introducción y historia · page 7 quÍmica de la construcciÓn aglutinante / cales para la...

Introducción y historia

ELIMINADA (ERASE) Page 3 * CONCEPTOS BÁSICOS

* QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN

- NOCIONES / DEFINICIONES

* AGLUTINANTES - CAL (Fabricación del producto, química, curado)

- CEMENTO (Fabricación del producto, química, curado) SALES NOCIVAS

- COMPOSICIÓN - PROPIEDADES

Page 4 ELIMINADA (ERASE)

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN AGLUTINANTE / CALES PARA LA CONSTRUCCIÓN

Calera (Pict.)

La cal para la construcción es un aglutinante que se utiliza en obras como material de construcción. Se utiliza para la preparación de morteros calcáreos básicos para morteros de albañilería o de revoque. En el área de aplicación para el mejoramiento de superficies de tierra se puede utilizar la cal de construcción para la estabilización de suelos.

Además se añade a diferentes tipos de cementos para modificar las propiedades de los mismos. La cal para la construcción utilizada sola, una vez curada, tiene una fuerza de adhesión menor que un mortero a base de cemento.

Durante la manipulación con cales para la construcción debe tenerse en cuenta, que

este material es altamente alcalino(Valor pH 13) y puede producir irritaciones/ quemaduras en la piel.

De acuerdo a las normas, las cales para la construcción se diferencian

básicamente entre cales aéreas y cales hidráulicas. Las cales aéreas necesitan de la influencia del aire para poder curar. Las cales hidráulicas también pueden secarse sin la influencia del aire, como por ejemplo bajo el agua, y se denominan comúnmente como cales de agua.

Cales aéreas se diferencian a su vez entre cal blanca (abreviatura CL) y cal

dolomítica ((abreviatura DL).

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN AGLUTINANTE / CALES PARA LA CONSTRUCCIÓN HIDRATACIÓN

A las cales hidráulicas (abreviatura HL) se le agrega el subgrupo de las cales hidráulicas naturales ( abreviatura NHL). Si a estas cales se le añade el elemento hidráulico Puzolana el material recibe la denominación de cal hidráulica natural con añadidos puzolánicos (abreviatura NHL-Z)

La elaboración de cal para la construcción a partir de piedra caliza y tierra volcánica

ya es conocida desde la antigüedad y no ha variado mucho en su composición básica.

Cal aérea se obtiene a partir de piedra caliza, la cual se quema a una temperatura

de aprox. 900º C y a continuación se “apaga¨. Durante el proceso del quemado se libera el dióxido de carbono. Se obtiene óxido de calcio. Para “apagar¨ se añade agua al óxido de calcio. De esta forma se transforma en hidróxido de calcio. El curado se produce cuando se combinan el hidróxido de calcio y el dióxido de carbono del aire. Este proceso de elaboración es parte del ciclo técnico de la cal.

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN AGLUTINANTE / CALES PARA LA CONSTRUCCIÓN

Castillo Neuschwanstein (Pict.)

Cales hidráulicas se generan a partir de la mezcla de hidróxido de calcio con elementos adecuados, como por ejemplo silicatos cálcicos y aluminatos cálcicos.

Para el curado no es necesario la intervención del aire. En cambio la actuación de elementos hidráulicos (denominados factores hidráulicos), como silicatos, aluminatos y óxidos de hierro, permiten el curado.

Normas y estándares DIN EN 459 – 1 – Cales para la construcción

Piedra caliza (Pict.) Cal en polvo (Pict.)

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN – CICLO DE LA CAL

Carbonato de calcio antiguamente: carbonato ácido de cal En al naturaleza: en cáscaras de huevo, conchas de moluscos, etc.. CaCO3

Descomposición por encima de los 898 ºC Quemar la cal

Öxido de Calcio Cal Viva CaO

“Fraguar” en morteros calcáreos

Hidróxido de calcio Cal hidratada, hidrato de cal, cal apagada; en caso de exceso de agua masa caliza para morteros Ca(OH)2

Apagar la cal Muy exotérmico DH=-67kj/mol

A 580 ºC

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN CEMENTO PORTLAND

Se trata por lo general de un polvo gris, el cuál se obtiene en procesos realizados en grandes fábricas, el cuál se fabrica a partir de materiales tales como piedra caliza, arcilla, arena y mineral de hierro.

