Semana 5: "Aglomerantes"

AGLOMERANTE

I.  DEFINICIÓN:

• Se llaman materiales aglomerantes aquellos materiales que, en estado pastoso y con consistencia variable, tienen la propiedad de poderse moldear, de adherirse fácilmente a otros materiales, de unirlos entre sí, protejerlos, endurecerse y alcanzar resistencias mecánicas considerables.
• Estos materiales son de vital importancia en la construcción, para formar parte de casi todos los elementos de la misma.

I.I.  CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES AGLOMERANTES:

Los materiales aglomerantes se clasifican en:

• Materiales aglomerantes pétreo, como pueden ser yeso, cal, magnesia, ect...
• Materiales aglomerantes hidráulicos como pueden ser el cemento, cal hidráulica, hormigón, baldosa hidráulica, ect...
•  Materiales aglomerantes hidrocarbonados como pueden ser alquitrán, betún, ect.

II.  ARCILLAS:

La arcilla está constituida por agregados de silicatos de aluminio hidratados, procedentes de la descomposición de minerales de aluminio. Presenta diversas coloraciones según las impurezas que contiene, siendo blanca cuando es pura. Surge de la descomposición de rocas que contienen feldespato, originada en un proceso natural que dura decenas de miles de años.

III. YESO:

• El yeso está definido por determinadas propiedades físicas y químicas, interrelacionadas entre sí directa o indirectamente. En función de estas propiedades, intrínsecas o bien derivadas del proceso de fabricación (extracción, disposición del hornete, grado de cocido o molido), vendrá dado su uso en construcción.

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

III.I PROPIEDADES DEL YESO:

• 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 algún procedimiento. La solubilidad aumentará también por factores como la finura.
• Finura del molido: Como hemos comentado anteriormente, el yeso, una vez deshidratado debe ser molido para su utilización. La finura de molido influye en gran parte en las propiedades que adquiere el yeso al volverlo a hidratar. La posibilidad de uso del yeso para la construcción reside en que al amasarlo con agua, reacciona formando una pasta que endurece constituyendo un conjunto monolítico. Se comprende fácilmente que, cuanto mayor sea el grado de finura del yeso, más completa será la reacción y, consecuentemente, la calidad del producto obtenido. La velocidad de fraguado es proporcional al grado de disolución, con lo que podemos afirmar que el yeso morirá antes (fraguado rápido). Este último factor limitará el tiempo del trabajador. Si el yeso muere pronto es apropiado para enlucidos ( lucidos), o bien para acabados rápidos.
• Velocidad de fraguado: El yeso se caracteriza por fraguar con rapidez, por lo que es recomendable para su uso hidratarlo en pequeñas cantidades. Esta propiedad depende de tres factores:
• El propio yeso:(grado de finura, pureza, punto de cocido,...
• Las condiciones de hidratación:(la temperatura del agua, la concentración del yeso en el agua, el modo de amasar la pasta al hidratarlo).
• Agentes externos como la humedad o la temperatura:A su vez, la rapidez de fraguado del material, nos indica el grado de resistencia con que concluirá una vez consolidado.
• Resistencia mecánica: Un yeso de alto grado en finura, velocidad de fraguado, concentración de yeso y temperatura del agua y de atmósfera, será también de alta resistencia mecánica.
• El grado de cocido:también afectará a todas estas propiedades. Es necesario encontrar el punto justo de cocido, siendo perjudicial que esté tanto sobrecocido como falto. También es conveniente no emplear el yeso recién cocido, se acentuaría la rapidez de fraguado, impidiendo trabajar con comodidad.
• Permeabilidad: Quizá el problema más difícil de resolver, sobretodo para su uso al exterior, es el de su impermeabilización. La solubilidad se ve acentuada por el grado porosidad, y el yeso posee un grado alto. Por esto, el agua puede penetrar cómodamente a través de la red capilar, acelerando la disolución, y consecuentemente la pérdida del material. En los Monegros el empleo del yeso ha sido tanto al interior como al exterior de las viviendas. El tiempo se ha hecho cargo de demostrar la inadecuación de yeso en paramentos expuestos a la intemperie. En paredes interiores el resultado ha sido más duradero. Para los pavimentos, los trabajadores además le añadían una última mano con cera de abeja, incrementando así su tiempo de vida útil. Todavía ahora no termina de encontrarse un medio de impermeabilización del todo efectivo, además de ser caros. Por ello, su ubicación es preferentemente interior.
• Adherencia: Disminuye en contacto con el agua, siendo buena en medio seco, tanto con materiales pétreos como metálicos.
• Corrosión: Al igual que sucede con la adherencia, en presencia de agua este material reacciona perjudicando.
• Resistencia al fuego: Es de destacar su buena resistencia al fuego, considerándose buen aislante.

