13-Ceramicos-TDM

1Tecnologa de los materiales

Universidad Tecnolgica Nacional

Promocin Directa

Facultad Regional Avellaneda

Ingeniera CivilTecnologa de losmateriales

Mdulo XIIICermicos


Decano F.R.A.Ing. Jorge O. Del Gener

Coordinador de Promocin DirectaIng. Luis Muraca

AutorIng. Juan Francisco Garca Balado

Realizado por

Coordinador Facultad Abierta Avellaneda on-lineAlejandro Gonzlez

Correccin de estilos y redaccinProf. Ricardo Krotki

DiseoProf. Ricardo KrotkiDG. Mariana WolffProf. Alcira Virgili


Mdulo 13

Cermicos


INDICE

Mdulo XIII: CERMICOS

IntroduccinMateriales Cermicos

Minerales componentes de las arcillasPlasticidad de las arcillasArcillas para cermica rojaPropiedades de las arcillasColores de las arcillasComposicin de las arcillas para cermica rojaProduccin de cermica rojaTipos de cermicos

Cermica rojaCermica blanca

Otros usosMateriales refractariosVidrios

Fabricacin del vidrioPropiedades de los vidrioTipos de vidrio en la construccin

Cermicos y premoldeados de hormign


CERAMICOS

Introduccin El trmino cermico se vincula desde la antigedad con la alfarera, denominndose as a

todos los productos obtenidos a partir de la arcilla, que los primitivos habitantes elaboraban (recipientes, platos, jarrones, etc). Etimolgicamente deriva del griego keramicos, proveniente de keramos que significa arcilla.

Sus orgenes estn ligados a toda la historia de la construccin, siendo el primer material fabricado en serie. Los caldeos y asirios manejaron el barro cocido para cermica y ladrillos que se encontraron a orillas del Eufrates, en Babilonia. La torre de Babel, cerca de Babilonia, fu hecha con ladrillos en el Siglo III a.C.; empleando el betn como ligante. La Muralla China (siglo III a.C.) de 8 m. de alto y 5 m. de ancho en la base, tiene paredes de ladrillo y relleno interior de grava y tierra.

Tradicionalmente la construccin viene empleando de antao materiales obtenidos a partir de la coccin de arcillas, tales como ladrillos, revestimientos, tejas, pisos, y ms modernamente cermicos aislantes, refractarios para alta temperatura, etc.

La industria cermica ha permitido ofrecer al mercado de millones de piezas iguales en forma, dimensin y color, adquiriendo al mismo tiempo un papel en el campo estructural, permitiendo construir puentes, viaductos, chimeneas, naves industriales, iglesias monumentales, cubiertas en bovedas, etc.

Los adelantos alcanzados con las piezas cermicas han permitido las ms variadas formas arquitectnicas de notables calidades estticas en edificios, siendo una de sus mejores expresiones la recientemente construda catedral de Grunvig, en Copenhage, donde se colocaron 6 millones de ladrillos en un alarde de tcnica extraordinaria y belleza poco comn.

Los productos cermicos son obtenidos a partir de pastas arcillosas, moldeadas en fro, a mano o en prensas de hilera, secadas al aire o en cmaras especiales y sometidos a endurecimiento por coccin a alta temperatura.

Materiales cermicos

Para la moderna ciencia de los materiales, los cermicos son compuestos constitudos por metales y no metales. Esta definicin cubre a un nmero muy extenso de materiales desde los tradicionales cermicos hasta otros como: vidrios, cementos, cales, yesos, rocas y agregados, etc.

Un ejemplo de cermico simple es el xido de magnesio (MgO) que se utiliza como refractario pues soporta temperaturas de 1.500 a 2.500C sin descomponerse ni fundirse.

Otro ejemplo ms complejo, es la caolinita cuya frmula estequeomtrica es Al2Si2O5(OH)4, que constituye la base de las arcillas.

Los elementos que constituyen los cermicos estn vinculados por enlaces inicos y covalentes. Por consiguiente, no tienen electrones libres como en los metales. Esto los hace malos conductores del calor y la electricidad.

Si el cermico se forma por combinacin entre elementos metlicos y no metlicos ubicados en los extremos izquierdo y derecho de la tabla peridica, los enlaces resultarn inicos. Si por el contrario, los elementos que se combinan estn ms hacia el centro de la tabla peridica, los enlaces tienden a ser covalentes.


Minerales componentes de las arcillas

Algunos minerales formados a partir del enfriamiento del magma (primarios) son inestables en tiempos medidos a escala geolgica, y han dado lugar a la formacin de otros minerales (secundarios).

Un ejemplo lo constituye la descomposicin de los feldespatos, que responden a la siguiente ecuacin qumica:

2 KAlSi3O6 + CO2 + 2H2O Al2Si2O5(OH)4 + K2CO3 + 4 SiO2

El proceso de meteorizacin que di lugar a estos minerales puede continuar hasta separar sus componentes, dando lugar a la formacin de slice (SiO2) y almina (Al2O3), sta ltima en forma de bauxita.

Los minerales de las arcillas son los productos ms abundantes que resultan de la descomposicin de los silicatos que constituyen las rocas igneas.

En la naturaleza se los encuentra constituyendo los suelos granulares (en la ingeniera se llama arcillas a las partculas menores de 2 micrones) y tambin constituyendo rocas de variadas compacidades.

Los minerales que componen las arcillas son filosilicatos, de estructura laminar, que pueden describirse a partir de la pirofilita.