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Hornos de cuba de Joseph Aspdin (Pict.) Cemento Portland – Historia

* Como inventor del cemento Portland se considera al inglés Joseph Aspdin (1778 – 1855). En 1824 obtuvo la patente para An improvement in the mode of producing an articial stone ( una mejora en la forma de producir una piedra artificial ), en la cuál utiliza por primera vez la expresión “Cemento Portland”.

Este no era un cemento en la forma que lo conocemos actualmente, sino un cemento romano artificial.

El significado del proceso de sinterización se le atribuye a Isaac Charles Johnson

(1811- 1911), quién lo reconoció en el año 1844, quién con su proceso mejorado introdujo el “auténtico”, sobre quemado Cemento Portland en la industria de la construcción, en la cuál y debido a su extrema dureza desplazo rápidamente al cemento romano.

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN

La fábrica de cemento Portland en Itzehoe, alrededor de 1895 (Pict.) Cemento Portland – Historia

En 1838 se fundó en Ulm la primera fábrica de cemento por el farmacéutico Dr. Ernst Gustav Leube y sus hermanos. La primera fábrica alemana de cemento Portland de acuerdo a las originarias inglesas se construyó en 1850 en Buxtehude. Las bases para la fabricación del cemento en Alemania fueron sentadas por Hermann Bleibtreu ( 1824 – 1881), el cuál también construyó dos fábricas de cemento, uno en Züllchow en Stettin (1855) y otro en Oberkassel en Bonn. Una influencia decisiva en el posterior desarrollo la tuvo Wilhelm Michaelis ( 1840 – 1911). En su libro editado en 1868 bajo el título “Los morteros hidráulicos”, detalló como primero los datos exactos para la composición más económica de los elementos primarios de la mezcla.

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN AGLUTINANTE / CEMENTO El cemento es un elemento finamente molido, inorgánico, no metálico, el cuál, al ser mezclado con agua, y a raíz de reacciones químicas con el agua de mezcla produce un proceso de auto curado y endurecimiento; tras su endurecimiento también se mantiene estable e indeformable bajo el agua. Desde el punto de vista puramente químico, el cemento es un ácido silícico de calcio, con partes de aluminio y hierro, que se presenta como una mezcla elemental complicada. En general también presenta partes de sulfatos. Page 13 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN AGLUTINANTE / CEMENTO El área de aplicación más importante es la elaboración de morteros u hormigón, vale decir la unión de elementos artificiales o naturales para conseguir un material de construcción fuerte, altamente resistente a las inclemencias del medio ambiente.. A raíz de la durabilidad y alta resistencia del hormigón, el cemento es mundialmente uno de los más importantes aglutinantes utilizado. Page 14 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN HIDRATACIÓN DEL CEMENTO El curado y endurecimiento del cemento se basa en la formación de combinaciones acuosas, que se generan en la reacción entre los componentes del cemento y el agua de la mezcla. En general el cemento reacciona en una relación baja en agua, como una mezcla plástica con una relación agua- cemento (Valor W / Z ) de entre 0,3 y 0,6. La reacción se denomina como hidratación, los productos resultantes como hidratos o fases hidratadas Page 15 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN HIDRATACIÓN DEL CEMENTO Una consecuencia de las reacciones iniciales es una rigidez de la pasta de cemento, leve al inicio pero que se va reforzando con el paso del tiempo. Cuando se alcanza un determinado punto de rigidez de la pasta de cemento, se habla del comienzo de la solidificación. El período posterior de la rigidez de la pasta de cemento se denomina solidificación, el período posterior a la solidificación se denomina endurecimiento.

