Tecnologa de Materiales

2015Tecnologa de MaterialesCaptulo 5: AglomerantesDocente : Ing. Vctor Hugo Snchez MercadoIntegrantes : Juan Carlos Valdivieso Terrones Fecha : 15/05/2015Ciclo : 2015 -I

INDICE

Introduccin

I. Definicin

II. Arcilla

III. Yeso

IV. Cal

V. Cemento Portland

VI. Puzolanas

VII. Escorias

VIII. Materiales Bituminosos

IX. Mercado Nacional

CONCLUSIONES

INTRODUCCIN

Son todos aquellos materiales, generalmente ptreos blandos, que mezclados con agua se hacen plsticos, formando pasta y que al secarse alcanzan resistencia mecnica, siendo los aglomerantes tpicos, la arcilla, el yeso, la cal y el cemento.Son materiales capaces de mantener juntos a otros materiales sin reaccionar con ellos. Debido a esto, los materiales formados por un aglomerante y uno o ms materiales aglomerados se denominan materiales compuestos. Ejemplos de este tipo de materiales son el hormign, el asfalto y la madera aglomerada.

I. DEFINICIN

Entendemos por aglomerante, en general, un compuesto de una o varias sustancias capaz de endurecerse, a corto o largo plazo, y en consecuencia, capaz de unir materiales heterogneos de distinta naturaleza. Los aglomerantes pueden ser de naturaleza orgnica, resinas o polmeros en general, o inorgnicos.

De entre estos ltimos nos referiremos nicamente a los clcicos, que son los de ms comn empleo en construccin: yesos, cales grasas o areas, cales hidrulicas, cementos naturales, cementos portland, y sus diversas clases. El orden de su enumeracin es prcticamente el de su apa-ricin histrica; tan slo fueron, todos ellos, precedidos por la arcilla, empleada como sustancia que, mezclada con el agua, forma masas plsticas y por tanto moldeables y es capaz de endurecer, en cierto modo, por simple secado.

Los materiales aglomerantes son aquellos que en estado pastoso pueden moldearse, unirse a otros materiales y endurecerse llegando a obtener una buena resistencia.

Tienen la propiedad de poderse moldear, de adherirse fcilmente a otros materiales, de unirlos entre s, protegerlos, endurecerse y alcanzar resistencias mecnicas considerables. Estos materiales son de vital importancia en la construccin, para formar parte de casi todos los elementos de la misma.

Los aglomerantes ms utilizados son los siguientes. Yeso, es un material que resulta de la deshidratacin de una roca que se muele luego se mate a un horno a 500 C al terminar la deshidratacin de la roca se deja enfriar y se reduce en polvo, este material al mezclarlo con agua fragua rpidamente. Los pasos ms importantes para la obtencin del yeso son los siguientes, la extraccin o arranque de la piedra, fragmentacin y trituracin de la roca de yeso y deshidratacin y coccin de la piedra.

II. ARCILLA

La arcilla es un material mineral muy abundante. Desde el punto de vista de su aplicacin como aglomerante, una de las propiedades que posee, es que con la adicion de agua, la arcilla se plastifica pudiendo ser conformada con facilidad, a fin de adaptarla a las juntas de las piedras.

Luego si se permite la evaporacin del agua, la cohesion y la adherencia aumentan progresivamente, alcanzndose con ciertos tipos de arcilla resistencias mas o menos grandes, para estructuras que no deban resistir grandes cargas.

Desafortunadamente esta resistencia depende del tenor de humedad, si este llega a ser uy bajo , esta se pulveriza, si en cambio aumenta, se plastifica nuevamente y se aplasta, pudiendo desintegrarse y ser arrastrada por el agua, como en el caso de los muros expuestos a la lluvia. Este material, por la facilidad de obtencin, y la facilidad de su aplicacin ha sido el primer aglomerante usado por el hombre.

PROPIEDADES

PLASTICIDAD

Las arcillas se distinguen de los dems materiales trreos por el fenmeno de la plasticidad. Esta propiedad diferenciadora se pone de manifiesto cuando se mezcla una arcilla con una determinada proporcin de agua (no superior al 20 %) y se somete a presin el producto amasado.

La presin produce un efecto de deformacin, que contina estable aunque haya desaparecido aqulla; es, por tanto, moldeable. La plasticidad se opone al fenmeno de la elasticidad. Los productos elsticos recobran su forma primitiva al desaparecer la fuerza constante que modifica su forma. La medicin del tamao de las partculas de la arcilla, inicialmente realizada por HOUGTON , que dio un resultado prximo a las dos micras y que fue confirmado luego por ATIERBERG y ANDREASEN, es mucho mayor que el de las partculas coloidales, que oscilan entre 0,1 y 0,001 micras.

Las observaciones al microscopio de las dispersiones de arcilla en agua, mediante las cuales se comprob que su estructura era de tendencia laminar, as como la definicin de la plasticidad y la forma de medirla por ATIERBERG a principios de siglo, influyeron en que los investigadores considerasen el comportamiento plstico de las arcillas como debido a otras causas que a su propia naturaleza como sustancia coloidal.

INTERACCION LIQUIDO ARCILLA

Las ideas acerca de esta interaccin han sido explicadas de la siguiente forma: El retculo cristalino de la caolinita es elctricamente neutro pero, en contacto con el agua, presenta una reaccin cida que da lugar a un pH comprendido entre 4,5 y 6,5, debido a una absorcin preferente de iones OH-.

Este hecho ha sido demostrado por varios autores, entre los que citaremos slo a KIEFER, y da lugar a la carga negativa de las partculas de arcilla dispersadas en el agua. Los dipolos de agua, segn DEEYE en forma triangular, recubren, orientados segn la proyeccin de sus cargas, la superficie de la partcula as cargada.

