofegante nas
argamassas.
2. OBJETIVOS
Este trabalho teve por objetivos estabelecer uma relação entre a presença de sais
solúveis nas matérias primas cerâmicas argilosas do Subgrupo Itararé como indício de possível
surgimento de eflorescências nos produtos finais.
3. MATERIAIS
Neste estudo as matérias primas estudadas para a detrminação de sais solúveis são
fácies argilosas do Subgrupo Itararé, correspondendo a ritmitos de coloração cinza e siltitos
argilosos de coloração amarela, aflorantes no município de Indaiatuba (Estado de São Paulo).
Para os ensaios de eflorescências foram utilizados corpos de prova conformados
por extrusão a partir de massas cerâmicas elaboradas com as argilas individuais e com misturas
entre elas resultando nas seguintes composições:
Tabela 2 - Composição das massas básicas C1, C2 e C3.
Matérias Primas
Ritmito cinza (A)
Siltito amarelo (B)
Composições
C1
C2
C3
33% 25%
20%
67% 75%
80%
4. MÉTODOS
Para a determinação dos sais solúveis totais as amostras foram previamente
moídas e passadas em peneira de 100 mesh ASTM (150 mm) e secas em estufa a 110ºC. O
método analítico utilizado no Laboratório de Química de Materiais do CTCV seguiu a norma
européia NP 80 (5).
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Assim, pesaram-se, em dois frascos de polietileno por amostra, aproximadamente,
25 g do material a ser analisado. Adicionaram-se 250 ml de água destilada a cada frasco e levouse a agitação mecânica por 8 horas, sendo então as amostras transferidas para tubos de vidro,
filtradas e centrifugadas até ficarem transparentes.
Os filtrados de cada amostra foram passados para bequeres de vidro, previamente
tarados, submetendo-os à evaporação em estufa a temperatura não superior a 100ºC. Em seguida
foram retirados e levados para um dessecador por 45 minutos para esfriar, pesando-se em
seguida. Repetiu-se este procedimento até peso constante.
O teor total de sais solúveis é dado em porcentagem pela razão da massa do
filtrado seco pela massa de amostra ensaiada.
Para os ensaios de eflorescências utilizou-se dois corpos de prova por amostra, os
quais foram queimados às temperaturas de 850ºC, 925ºC, 1000ºC e 1075ºC. Os mesmos foram
parcialmente imersos em água destilada por 24 horas e posteriormnete secos em estufa (110ºC)
por 24 horas. Este ensaio simples resulta na avaliação visual dos corpos de prova para a
constatação do surgimento de manchas ou colorações estranhas à superfície dos mesmos.
A secagem acelerada em estufa facilita a saída de água do interior das peças, por
capilaridade, com precipitação de sais solúveis à superfície, caso estejam presentes nas matérias
primas.
Este ensaio simples é apenas qualitativo, revelando, em linhas gerais, a tendência
das manchas salinas poderem vir a ocorrer, através de um processo provocado de absorção de
água e secagem rápida, conforme descrito no parágrafo anterior.
Através de uma adaptação da norma ASTM C 67 (1992)
(11)
pode-se
semiquantificar o surgimento de eflorescências variando-se as condições de umidade e
temperatura do ambiente de realização dos ensaios.
5. RESULTADOS E DISCUSSÕES
A Tabela 2 apresenta os resultados dos teores de sais solúveis totais (%) presentes
nas matérias primas individuais.
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Tabela 2 - Porcentagem de sais solúveis totais para as matérias primas naturais.
Matérias primas
Ritmito cinza
Siltito amarelo
Sais solúveis totais (%)
0,3
0,1
A tabela 3 apresenta as amostras que manifestaram eflorescências após o ensaio de
secagem acelerada.
Tabela 3 – Ocorrência de eflorescências nas amostras estudadas
Eflorescências
MATÉRIAS
PRIMAS
ritmito cinza
siltito amarelo
C1
C2
C3
850ºC
925ºC
1000ºC
1075ºC
_
_
_
_
_
**
_
**
**
**
*
_
**
**
*
_
_
_
_
_
* ocorrência vestigial; ** ocorrência média
O ritmito cinza apresentou maior teor em sais solúveis (0,3%) do que o siltito
amarelo (0,1%). Embora não tenham sido feitos os ensaios discriminados para especificação dos
sais, pode-se observar que pela análise química do ritmito cinza, os teores respectivos de Na e K
(0,50 e 3,79% ) são maiores com relação aos do siltito (0,07 e 2,42%), o que possivelmente
facilitaria também a formação de sais desses elementos.