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN HIDRATACIÓN DEL CEMENTO La causa de la rigidez, solidificación y endurecimiento es la formación en mayor o menor medida de estructuras rígidas de productos de hidratación, los cuales rellenan el espacio ocupado por agua entre las partículas sólidas de la pasta de cemento, mortero u hormigón. El desarrollo temporal, pero no el tipo de los productos de hidratación, depende fundamentalmente de la medida de los espacios, vale decir del valor agua – cemento. Page 17 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN – ELABORACIÓN DEL CEMENTO CEMENTO PORTLAND Equilibrio aproximado de la reacción

PIEDRA CALIZA + ARCILLA A 1.400 ºC Escoria de Cemento Portland: C3S + C2S + C3A + C4AF Page 18 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Carbonatación, hidratación CO2 + H2O << >> Ca(OH)2 + [ H2CO3] >>>> CaCo3 + 2H2O

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Carbonatación, hidratación

Page 20 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Carbonatación, hidratación 2 C3S + 6 H >>>> C3S2H3 + 3 CH Alit Afwillit C2S + 2 H >>>> CSH + CH Belit

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Carbonatación, hidratación

Mengenanteil = Proporción de la mezcla

CSH Grano largo

CSH Grano corto

Espacio de los poros

Monosulfato

Trisulfato

Minutos Horas Días

Estructura inestable Estructura básica Estructura estable

Plástica Endurecida

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Expansión de la etringita

C3AH6 + 3Cs + 26H C3A · (Cs)3 · H32 Etringita

Page 24

Page 25 PICTURE

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Hidratación del cemento

La etringita ( también llamada woodfordite) es un mineral poco frecuente del grupo mineral de sulfatos acuosos con aniones extraños. Cristaliza en el sistema de cristales monoclínicos con la siguiente composición: Ca6Al2[(OH)12|(SO4)3] · 26 H2O

Y desarrolla generalmente cristales bien definidos, ya sea prismáticos o agujiformes o pseudo hexagonales, de color amarillo, pero también se pueden presentar de color blanco. Como producto sintético secundario también es conocida como Blanco Satinado o Sal de Candlot. La representación de la fórmula de la suma de elementos utilizada en la química de la construcción es la siguiente: 3CaO · Al2=3 ·CaSO4 · 32 H2O

Page 27 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Corrosión química Pérdida de aglutinante por transformación de aglutinante en sales solubles ( ataque

disolvente

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Corrosión química A menudo unido a una expansión del volumen = ataque propulsor

Page 29 QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Cristalización salina CaCO3 + H2SO4 + 2 H2O >> CaSO4 x 2 H2O + CO2 + H20 +/- 100 % (Calcita) (Yeso) MgCO3 + H2SO4 + 7 H2O >> MgSO4 x 7 H2O + CO2 + H2O +/- 430 % (Magnesita) (Sales de Epsom) FeCO3 + H2SO4 + 7H2O >> FeSO4 x 7 H2O + CO2 + H2O +/- 480 % (Siderita) (Sulfato de hierro) Al2O3 + 3 H2SO4 + 15 H2O >> Al2(SO4)3 x 18 H2O +/- 1400 % (Arcilla) (Sulfato de aluminio)

QUÍMICA DE LA CONSTRUCCIÓN Cristalización salina

Page 31 CONCEPTOS BÁSICOS

Física de la construcción

- Conceptos / Definiciones

Poros

- Tipos, tamaños - Medidas típicas para el transporte de la humedad

* Hidrofilidad << = >> Hidrofobia Posibilidades de la hidrofobia

Física de la construcción – Espacio de los poros

Table

Poren = Poros Untersuchungsmethoden = Métodos de investigación

Verdichtungspohren = Poros de compactación Auge = Ojo/ Visual Luftporen = Vacíos de aire Mikroskop = Microscopio Kapillarporen = Poros capilares Elektronenmikroskop = Microscopio electrónico Gelporen = Poros del gel Indirekte Methoden = Métodos indirectos

Física de la construcción – Espacio de los poros ( Vacíos de aire)

Page 34 Física de la construcción – Espacio de los poros ( Vacíos de aire)

Física de la construcción – Poros capilares

Page 36 CEMENTO – Espacio de los poros

a) Grano de cemento antes de añadir agua b) Grano de cemento poco después de añadir agua c) Final de la hidratación

Page 37 CEMENTO – Espacio de los poros

CEMENTO – Etringita / Espacio de los poros Hidratación del cemento / Expansión de la etringita

En la fase de inicial del desarrollo del aglutinante, es deseable la producción de edringita, para contrarrestar los rápidos procesos de hidratación del aglutinante.

