Materiales Cermicos

Materiales CermicosIntroduccin a la construccin

Materiales Cermicos:Los cermicos son aquellos que se denominan as, cuando adquieren consistencia ptrea al cocer las tierras arcillosas, previamente moldeadas .Comprenden dos ramas: la tejera, que elabora prcticamente muchos materiales en construccin: ladrillos, tejas, baldosas, etc., y la alfarera, que fabrica la cermica fina (loza y porcelana).Materias primas:Podemos dividirla en .plsticas como las arcillas y caolines y no plsticas o desgrasantes, fundentes y colorantes.Las arcillas comprenden diversos silicatos de almina hidratados provenientes de la descomposicin de rocas de origen feldesptico.Las arcillas puras reciben el nombre de caoln y tienen la siguiente composicin centesimal: Slice 46%, agua 14% y 40% almina.A medida que aumenta la humedad aumenta la facilidad con que puede deformarse la arcilla, es decir que la plasticidad depende de la humedad o cantidad de agua que contenga.-Una vez plastificada y dada la forma adecuada a la pasta arcillosa se la deseca y adquiere una resistencia mas o menos grande, pero cuando este mismo material en esas condiciones es sometido a la accin de la humedad se reblandece, cede bajo la accin de las cargas o fuerzas e incluso puede deslerse o desintegrarse si el tenor de la humedad es elevado; ello incide para que la arcilla natural tenga una utilidad muy limitada como material de construccin. Pero si la arcilla es sometida a la accin del calor y ste alcanza una temperatura adecuada y acta durante cierto tiempo , sufre cambios en su composicin qumica y fsica , que hacen que adquiera una estructura ms o menos coherente o conglutinada, perdiendo por otra parte la propiedad de plastificarse nuevamente por la accin de las aguas transformndose en una sustancia cermica .Pueden entonces definirse como MATERIALES CERMICOS a los constituidos por sustancias arcillosas conveniente conformadas y sometidas a la accin del calor hasta hacerles perder la capacidad de recuperar la plasticidad y adquirir cohesin.ACCIN DE CALOR SOBRE LAS ARCILLAS: El agua que contiene una masa arcillosa plstica corresponde a dos tipos: una de combinacin perteneciente a las molculas de arcilla propiamente dichas y otras de impregnacin, que esta desarrollando esa atraccin entre molcula y molcula que le confiere plasticidad. Si la separacin entre molculas e muy reducida se obtiene como resultado una pasta poco plstica, si por el contrario la separacin es grande por exceso de agua, el resultado es que tambin pierde plasticidad. Cuando se produce la desecacin de la masa arcillosa, se evapora parte del agua y llega un momento en que las distintas partculas no pueden deslizarse unas de las otras y entonces adquirirn aquella una forma solida y no plstica. Las arcillas admiten del 15% al 50% de agua para formar una masa plstica, en una desecacin lenta la humedad se elimina de adentro hacia afuera con una velocidad que depende de la higroscopicidad, de la temperatura, de la corriente de aire seco y de la naturaleza del material. Primero se elimina el agua de impregnacin aproximndose las partculas y producindose una retraccin; segundo se elimina el agua de combinacin producindose una retraccin menor que la anterior. Todo ello produce pues una retraccin que en una pasta del 75% de arcilla y el 25% de agua vale un 8% lineal.La perdida de humedad no es uniforme en toda su masa, sino que va siendo menos intensa a media que se penetra al interior; la humedad tiende a subir a la superficie de evaporacin, es decir hay un transporte de humedad desde el interior hacia el exterior y es entonces en la periferia donde se contrae primero al perder humedad y se resquebraja a consecuencia del desecamiento pronunciado.Todo el proceso de cochura viene acompaado de un proceso de prdida de volumen; en consecuencia ello debe ser previsto antes de iniciar la fabricacin respectiva para dar el tamao necesario que compense la perdida de volumen ya sealada.LOS FENMENOS OBSERVADOS AL COCER LAS ARCILLAS SON LOS SIGUIENTES: De 0 a 400C : se elimina el residuo de humedad de la desecacin .quema la materia orgnica hasta los 100C,el material se dilata y no obstante perder la humedad conserva la propiedad de dar nuevas formas plsticas al mezclarlas nuevamente con agua .A unos 200C se pierde totalmente dicha cualidad aunque se pulverice el material y se lo mezcle con agua .Prcticamente no se producen cambios qumicos. De 400 a 600C:Se desprende el agua qumicamente combinada , descomponindose la arcilla en xidos , cesando la dilatacin e inicia la contraccin de volumen De 600 a 900C: se forma una meta caoln muy inestable , tendiendo a formar almina .Muy higroscpico. De 900 a 1000C :Reacciona la almina con la slice formndose el silicato aluminico: Ms de 1.000C: Se produce la cristalacion en agujas finas. 