A este conjunto se yuxtaponen otras capas moleculares de agua con sus iones dispersos, formndose las llamadas capas de solvatacin. La doble capa de carga, en contacto inmediato con la partcula de arcilla, ha sido estudiada por diferentes autores con resultados semejantes. Citemos entre ellos los trabajos de GOUY-FREUNDLICH y de HOLDRIDGE. Los lquidos no polares no dan lugar a disposiciones de este tipo y esto justifica la inhibicin de plasticidad que producen en las arcillas.

MERMA:

Debido a la evaporacin del agua contenida en la pasta se produce un encogimiento o merma durante el secado.

REFRACTARIEDAD:

Todas las arcillas son refractarias, es decir resisten los aumentos de temperatura sin sufrir variaciones, aunque cada tipo de arcilla tiene una temperatura de coccin.

POROSIDAD:

El grado de porosidad vara segn el tipo de arcilla. Esta depende de la consistencia ms o menos compacta que adopta el cuerpo cermico despus de la coccin. Las arcillas que cuecen a baja temperatura tienen un ndice ms elevado de absorcin puesto que son ms porosas.

CLASIFICACION

Segn su uso prctico se clasifican en:

Tierras Arcillosas:

Se vuelven vidriosas incluso a 900C, contiene elevados porcentajes de partculas silicuas o calizas.

Arcillas comunes:

Son fusibles y se usan a temperatura comprendidas entre 900 y 1050C. Contienes grandes cantidades de Carbonato Clsico y xidos de Hierro.

Arcillas para losa:

Se usan hasta temperaturas de 1250C, casi no contiene impurezas y contiene ms de 25% de caolinita.

Arcillas para gres:

Funde a temperaturas elevadas, pero sintetizan y compactan a temperaturas inferiores, originando productos de nula porosidad y vitrificados.

Arcillas para porcelana:

Tienen un punto de vitrificacin muy elevado por lo que se aaden un nmero elevado de fundentes.

Segn su fusibilidad y color de arcilla se clasifican en:

Caolines:

Su componente principal es la caolinita, puede usarse a temperaturas superiores a 1300C.

Arcillas refractarias:

Son arcillas que pueden usarse hasta los 1500C. Su composicin y color son variables aunque el contenido en Slice es elevado.

Arcillas gresificables:

Son arcillas bastante refractarias. Pueden usarse a temperaturas elevadas. Son mas plsticas que las refractarias, dando lugar a los productos de nula porosidad.

Arcillas blancas grasas:

Se usan a temperaturas inferiores a los 1250C y poseen elevada plasticidad y gran encogido durante el secado. Toman color blanco o marfil despus de la coccin.

Arcillas rojas fusibles:

Son arcillas de alta fusibilidad. Son plsticas. Su composicin es muy variable, pero siempre con alto contenido de hierro. Segn su origen geolgico.

Arcillas primarias:

Son aquellas que se encuentran en el mismo lugar de su formacin. Por lo general solo podemos considerar, arcillas primarias, a los caolines.

Arcillas secundarias o sedimentarias:

Son aquellas que no se encuentran en el lugar de formacin por haber sido arrastradas y posteriormente sedimentadas. Estas Arcillas por lo general, estn impurificadas con materiales muy diversos, lo que produce la gran diversidad de Arcillas que puedan encontrarse.

Segn su trabajabilidad:

Arcillas grasas:

Son arcillas impuras de colores entre caf, grises, rojizos o amarillentos, se encuentran formando capas y se las conoce como ceraturo o tierra arcillosa

Magras:

Son arcillas muy puras y duras lo que les hace difciles de trabajar y dar forma. Se las conoce como Caoln, material de color blanco y al que se le ve como una sola masa y sirve para trabajos eminentemente de cermica.

USOS DE LA ARCILLA

Para cualquier uso de la arcilla primero se le debe dar un tratamiento determinado dependiendo del uso que se le quiera dar. Por ejemplo en la cermica se le combina o mezcla distintos tipos de arcillas, fundentes, y otros elementos dependiendo directamente en el uso al que se vaya a destinar la mezcla.

Es utilizada en la produccin de aislantes elctricos puesto que no transmiten la electricidad (para esto se utilizan arcillas que no contengan xidos de hierro.)

Dentro del campo de la construccin, la arcilla no es utilizada directamente sino ms bien se la usa en la fabricacin de baldosas, ladrillos, sanitarios, tejas, y en la mezcla de las pinturas, etc.

Barro, compactado "in situ" produce tapial

Cob, mezcla de barro, arena y paja que se aplica a mano para construir muros.

Adobe, ladrillos de barro, o barro y paja, secados al sol.

Cuando la arcilla se calienta a elevadas temperaturas (900 C o ms), sta se endurece, creando los materiales cermicos:

Ladrillo, ortoedro que conforma la mayora de paredes y muros.

Teja, pieza cermica destinada a canalizar el agua de lluvia hacia el exterior de los edificios.

Gres, de gran dureza, empleado en pavimentos y revestimientos de paredes.

Azulejo, cermica esmaltada, de mltiples aplicaciones como revestimiento.

De un tipo de arcilla muy fina llamada bentonita se obtiene:

Lodo bentontico, sustancia muy fluida empleada para contener tierras y zanjas durante las tareas de cimentacin.

III. YESO

Es el producto resultante de la deshidratacin total o parcial del aljez o piedra pmez. Esta piedra se muele y se lleva a un horno giratorio en cuyo interior se deshidrata, calcina y cristaliza entre 400 y 500 C, con posterioridad el producto obtenido se enfra y se reduce a polvo en molinos de bolas. Este polvo amasado con agua fragua y endurece con extraordinaria rapidez (mortero de yeso).

FABRICACION DEL YESO

La fabricacin del yeso consta de cuatro fases importantes:

1Extraccion o arranque de piedra:

Se extrae fcilmente con la ayuda de barrenos de plvora de mina. Segn la situacin del filn, la cantera puede ser a cielo abierto o en galeras.