Pero también después del endurecimiento de la mezcla del hormigón, se puede

producir una transformación de monosulfato a etringita. Este proceso va acompañado con un aumento de volumen de hasta tres veces y es conocido con el nombre de expansión de la etringita.

Esto se genera generalmente por la intrusión de agua con altos contenidos sulfatitos. La forma típica de la presencia de la etringita son sus cristales en forma de aguja de

crecimiento isomorfo. Pero el efecto de la expansión de la etringita se basa fundamentalmente en la extrema multiplicación del volumen del gel hídrico, los cristales son un efecto secundario que resultan del proceso de secado.

CEMENTO – Espacio de los poros

Wasser = Agua Hydratation = Hidratación >>>>>>>>>>>>>>>>>>>> Grano de cemento Wasserzementwert = Relación agua- cemento w/z = 0,20; 0,40; 0,60

Kapillarporen ( Wasser) Poros capilares ( Agua)

CEMENTO – Espacio de los poros

Table Luftporen = Vacíos de aire Unhydratisierter Zement = Cemento no hidratado Kapillarporen = Poros capilares Gelporen = Poros del gel Zementgel(Feststoff) = Gel del cemento(elemento sólido) Hydratationsgrad a = 1,0 Wasserzementwert = Relación agua – cemento

FÍSICA DE LA CONSTRUCCIÓN – Hormigón Hormigón / Aglutinante cemento

Granos de piedra / Medida de tamiz 0 – 16 (Pict.)

El hormigón es una mezcla de cemento, granos de piedra o agregados de hormigón( arena y pedregullo o gravilla) u agua de mezcla.

Puede contener además otros elementos u aditivos. En combinación con hierro de construcción o acero pretensado, se puede obtener hormigón armado y/o hormigón pretensado.

La palabra “ Beton “ (hormigón) proviene del francés y fue mencionado por primera vez por Bernard de Bélidor en un libro de arquitectura .


Intrincamiento (Pict.)

El cemento hace de aglutinante para mantener unidos todos los demás componentes. La dureza del hormigón resulta de la cristalización de la parte de la escoria del cemento, por la cuál se van formando pequeñas agujas que se van encajando entre ellas

El crecimiento de los cristales se prolonga durante meses, de forma de que el endurecimiento final se obtiene mucho tiempo después del vertido del hormigón.

Pero se parten de normas, como las contenidas en DIN 1164 ( Clases de endurecimiento del cemento), por las cuales bajo condiciones normales de temperatura y humedad, el endurecimiento de acuerdo a la norma se obtiene a los 28 días.


La piedra artificial Hormigón tiene dos propiedades temporales particulares.

Primero, presenta una reducción del volumen o acortamiento a raíz del proceso de secado, también denominado disminución.

Segundo, se deforma bajo peso sin un aumento del peso, comúnmente denominado arrastre.


Daños del hormigón por roturas de heladas o de corrosión (Pict.) La mayor parte del agua no se elimina por secado, sino que se concentra en el hormigón como agua cristalizada. Eso significa que el hormigón no se seca, sino más bien que liga. Quiere decir que la pasta líquida de cemento inicial ( cemento + agua) obtiene rigidez, solidifica y finalmente endurece.

FÍSICA DE LA CONSTRUCCIÓN – Transporte de la humedad

Primer (1er) mecanismo de transporte Difusión ----------------------------------------- Líquido gaseoso ---------------------- Relleno de aire o ------------------------------------------ De agua Diferencia de concentración D C Page 46 (Ducks) ELIMINAR ¿???? ERASE ¿?????