Los principales grupos de minerales arcillosos son: a) caolinita b) illitac) esmectitas (montmorillonita)

a) caolinita: La caolinita est constituda por un estrato de coordinacin tetradrica (slice) unido a otro de almina hidratada con coordinacin octadrica, tal como se puede ver en figura siguiente,

cuya representacin simplificada puede verse en la figura que se muestra a continuacin;


El conjunto tiene los enlaces qumicos balanceados, pero la distribucin de las cargas no es simtrica y entonces el conjunto adquiere polaridad elctrica. Ello hace que las capas o estratos de caolinita se unan entre s por fuerzas de Van der Waal, constituyendo una estructura estable.

Puede ocurrir que entre dos lminas de caolinita se fije una capa de agua, tambin por la polaridad de las capas. El mineral as resultante es la halloysita, que se muestra en la figura siguiente y cuya expresin estequeomtrica es: Al2Si2O5(OH)4 2H2O

Las dos molculas de agua de la halloysita se eliminan por secado a temperaturas que dependen del grado de cristalinidad y que oscilan entre 100 y 400C. La hidratacin posterior puede no ocurrir y esto ha ocasionado problemas en terraplenes debido a que las propiedades medidas sobre el material secado a estufa no se corresponde con el material hmedo utilizado en la construccin.

Las molculas de agua forman parte de la estructura cristalina del mineral. La temperatura a la que se eliminan se puede determinar por anlisis trmico diferencial (ATD). A temperaturas mayores (500-700C) se eliminan tambin los iones hidroxilos.

b) Illita: Estn tambin constitudos por dos estratos tetradricos que contienen un octadrico intermedio. Las lminas as formadas se vinculan a otras a travs de iones potasio entrelazados con una vinculacin ms fuerte que en las esmectitas.

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Tecnologa de los materiales

c) Esmectitas: Estos minerales estn constitudos por una capa de almina entre dos capas de slice, como se ve en la figura siguiente. La unidad tiene un espesor de 95 nm (nanometro = 10-9 m), pero puede variar significativamente debido a que el enlace es muy pobre y fcilmente perturbable. Ello produce la sustitucin del Al por Mg en la capa octadrica y, cada sustitucin da lugar a un nuevo mineral.

Entre dos lminas de slice-almina-slice se forma una capa ms dbil unida a las anteriores por fuerzas de Van der Waal. Esta puede contener molculas de agua y cationes metlicos, especialmente Ca, Mg y Na. Los cationes metlicos son intercambiables. Si el Ca est unido al estrato y el Na est en solucin en el agua, bajo determinadas condiciones pueden permutarse y el Ca pasa a la solucin. Esto es importante porque la naturaleza del cation determina el ancho de la capa y el espesor de la lmina de agua que contiene.

El agua se elimina parcialmente a 60C y totalmente a 300C. El proceso es reversible por humedecimiento. Las esmectitas constituyen el grupo de minerales arcillosos que experimentan mayores cambios volumtricos por humedecimiento y secado.

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REPRESENTACION ESQUEMATICA DE LA CAPA DE AGUA

Plasticidad de las arcillas

Las arcillas sueltas o no consolidadas constituyen un material granular de partculas muy finas (menores de 2 micrones). Mezcladas con agua constituyen un material viscoso (habitualmente llamado plstico), fcilmente amasable y moldeable.

La plasticidad es una caracterstica de casi todos los suelos, que se debe al efecto lubricante de la pelcula de agua existente entre las partculas de suelo y tiene una relacin directa con la cohesin de los suelos. A mayor cohesin, mayor ser la plasticidad, disminuyendo en funcin de la disminucin de la cohesin. Adems, el espesor de la pelcula de agua entre las partculas depende de la humedad que contengan los suelos.

Los suelos arcillosos al pasar del estado plstico al slido por prdida del agua que contienen, adquieren dureza y cohesin interna, pero este estado no es estable, pues al absorber nuevamente agua, pierden dichas cualidades volviendo a su estado plstico.

La plasticidad no resulta explicable con lo expuesto precedentemente, pero s con la teora de la doble capa elctrica de la qumica coloidal, como se observa en la representacin esquemtica de la capa de agua.

Se denomina doble capa elctrica a una superficie cargada elctricamente (enlaces no compensados) en contacto con una solucin electroltica que atrae a los iones con cargas opuestas y repele a los de igual carga elctrica. Se forman entonces dos capas paralelas de cargas elctricas: la capa de cargas correspondientes a la superficie misma de la arcilla y la capa de cargas opuestas formada por los iones prximos a la superficie formada por los cationes y las

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molculas de agua. La doble capa elctrica se marca con la zona II de la representacin esquemtica de la capa de agua.

Helmholtz (1871) fu el primero en estudiar este fenmeno. Consider que la capa de iones con carga opuesta a la de la superficie quedaba inmobilizada por atraccin electrosttica y neutralizaba la superficie.

En las arcillas una capa de molculas de agua de las indicadas en los esquemas de la coilinita, halloysita y la montmorillonita se integra la doble capa elctrica. Si hay exceso de agua, sta se dispone entre las dos dobles capas elctricas adyacentes a la superficie constituyendo una capa difusa, zona III de la figura anterior. En ella los iones prximos a la superficie poseen un movimiento termodinmico aleatorio, pues el potencial elctrico cae ms lentamente a medida que se aleja de la superficie de la arcilla, y es lo que permite el movimiento plstico de las arcillas. A mayor distancia se llega a la zona IV de la figura donde se encuentra el agua libre.

En los suelos arcillosos cuando se los somete a temperatura, aproximadamente 200C, pierden la cualidad de hacerse nuevamente plsticos y al seguir incrementndose la temperatura hasta llegar a los 700-800C se transforman en los materiales cermicos que conocemos con sus propiedades propias como cohesin, dureza, sonoridad, etc. adems de tener una alta contraccin durante la coccin, que puede llegar al 20%, que acerca sus molculas y confiere dureza al producto terminado, sufriendo asimismo una transformacin qumica, pues de silicatos de almina hidratados, que son los compuestos principales de los suelos arcillosos, se pasa a transformarse en anhidros.