2Fragmentacion y trituracin de la piedra de yeso:

Para esto, se emplean molinos de martillos. Se introducen en ellos la roca fragmentada y es triturada al golpeo de los martillos. Se emplean tambin las machacadoras de mandbula, que consisten en una gruesa placa de acero fija y otra mvil, accionada por una biela-manivela. La apertura de estas mandbulas es graduable, con lo que se consigue una granulometra diferente de la roca triturada.

3Deshidratacion y coccin de la piedra:

Primitivamente se realizaba formando montones de piedras de yeso, en capas alternas de combustible y piedra, o, tambin, colocndola en unos huecos en las laderas de los montes, y empleando, con material de combustible, madera de los bosques prximos. El yeso as obtenido contiene las cenizas del combustible y muchas impurezas, por lo que se llama yeso negro; se emplea para construcciones no vistas.

4Almacenaje y envasado:

El proceso de deshidratacin al que se somete a la roca de yeso pulverizada hace que el material cocido tienda a absorber molculas de agua del medio ambiente, por lo que es necesario almacenarlo en silos perfectamente impermeables.

COCCIN DEL YESO

Actualmente existen procedimientos para conseguir una perfecta coccin del aljez, sin riesgo de que se mezclen impurezas. Entre ellos estn:

Sistema de horno giratorio:

El cuerpo principal de este horno est formado por un cilindro de palastro, de 8 a 12m de longitud y 1.50m de dimetro. Este cilindro se calienta exteriormente y, por no estar revestido interiormente de material refractario, su prdida de calor es nfima. La piedra de yeso se introduce reducida al tamao de la gravilla fina, por lo que se evita una deshidratacin rpida. El cilindro tiene, interiormente soldada, una chapa en forma de hlice, que es la encargada de ir sacando la piedra de yeso al exterior.

Sistema de caldera:

Est formado por una caldera de palastro, de dimetro aproximado a dos metros, en cuyo interior giran unas paletas que hacen de amasadoras y rascadoras. Esta caldera cubre la parte superior de un hogar, alimentado normalmente con carbn de hulla.

La masa de piedra de yeso, al ser calentada y mezclada, ofrece el aspecto de hervir y, cuando el vapor a cesado, se da por terminada la operacin de coccin. Acabada esta, el material se trasvasa automticamente a un silo, situado junto a la caldera.

Operacin de molienda:

Es una fase cargada dificultades por la gran elasticidad de la piedra de yeso caracterstica esta que aumenta la cuanta econmica de la operacin.

Para realizarla, se emplean unos molinos formados por dos muelas de piedra, colocadas en posicin horizontal, sobre otra. Normalmente, la superior est en posicin fija, y la inferior en posicin mvil, para graduarla segn el grado de finura.

Este sistema de molienda se completa con el tamizado a travs de un cedazo de 144 mallas por centmetro cuadrado. Todo el material que pasa es envasado, y el retenido se somete nuevamente a molienda.

Modernamente hay instalaciones que efectan la molienda y tamizado automticamente, basndose en separadores de aire, basado en la fuerza centrfuga.

PROPIEDADES DEL YESO

Corrosin:

Al igual que sucede con la adherencia, en presencia de agua este material reacciona perjudicando.

Resistencia mecnica:

Un yeso de alto grado en finura, velocidad de fraguado, concentracin de yeso y temperatura del agua y de atmsfera, ser tambin de alta resistencia mecnica.

Permeabilidad:

Quiz el problema ms difcil de resolver, sobre todo para su uso al exterior, es el de su impermeabilizacin. La solubilidad se ve acentuada por el grado porosidad, y el yeso posee un grado alto. Por esto, el agua puede penetrar cmodamente a travs de la red capilar, acelerando la disolucin, y consecuentemente la prdida del material. Todava ahora no termina de encontrarse un medio de impermeabilizacin del todo efectivo, adems de ser caros. Por ello, su ubicacin es preferentemente interior.

El grado de cocido:

Tambin afectar a todas estas propiedades. Es necesario encontrar el punto justo de cocido, siendo perjudicial que est tanto sobrecosido como falto. Tambin es conveniente no emplear el yeso recin cocido, se acentuara la rapidez de fraguado, impidiendo trabajar con comodidad.

Velocidad de fraguado:

El yeso se caracteriza por fraguar con rapidez, por lo que es recomendable para su uso hidratarlo en pequeas cantidades.

Adherencia:

Disminuye en contacto con el agua, siendo buena en medio seco, tanto con materiales ptreos como metlicos.

Resistencia al fuego:

Es de destacar su buena resistencia al fuego, considerndose buen aislante

Solubilidad:

El yeso es poco soluble en agua dulce (10 gramos por litro a temperatura ambiente). Sin embargo, en presencia de sales su grado de solubilidad se incrementa notablemente. Desgraciadamente, la salinidad siempre aparece al contacto con el exterior. Por eso es recomendable el uso del yeso preferiblemente al interior, a menos que se pueda impermeabilizar mediante algn procedimiento. La solubilidad aumentar tambin por factores como la finura.

CLASES DE YESOS:

Yeso gris o negro:

Se obtiene calcinando la piedra algez en contacto con los combustibles. Los humos y las impurezas (cenizas, carbn, etc...), aparte de las que lleva consigo la piedra de yeso (se emplea un algez con muchas impurezas), ennegrecen el producto. La finura de molido es muy deficiente. Resulta el yeso de peor calidad, por lo que solo se emplea en obras no vistas.

Yeso blanco:

Se obtiene a partir de un algez con pequeas proporciones de impurezas, despus de calcinado y vitrificado es finamente molido hasta el punto de no quedar retenido ms de un 10% en un tamiz de dos dcimas de mm. Es muy blanco y en mortero se utiliza para el enlucido de paredes y techos de interiores.