III.II TIPOS DE YESO:

Los tipos de yeso más comunes son los siguientes:

• GRUESO: en este caso se utiliza como pasta de agarre o sujeción, y es ideal para tabicación, conglomerante, revestimientos interiores, etc.
• FINO:  en este caso la granulometría es más fina que la del yeso grueso y se utiliza para los enlucidos o enfoscados, además de los refilos.
• ESCAYOLA: se utiliza para hacer techos y tabiques sobre todo.
• ESCAYOLA ESPECIAL: la diferencia con respecto a la escayola normal es que la especial se utiliza para los trabajos decorativos como molduras, paneles de tabiques, placas, bovedillas, etc.
• PREFABRICADO:  tiene una mayor resistencia que los finos y gruesos, y se utiliza para realizar elementos de tabiquería prefabricados.

III.III. DRYWALL:

Drywall (también conocido como yeso, paneles de yeso, placas de yeso) es un panel hecho de yeso de yeso prensado entre dos hojas de papel grueso. Se utiliza para hacer las paredes y techos interiores. construcción Drywall llegó a ser frecuente como una alternativa más rápida a los tradicionales listones y yeso. 

IV. CAL:

Óxido de calcio, sustancia blanca cáustica que se hidrata produciendo calor al contacto del agua:

IV.I. PROPIEDADES DE LA CAL:

Las propiedades de la cal que interesan a la construcción tienen que ver con la resistencia que se puede lograr, el tiempo de fraguado y la consistencia de las mezclas a base de este material. Si bien es cierto que el uso de la cal en la construcción es limitado, principalmente por lo lento de su ganancia en resistencia, aún se le usa y existen especificaciones que regulan las propiedades de este material. Las propiedades como la resistencia y el tiempo de fraguado están íntimamente relacionadas con la composición química de la cal. La composición química varía dependiendo de las impurezas contenidas en la materia prima, por ejemplo la roca caliza puede contener arcillas, hierro, azufre, carbonatos de magnesio, álcalis y otras impurezas que  afectan la reactividad de la cal con el agua. Un parámetro que ayuda a interpretar la rapidez de reacción de la cal se llama el índice hidráulico que se define como sigue:

IV.II. TIPOS  DE CAL:

• CAL VIVA: Se obtiene de la calcinación de la caliza que al desprender anhídrido carbónico, se transforma en óxido de calcio. La cal viva debe ser capaz de combinarse con el agua, para transformarse de óxido a hidróxido y una vez apagada (hidratada), se aplique en la construcción.
• CAL HIDRATADA: Se conoce con el nombre comercial de cal hidratada a la especie química de hidróxido de calcio, la cual es una base fuerte formada por el metal calcio unido a dos grupos hidróxidos.
• CAL HIDRAULICA:  Cal compuesta principalmente de hidróxido de calcio, sílica (SiO2) y alúmina (Al2O3) o mezclas sintéticas de composición similar. Tiene la propiedad de fraguar y endurecer incluso debajo del agua.

V. CEMENTO:

El cemento es un material que resulta de la combinación de arcilla molida con materiales calcáreos de polvo, en tanto, una vez que entran en contacto con el agua se solidifica y vuelve duro. Es mayormente empleado a instancias de la construcción, justamente por esa solidez que reviste, como adherente y aglutinante.

V.I. CEMENTO PORTLAND:

El cemento Portland es un conglomerante o cemento hidráulico que cuando se mezcla con áridos, agua y fibras de acero discontinuas y discretas tiene la propiedad de conformar una masa pétrea resistente y duradera denominada hormigón. Es el más usual en la construcción y es utilizado como aglomerante para la preparación del hormigón (llamado concreto en varias partes de Hispanoamérica). Como cemento hidráulico tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua, al reaccionar químicamente con ella para formar un material de buenas propiedades aglutinantes.