Arcillas para cermica roja

Dentro de la cermica para la construccin, la produccin de ladrillos, tejas y baldosas constituye la rama industrial denominada cermica roja.

La materia prima utilizada en la fabricacin de dichos productos es esencialmente la arcilla.La denominacin de arcilla corresponde a partculas menores de 5 compuesta por minerales

arcillosos, que son silicatos de almina hidratada, provenientes de la descomposicin de rocas de origen feldesptico, y minerales no arcillosos (cuarzo, feldespatos, micas, etc), mezclados con impurezas a veces en elevada proporcin (materia orgnica, xidos e hidrxidos de hierro, de manganeso, de titanio, sales de calcio y magnesio, etc).

Dependen de la pureza de la materia prima las caractersticas y el color final del cermico. La coccin de arcillas puras (denominadas caoln) o con muy pocas impurezas dan cermicos de color blanco. La coccin de arcillas con impurezas de hierro en forma de xido o sulfuro dan los cermicos rojos. Estos son los dos tipos ms comunes empleados como materiales de construccin. Hay tambin cermicos de otros colores tales como amarillo, verde, marrn, negro y gris, que dependen de la arcilla con que se elaboren.

Dentro de los minerales arcillosos constituyentes de las arcillas se distinguen cuatro grupos:

a) caolinita: dentro del grupo hay ms de 5 variedades que responden a la frmula general ya vista anteriormente. La palabra caoln procede del nombre de una aldea china (Kao-ling) en cuyos alrededores se explotaba la arcilla destinada a las famosas porcelanas. Este grupo es aplicado por lo general a cualquier arcilla blanca.b) montmorillonita: dentro del grupo hay 4 variedades que responden a la frmula general antes vista, y responden al nombre de bentonitas, caracterizadas por la plasticidad de su estructura laminar expandible, estas caractersticas se deben sus propiedades coloidales ya comentadas. Las bentonitas son muy empleadas para preparar barros de inyeccin para evitar desmonoramientos en los pozos o pilotes previo al hormigonado.

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La montmorillonita es un mineral muy fusible en razn de los lcalis que integran la red cristalina. La propiedad de poder cambiar sus bases de la red cristalina con otros elementos permite su empleo como desodorante y decolorante.c) illita: proviene de Illinois, tiene la propiedad de gresificar por la presencia de iones alcalinos, ferrosos y alcalino-frreos en su red cristalina. Su frmula es la de una mica.d) attapulgita.

Una misma arcilla puede estar formada compuesta por mezcla de minerales de los diferentes grupos.

Las modernas tcnicas de laboratorio, a travs de observaciones cristalogrficas, tcnicas fsico qumicas, rayos X y microscopa electrnica, ayudaron a conocer las caractersticas de las arcillas.

La importancia del estudio de las arcillas para los distintos usos industriales radica en la variedad poco menos que infinita de las mismas. Dos arcillas de diferentes yacimientos nunca resultan iguales al ser analizadas, ni se comportan de la misma manera al ser trabajadas. Incluso el material de un mismo yacimiento sufre variaciones a medida que avanza su explotacin.

Estas variedades estn dadas por la diversidad de composicin y estructura de las arcillas, pero adems por la participacin de las impurezas que las contaminan. Las impurezas de las arcillas se deben a la presencia de slice libre, calcio, hierro y materias orgnicas.

En la formacin de una arcilla intervienen adems de agentes erosivos y de transporte, fenmenos qumicos derivados de la actividad de seres vivientes, hallandose restos carbonosos de residuos orgnicos, como testimonio de floras y faunas extinguidas,

Cuando la formacin de un depsito de arcilla tuvo lugar en medio marino, pueden encontrarse cristales de yeso o concentraciones de carbonatos de calcio-magnesio.

Si el agente de acarreo ha sido el viento, en un depsito arcilloso pueden aparecer cenizas volcnicas.

Propiedades de las arcillas

a) Plasticidad: permite a las arcillas mezcladas con una cantidad conveniente de agua, formar una pasta que puede ser amasada, modelada, y conservar la forma que se le ha dado.Depende de la granulometra de los constituyentes minerales de la roca. Ciertas arcillas, tales como las bentonitas, son las de mayor plasticidad.b) Cohesin: permite conservar la forma de las piezas modeladas cuando son secadas, sin desintegrarse.c) Contraccin: las arcillas al secarse disminuyen de volumen, y lo mismo ocurre durante la coccin. La contraccin est ligada con la plasticidad. En las bentonitas el porcentaje de montmorillonita es relativamente elevado (15-25%) lo que produce excesiva contraccin, roturas y deformaciones, retardando el secado.La propiedad de contraccin se ve anulada ante la accin de la calcinacin de la arcilla. En los materiales cermicos la variacin lineal (o volumtrica) por cambios de humedad es prcticamente nulad) Rango trmico: Es el rango trmico de vitrificacin o formacin de vidrio, que hace regular la temperatura de los hornos de coccin. Las arcillas compuestas por illita y

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montmorillonita vitrifican a temperaturas muy inferiores a la de los caolines. La presencia de impurezas tales como calcita, cuarzo, feldespatos, etc. puede anticipar la temperatura de vitrificacin al actuar como fundente.

Colores de las arcillas Los minerales de las arcillas son incoloros. Las tien distintas materias:

a) color negro o gris: es debido a la presencia de carbono orgnico.b) color amarillo, rojo, violeta: es debido a la presencia de xidos de Fe.c) color verde: es debido a la presencia de compuestos ferrosos.d) color pardo chocolate: es debido a la presencia de hematita y xidos de manganeso.