1.780C = Fusin arcillaPor el color que conservan las arcillas despus de cocidas y por su composicin qumica puede clasificarse en :a) Arcillas puras ricas en aluminas,dan productos refractarios de color blancob)Arcillas ricas en almina y ricas en hierro . Por coccin adquiere color rojo caracterstico y una mayor temperatura le da un color violado y azul (hidrxido de hierro convertido en oxido de hierro).Estas son las que se usan para los materiales de cacharrera en general.Materias primas no plsticas La materia prima utilizada en la industria de la cermica , es la arcilla pero no en estado puro , a la que se le adicionan impurezas Puede mencionarse como ejemplo el caso de las porcelanas que constituyen uno de los productos cermicos de mayor calidad y que se fabrican con materias primas que generalmente no tienen mas del 50%de arcilla pura y para algunos tipos no alcanza el 30%estando constituido el resto por las llamadas impurezasSe agregan impurezas para disminuir la plasticidad, con el objeto que se contraigan menos al desecarse, para rebajar la temperatura de coccin aumentar porosidad , recubrir de un esmalte , etc.Los desengrasantes y fundentes ms utilizados son: la slice en forma de cuarzo ,e l oxido de hierro , el carbonato de calcio, los sulfatos de calcio y magnesio y por ultimo sustancias orgnicas.Cuando dichas impurezas se comportan como sustancias enmagrecedoras y empobrecedoras del poder plastificante , como el cuarzo por ejemplo se denominan desgrasantes y cuando se utilizan para reducir el punto de fusin de las arcillas alrededor de 1.800C. Se llaman fundentes tales como el carbonato de calcio y el oxido de hierro que adems son desgrasantes.CLASIFICACIN DE LAS SUSTANCIAS CERMICAS:POROSAS: son sustancias cermicas que se caracterizan por estar constituida su masa por una cantidad de poros de tamao microscpico en otros. Esta circunstancia las convierte en sustancias ms liviana , menos resistentes , mas aislantes trmicas y ms permeables a los gases y lquidos.VITRIFICADAS: Este tipo de sustancias cermicas carece de poros como resultado de haber sufrido un proceso de cochura que ha producido un principio de fusin en la masa y el conglunamiento total , adquiriendo una estructura vitrificada , sus propiedades son opuestas a las ya mencionadas porosas.OTRO CRITERIO DE CLASIFICACIN: Cermica ordinaria:Se fabrica con tierras arcillosas mas o menor ordinarias entre cuyas impurezas figura invariablemente el oxido de hierro en cantidades suficientes para conferirle el color rojo caracterstico .Es de estructura porosa y su resistencia variable .Se raya con una punta de acero , mtodo que se usa para complementar su diferenciacin del gres cermico. Gres cermico:La fabricacin se realiza con tierras arcillosas de la siguiente composicin ;Hidrosilicato de almina 30 a 70%, Cuarzo 30 a 60%, Feldespato 5 a 25% molidas y homogeneizadas en forma ms controladas que para las de apartado.El gres cermico es de estructura vitrificada , muy resistente no solo a la accin de las cargas sino tambin a la absorcin a la intemperie y en especial a la abrasin, por la que a veces es preferido en los revestimientos de solados, a las piedras naturales.No es rayado por la punta de acero.El color ms frecuente es el pardo rojizo o rojo , pero con un adecuado control de las impurezas e ingredientes , pueden obtenerse una gama de colores sobre una base fundamental parda ms o menos intensa ; se consiguen as adems de los colores citados, los de color amarillo , negro , verde y azul.En cuanto al blanco no es un color adecuado , pues solo se obtiene por similitud un tono pardo amarillento claro , asemejndose en este aspecto a la loza vitrificada.El sonido casi metlico que tiene el gres cermico al ser golpeado ayuda a diferenciarlo de la cermica ordinaria. Loza:Se califica la loza a la sustancia cermica fabricada con materias primas que despus del proceso de coccin quedan del color blanco o a lo sumo, amarillento .Segn la materias primas usadas y la marcha del proceso tcnico pueden obtenerse dos tipos de lozas, la loza porosa y la loza vitrificada, conocida a veces comercialmente como semi-porcelana .A los efectos de su identificacin , la loza porosa no ofrece mayores inconvenientes , en cuanto a la vitrificada o semi porcelana , se diferencia de la porcelana , de la que es muy similar en otros aspectos , en la estructura de la loza es opaca , mientras que la porcelana es traslucida. Porcelana:No es una sustancia de uso frecuente en la arquitectura.Constituye una de las sustancias cermicas de mayor calidad, cuya fabricacin requiere una seleccin cuidadosa de las materias primas y un proceso de elaboracin delicado, Sus caractersticas de color y vitrificacin total la asemeja por una parte a la loza vitrificada de la cual se diferencia por ser traslucida y por otra a los vidrios; la porcelana como sustancia por sus propiedades y caractersticas el puente entre la cermica y el vidrio.PROCESO GENERAL DE FABRICACIN DE LOS PRODUCTOS CERMICOS:1) Materias primas-extraccin.2) Preparacin de las materias primas.3) Moldeo o conformado.4) Desecado.5) Cochura.6) Seleccin final.1) Materias primas:a) Tierra vegetal o humus ,con materias ligantes como ser :paja , viruta, etc., que se usan para asegurar la cohesin durante el moldeo y desecado.b) Tierras arcillosas ms grasas que las anteriores y que por ello no necesitan la adicin de materias ligantes, pues la cohesin se consigue mediante la compresin mecnica de la pasta.c) Arcillas seleccionadas y con un bajo tenor de humedad(aprox. 5%)2)Preparacin de las materias primas:La misma puede variar desde el empaste y homogeneizacin de los pisaderos(ej. Para ladrillos comunes),hasta obtenerla por medio de proceso mecnicos perfectamente controlados a objeto de obtener una pasta homognea y de consistencia adecuada al tipo de maquina moldeadora.La preparacin de las materias primas implica la depuracion,dosificacin de desgrasantes, fundentes y agua y la homogeneizacin de la pasta.