Yeso escayola:

Es un yeso blanco de la mejor calidad, tanto en purezas como en fineza del grano, no quedando retenido ms del 1%En un tamiz de 0.2 mm.

Dadas sus caractersticas, la escayola se emplea en la fabricacin de molduras y placas para la formacin de cielos razos, que a su vez suelen ir decoradas.

Ningn tipo de yeso o escayola puede ser utilizado en exteriores por ser solubles en agua. El yeso es el aglomerante artificial ms antiguo fue utilizado por egipcios, griegos y romanos.

Yeso hidrulico:

Si en la operacin de coccin, se calienta la piedra de yeso hasta una temperatura entre 800 y 1000 C, se producir una disociacin del sulfato clcico, y aparecer cierta cantidad de cal que acta como acelerador de fraguado. As se tiene un yeso que fragua debajo del agua, llamado yeso hidrulico.

La coccin de la piedra algez, para la obtencin del yeso hidrulico, se realiza en hornos verticales continuos, que consta de un cilindro revestido interiormente de material refractario, que se carga en capas alternadas de piedra de yeso y carbn de cok.

USOS DE LOS YESOS:

Respecto a su uso como material de construccin, es importante indicar que junto con el cemento y la cal son los productos ms importantes en este campo y son utilizados como ligantes dentro del campo de la ingeniera civil. Las propiedades de estos productos de reaccionar con el agua y su endurecimiento progresivo hace que se utilicen en multitud de aplicaciones en la construccin. Los procesos de produccin de los cementos, cales y yesos tienen en comn, el proceso trmico al que se somete sus materias primas, dando como resultado nuevas fases cristalinas con propiedades ligantes.

El cemento y la cal hidrulica pueden ser utilizados bajo el agua una vez fraguados y endurecidos debido a sus propiedades hidrulicas. Esta propiedad hace que sean conglomerantes hidrulicos.El yeso y la cal area son materiales que no son utilizados con las condiciones anteriores al no poseer propiedades hidrulicas y son utilizados fundamentalmente en enlucidos interiores los yesos y exteriores la cal.

La mayor parte del yeso se utiliza para la produccin de prefabricados (tales como placas, molduras, etc.), para enlucidos en la construccin o como aditivo del cemento, aunque el porcentaje relativo vara de pas en pas. En losEEUU el 75% de la produccin de yeso se utiliza en la produccin de prefabricados y slo un 15% se emplea en la produccin de cemento, mientras que en Espaa el yeso de prefabricados representa el 35%, el yeso de construccin el 39% y el yeso para cemento el 14% del consumo total.

Las caractersticas ms importantes del yeso son las siguientes:

- Masa molecular 172,18- Peso especfico 22,70 N/dm3- Dureza 1,5 a 2 en la escala de Mohs, se puede rayar con la ua.- Soluble al agua 2,23 g/litro, a 20C 2,57 g/litro a 50C.- Soluble en cido clorhdrico diluido en caliente.- Poco soluble en alcohol etlico.

El yeso es un mal conductor del calor, por lo tanto un buen aislante trmico. Es utilizado en la construccin, escayolados, estucados, previa coccin, para mejorar las tierras agrcolas y para obtener cido sulfrico.

El hecho de que el Yeso sea soluble al agua provoca fenmenos krsticos en los depsitos de yeso que quedan expuestos a la accin del agua, (cuevas, dolinas, caones, etc.).

IV. CAL

Es un producto resultante de la descomposicin de las rocas calizas por la accin del calor. Estas rocas calentadas a ms de 900 C producen o se obtienen el xido de calcio, conocido con el nombre de cal viva, producto slido de color blanco y peso especfico de 3.4 kg/dm.

Esta cal viva puesta en contacto con el agua se hidrata (apagado de la cal) con desprendimiento de calor, obtenindose una pasta blanda que amasada con agua y arena se confecciona el mortero de cal o estuco, muy empleado en enfoscado de exteriores. Esta pasta limada se emplea tambin en pintado de paredes y techos de edificios y cubiertas.

OBTENCIN DE LA CAL

Se puede obtener mediante las fases siguientes:

Extraccin:

Se desmonta el rea a trabajar y se lleva a cabo el descapote, posteriormente se barrena aplicando el plan de minado diseado, se realiza la carga de explosivos y se procede a la voladura primaria, moneo, tumbe y rezagado, carga y acarreo a planta de trituracin.

Trituracin:

Posteriormente es sometida a un proceso de trituracin que arrojar como producto trozos de menor tamao que sern calcinados en hornos verticales. Tambin puede realizarse uns trituracin secundaria cuando se requieren fragmentos de menor tamao y se tienen hornos rotatorios para calcinar.

Calcinacin:

La cal es producida por calcinacin de la caliza y/o doloma trituradas por exposicin directa al fuego en los hornos. En esta etapa las rocas sometidas a calcinacin pierden bixido de carbono y se produce el xido de calcio (cal viva).

Enfriamiento:

Posteriormente se somete a un proceso de enfriamiento para que la cal pueda ser manejada y los gases calientes regresan al horno como aire secundario.

Inspeccin:

Se inspecciona cuidadosamente las muestras para evitar ncleos o piezas de roca sin calcinar.

Cribado:

Se somete al cribado con el fin de separar la cal viva en trozo y en guijarros (piedra pequea, redondeada y lisa) de la porcin que pasar por un proceso de trituracin y pulverizacin.

Trituracin y pulverizacin:

Se realiza con el objeto de reducir ms el tamao y as obtener cal viva molida y pulverizada, la cual se separa de la que ser enviada al proceso de hidratacin.

Hidratacin:

Consiste en agregar agua a la cal viva para obtener la cal hidratada. A la cal viva dolomtica y alta en calcio se le agrega agua y es sometida a un separador de residuos para obtener cal hidratada normal dolomtica y alta en calcio. nicamente la cal viva dolomtica pasa por un hidratador a presin y posteriormente a molienda para obtener cal dolomtica hidratada a presin.