La coloracin en los productos cocidos depende de la atmsfera del horno, que puede ser oxidante o reductora. No siempre una arcilla roja ser apta para brindar su misma coloracin a una pieza cocida y, contrariamente, se logran tonos rojos atractivos partiendo muchas vecds de arcillas grises, negras o verdes.

Composicin de las arcillas para cermica roja

Las arcillas ms adecuadas para la fabricacin de cermica roja deben estar compuestas por una mezcla de minerales arcillosos y una proporcin variable entre 25 y 50% de cuarzo de grano relativamente fino.

La fraccin de minerales arcillosos conviene que est integrada por illita y caolinita en proporciones semejantes. Esto determina arcillas de contraccin baja, con buena plasticidad y prolongado rango de vitrificacin.

Produccin de cermica roja

La fabricacin de cermica roja, como ser ladrillos, ha sido y sigue siendo en muchos lugares en base a un proceso tradicional de campo, donde se ubican los hornos a cielo abierto, en los que se amasa el adobe, con suelo y paja, haciendo los panes sobre tablones al aire libre y ponindolos a secar, para luego armar el horno y quemarlos.

En cambio en una fabricacin industrial moderna hay varias etapas:a) extraccin y acopio de las arcillas de una o varias canteras, mediante excavaciones mecnicas.b) proceso mecnico de preparacin de la materia prima, desde la base de la estiba a cielo abierto, la arcilla es llevada hasta una gran tolva con cinta transportadora horizontal. En uno de los extremos un mecanismo rompe los terrones, mientras que otra cinta conduce la tierra hasta una mquina humectadora, donde se incorporan chorros continuos de agua. El material sale por otra cinta transportadora que lo lleva a los cilindros laminadores que giran continuamente en sentido opuesto, pasa la arcilla que sale laminada con 2 mm. de espesor. Mediante nuevas cintas transportadoras se enva la masa plstica a silos donde se almacena a cubierto de la intemperie y se estaciona durante varios das. Su contenido de humedad es mayor.c) elaboracin de piezas, cuando sale del silo por otra cinta, se vuelve a desterronar, para

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eliminar los terrones nuevos, y luego pasa por cilindros laminadores hasta las mquinas extrusoras, en forma continua tipo chorizo, siguiendo por ltimo la cortadoraDe una pasta arcillosa pasa a tener la forma de un ladrillo todava crudo pero perfectamente conformado. Se llevan a estanteras que son transportadas a los secaderos.d) coccin, los secaderos son enormes depsitos calefaccionados que eliminan la humedad del ladrillo crudo, lo endurece y lo prepara para su ingreso al horno de coccin, mediante la accin de aire caliente, que en parte es recuperado en los hornos. El aire es totalmente seco y a 80C, y se mueve forzado por ventiladores.

Los hornos son de dos tipos: los clsicos hornos a galera, donde circula el fuego, y los hornos-tnel automticos donde circulan los ladrillos.

En el primer tipo, los ladrillos en el interior van adquiriendo temperatura lentamente, hasta llegar al mximo entre 850 y 1000C. La hornada dura de 16 a 24 horas. El horno a galera queda fro al trmino de cada hornada, debiendo ser calentado de nuevo con un gran desperdicio de calor y de energa, con un mayor costo.

En el horno-tnel la temperatura es variable a lo largo del tnel, disminuyendo a medida que se aleja del centro. Hay una zona de precalentamiento, zona de fuego y zona de enfriamiento. El ladrillo circula sobre vagonetas sobre rieles. La temperatura del horno-tnel es constante.

Al someter la arcilla al calor se operan los siguientes fenmenos:a) De 100 a 250C: Va perdiendo el agua hidroscpica, al principio lentamente y ms enrgicamente despus.b) De 250 a 600C: Comienza la prdida de agua de combinacin y con ello la disociacin de la slice y la almina; el producto adquiere cierta porosidad y es atacable por el cido clorhdrico (HCl).c) De 600 a 800C: Termina la disociacin molecular y adquiere propiedades puzolnicas por disociacin de la almina, reemplazada por el xido frrico, y contina siendo atacado por el cido clorhdrico. Las puzolanas son materiales arcillosos con poco material calcreo que tienen propiedades hidrulicas semejantes d) De 800 a 1000C, se elimina el CO2 de las arcillas calcreas; la contraccin es importante; el producto es casi inatacable por el cido clorhdrico.e) De 1000 a 1200C, el proceso termina, siendo inatacable por el HCl.Entre 1200 y 1400C, se produce la fusin de las arcillas calcreas, dando lugar a su vitrificacin.

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Tipos de cermicos

Cermica roja:

Ladrillos: En primer lugar los elementos para muros son los ladrillos que pueden clasificarse en primer lugar en macizos y huecos a su vez podemos darles a cada uno de ellos una subclasificacin.

Los ladrillos macizos, pueden clasificarse de la siguiente manera:

1) Ladrillos Comunes, elaborados manualmente, con medidas corrientes de 25 x 11 x 5 cm 2) Ladrillos de Mquina, elaborados por procedimientos mecnicos de prensado y reprensado, se usan para fines decorativos con ladrillos a la vista, para pisos o bvedas.