V.II. FABRICACION DE CEMENTO:

• EXPLOTACION DE MATERIAS PRIMAS: Consiste en la extracción de las piedras calizas y las arcillas de los depósitos o canteras, las cuales dependiendo de sus condiciones físicas se hacen con los diferentes sistemas de explotación; luego el material se transporta a la fábrica.
• PREPARACION Y CLASIFICACION DE LAS MATERIAS PRIMAS: Una vez extraídos los materiales, en la fábrica se reduce el tamaño de la caliza siguiendo ciertas especificaciones dada para la fabricación. Su tamaño se reduce con la trituración hasta que su tamaño oscile entre 5 y 10 mm.
• HOMOGENEIZACION: Consiste en mezclar las arcillas y calizas, que ya han sido trituradas. Se lleva a cabo por medio de bandas transportadoras o molinos, con el objetivo de reducir su tamaño hasta el orden de diámetro de medio milímetro. En esta etapa se establece la primera gran diferencia de los sistemas de producción del cemento, (procesos húmedos y procesos secos).
• CLINKERIZACION: Consiste en llevar la mezcla homogeneizada a hornos rotatorios a grandes temperaturas, aproximadamente a 1450°C. En la parte final del horno se produce la fusión de varios de los componentes y se forman gránulos de 1 a 3 cm de diámetro, conocidos con el nombre de clínker.
• ENFRIAMENTO: Después que ocurre el proceso de clinkerización a altas temperaturas, viene el proceso de enfriamiento que consiste en una disminución de la temperatura para poder trabajar con el material. Este enfriamiento se acelera con equipos especializados.Adiciones finales y molienda: una vez que el clínker se ha enfriado, se prosigue a obtener la finura del cemento, que consiste en moler el clínker. Después se le adiciona yeso con el fin de retardar el tiempo de fraguado.

• EMPAQUE Y DISTRIBUCION: Esta última etapa consiste en empacar el cemento fabricado en sacos de 50 kilogramos, (en Uruguay, desde abril del 2008 las bolsas que contienen cualquier materia prima, sea portland, harina , etc. no puede superar los 25kg) teniendo mucho cuidado con diversos factores que puedan afectar la calidad del cemento. Luego se transporta y se distribuye con cuidados especiales.

V.III. COMPOSICION QUIMICA DEL CEMENTO PORLAND:

Como se ha mencionado los componentes principales del cemento Portland lo constituyen los silicatos y los aluminatos de calcio, estos compuestos se forman por la asociación química de diferentes óxidos como el oxido de calcio (CaO), que se representa químicamente en forma abreviada por la letra C, la sílica (Si O2) que se representa por S, la alúmina (Al2O3) que se representa por A y el oxido de fierro (Fe2 O3) representado por F. Los compuestos principales resultado del proceso de fusión química en el horno son cuatro, sus nombres, formulas químicas abreviadas y abreviaciones comunes se citan a continuación:

Tipos de cementos Portland

• TIPO I:cemento de uso general, no se requiere de propiedades y características especiales.
• TIPO II: Resistente ataque moderado de sulfatos, como por ejemplo en las tuberías de drenaje (muros de contención, pilas, presas).
 • TIPO III: Altas resistencias a edades tempranas, a 3 y 7 días.
 • TIPO IV: Muy bajo calor de hidratación (Presas).
 • TIPO V: Muy resistente acción de los sulfatos (Plataforma marina).

• Cualidades del cemento

  • Resistencia la resistencia a la compresión es afectada fuertemente por la relación agua/cemento y la edad o la magnitud de la hidratación.
  • Durabilidad y flexibilidad: ya que es un material que no sufre deformación alguna.
  • El cemento es hidráulico porque al mezclarse con agua, reacciona químicamente hasta endurecer. El cemento es capaz de endurecer en condiciones secas y húmedas e incluso, bajo el agua.
  • El cemento es notablemente moldeable: al entrar en contacto con el agua y los agregados, como la arena y la grava, el cemento es capaz de asumir cualquier forma tridimensional.
  • El cemento (y el hormigón o concreto hecho con él) es tan durable como la piedra. A pesar de las condiciones climáticas, el cemento conserva la forma y el volumen, y su durabilidad se incrementa con el paso del tiempo.
  • El cemento es un adhesivo tan efectivo que una vez que fragua, es casi imposible romper su enlace con los materiales tales como el ladrillo, el acero, la grava y la roca.
  • Los edificios hechos con productos de cemento son más impermeables cuando la proporción de cemento es mayor a la de los materiales agregados.
• El cemento ofrece un excelente aislante contra los ruidos cuando se calculan correctamente los espesores de pisos, paredes y techos de concreto.

VI. PUZOLANA: 

Las puzolanas son materiales silíceos o alumino-silíceos a partir de los cuales se producía históricamente el cemento, desde la antigüedad Romana hasta la invención delcemento Portland en el siglo XIX. Hoy en día el cemento puzolánico se considera un ecomaterial.

VI.I TIPOS DE PUZOLANAS:

VI.I.I  PUZONALAS NATURALES:

Rocas volcánicas, en las que el constituyente amorfo es vidrio producido por enfriamiento brusco de la lava. Por ejemplo las cenizas volcánicas, las tobas, la escoria yobsidiana.

