Quais são as principais propriedades e características dos materiais cerâmicos?

Materiais e desempenho

Marco Antônio de Morais Alcantara

Os materiais cerâmicos podem participar como componentes em diversos elementos de uma edificação, sobre os quais podem incidir diferentes requisitos de desempenho. Portanto eles devem apresentar as propriedades e as características que os façam atender a esses requisitos. Mas, tanto a escolha como as atribuições de uso devem ser criteriosas, pois eles podem variar com relação à densidade, à porosidade, ao grau de vitrificação, à presença de sais, à rugosidade, e à outras propriedades ou características... tudo isso conforme o tipo de argila utilizada e o processo de produção adotado, resultando nas diversas propriedades e características do produto; estas são apresentadas a seguir.
   

As principais propriedades ou características dos materiais cerâmicos podem ser dadas por:

- Porosidade. Esta é função da quantidade de vazios do material, e pode condicionar à maior ou à menor absorção do material, e a permeabilidade.

- Absorção d'água. É representada pela quantidade de água que pode ser incorporada ao material, em razão do contato desta com o material. A absorção d'água pode ser favorecida pelo aumento da porosidade e pela composição do material, sobretudo quanto ao caráter higroscópico desta. A absorção d'água deve ser limitada para os materiais cerâmicos, pois, os ciclos de absorção e secagem são acompanhados de expansão e de contração, respectivamente, conduzindo-se à micro-fissuração interna, e à perda de massa, com a degradação do material e perda de massa. A absorção d'água deve ser dada em no máximo 18% com relação ao valor médio, e 20% com relação ao valor individual.

- Permeabilidade. É a passagem da água pelo interior do material. Esta depende da existência de poros, e da comunicação entre eles. A ascensão capilar é um fenômeno peculiar aos tubos finos, e, face que os poros do material podem formar pequenos vasos capilares, a ascensão capilar é um fenômeno frequente em tijolos cerâmicos.   

- Grau de vitrificação. É função da quantidade de vidro formado durante o processo de queima, e que pode tornar a superfície do material mais lisa e resistente, além de impermeável. O grau de vitrificação é dependente do tipo de matéria prima utilizada, e é uma propriedade requisitada para determinados tipos de materiais quando no seu desempenho, como por exemplo nos casos das telhas, manilhas cerâmicas, e ladrilhos.

- Resistência ao desgaste. É a resistência à abrasão. Pode ser favorecida também pelo grau de vitrificação.

- Massa específica aparente. É a relação entre a massa do material e o volume desta, incluindo os vazios. Pode variar em função do tipo e da condição da argila, além do processo de moldagem. Os processos de moldagem que requerem mais água, como nos casos de moldagem "plastica consistente", permitem que se formem a maior quantidade de poros, em decorrência da evaporação da água livre; enquanto que, para os casos de moldagem por prensagem, os quais requerem menor teor de umidade, estes contribuem para os tipos de cerâmica sejam mais densas. A densidade média das cerâmicas se situa em torno de 2,3 g/cm3

- Resistência mecânica. É a resistência aos esforços mecânicos. Esta depende da massa específica alcançada pelo material e das ligações químicas formadas. Certamente, por último, é variável com o tipo de argila utilizada, e com o processo de produção, sobretudo, o grau de queima e a homogeneidade desta. 

Pode-se considerar os casos da cerâmica ordinária, atendendo aos fins de paredes sem grande responsabilidade estrutural, até os casos de cerâmica estrutural. O valor da resistência à compressão é referida à área líquida do bloco cerâmico, desprezando-se os furos, e se situa entre 1,5 a 2,5 MPa para os casos de blocos de cerâmica de vedação, e entre 4,0 a 10,0 MPa, para blocos auto portantes, de cerâmica estrutural.

Para os materiais cerâmicos, os valores alcançados para a resistência à compressão simples são da ordem de 10 vezes superiores do que os apresentados para os casos dos esforços de tração.Os materiais cerâmicos também não resistem aos esforços de tração, em razão de de que estes apresentam ruptura frágil.  

- Comportamento frente ao calor. A cerâmica se degrada frente a uma fonte elevada de calor, devido aos diferentes minerais que a compõem, os quais possuem diferentes coeficientes de dilatação. Os materiais que suportam altas temperaturas se denominam “refratários”, e são produzidos a partir de argilas refratárias. O coeficiente médio de dilatação para o tijolo de construção é apresentado em VAN VLACK(1988)próximo a 9,0x10-6 cm/cm/0C. Valores para comparação podem ser dados por 11,7x10-6 para o aço(1020), e 2,7x10-6 cm/cm/0C para o vidro de borosilicato.