Ladrillos Huecos, elaborados a mquina, con huecos prismticos que sirven para reducir el peso y aumentar la capacidad de aislacin trmica y acstica, se pueden clasificar, en:

a) no portantes, se utilizan mayormente para tabiques divisorios, con distintas formas y dimensiones (generalmente 8 x 15 x 20 cm) y con cuatro a seis agujeros, en espesores que van de 4,5 a 8 cm. Se colocan los huecos en forma horizontal para muros no sometidos a la accin de cargas. Pesan entre 3,5 a 6,4 Kg segn los anchos de 8, 12 y 18 cm.b) portantes, para le ejecucin de paredes exteriores donde reciben cargas. Se fabrican de distintas dimensiones desde 12 x 18 x 25 y tambin de 18 x 18 x 40 cm. Pueden tener uno o dos agujeros para columna, encadenado o multicelular Se colocan en los muros con los huecos en forma vertical. Tiene sus caras exteriores texturadas para asegurar una buena adherencia del revoque. El peso est entre 7 y 11 Kg con un coeficiente de transmitancia trmica K = 1,15 a 1,55 W/m2C, y una resistencia a la compresin entre 80 y 180 Kg/cm2 entrando 12,5 a 15 ladrillos huecos por m2 de pared.c) lnea arquitectura, que comprenden diferentes modelos denominados: recto, cornisa, semimacizo (cortado en una punta con angulo recto), curvo, ondulado, pilastra (con frente corrugado), cornisa, friso, redondo, columna, etc. casi todos de 6 x 12 x 25 cm., con pesos entre 1,4 a 2,4 Kg.d) para entrepisos y techos, que disponen de dos aletas laterales que van apoyados entre viguetas pretensadas con una capa de compresin de hormign por arriba. Tienen anchos de 40 cm, largos de 25 cm. y alturas de 10, 14 y 18 cm, con pesos entre 5,5 y 8 Kg. Entran 10 unidades por m2.e) panel cermico, son formados por ladrillos uno a continuacin de otro, generando nervios donde se alojan barras de acero y se hormigona llenando los nervios longitudinales, y se puede agregar una carpeta de 3 a 4 cm. Los paneles resultan autoportantes y se apoyan en los muros de carga, no necesitando apuntalamiento como en el caso anterior.

4) Ladrillos para Revestimientos, consistentes en listones de poco espesor, de 1 a 1,8 cm, por 6 x 24 cm. de alto y largo, naturales o esmaltados, para terminaciones de muros a la vista.5) Ladrillos Refractarios, fabricados con arcillas refractarias, libres de fundentes, en

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particular de xido frrico (Fe2O3) y poco xido de calcio (CaO). Las arenas empleadas son del tipo cuarctica. Se emplean como aislantes trmicos en hornos industriales, revestimientos de chimeneas, calderas, etc. con muy buena resistencia a la accin del fuego y el calor.Sus dimensiones se hallan normalizadas (IRAM 12530) 9 x 4 1/2 x 2 1/2 o sea 229 x 114 x 63 mm. y los clasifica en 5 tipos de I a V, con peso especfico de 0,96 a 0,54 gr/cm3, temperaturas de trabajo de 1520 a 850C y coeficiente de conductividad trmica de 0,40 a 0,15 K cal/h m2 C.

Tejas; hay de distintos tipos1) colonial o espaola; clsica de toda Amrica Latina, con su curvatura dada en un principio por realizarse sobre el muslo de la persona. Se obtiene por prensado.

2) francesa, posterior a la colonial, se comenz a producir en Marsella. Es menos quebradiza y ms liviana por m2 y cuesta un 30% menos que la colonial. Tienen lneas salientes que sobresalen, y que permiten su trabado entre ellas y se obtienen por reprensado. Tiene mejor terminacin, mayor resistencia, mayor impermeabilidad y mejor constancia de medidas. Se venden en 3 versiones: comn, color y esmaltadas, stas repelen el agua y se comportan mejor contra el verdn. Se necesitan 14 tejas por m2.

3) portuguesa, es reprensada como la francesa y tiene un encastre casi igual, pero una conformacin distinta que hace que la apariencia del techo sea similar al de teja colonial.

4) normanda, que son planas a la vista de 15 x 30 cm con una pequea curvatura. No tienen ningn encastre entre ellas y se colocan superponiendo 2/3 de su largo en hiladas trabadas.

A su vez las tejas pueden ser naturales o esmaltadas. El esmaltado consiste en colocar en la cara una capa de xidos metlicos que son sometidos a proceso de coccin, en el cual se funden y adquieren brillo, formando una capa vtrea continua que confiere impermeabilidad, adems de un colorido o dibujo superficial que realza la esttica de los mismos. El esmaltado se hace sobre el cermico ya cocido, en una segunda horneada.

Baldosas; para pisos y solados. Pueden ser cuadradas, rectangulares y conformadas en la superficie. En todos los casos son prensados y a veces reprensados. La diferencia radica en que, cuando los elementos prensados han perdido considerable cantidad del agua de mezclado, se los coloca en moldes individuales y se los somete a un nuevo prensado. Se logran as elementos bastante uniformes que admiten su colocacin a junta cerrada.

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Los pisos cermicos se dividen en 4 tipos:a) Monococcin: De color rojos o habanos. Las medidas ms comunes son de 8 x 16 cm y de 20 x 20 cm. Estas ltimas se colocaron en las estaciones de los subterrneos de Buenos Aires quedando demostrada su calidad por la alta transitabilidad a que fueron sometidas estando todava en muy buen estado. Hoy en da, la nueva tecnologa permite hacer medidas ms grandes como 20 x 30, 30 x 30 y 40 x 40 cm. y medidas intermedias.Estas piezas no son perfectas de medidas, y pueden quedar mm. de diferencia entre ellas. Estas baldosas son las ms baratas.