3) Modelo o conformado:Por su grado e plasticidad en el momento de su conformacin, las arcillas pueden ser clasificadas en:I. Pastas fluidas II. Pastas blandasIII. Pastas semi duras IV. Pastas secas o duras V. PulvurientasEn primer lugar existe lo que se denomina amasado, el que se hace rsticamente sobre el terreno , en pistas circulares en las cuales previamente se ha vertido las tierras arcillosas, alisndolas con los pes o con caballera, describiendo una espiral desde el centro hacia la periferia , para permitir con ello una mejor mezcla.Industrialmente, el amasado se hace con maquinas especiales constituidos por molinos trituradores en donde se echan las arcillas a emplear, pasando a los llamados molinos refinadores y luego a las mquinas que realizaran el moldeoEn alfarera, los productos cermicos se amasan en aparatos especiales denominados malaxadoras constituido por un cilindro de eje vertical u horizontal , metlico o de madera , dentro del cual gira un rbol provisto de cuchillas y paletas dispuestos en espiral.Posteriormente procede una segunda operacin que consiste en el moldeo propiamente dicho que puede realizarse en forma manual o mecnica.Consiste en dar la forma a la tierra arcillosa que en definitiva va a tener el producto cermico despus de la coccin.De agitarse por cualquiera de las formas premencionadas , hay que dar a los moldes mayores dimensiones , por experimentar las pastas una contraccin lineal del 1/10 a 1/7 en la desecacin y coccin. El moldeo a mano se practica ruralmente y consiste en verter la arcilla en condicin de pasta blanda dentro de unos moldes generalmente de madera llamados gradillas. La operacin comprime la masa con la mano y despus se pasa un listn de madera o de acero para quitar el exceso.Los materiales resultantes presentan ciertas irregularidades de forma y son ms porosos.