- Comportamento quanto às deformações por esforços mecânicos: a cerâmica é um material frágil, com ruptura brusca frente aos esforços mecânicos. A cerâmica apresenta também baixa resistência mecânica frente aos impactos. Isto é em decorrência da sua miscro estrutura, a qual é bastante heterogênea, marcada pela presença de uma pluralidade mineralógica (com minerais com diferentes módulos de elasticidade),de ligações químicas (podendo coexistir ligações covalentes, iônicas e metálicas), ainda contando com fases amorfas e poros.   

-Resistência frente ao intemperismo: A cerâmica, sendo uma rocha artificial, ela está sujeita ao intemperismo. Este processo pode ser físico, como já apresentado nos casos dos ciclos de absorção e secagem, e ainda pode-se considerar os ciclos térmicos, de aquecimento e de resfriamento, como contribuintes para a micro-fissuração interna. Ainda tem-se o caso dos agentes químicos, representados sobretudo da ação das água ácidas, da água da precipitação, e dos agentes biológicos. Estas ações dependem dos fenômenos climáticos e da temperatura, além dos índices pluviométricos.  

-Isolamento térmico: Os materiais cerâmicos apresentam desempenho favorável com relação ao isolamento térmico, constituindo em bons isolantes, com grandes vantagens sobre alguns materiais, e com desvantagens para outros materiais. Sob este aspecto, conforme VAN VLACK (1988), a condutibilidade térmica para o tijolo de construção é da ordem de 0,0015 Cal.cm./0C.cm2.s, enquanto que para o vidro de borosilicato este valor se apresenta como 0,0025; para a lã de vidro, 0,0006; para o polietileno, 0,0008; mas, com relação ao aço, 0,12, e o alumínio, 0,53 Cal.cm./0 C.cm2.s. 

No sentido de uma escala para os diversos materiais de construção, têm-se a lã de vidro, os polímeros e a cortiça como materiais isolantes; a seguir têm-se a madeira e o concreto celular como materiais de baixa condutibilidade, o vidro e os material cerâmicos se enquadram como intermediários, e finalmente, o concreto, o cimento amianto e os materiais metálicos são os que apresentam o mais baixo desempenho como isolantes térmicos.

- Isolamento acústico: A atenuação de uma onda sonora varia de acordo com a massa do material, podendo também ser esta favorecida pela existência de uma camada de ar entre as paredes, ou elementos que compõem  um sistema. De acordo com a lei das massas, quando a massa representada em 1 metro quadrado dobra, o isolamento acústico aumenta em 4 dB (L‘HERMITE). O quadro apresentado abaixo, ilustra a variação desta lei:

Atenuação do som para uma onda sonora de  500 Hz

Fonte: L’HERMITE 

BAUER(1992) apresenta a alvenaria de tijolos maciços com desempenho de atenuação em 53 dB, para uma parede de 30 cm de espessura. Outros valores comparativos podem ser dados por: 20 dB para uma parede de compensado de madeira de 6,5 cm de espessura, 68 dB para uma laje de concreto, e 26 dB para uma placa de gesso de 1 cm de espessura.

- Condutibilidade elétrica: Esta é baixa para os materiais cerâmicos. A justificativa é facilmente compreendida pelo leitor, ao se atentar para o tipo de micro estrutura interna do material.

Tipos de Materiais cerâmicos que são reconhecidos no mercado:

- Materiais cerâmicos secos ao ar (adobes);

- materiais de baixa vitrificação ( blocos cerâmicos, ladrilhos, lajotas, tijolos maciços);

- materiais de alta vitrificação ( telhas, manilhas,ladrilhos, tijolos laminados)

- louças)

- refratários (tijolos refratários).

REFERÊNCIAS BIBLIOGRÁFICAS:

BAUER, L.A.F  Materiais de construção, São Paulo, 1992, Livros Técnicos e Científicos, 2, p.526-554.

GOMES, C.F. Argilas, o que são e para que servem. Lisboa, 1988, Fundação Calouste Gulbenkian, 457p.

L’HERMITE, R. Ao pé do muro. Brasília, SENAI,173p.

VAN VLACK, L.H. Ciência dos materiais. São Paulo, 1988, Edgard Blücher, 427p.

Sobre o autor:

Marco Antônio de Morais Alcantara é Engenheiro Civil formado pela Universidade Federal de São Carlos-BR, com ênfase em Engenharia Urbana (1986); Mestre em Engenharia Civil, área de concentração em Geotecnia, pela Universidade Federal de Viçosa-BR (1995); Master Génie Civil, Matériaux et Structures, pelo Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse-FR (2001); Docteur Génie Civil, Matériaux et Structures, pelo Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse-FR (2004);  e tem pós-doutorado em Estruturas pela Universidade do Porto-PT (2012). É docente da FEIS/UNESP desde 1987.   

Quais as principais características e propriedades dos materiais cerâmicos?

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