Envase y embarque:

La cal es llevada a una tolva de envase e introducida en sacos y transportada a travs de bandas hasta el medio de transporte que la llevar al cliente.

CLASES DE CAL

Cal area:

La calcinacin de la Cal Area se produce por la coccin de la caliza pura (carbonato de calcio) alrededor de 900 grados y est acompaada de una prdida del 45% de su peso, correspondiente a la prdida de gas carbnico.

Tras la extincin de la cal viva (xido clcico), resultante de la coccin, se obtiene la cal apagada apta para su aplicacin en la construccin (hidrxido clcico). Por producir mucha calor, el proceso de extincin se hace en fbrica o bien por personal especializado.El agua, aadida en la elaboracin del mortero a base de cal y arena, efecta el inicio de la carbonizacin, una reaccin lenta de varios meses que exige la presencia de agua y gas carbnico del aire a la vez. Una vez evaporada el agua, la calcinacin sigue con el vapor del agua presente en el aire que tiene una afinidad con el gas carbnico (forman cido carbnico). La calcinacin entonces se nutre del gas carbnico presente en este cido.

Cal dolomtica:

En las calizas dolomticas el carbono de calcio est asociado al carbonato de magnesio.Tras su coccin a temperaturas inferiores a 900 grados se obtiene una cal area.

Cal hidrulica:

Son raras las calizas puras. Casi siempre aparecen mezclados con arcillas, ricas en elementos qumicos como el hierro el aluminio y sobre todo el slice y de las cuales procede la CAL HIDRULICA NATURAL. Entre 800 y 1.500 grados (en general alrededor de 900 grados), el calcio de la caliza se combina con dichos elementos formando silicatos, aluminatos y ferro-aluminatos de calcio.Al contacto con agua estos cuerpos quieren formar hidratos insolubles lo que confieren al ligante un carcter hidrulico.Al contacto con el aire hmedo, la cal y los hidratos as formados carbonizan con el gas carbnico del aire. Esta reaccin dura varios meses y es la parte area del proceso.Los cientficos del siglo diecinueve intentaron clasificar las calles hidrulicas segn su ndice de hidraulicidad, dependiente de su contenido de arcilla (entre 5 y 30%).

Cal Viva:

Se obtiene de la calcinacin de la caliza que al desprender anhdrido carbnico, se transforma en xido de calcio. La cal viva debe ser capaz de combinarse con el agua, para transformarse de xido a hidrxido y una vez apagada (hidratada), se aplique en la construccin.

Cal hidratada:

Se conoce con el nombre comercial de cal hidratada a la especie qumica de hidrxido de calcio, la cual es una base fuerte formada por el metal calcio unido a dos grupos hidrxidos

USOS DE LA CAL

Morteros para cimentaciones y asentamientos de piedra natural y bloques de fbrica: La cal area aporta la mayor trabajabilidad y flexibilidad debido a una mayor finura frente a la cal hidrulica natural.

Pero es preferible la cal hidrulica ya que aparte de buena trabajabilidad y flexibilidad tiene mayor resistencia a la compresin y una mayor resistencia inicial, con la ventaja de poder adelantar el trabajo rpido con ahorro de tiempo y dinero. Adems tolera las transferencias de humedades y sales minerales.Gracias a su mayor endurecimiento inicial la cal hidrulica natural permite al constructor realizar trabajos en el exterior durante todo el ao, tambin en los meses del invierno, siempre que se proporciona una proteccin contra calores, hielo y aguas pluviales durante las primeras 72 horas de cura.

Construccin de piscinas naturales y estanques (almacenaje de aguas pluviales, etc.): Cal hidrulica natural (NHL 5), ya que es ms impermeable, ms resistente a la compresin, ms resistente a sales minerales y capaz de endurecerse incluso debajo del agua, sin la presencia de aire.

Revestimientos exteriores e interiores: Los morteros para revestimientos exteriores, en todo caso seran a base de cal hidrulica natural, ya que tiene la mayor resistencia mecnica, la mayor impermeabilidad y la mejor resistencia a agresiones ambientales as como influencias martimas. Los revestimientos interiores podran ser compuestos de un revestimiento base de mortero de cal hidrulica natural y un acabado fino (en una o varias capas) a base de mortero de cal area, sin o con pigmento lo que en su totalidad es un estuco de cal. La elevada finura y mxima trabajabilidad de la cal area, que se puede aumentar an ms trabajando con cal grasa en pasta, es necesria para un buen resultado final del acabado. Su elevada porosidad es responsable para un efecto mximo de compensacin de vapores de agua en la vivienda as como un excelente aislamiento trmico.

Lechadas y pinturas: Para la fijacin de una superficie con mala adherencia, se podran aplicar una o varias capas de lechada de cal area o cal hidrulica natural. Para la fijacin de superficies arenosas es aconsejable la cal hidrulica. Para aumentar la adherencia de un soporte justo antes de revestir da ms efecto la lechada de cal area, la ms grasa posible. Las pinturas seran a base de cal area (color ms blanco), preferiblemente cal grasa en pasta, diluido con agua y si acaso mezclado con pigmentos aptos para la cal. La cal en pasta, para pintar, debe estar elaborada de las capas superiores (con ausencia de partculas gordas sin apagar) de la cal que ha reposado bajo el agua durante un tiempo de meses o aos. Es aconsejable aadir a la pintura un estabilizante natural que entrar en reaccin con la cal, como la casena por ejemplo, ya que de esta forma se aumenta su resistencia al tacto.La humidificacin del soporte y el control de la desecacin del filme de pintura es de gran importancia ya que la falta de agua es incompatible con la carbonizacin de la cal.