Segundo (2do) mecanismo de transporte Canalización capilar ----------------------------------------------- Líquido ------------------------ Relleno de aire _____________________________ >>>>>>>>>>>>>>>> Tensión superficial Ángulo de contacto


Altura máxima > Succión capilar (Pict.) Succión capilar 2 Pc = --------- R Deducción:

1) Un material poroso absorbe agua. 2) Pequeños poros absorben agua de poros más grandes

= el agua libre permanece entre los espacios libres


Tercer (3er) mecanismo de transporte Flujo laminar > ----------------------------------------- Líquido gaseoso > ---------------------- Relleno de aire o > ------------------------------------------ De agua Diferencia de presión D p Page 50 IMPREGNACIÓN

Impregnación impraegnare = penetración / filtración

la mayor penetración posible

Page 51 IMPREGNACIÓN HIDROFUGANTE

Material hidrófilo a

Humedecer una superficie hidrofílica de un material de construcción:

- Buen humedecimiento - Pequeño ángulo de contacto

Material hidrófobo b

Humedecer una superficie hidrofóbica de un material de construcción:

- Poco humedecimiento - Gran ángulo de contacto



Ascensión capilar humectante Depresión capilar no humectante

IMPREGNACIÓN HIDROFUGANTE

Secesión de moléculas de H2O Drawning

Tratamiento repelente del agua ==========

Drawning

Superficie de material de Superficie de material de construcción Construcción no tratada con tratamiento hidrófugo (moléculas de (con moléculas de agua adsorbidas) Siloxan bien compactadas y sus partes

moleculares repelentes del agua – aquí simplificado como grupos CH-3 – orientados hacia afuera ).

IMPREGNACIÓN HIDROFUGANTE

La actividad capilar se reduce

- Valor – w < 0,1 kg/ (m2· h0,5)

La capacidad de difusión no se modifica

- Valor – u aumento leve - Valor – Sd ( ux d ) aumento leve

Page 56 COEFICIENTE DE ABSORCIÓN DE AGUA

Coeficiente de absorción de agua w [ kg / ( m2 x h 0,5 )] sobre un substrato normal de acuerdo a DIN – EN 1062 – 3 (1998 )

W < 0,1 kg / ( m2 x h 0,5 ) Repelente al agua p.ej.: Resina de silicona; Pinturas de emulsión W = 0,1 – 0,5 kg / ( m2 x h 0,5 ) Resistente al agua p.ej.: Pinturas de dispersión o de emulsión W > 0,5 kg / ( m2 x h 0,5 ) Muy permeable al agua

p.ej.: Pinturas o emulsiones a base de cal

DENSIDAD DE LA CORRIENTE DE DIFUSIÓN DEL VAPOR DE AGUA ( Permeabilidad ) DIN – EN ISO 7783-3 ( 1999 )

Difusión del vapor de agua: Transporte de agua en forma gaseosa en materiales de construcción porosos.

Valor – Sd [m] : Grosor de una capa de aire en reposo, la cuál bajo las mismas condiciones presenta la misma densidad de la corriente de difusión del vapor de agua que la cubierta

Sd < 0,14 m alta permeabilidad al vapor de agua

p.ej. : Resina de silicona, Pinturas emulsionantes, Pinturas a la cal

Sd = 0,14 – 1,4 m permeabilidad media al vapor de agua p.ej. : Pinturas sintéticas o de dispersión Sd > 1,4 m baja permeabilidad al vapor de agua p.ej. : Pinturas al aceite o lacas Page 58

LINEA CONTROLL® Nuestro cometido ? * Forma de actuar * Argumentos

LINEA CONTROLL® * Controll®Innerseal * Forma de actuar * Controll®Topseal * Argumentos

Page 60

CONTROLL®INNERSEAL

Controll®Innerseal se ha producido para lograr un sellado efectivo del hormigón. Controll®Innerseal se utiliza para la impermeabilización en las grandes industrias,

p.ej. : los pilares de hormigón de plataformas de perforación.

