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Investigação reológica de materiais de construção

A indústria de construção se depara com um vasto conjunto de projetos públicos e industriais nos quais diferentes tipos de materiais, de naturais a sintéticos, estão em uso. Esses materiais são predominantemente compostos, como tijolos, cimentos e concretos, e modificados, como tecidos, espuma, vidro, metais, plástico e cerâmica. Todos esses materiais contribuem para a estabilidade de longo prazo, funcionalidade, propriedades isolantes, controle de umidade e resistência a incêndio de um prédio. 

Comportamento reológico de materiais de construção

Medições reológicas podem ser aplicadas para esses materiais para controlar a qualidade, melhorar o comportamento de processamento e otimizar o comportamento de longo prazo dos produtos finais.  

Materiais de construção tipicamente medidos

Pastas de cerâmica

Materiais de cerâmica existem em inúmeras texturas para diversas aplicações. Pastas de cerâmica são feitas de vários componentes. Um desses componentes é a argila, como o caulim, que é um silicato de potássio da caulinita mineral. O caulim também é chamado de argila da China por razões históricas, e se tornou famoso em todo o mundo, por exemplo no formato de xícaras de chá. Ele é criado pela decomposição e transformação de rochas de silicato. O caulim puro é branco claro; quando misturado com quartzo ou feldspato, ele muda para uma cor amarelo acinzentada (caulim cru, areia caulinita). O caulim que foi criado pela intemperização de granito e feldspato pode ser encontrado em vários locais por todo o mundo.

Na indústria de construção, materiais de cerâmica são normalmente usados para ladrilhos (para pisos, bancadas e lareiras), tijolos, isoladores e itens sanitários. Qualquer que seja a forma final, no início da cadeia de processamento, a cerâmica é processada e transportada na forma de um pasta.

Testes reológicos em pastas de cerâmica

As características de processamento e transporte de suspensões dependem grandemente de suas propriedades reológicas. Dessa forma, o conhecimento dos parâmetros reológicos (como limite de elasticidade e viscosidade) é essencial, especialmente ao transportar uma grande quantidade de pasta. Com um reômetro rotacional, curvas de fluxo e viscosidade podem ser medidas e o limite de elasticidade também pode ser calculado. Na reologia, o limite de força que precisa ser excedido para ultrapassar a rede de forças da estrutura interna é descrito como limite de elasticidade, por exemplo ao bombear a pasta. Medir o limite de elasticidade e a função de viscosidade oferece informações importantes para melhor entender o comportamento de fluxo de pastas em tubos. Isso também ajuda a solucionar problemas com pastas que são difíceis de serem bombeadas. As propriedades reológicas das pastas de cerâmica podem ser influenciadas por variações na composição de pasta, como, por exemplo, a concentração volumétrica (a quantidade de água), aditivos (sólidos, polímeros, líquidos), tamanho de partículas e pelas condições de processo, como temperatura de bombeio ou velocidade de fluxo.

Esse teste exige um reômetro.

Pisos compostos

Antes que o piso (assoalho de tacos, laminados, revestimentos, piso em vinil etc.) possa ser acabado, um piso em ripas ou composto precisa ser preparado como base. Isso age como um material de enchimento e espaçamento entre o cimento e o piso e serve como uma camada de dispersão de carga. Abaixo do equipamento de aquecimento de ripas, também é possível instalar um material de absorção de temperatura ou redução de ruídos.

Um piso composto é um tipo especial de piso que é colocado diretamente sobre o cimento e, dessa forma, é completamente colado a ele. Essa composição é preparada de modo a suportar todas as forças de deformação, tensão térmica e carga de tráfego, mas carece de isolamento contra ruído ou calor. Dessa forma, todos esses tipos de pisos podem ser encontrados principalmente em porões, salas de armazenamento e como uma base para motores, onde altas cargas dinâmicas podem ser esperadas. 

Testes reológicos em pisos compostos

Para evitar danos devido a altas cargas que podem ser aplicadas, as propriedades de deformação do piso composto precisam ser investigadas e ajustadas. O comportamento de assentamento dele após ser aplicado como um material de fluxo livre também é bastante importante para o manuseio do piso. Com um reômetro, por exemplo, o comportamento de fluxo de um material em um determinado período pode ser medido para determinar o tempo de assentamento da mistura. A quantidade e o tipo de retardante de assentamento usado influenciam o tempo de assentamento. Ao medir amostras de pisos compostos de fluxo livre com diferentes proporções de retardante adicionado, a relação adequada de componentes pode ser identificada para otimizar o comportamento dependente de tempo.

Esse teste exige um reômetro com um sistema de medição de esfera.