El mbito de aplicacin de pinturas de cal son ms bien interiores ya que las pinturas de cal son sensibles a las variaciones climticas (hielo, sol, viento y humedad). Pues exigen un alto grado de mantenimiento en exteriores.

Fijacin de tejas, solera (interior y exterior) y piezas de decoracin y murales: Tejas y solera con cal hidrulica natural ya que interesa resistencia mecnica as como mxima impermeabilidad. Para la fijacin de piezas decorativas cermicas o de piedra natural en superficies verticales, adems de elaborar un mortero con alto contenido de cal y ptima granulometra, se podra aplicar un mortero a base de cal hidrulica (resistencia mecnica y buena adherencia) y pasta de cal grasa (aumento de adherencia). El soporte, si fuese necesario, se podra preparar con una lechada de cal grasa.

Estabilizar tierra con cal: Se puede estabilizar la tierra para la fabricacin de adobes o tapial y conseguiremos aumentar su resistencia mecnica as como su resistencia al agua. Los suelos muy arcillosos (40% o ms) se estabilizan mejor con cal area. Los suelos muy arenosos se estabilizan mejor con cal hidrulica para ganar ms resistencia. A parte de mezclarlo todo bien, para asegurar un buen proceso de endurecimiento, las mezclas de tierra y cal hidrulica se deben poner en obra pronto, evitando el secado rpido, ya que, si no se puede perder con facilidad el 50% de resistencia. La cal viva en polvo puede ser utilizada para estabilizar pero tiene la desventaja de producir mucho calor y puede daar pelirosamente la piel. Por causa del calor de hidratacin tiende a secar el suelo rpidamente con el riesgo de dilatacin. En general se aplica un 5% de estabilizante ya que menos cal casi significa significa una prdida de resistencia. La estabilizacin no es una ciencia exacta por ello depende del tcnico o constructor, es mejor hacer bloques de prueba para realizar ensayos. El propsito de estos ensayos es encontrar la menor cantidad de estabilizante que satisfaga los requerimientos.

V. CEMENTO PORTLAND

El cemento Portland es un conglomerante o cemento hidrulico que cuando se mezcla con ridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa ptrea resistente y duradera denominada hormign. Es el ms usual en la construccin y es utilizado como aglomerante para la preparacin del hormign (llamado concreto en Hispanoamrica). Como cemento hidrulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar qumicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

Fue inventado en 1824 en Inglaterra por el constructor Joseph Aspdin. El nombre se debe a la semejanza en aspecto con las rocas que se encuentran en la isla de Portland, en el condado de Dorset. A diferencia de lo que muchos creen, su origen no est relacionado con Portland, Oregn, EE. UU.

ELABORACION DEL CEMENTO PORTLAND

Las materias primas para la produccin del portland son minerales que contienen:

xido de calcio (44 %)xido de silicio (14,5 %)xido de aluminio (3,5 %)xidos de hierro (3 %)xido de manganeso (1,6 %).

El proceso consiste en tomar las rocas calcreas y las arcillas en proporciones adecuadas y molerlas intensivamente, de manera que el compuesto de la caliza (CaO) se vincule ntima y homogneamente con los compuestos de la arcilla (SiO2, A1203 y Fe2O3 ). El producto resultante denominado polvo crudo ingresa al horno y egresa como clinker.

El proceso se completa con la molienda conjunta del clinker y yeso, obteniendo el cemento portland.

Trituracin primaria: Los bloques de rocas calcreas y las arcillas provenientes de las canteras, ingresan a la trituradora primaria quedando reducidas a tamaos inferiores a los 10 cm.

Trituracin secundaria: Ingresa el material proveniente de la trituradora primaria y sale con tamaos mximos inferiores a 2,5 cm.

Molienda: El material resultante de la trituradora secundaria ingresa a un molino, resultando un producto impalpable, denominado polvo crudo.Homogeneizacin: Con el fin de alcanzar la unin ntima de los compuestos, se somete al polvo crudo a un mezclado intensivo, por medio de ciclones de aire.

Calcinacin: El polvo crudo ingresa al horno, elevndose la temperatura hasta alcanzar los 1450 C, en donde se produce una fusin incipiente del producto resultante, denominado clinker.

Molienda: Finalmente, el clnker conjuntamente con el yeso se muele hasta obtener el Cemento Portland.

Se utilizan dos mtodos de manufactura: los procesos mojado y seco. En ambos procesos se prefiere el circuito cerrado pulverizado en preparacin de los materiales crudos que el circuito abierto de pulverizado porque en el primero las partculas pequeas o finos son colados y los gruesos del material son regresados; mientras que en el segundo, el material crudo es molido continuamente lo que significa que en lo ms fino se consigue el valor deseado.

El proceso mojado fue desplazado por un tiempo por el proceso en seco, pero actualmente empieza a ser adaptado por nuevas plantas debido al control ms exacto y el mezclado de los materiales crudos con sus proporciones. El material slido despus de un secado abrumador, es reducido a un estado fino de divisin en un tubo mojado o molino de pelota y pasa por un slurry o lechada a travs de un clasificador de baln o colador. El slurry es bombeado a tanques correctivos donde unas aspas hacen una mezclan homognea y permite los ajustes finales en la composicin. FIG. 1FIG 1 Proceso Mojado con molinos en circuito cerrado.

Este slurry es filtrado en un filtro rotatorio continuo y alimentado al horno. El proceso en seco se aplica especialmente a los cementos de roca natural y para la mezcla de roca con cal y esquisto o pizarra. En este proceso los materiales son bruscamente molidos en molinos con mandbulas seguidas de molinos rotatorios; despus son secados, reducidos de tamao y an ms molidos en un molino de tubo. Este material secado, es decir, en polvo, se alimenta directamente a los hornos rotatorios donde toman lugar las reacciones qumicas. El calor es provisto por aceite quemado, gas natural, carbn pulverizado usando aire precalentado del enfriamiento del clinker.