Rocas o suelos en las que el constituyente silíceo contiene ópalo, ya sea por la precipitación de la sílice de una solución o de los residuos de organismos de lo cual son ejemplos las tierras de diatomeas, o las arcillas calcinadas por vía natural a partir de calor o de un flujo de lava.

VI.I.II. CENIZAS VOLANTES:

Las cenizas que se producen en la combustión de carbón mineral (lignito), fundamentalmente en las plantas térmicas de generación de electricidad.

Arcillas activadas o calcinadas artificialmente: por ejemplo residuos de la quema de ladrillos de arcilla y otros tipos de arcilla que hayan estado sometidas a temperaturas superiores a los 800 °C.

Escorias de fundición: principalmente de la fundición de aleaciones ferrosas en altos hornos. Estas escorias deben ser violentamente enfriadas para lograr que adquieran una estructura amorfa.

Cenizas de residuos agrícolas: la ceniza de cascarilla de arroz, ceniza del bagazo y la paja de la caña de azúcar. Cuando son quemados convenientemente, se obtiene un residuo mineral rico en sílice y alúmina, cuya estructura depende de la temperatura de combustión.

VII. ESCORIAS DE ALTOS HORNOS:

Las escorias granuladas de alto horno son conglomerantes puzolánicos que se producen conjuntamente con el arrabio y se granulan por enfriamiento rápido de una escoria de composición adecuada en estado de fusión, resultante del proceso de fusión de hierro en un alto horno.

Este material es un producto no metálico compuesto fundamentalmente por silicatos y aluminosilicatos, y tiene propiedades hidráulicas en presencia de un activante adecuado. Debe estar compuesto por CaO, MgO y SiO2 en al menos 2/3 de su masa, y el resto estará compuesto por Al2O3 y pequeñas cantidades de otros óxidos.

La escoria granulada de alto horno sin procesar tiene el tamaño de la arena y tiene una humedad natural de entre el 10 y el 15%. Antes de usar se seca y se muele.

La utilización de las escorias granuladas de alto horno se reduce a las proximidades de los centros de producción de este conglomerante, altos hornos, y representa una gran alternativa a los cementos en la ejecución de varias capas del firme. En ocasiones se utilizan como adiciones en la constitución de algunos tipos de cemento.

VIII. MATERIALES BOTUMINOSOS:

Los materiales bituminosos son sustancias de color negro, sólidas o viscosas, dúctiles, que se ablandan por el calor y comprenden aquellos cuyo origen son los crudos petrolíferos como también los obtenidos por la destilación destructiva de sustancias de origen carbonoso.

VIII.I. PROPIEDADES ASFALTICOS:

Para el estudio de las propiedades de los betunes asfálticos, no es suficiente con un análisis químico elemental, sino que se requiere un minucioso estudio de sus propiedades físico-químicas.

• Penetración: Es una medida de la consistencia del producto. Se determina midiendo en décimas de mm la longitud que entra una aguja normalizada en una muestra con unas condiciones especificadas de tiempo, temperatura y carga. Esto mide si el producto es líquido, semisólido o sólido. La consistencia varía con la densidad, disminuyendo la consistencia al aumentar la densidad.
• Susceptibilidad Térmica:Es la aptitud que presenta un producto para variar su viscosidad en función de la temperatura. Los menos susceptibles son los oxidados, después los de penetración y los que más susceptibles son los alquitranes.
• Punto de reblandecimiento: Es una medida de la susceptibilidad térmica. El punto de reblandecimiento aumenta cuando aumenta la densidad y la penetración disminuye. Un ensayo para su medida es el de anillo y bola (A y B) que consiste en aumentar la temperatura, midiendo cuando la bola llega al fondo del recipiente arrastrando el producto bituminoso.
• Índice de Penetración: Valor que da la susceptibilidad térmica de los betunes y se obtiene de otros dos ensayos: el punto de reblandecimiento y el de penetración.
• Envejecimiento: Los betunes se ponen en obra en estado plástico. Luego van endureciendo, aumenta la cohesión y crece la viscosidad y la dureza. Este fenómeno tiene lugar hasta llegar a una dureza determinada. A partir de ahí, la cohesión disminuye y el producto se vuelve frágil, muy sensible a los esfuerzos bruscamente aplicados y a las deformaciones rápidas.
• Punto de Fragilidad Fraas: El ensayo se aplica a los materiales sólidos o semisólidos y consiste en someter a una película del material que recubre una placa de acero a ciclos sucesivos de flexión a temperaturas decrecientes. Se define como Punto de Fragilidad Fraas la temperatura en ºC a la que, a causa de la rigidez que va adquiriendo el material, se observa la primera fisura o rotura en la superficie de la película.