Vidro

Esse material transparente no estado sólido pode ser encontrado na forma de material de embalagem (jarras, frascos, garrafas) e também é usado na indústria de construção (janelas, fachadas, isolamento), indústria de móveis (espelhos, mesas, prateleiras) e automotiva (parabrisas, luzes de freio), para citar apenas alguns poucos campos de aplicação. Enquanto o vidro se comporta como sólido na temperatura ambiente, ele só pode ser formato como um termoplástico. No estado líquido, ele pode ser despejado, soprado, prensado e moldado em diversos formatos.

As propriedades do vidro dependem significativamente de sua composição. Geralmente, o vidro de material básico é composto de dióxido de silicone, mas as propriedades podem ser modificadas ao adicionar outros componentes como metais. A lã de vidro, por exemplo, é um tipo especial de vidro usado como material de isolamento graças à sua baixa condutividade térmica (entre outras propriedades). Enquanto o vidro normalmente possui uma temperatura de derretimento de cerca de 500 °C, vidros especiais também podem ter um ponto de derretimento acima ou na faixa de 1.000 °C. Em temperaturas superiores a esse ponto de derretimento, o vidro pode ser processado em seu estado derretido. 

Testes reológicos em vidro

Medições reológicas de vidro derretido e especialmente a caracterização do comportamento dependente de temperatura são realizadas, por exemplo para otimizar o processo de produção, que usa uma enorme quantidade de energia. Além disso, testes de torção com barras de vidro sólido em temperatura ambiente também são possíveis.

Materiais de vidro recém-desenvolvidos também precisam ser testados em experimentos laboratoriais de pequena escala antes de entrarem em produção em massa. Se a composição química do vidro for alterada ou uma nova técnica de tratamento for envolvida, isso afetará as propriedades do vidro. O conhecimento sobre os valores de viscosidade e também o ponto de amolecimento e o ponto de derretimento são cruciais neste caso. Tais medições são realizadas em empresas de fabricação, mas também em universidades e outros institutos de pesquisa, uma vez que a aplicação e a modificação de vidros especiais ainda está no campo da pesquisa básica. Para vidros especiais no estado derretido, não só o comportamento dependente de temperatura, mas também o comportamento dependente de cisalhamento é de grande interesse. 

Na verdade, medições de vidro derretido levam muito tempo porque demora até que a amostra atinja a temperatura necessária. Com uma fornalha ou sistema de reômetro de alta temperatura, é possível realizar testes rotacionais e testes oscilatórios usando uma predefinição de programa de software e controlando, por exemplo, uma temperatura de medição predefinida em uma faixa de temperatura de até 1.600 °C.

Esse teste exige um  sistema de reômetro de fornalha combinado com uma cabeça de reômetro.

Gesso

O gesso é um material de construção usado com frequência. Ele é um pó seco, como cimento e argamassa, que pode ser processado quando misturado com água, solidificando-se posteriormente quando seco. Diferente de argamassa e cimento, o gesso continua bastante macio após seu assentamento e pode ser facilmente manipulado com ferramentas metálicas ou até mesmo lixas. Essas características fazem do gesso um material de acabamento em vez de um de suporte de carga. As aplicações são, por exemplo, a suavização de superfícies internas ou externas, como paredes, tetos e detalhes externos de prédios.

Há diferentes tipos de gessos, como gessos de cal, de cimento ou à base de resina. Esse último se difere de gessos estritamente minerais na adição de aglutinantes orgânicos.

Testes reológicos em gesso

Informações sobre o comportamento reológico são essenciais para a produção (propriedades de processamento), desenvolvimento (influência de ativos sobre as propriedades), além de controle de qualidade. Esse comportamento pode ser descrito em termos de viscosidade e características de fluxo, como a regeneração estrutural após o cisalhamento. 

A viscosidade do gesso pode, por exemplo, ser determinada com um reômetro rotacional em combinação com um sistema de medição de esfera desenvolvido para testes em dispersões de semissólidos contendo partículas de até 5 mm de diâmetro. Durante a medição, uma esfera se move em um caminho circular pela amostra. Apenas durante a primeira rotação, a esfera realiza o cisalhamento de material intocado que ainda não está sem partículas. Dessa forma, um reômetro capaz de controlar uma curva de fluxo por várias décadas da velocidade rotacional dentro de apenas uma rotação é necessário. O conhecimento sobre o comportamento de fluxo e a viscosidade do gesso sob diferentes condições, como velocidade de fluxo e temperatura, permitem chegar a conclusões sobre a capacidade de trabalhar com ele.

Esse teste exige um reômetro com um sistema de medição de esfera.