Los hornos del proceso en seco pueden ser de 150 ft y en el proceso mojado los hornos son de 300 a 500 ft, con esto vemos que no son hornos muy comunes. El dimetro interno usualmente es de 8 a 15 ft y tienen una rotacin de a 2 rpm dependiendo del tamao; estn un poco inclinados para que los materiales alimentados en la parte superior viajen lentamente a la parte baja tomando de 2 a 3 hr.

Operaciones unitarias, procesos unitarios.Esencialmente las operaciones unitarias preparan los materiales crudos en las proporciones necesarias y el estado fsico propio de la finura y contacto ntimo tal que las reacciones qumicas (procesos unitarios) pueden tomar parte en la temperatura de calcinacin en el horno para formar, por doble descomposicin o neutralizacin, los siguientes componentes:

Frmula Nombre Abreviatura.

2CaO.SiO2 Silicato diclcico C2S3CaO.SiO2 Silicato triclcico C3S3CaO.Al2O2 Aluminato triclcico C3A4CaO.Al2O3.Fe2O3 Alumnioferrito tetraclcico C4AF

MgOEn estado libre.

K2O y Na2O formando pequeos montculos de varios componentes con CaO, Al2O3, SiO2 y SO3

Tambin toman lugar otras reacciones, tal como deshidratacin y descarbonizacin o calcinacin de la piedra de cal, ambos siendo endotrmicos con valores de 380 y 665 BTU/lb respectivamente. La formacin del clinker es exotrmica con un valor probable de 200 BTU/lb de clinker.

Sin embargo, la consumacin del carbn indica 3000 o 4000BTU/lb de clinker. Este calor es despedido del horno en las reacciones siguientes:TemperaturaReaccin Intercambio de calor.

1000 C Evaporacin de agua libre Endotrmica.

5000 C y ms Evolucin de agua combinada Endotrmica con la arcilla.

9000C y ms Evolucin del dixido de carbono Endotrmica del carbonato de calcio.

9000C 12000C Reaccin principal entre laExotrmica cal y la arcilla.

12500C 12800CPrincipio de formacin Endotrmica lquido.

1280oC y msFormacin de ms lquidosProbablemente y componentesendotrmica.

Se debe notar que ms de las reacciones en el horno proceden en las fases slidas y en el final ocurre la fusin incipiente. Todas estas reacciones con aprovechadas en la "quema de cemento".Para obtener una gran economa de calor, las operaciones unitarias se usan para remover parte del agua del slurry. Algunos procesos usan filtros de slurry y espesadores Dorr. Algunos otros adjuntos comunes para los hornos rotatorios son los separadores ciclnicos de polvos y precipitadores Cottrel. Los calentadores de calor de desecho algunas veces se utilizan para conservar el calor y son, particularmente, salvadores o guardadores en el proceso en seco, donde los gases de desecho del horno son ms calientes que los que provienen del horno en el proceso mojado que puede ser de 800oC.Debido a que el revestimiento del horno tena que resistir abrasiones severas y ataque qumico a altas temperaturas en la zona del clinker y que el cambio del revestimiento refractario es difcil; comnmente se usa ladrillo de superalmina y ladrillo de supermagnesio; sin embargo si solo se utiliza cemento Prtland, es satisfactorio.

COMPOSICION QUIMICA Y SUS PROPIEDADES

Las Caractersticas y propiedades del cemento portland estn ntimamente ligadas a su composicin qumica y a su constitucin potencial. La primera se determina por anlisis y viene expresada en forma de xidos. Una composicin qumica tpica del clinker de un cemento portland es la siguiente:

Los cuatro primeros componentes son los principales del cemento, de carcter bsico la cal y de carcter cido los otros tres.

Los restantes componentes puede decirse que son los indeseables del cemento. A continuacin se comentan brevemente.

La propiedad de liga de las pastas de cemento Prtland se debe a la reaccin qumica entre el cemento y el agua llamada hidratacin.

El cemento Portland no es un compuesto qumico simple, sino que es una mezcla de muchos compuestos. Cuatro de ellos conforman el 90% o ms de el peso del cemento Prtland y son: el silicato triclcico, el silicato diclcico, el aluminato tricalcico y el aluminio ferrito tetraclcico. Adems de estos componentes principales, algunos otros desempean papeles importantes en el proceso de hidratacin. Los tipos de cemento Prtland contienen los mismos cuatro compuestos principales, pero en proporciones diferentes.

Cuando el clinker (el producto del horno que se muele para fabricar el cemento Prtland) se examina al microscopio, la mayora de los compuestos individuales del cemento se pueden identificar y se puede determinar sus cantidades. Sin embargo, los granos mas pequeos evaden la deteccin visual. El dimetro promedio de una partcula de cemento tpica es de aproximadamente 10 micras, o una centsima de milmetro.

Los dos silicatos de calcio, los cuales constituyen cerca del 75% del peso del cemento Prtland, reaccionan con el agua para formar dos nuevos compuestos: el hidrxido de calcio y el hidrato de silicato de calcio. Este ultimo es con mucho el componente cementante mas importante en el concreto. Las propiedades ingenieriles del concreto, fraguado y endurecimiento, resistencia y estabilidad dimensional principalmente dependen del gel del hidrato de silicato de calcio.

Es la medula del concreto.La composicin qumica del silicato de calcio hidratado es en cierto modo variable, pero contiene cal (CaO) y slice (Si02), en una proporcin sobre el orden de 3 a 2. el rea superficial del hidrato de silicato de calcio es de unos 3000 metros cuadrados por gramo. Las partculas son tan diminutas que solamente ser vistas en microscopio electrnico. En la pasta de cemento ya endurecida, estas partculas forman uniones enlazadas entre las otras fases cristalinas y los granos sobrantes de cemento sin hidratar; tambin se adhieren a los granos de arena y a piezas de agregado grueso, cementando todo el conjunto. La formacin de esta estructura es la accin cementante de la pasta y es responsable del fraguado, del endurecimiento y del desarrollo de resistencia.