El moldeo a mquina puede hacerse con pastas semiduras o tendiendo a duras .Usando las primeras se emplean maquinas llamadas de hilera o galleteras en las que se obliga a salir la pasta homogeneizada mediante un helicoide o un par de cilindros , por una boquilla de seccin rectangular formndose un prisma continuo que se corta por medio de un bastido provisto de alambre producindose los cortes en sentido perpendicular , resultando las caras que forman los lechos en la mampostera , spera con lo que se obtiene mejor adherencia a los morteros. Las boquillas tienen la forma de material que se desea obtener ;ladrillos, tejas , etc. Y cuando son huecos o perforados llevan unos machos centrales. Modernamente , en las maquinas galleteras se hace el vacio , pues se obtiene la ventaja de menor rotura de piezas y se ahorra combustible en la desecacin y coccin . Si el conformado se realiza en forma continua y con pastas con un 25% de humedad , se usan las ya citadas maquinas de hilerasSi aquel se hace con mtodos discontinuos se usan maquinas a pistn y con pastas tendientes a duras (15% de humedad)

El moldeo por prensas se usa para obtener productos ms compactos y resistentes adems de permitir formas en relieve , superficies curvas , como el caso de las tejas mecnicas , curvas que no pueden darse con las maquinas de hilera .Son prensas especiales que comprimen los trozos de pastas y posteriormente una estampa que los comprime fuertemente .

Moldeo por colado se usa en la fabricacin de loza y porcelana usando ademas pastas fluida que se cuelan en moldes de yeso y huecos con lo que se puede obtener productos de formas diversas , como por ejemplo artefactos sanitarios.

4)Desecado:Debe producirse en forma lenta y gradual a fin de evitar alabeos y resquebrajaduras observndose una disminucin paulatina de peso y color ms claro.Cuando se trata de ladrillos comunes se hace en dos etapas :Primero , se ponen de plano los ladrillos , recin moldeados en canchas y hasta que adquieras la consistencia suficiente como para apilarlos en rejales constituyendo esto la segunda etapa (retienen un 5%a un 10% de humedad)Si se refiere a las pastas semiduras o duras el desecado se hace en locales cubiertos , ya sea por circulacin de aire natural y con la temperatura hmeda del ambiente. En este caso de denomina desecado natural.El desecado artificial implica que el aire esta en movimiento mediante ventiladores mecnicos y el grado de humedad y temperatura son regulables, El producto cermico queda en este caso con un tenor de humedad no mayor del 5%5)Cochura:La tcnica de la cochura es variable , sintetizndose dos sistemas: a)por medio de los hornos b)por hornos fijos.Los primeros son comunes para la fabricacin de los ladrillos comunes.Los llamados hornos fijos se utilizan para la coccin de otros materiales cermicos mencionndose entre ellos al horno Hoffman, basado en la obtencin de temperatura uniforme de coccin consecuentemente un proceso ms completo de cochura. Existe tambin el llamado horno de tnel en donde el hogar esta fijo y el material a cocer se transporta por vagonetas que circulan en sentido opuesto al sentido de los gases.Hay adems hornos de distintos tipo, utilizados preferentemente en la industria cermica europea como ser: horno de alfarero , horno de mufla , horno para cocer gres,etc.

6)Seleccin Implica la clasificacin del material de acuerdo a su calidad dentro del tipo correspondiente.Ladrillos:Se fabrican de tal modo que satisfagan las especificaciones, segn el uso a que se destinan. Clasificacin: Segn la resistencia a la compresin, la absorcin de agua y la resistencia a la refrigeracin y el deshielo. A medida que se incrementa la temperatura de cocido, aumenta la resistencia, disminuye la porosidad y los ladrillos adquieren una coloracin ms oscura.CLASIFICACIN:De fachada: son ms oscuros, densos y fuertes que los comunes, debido a las temperaturas ms elevadas de coccin a que se someten. No absorben tanta agua como los comunes, son ms resistentes y, por lo tanto, se utilizan en las fachadas de los edificios.Pueden resistir cerca de 6000 lb/plg2 de compresin Comn: absorbe, aproximadamente, un quince por ciento de agua por peso, mientras que los ladrillos de fachada, absorben menos de un diez por ciento. Tienen una resistencia a la compresin de aproximadamente, 4000 Ib/plg2