b) Bicoccin esmaltados: Se quema primero la pieza, luego se esmalta y son devueltas al horno. Cada fbrica tiene su propio esmalte de distinta dureza. Estos no se aconsejan para lugares de trnsito muy intenso. La ventaja es su limpieza con solamente agua, sin ningn tipo de detergente. Se evita el encerado del caso anterior.Los mejores productos son de Italia, que tiene la mayor produccin y ms alta tecnologa, siguiendole luego Brasil con una gran gama de colores y formatos.

c) Monoccin esmaltados: Son de tecnologa ms moderna que la anterior, que permiten incorporar aire en la masa del bizcocho. Con ello se evitan deformaciones, siendo las piezas ms parejas y de mejor terminacin. Tienen una estabilidad final con alto grado de dureza en su superficie esmaltada. Se pueden colocar en lugar de mayor trnsito que en los anteriores, tales como oficinas pblicas.

d) Porcelanato: Es un producto para lugares de alto trnsito, que se obtiene de mezclar diversas arcillas, caolines, talcos y feldespatos, que son molidas por va hmeda y atomizado, para luego ser prensado a muy elevada presin en prensa hidrulica de alta precisin. Luego es secado para ser posteriormente cocido en modernos hornos.El porcelanato se fabric inicialmente con la idea deaplicarlo en la reproduccin de piedras de distinto tipo con la capacidad de soportar cualquier tipo de uso. Sus caractersticas son: bajsimo valor de absorcin, alta resistencia mecnica, resistencia al ataque qumico, dureza superficial, resistencia a choques y a efectos trmicos. Es un producto no esmaltado que se comercializa en dos tipos: natural y pulido espejo, siendo los tamaos en 30 x 30 y 40 x 40 cm. Su precio es casi el doble de un cermico esmaltado, pero su resistencia es altamente superior.

Caos; otra variedad de cermicos no demasiado difundida.Los ensayos para la aceptacin de las distintos tipos de cermicas rojas vistas (ladrillos, tejas,

baldosas) estn dados por la normas IRAM y se han volcado en el Trabajo Prctico N 8 de la Gua.

Cermica blanca

Son elaboradas con caoln, es decir arcillas naturalmente ms puras, que como producto de la coccin dan un elemento de color blanco. Hay varios tipos:

Azulejos: Se trata de una placa de no ms de 15 x 15 cm. con un esmaltado en una cara. La base es reprensada y texturada para dar mejor adherencia con el mortero de asiento. Hay una gama grande de colores desde el blanco hasta el negro, con decoraciones sobre fondos de color y de medidas regulares para ser colocados con junta cerrada.

Piezas de acordamiento: Son los elementos que se fabrican especialmente para servir

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de terminacin a los azulejos, tales como las 1/2 caas, internas o externas, esquineros y rinconeros, jaboneras, portarrollos, percheros, etc.

Artefactos sanitarios: los artefactos de bao tal como inodoros, bidets, lavatorios, baera, etc. se fabrican en cermica blanca esmaltada, con colores muy variados.

Otros usos

Desde el principio de la especie humana se tiene conocimiento del uso del barro cocido, ya que de eso trata el cermico, por medio del humectado, amasado, secado y posterior coccin, encontrando que las arcillas se tornaban estables y resistentes, siendo un ejemplo de ello la alfarera, encontrandose utensillos desde las tumbas de Egipto (pirmide de Keops) hasta los altiplanos de Bolivia, Per y nuestro norte.

Luego de la alfarera, los sumerios hace 5.000 aos son los que aplican por primera vez la cermica en la construccin, elaborando ladrillos para reemplazar a la piedra. Durante el Imperio Romano toma su mayor desarrollo, como puede verse en las ruinas de Pompeya, ciudad construda alrededor del 750 a.C. totalmente en ladrillos cocidos, revestidas con estucos, techos de tejas y mosaicos, que fuera sepultada por la lava de una erupcin volcnica en el 79 a.C. y descubierta el siglo pasado.

Desde entonces las tcnicas de produccin de elementos cermicos han ido mejorando quedando maravillosos edificios y monumentos en todo el mundo, y en especial en templos e iglesias. La Catedral de La Plata es uno de los ejemplos ms destacados y es el nico edificio de estilo gtico construdo en ladrillos a la vista, habiendo sido sometido recientemente a un proceso de tratamiento para restaurar los ladrillos afectados y darles una capa de proteccin a 100 aos de su construccin.

Los adelantos recientes en la tecnologa de los cermicos aumentan continuamente en diversos campos y estructuras, como ser las placas cermicas con que estn revestidas las naves espaciales como la Challenger.

Hay una tendencia hacia las cermicas estructurales, donde se han logrado aumentar su resistencia a valores suficientemente elevados como 7.200 Kg/cm2 (700 Mpa), incorporando por ejemplo el nitruro de silicio (Si3N4), lo que permite fabricar motores de alta temperatura y alta eficiencia energtica, que no es posible imaginar con las cermicas tradicionales.

Un desarrollo relativamente reciente son las de vidrio cermicas o vitrocermicas, donde algunos formas de vidrio, por ejemplo los aluminosilicatos de litio, se pueden desvitrificar totalmente, es decir, se transforma del estado vtreo al cristalino, mediante un tratamiento trmico adecuado. Con ello se obtiene un producto de resistencia mecnica mayor que las cermicas tradicionales, con bajos coeficientes trmicos de expansin, los que los hace ms resistentes a cambios rpidos de temperatura, como ser en los utensillos de cocina, de laboratorios qumicos o procesos industriales.

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MATERIALES REFRACTARIOS

Son materiales capaces de resistir elevadas temperaturas, exigencias mecnicas y qumicas sin sufrir grandes alteraciones. Son slidos constitudos por fases policristalinas y vtreas con poros y discontinuidades. Qumicamente estn compuestos por xidos inorgnicos y a veces, metales o carbn.