Cuando el concreto fragua, su volumen bruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia esta en la parte slida de la pasta, en su mayora en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.

Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho mas resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concreto plstico y trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratacin del cemento. La relacin mnima Agua Cemento (en peso) para la hidratacin total es aproximadamente de 0.22 a 0.25.

El conocimiento de la cantidad de calor liberado a medida de que el cemento se hidrato puede ser til para planear la construccin. En invierno, el calor de hidratacin ayudara a proteger el concreto contra el dao provocado por temperaturas de congelacin. Sin embargo, el calor puede ser en estructuras masivas, tales como presas, porque puede producir esfuerzos indeseables al enfriarse luego de endurecer. El cemento Prtland tipo 1 un poco mas de la mitad de su calor total de hidratacin en tres das. El cemento tipo 3, de alta resistencia temprana, libera aproximadamente el mismo porcentaje de su calor en mucho menos de tres das. El cemento tipo 2, un cemento de calor moderado, libera menos calor total que los otros y deben pasar mas de tres das para que se libere nicamente la mitad de ese calor. El uso de cemento tipo 4, cemento Prtland de bajo calor de hidratacin, se debe de tomar en consideracin donde sea de importancia fundamental contar con un bajo calor de hidratacin.

Es importante conocer la velocidad de reaccin entre el cemento y el agua porque la velocidad de terminada el tiempo de fraguado y de endurecimiento. La reaccin inicial debe ser suficientemente lenta para que conceda tiempo al transporte y colocacin del concreto. Sin embargo, una vez que el concreto ha sido colocado y terminado, es deseable tener un endurecimiento rpido. El yeso, que es adicionado en el molino de cemento durante la molienda del clinker, acta como regulador de la velocidad inicial de hidratacin del cemento Prtland. Otros factores que influyen en la velocidad de hidratacin incluyen la finura de molienda, los aditivos, la cantidad de agua adicionada y la temperatura de los materiales en el momento del mezclado.

PROPIEDADES FISICAS

PESO ESPECFICO

El peso especfico del cemento se determina generalmente con el frasco de Le Chatelier. Este frasco permite determinar el volumen correspondiente a un cierto peso de cemento por el desplazamiento un lquido colocado dentro del frasco. El lquido empleado es el petrleo, ya que no es posible emplear agua pues el cemento iniciara sus reacciones de fraguado.

El peso especfico del cemento vara entre lmites estrechos, siendo su valor de 2.90 a 3.15 g/cm.

FINURA:

La finura del cemento es una caracterstica fsica muy importante por que la hidratacion de los granos que lo componen es muy lenta y depende naturalmente del dimetro del grano. Se estima que la velocidad de hidratacin es del orden de 3.5 micras en 28 dias, lo cual significa que la parte central de los granos relativamente gruesos pueden durar varios aos en hidratarse, e inclusive no llegar jams a hidratarse totalmente. Es claro que en estas circustancias cuanto ms fino sea el cemento, mayor ser la cantidad que se hidrata, ya que la superficie total expuesta al agua es mucho mayor. Al hidratarse un mayor porcentaje del peso total del cemento, se obtiene una resistencia mayor.

La medida de la finura se expresa por el rea de las partculas contenidas en un gramo del material, lo cual se denomina SUPERFICIE ESPECIFICA y se mide en cm por gramo.

Cuando el concreto fragua, suvolumenbruto permanece casi inalterado, pero el concreto endurecido contiene poros llenos de agua y aire, mismos que no tienen resistencia alguna. La resistencia est en la parte slida de la pasta, en su mayora en el hidrato de silicato de calcio y en las fases cristalinas.

Entre menos porosa sea la pasta de cemento, mucho ms resistente es el concreto. Por lo tanto, cuando se mezcle el concreto no se debe usar una cantidad mayor de agua que la absolutamente necesaria para fabricar un concretoplsticoy trabajable. A un entonces, el agua empleada es usualmente mayor que la que se requiere para la completa hidratacin del cemento. La relacin mnima Agua Cemento (en peso) para la hidratacin total es aproximadamente de 0.22 a 0.25.

Tiempo de fraguado:

Se refiere al fenmeno en que la pasta de cemento se rigidiza hasta que cambia de un estado plstico a slido. Es diferente el fraguado al endurecimiento: En el endurecimiento la pasta adquiere resistencia, en el fraguado no. El fraguado se define mediante el fraguado inicial y el fraguado final. Las definiciones de fraguado inicial y final son arbitrarias y basadas en el aparato de Vicat o las agujas de Gillmore. Si el cemento est expuesto a humedad cuando est almacenado, puede ocurrir un falso fraguado, en el cual el cemento se rigidiza a los pocos minutos de empezar la mezcla.

Hidratacin del cemento:

Es la reaccin qumica entre las partculas de cemento y el agua. Muchas reacciones qumicas ocurren ya que el cemento tiene muchos compuestos qumicos. Los aluminatos se hidratan ms rpido que los silicatos. La reaccin del aluminato tricalcio con el agua es inmediata y libera mucho calor. El yeso se usa para retrasar la velocidad de esta reaccin produciendo iones de sulfato. El balance entre el aluminato y sulfato determina la velocidad de fraguado. El cemento de fraguado normal tiene poca concentracin de aluminato y sulfato. Permanece manejable por 45min y empieza a solidificarse a las 2-4 horas. Exceso de aluminato y sulfato la manejabilidad dura aproximadamente 10 min y se solidifica entre 1-2 horas. Alto aluminato con bajo sulfato produce un fraguado rpido (10-45 min) o un fraguado instantneo (