Ejemplos de ladrillos huecos

Ladrillos refractarios Materiales que resisten la compresin a temperaturas elevadas. Contienen caolinita (esencialmente AI2O2. 2SiO2. 2H2O), como ingrediente principal, con un mnimo de substancias productoras de vidrio. Se fabrica a partir de arcilla precocida con el fin de obtener un producto dimensionalmente estable. La resistencia es baja; pero no tienen como fin el soportar cargas estructurales. Su funcin principal: confinar las llamas y las temperaturas elevadas del aire, para proteger a los miembros estructurales de dichas temperaturas excesivas. Los ladrillos refractarios se unen con cantidades mnimas de mortero, hecho mediante la mezcla de arcilla refractaria molida con agua. Las temperaturas de servicio crece con el precio:cidos - Bsicos - NeutrosSu temperatura de ablandamiento es de cerca de 1650C.Lozas La loza de barro: se hace de arcilla (caoln, por ejemplo), aunque en algunos casos estn presentes slice (SiO2) y feldespato.Se la somete al fuego a baja temperatura, comparada con la de otros productos de este grupo. Ello produce una fractura terrosa relativamente porosa. La loza semivitrea: Calidades ms finas -Se fabrican empleando mezclas de arcilla-slice-feldespato, (triaxiales) por la presencia de estos tres ingredientes. La Temperatura de cocido es mayor, dando por resultado la formacin de vidrio, menor porosidad y mayor resistencia. Todos los grados pueden ser no vidriados o cubiertos con un material separado que forme una superficie vidriosa, lo cual da una superficie lustrosa. La loza de piedra: difiere de la loza de barro en que se emplea una mayor temperatura de cocido, lo cual produce una porosidad menor del 5% comparado con el 5 al 20% de la loza de barro. Por lo general la composicin se controla ms cuidadosamente que en la loza de barro y el producto no lustroso tiene el acabado mate de la piedra fina. Excelente material para la loza de hornear tanques para sustancias qumicas y serpentinas. En la prctica no lo atacan la mayora de los cidos pero lo corroen los lcalis.La loza china: se obtiene cociendo la mezcla triaxial a alta temperatura para obtener un objeto traslcido.Es traslcido porque una gran parte de la mezcla de cristales de cuarzo, arcilla y feldespato se ha convertido en vidrio claro. La temperatura de cocido es menor que para la porcelana "dura" porque una pequea cantidad de CaO est presente como fundente. La "porcelana inglesa": Contiene cerca de un 45% de ceniza de hueso (de huesos de ganado), 25% de arcilla y el resto feldespato y cuarzo. El fosfato de calcio de los huesos produce un material con menor punto de fusin y el grupo fosfato sustituye en parte la slice como formadora de vidrio.Porcelana china "Beleek": muy conocida, se fabrica aadiendo vidrio como fundente a la mezcla original, que proporciona gran traslucidez al producto terminado.Porcelana: es la que se cuece a las ms altas temperaturas del grupo. La no utilizacin de fundentes y las temperaturas ms altas dan como resultado un producto denso y muy duro.Tejas:Las tejas cermicas son elementos de cobertura para colocacin discontinua sobre tejados en pendiente. Se pueden definir comopiezas obtenidas mediante prensado o extrusin, secado y coccin, de una pasta arcillosa, que se utilizan para la realizacin delelemento de estanqueidad de la cubierta. Dicha estanqueidad se consigue por las caractersticas del propio material, la forma de las piezas, los solapes entre ellas y su correcta colocacin.Su gran versatilidad contribuye a la obtencin de tejas con formas diversas. La adicin de aditivos y la aplicacin de tratamientos superficiales (engobes, esmaltes, etc.) permiten obtener diferentes coloraciones y acabados.El empleo de la teja cermica implica unacubierta inclinada, con la ventaja del aprovechamiento bajo cubierta, con uso de buhardilla.La cubierta protege la parte superior de los edificios contra los fenmenos climticos: de viento, lluvia, nieve, fro y calor.Lasfuncionesque cumplen las cubiertas de tejas cermicas son: Estanqueidad al agua, asegurada por las propias tejas. Aislamiento trmico. Resistencia a heladas. Resistencia al fuego. Estanqueidad al aire y, si es necesario, al vapor. Aislamiento acstico. Esttica y armona con el paisaje. Respeto al medioambiente.Todas estas funciones se realizan de modo continuo en toda la superficie de la cubierta y tambin en los puntos singulares.Por tanto se puede decir que la teja cermica es el material idneo para emplear en la cubierta inclinada de cualquier edificacin.