O ritmito cinza apresentou eflorescências amarelo-esverdeadas na superfície dos
corpos de prova, no intervalo de temperatura de 925ºC - 1000ºC. É possível que tenham se
formado sais de vanádio, já que a temperatura de formação de vanadatos situa-se em torno dos
980ºC. Acima desta temperatura o pico de formação de vanadatos é ultrapassado e não surgem
mais eflorescências.
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Nas composições C1 e C2, formuladas com maiores teores de ritmito cinza, a
matéria prima com teor mais elevado em sais, o surgimento de manchas na superfície das peças
foi mais evidente com relação à composição C3.
6. CONCLUSÕES
Dos resultados acima pode-se concluir que as matérias primas argilosas com
maiores teores em sais (ritmito) foram mais susceptíveis ao surgimento de eflorescências,
fenômeno esse que também teria sido facilitado no intervalo de temperaturas de queima entre
925ºC e 1000ºC. A mesma tendência verificou-se nas composições formuladas com maiores
proporções de ritmito cinza.
Considerando-se a suscetibilidade desses materiais em produzirem esse tipo de
defeito, alguns cuidados especiais deverão ser tomados sobretudo com relação à otimização das
massas, ao tempo e modo de homogeneização, reduzindo-se assim o surgimento de
eflorescências causadas pelo tipo de matéria prima.
Referências Bibliográficas
(1) SANCHEZ, E.; GARCIA, J.; GINÉS, F.; NEGRE, F. (1996). Aspectos a serem melhorados
nas caracteristicas e homegeneidade de argilas vermelhas empregadas na fabricação de
placas cerâmicas. Ceramica Industrial, v.1, n.3, p.13-22.
(2). MORI, G. (1996) – Il fenomeno delle efflorescenze nei mattoni faccia a vista: contributi
tecnici. L'industria dei laterizi, n. 41, p. 276-278.
(3). FIORI, C. ; FABRI, B.; RAVAGLIOLI, A. (1989). I sali solubili nelle argille. In: ___.
Materie prime ceramiche: studi, ricerche e tecnologie in Italla. Faenza, Gruppo
Editoriale Faenza Editrice. v.3, p.119-125.
(4). MUZZIN, G. (1982). Les efflorescences dans les maçonneries en brique. Centre
Scientifique et Technique de la Construction Revue, n.4, p. 2-11.
(5). NORMA PORTUGUESA DEFINITIVA (1964) – Tijolos para alvenaria: características e
ensaios. Lisboa, Laboratório Nacional de Engenharia Civil. 7 p. (NP 80).
CONGRESSO BRASILEIRO DE ENGENHARIA E CIÊNCIA DOS MATERIAIS, 14., 2000, São Pedro - SP. Anais
01009
(6). EN 771-1:2000 - Specification for masonry units - Part 1: Clay masonry units. Ed. Abril
2000, CEN, Bruxelas
(7). CANTAGALLI, F. (1996) – Il fenomeno delle efflorescenze nei mattoni faccia a vista: un
contributo da parte del produttore. L'industria dei laterizi, n. 41. p. 279-286.
(8). SCHMIDT-REINHOLZ, H.S. (1993). Limiting efflorescence and leaching in facing brick
masonry – causes, reduction trough technological measures, additives and posttreatment. Tile & Brick International, v.9, n.4, p.199-204.
(9). FABBRI, B.; DONDI, M. (1995) – Manifestazioni Efflorescenti. In:__Caratteristiche e
difetti del laterizio. Italy, Faenza Editrice. p. 99-113.
(10). BIFFI, G. (1996) - Il Fenomeno delle efflorescenze nei laterizi: problematiche tecniche e
possibili progetti di intervento. L'indústria dei laterizi, n. 41, p. 271-275.
(11). NASCIMENTO, S. F. DO (1998) - Influência da concentração de sais solúveis nas
propriedades cerâmicas e eflorescentes em cerâmica vermelha do Estado da Paraíba.
Dissertação de Mestrado. Campina Grande. Universidade Federal da Paraíba. 257p.
Agradecimentos: Agradecimentos especiais ao conceituado CTCV (Centro Tecnológico da
Cerâmica e do Vidro – Coimbra) pelo apoio na realização da parte experimental em seus
laboratórios de preparação de amostras e de caracterização e à Fundação Coordenação de
Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior (CAPES/MEC) pelo auxílio à bolsa que permitiu
a realização dos experimentos no referido Centro de Pesquisa.
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