Los materiales refractarios se clasifican en dos grandes grupos:1) conformado: Dado por un formato determinado (ladrillo, bloques, cuas, etc.)2) no conformado: Dado por argamasas, cementos, fibras, pinturas.

Respecto de su composicin se pueden clasificar en:a) Refractarios de Slice, silicoaluminosos y de alta almina. Estn formados por xido de silicio (SiO2) y xido de aluminio (Al2O3), pudiendo variar la proporcin desde slice pura hasta almina pura. La materia prima es slice, arcillas refractarias desde 25 a 45 % de almina y 75 a 55 % de slice, y otros minerales silicoaluminosos.

b) Refractarios Bsicos, posteriores a los anteriores. Estn formados por xidos como la cal (CaO), magnesio (MgO) y la cromita (Cr2O3), siendo la materia prima utilizada la magnesia obtenida a partir de agua de mar, magnesita natural, dolomita y cromita.De acuerdo a la proporcin de sus componentes se pueden clasificar en: magnesticos, cromo-magnesticos, dolomticos.

c) Refractarios Especiales, se pueden mencionar los de circonia (ZrO2), carbono o grafito, carburo de silicio (SiC) y los electrofundidos, obtenidos por fusin de materias primas y posterior colada en moldes, en forma similar al de la fabricacin del acero

d) Aislantes, debe su baja conductividad trmica a sus poros, mientras que su resistencia a temperaturas elevadas est dada por el componente slido. Cunto mayor sea la proporcin de poros presentes y menor la proporcin de slido, menor ser la conductividad trmica K.

Entre las materias primas para fabricar aislantes estn la diatomea, vermiculita y el amianto para bajas temperaturas, mientras que para temperaturas ms elevadas, estn la arcilla, la slice y la almina.

Los materiales refractarios son utilizados para equipos que funcionan a altas temperaturas siendo los sectores industriales que los emplean los siguientes:

Siderrgica: 70 - 80%; Cemento: 6 - 10%; Vidrio: 2 - 4%: Celulosa, Cal, Cobre, Zinc, Aluminio, Cermica, Petroqumica: 14 -20%.

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VIDRIOS.-

El vidrio es una sustancia transparente, dura, frgil, insoluble en agua, pero atacable por el cido fluorhdrico y fusible a temperaturas elevadas.

El vidrio es conocido desde la antiguedad, siendo los romanos los primeros en fabricarlo hace unos 1.800 aos, encontrandose en las tumbas grabados que muestran sopladores con boquillas como se utiliza en la actualidad.

El vidrio es de uso corriente por sus numerosas aplicaciones, tales como botellas, anteojos, lamparitas, espejos, ventanillas y parabrisas de vehculos, vagones de los trenes, naves y aeronaves, y en la construccin en las ventanas en los edificios y como cerramientos en las modernos rascacielos, y en los ltimos tiempos en lana de vidrio como aislante y en fibras de vidrio para los plsticos reforzados.

De acuerdo a la definicin de slido amorfo, vista en el a, el vidrio tiene una estructura atmica correspondiente a un slido amorfo, formado por tomos de slice y oxgeno que se enlazan en forma de tetraedros, como se observa en la siguiente figura;

pero no tienen un ordenamiento regular en el espacio como en los slidos cristalinos, sino que los tetraedros se vinculan entre s en forma aleatoria, como se vi observa en la siguiente figura;

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Los silicatos descriptos anteriormente tienen un arreglo que conduce a la formacin de estructuras cristalinas. Pero tambin existen silicatos donde el ordenamiento de los tetraedros es aleatorio, formando estructuras amorfas, siendo el caso de los vidrios.

La figura siguiente muestra un vidrio de slice pura, donde en estado fundido es muy viscoso, lo cual se hace difcil de moldear, aunque en estado slido tiene bajo coeficiente de dilatacin por lo que es til para algunas aplicaciones.

Para disminuir la viscosidad en estado lquido se agregan xidos como CaO y Na2O, que proporcionan cationes a la estructura actuando como modificadores de red. La figura siguiente muestra un vidrio de slice sdico.

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El vidrio es entonces un silicato artificial obtenido llevando a fusin, arena (xido de slice), carbonato de sodio (soda solvay) y carbonato de calcio (piedra caliza) y otros componentes en pequeas proporciones. En el proceso de fusin, los carbonatos de sodio y calcio se descomponen, formandose xidos de sodio y calcio y desprendiendose CO2

Na2CO3 ------> Na2O + CO2

CaCO3 ------> CaO + CO2Los xidos de sodio y de calcio se combinan con la arena (SiO2) formando silicatos de sodio

y calcio: SiO2 + Na2O ------> Na2 SiO3 SiO2 + CaO ------> CaSiO3

La mezcla de ambos silicatos constituye el vidrio comn. Adems de las materias primas esenciales (arena, carbonatos de sodio y de calcio), se utilizan otras como dolomita (que aporta xidos de calcio y magnesio), feldespato (que aporta slice y xidos de aluminio, potasio y sodio) y sulfato de sodio (que aporta xido de sodio).

El silicato alcalino que puede ser de sodio o potasio, en el caso de ser silicato potsico se combina con el de plomo y sin calcio, se obtiene el cristal, con caractersticas de dureza y brillantez que lo hacen apto para instrumentos pticos.

La composicin qumica del vidrio es variable, pero se puede aproximar en: 70% de slice, 13% de xido de sodio, 0,7% de xido de potasio, 13% de cal y el resto impurezas, como xido de hierro, almina, etc.

La slice (SiO2) es el principal componente y le confiere el aspecto vtreo. Como es una sustancia de elevado punto de fusin, se le agregan fundentes, para rebajar el punto de fusin, tales como el xido de sodio y de calcio. El agregado de xido de magnesio aumenta su resistencia y el xido de aluminio su durabilidad.