FORMA DE ACTUAR

Controll®Innerseal penetra profundamente ( hasta unos 20 cm. ) en el material de construcción húmedo y reduce su capacidad de absorber agua

Surface tretaed with Innerseal

FORMA DE ACTUAR

Controll®Innerseal genera una barrera permanente, pero a su vez permeable contra la humedad y productos químicos corrosivos.

Cristalización de Innerseal 1

FORMA DE ACTUAR

Controll®Innerseal reacciona químicamente con la cal

Controll®Innerseal actúa rellenando grietas

Ca 2+ Reacción química con Innerseal en la pared porosa AL 3+

Grietas posteriores son rellenadas

FORMA DE ACTUAR

Controll®Innerseal

Endurece

Sella

Refina

Conserva y sanea el hormigón en un solo procedimiento

Page 65 FORMA DE ACTUAR Controll®Innerseal utiliza las valiosas propiedades del silicato sódico soluble para el sellado del hormigón con una difusión abierta A diferencia de otros selladores, los cuales se aplican como sellados de superficie y generan una barrera física sobre el hormigón ( como p.ej.: Epoxys; poliéster, poliuretanos, acrílicos o vinílicos) Controll®Innerseal penetra profundamente en el hormigón y reacciona con el calcio libre en el mismo formando un gel hidratado de silicato cálcico: Na2SiO3 + y H2O + x Ca(OH)2 >>> x CaO · SiO2 · y H2O + 2NaOH

FORMA DE ACTUAR Controll®Innerseal El gel silíceo se hidrata a continuación y va endureciendo paulatinamente para formar una estructura cristalina insoluble pseudo vítrea dentro de la estructura de los poros y el sistema capilar. Como resultado de este proceso se obtienen propiedades mejoradas del hormigón como reducción de la permeabilidad, mayor dureza y en general una mayor resistencia. A través de avanzadas técnicas de producción, los técnicos de Betonseal, con la ayuda de expertos han conseguido desarrollar el silicato de sodio más puro de todos los tiempos para su utilización en la fabricación de nuestros productos. El tamaño promedio de las partículas en Controll®Innerseal es de 0,7 Nanometros, donde un 20% de las mismas se encuentran entre los 0,1 y 0,4 nanometros ( 1 Nanometro = 1/ 1 000 000 mm ). Conjuntamente con una fórmula especial, la cuál también incluye silicatos de calcio I(Ca2SiO4), confieren a Controll®Innerseal la mayor capacidad de penetración para todos los productos de sellado del hormigón presentes en el mercado. Page 67 FORMA DE ACTUAR Hace que el hormigón sea: impermeable resistente a los ácidos, sales y aceites

y evita a su vez la carbonatación, la corrosión y las eflorescencias el ataque de bacterias, algas y de hongos y mohos.

CONTROLL®TOPSEAL

CONTROLL®TOPSEAL Una pared seca es más cálida y evita la formación de rocío u hongos.

>>Valor límite del punto de rocío <<

CONTROLL®TOPSEAL

Controll®Topseal fue desarrollado como un producto para el sellado de superficies Protege la superficie del hormigón ( hasta una de profundidad de aprox. 60 mm) de

ataques exógenos, tales como la filtración del agua, productos químicos, sales y ácidos.

Page 71 PRODUCTOS CONTROLL®

Controll®Innerseal y Controll®Topseal se trata de productos naturales elaborados sobre la base de Silicato de sodio y de calcio ( en el caso de Topseal se añade metilsilantriolato de potasio) con un catalizador orgánico especial

Son incoloros, inodoros, no inflamables y adecuados para depósitos de agua potable.

Productos Controll® pueden ser utilizados en cualquier tipo de hormigón

BETONSEAL Gracias por su atención Page 73 BETONSEAL Betonseal…… …. 50678 Colonia www.

introducción y historia · page 7 quÍmica de la construcciÓn aglutinante / cales para la...

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