Si se quieren obtener vidrios coloreados, se incorporan sustancias colorantes como compuestos de cobalto, cromo y hierro.

Fabricacin del vidrio

Las materias primas llegan a la fabrica en bolsas o a granel y se las deposita en silos. Los componentes son mezclados en las proporciones adecuadas segn la clase de vidrio que se desee, y se les adiciona vidrio triturado que acta como fundente. Luego se los introduce en hornos de cuba, construdos con material refractario o en crisoles si se trabaja en pequeas cantidades para vidrios especiales.

En la zona de fusin se registra la temperatura ms alta del horno, alrededor de los 1.500C, donde la mezcla es completamente lquida y toma estado amorfo.

Luego sigue la zona de afinado donde se desprenden los gases contenidos en la masa vitrea en estado pastoso y transparente, que puede ser colada en moldes, para un enfriamiento muy lento o para seguir a la zona de recocido donde pasa a ser estirado o laminado entre rodillos, en el proceso de produccin continua.

En la zona de trabajo la masa transparente se retira del horno para darle la forma y someterla a los distintos procesos de moldeado, estirado o float.

El moldeado es una operacin que puede realizarse en forma manual o automtica. En forma manual un obrero extrae con una boquilla que mide casi 2 metros de largo una porcin de vidrio fundido, soplando por el otro extremo dentro de un molde. Este mtodo es para fabricar

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piezas artesanales y pequeos. Con el empleo de mquinas con aire comprimido con moldeo automtico se fabrican los envases y botellas. Para objetos macizos como mosaicos lisos o en relieve, ladrillos de vidrio, ceniceros, se aplica sobre la masa vtrea en el molde una presin por medio de un pistn (prensado).

El estirado es para fabricar vidrios planos como para ventanas. El vidrio fundido pasa a travs de una ranura de una pieza de material refractario sobre la superficie de la masa vtrea, y el laminado se logra por medio de rodillos que giran en sentido contrario y conducen la hoja hacia arriba en forma vertical. Se logra estirar en un minuto una lmina de 3 mm. de espesor y 2,10 m. de largo. La hoja pasa a travs de tanques refrigeradores que absorben calor y facilitan su enfriamiento.

El float es una lmina continua de vidrio de 3,60 m. de ancho que emerge por rebalse de un horno tanque de fusin continua (1500C) y flota a lo largo de una pileta que contiene estao en estado de fusin, el tiempo suficiente para eliminar irregularidades y lograr superficies planas y paralelas. Posteriormente la cinta de vidrio es gradualmente enfriada mientras sigue avanzando sobre el metal lquido, hasta que su superficie est suficientemente endurecida para ingresar en la etapa de recocido. El producto tiene as sus caras brillantes pulidas a fuego y no necesita procesos posteriores de pulido mecnico. Con los vidrios flotados desaparece la distorsin de imgenes que se presentaba en el anterior proceso por estirado.

Despus de fabricados los objetos de vidrio deben someterse a tratamientos trmicos, que les confieren mayor resistencia, y que son:

a) recocido: consiste en calentar los objetos en un horno a 250C y transportados a un largo tunel, donde se los enfra lenta y gradualmente, para evitar el posible resquebrajamiento.El vidrio recocido puede ser cortado, esmerilado y pulido. Si recibe un golpe se fragmenta en trozos cortantesb) templado: para evitar que se fragmenten en trozos, se recurre al templado. Los objetos se calientan nuevamente hasta alcanzar casi el estado pastoso (650C) y luego se los somete a un enfriamiento brusco con chorros de aire a temperatura ambiente. Tiene as el vidrio mayor resistencia al impacto y a las variaciones de temperatura, pudiendo soportar diferencias de 300C sin romperse. Si se rompe, se desintegra en fragmentos sin bordes cortantes.

Propiedades de los vidrios

- Transparencia- Gran fragilidad, por ser muy poco deformable. El diagrama - es una recta, sobreviniento

en forma brusca la rotura.- Peso especfico de 2,5 gr/cm3. En cristales puede llegar hasta 8 gr/cm3 al incorporarse en su

elaboracin hasta 50% de plomo.- Coeficiente de dilatacin trmica vara entre 0,5 y 0,9 Kcal/mhC, es mal conductor del

calor.- La dilatacin trmica lineal es de 7 a 9 10-6 m.- Resistencia mecnica a compresin de 5000 Kg/cm2 para espesores de 4 a 6 mm. Baja

resistencia a traccin. La rotura a flexin es entre 200 y 500 Kg/cm2 segn el espesor sea de 5 a 20 mm. Se adoptan coeficientes de seguridad de 2,5 para vidrio comn y 4 para templado.

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Tipos de vidrio en la construccin

Transparentes: permiten la visin directa a travs del vidrio sin ninguna distorsin de las imgenes, sin sopladuras, ni alabeos. Por su calidad se clasifican en 1 y 2 clase, utilizandose estos para jardinera, invernculos, etc. Por su espesor se dividen en simples (2 mm), dobles (3 mm) y triples (4 mm), con pesos de 5, 7 y 10 Kg/m2.

Opacos: o no transparentes, permiten el paso de la luz, pero no la visin. En su gran variedad se hallan los impresos, para lo cual durante la laminacin uno de los cilindros tiene grabado en relieve el motivo que se quiere imprimir al vidrio. Los vidrios impresos pueden ser: lineales (rayado equidistante); estriados (estrias), martel (similar al trabajo del martillo), granulado (vidrio ingls), deslustrado (se hace actuar un chorro de arena sobre la superficie del vidrio o un flujo de cido fluorhdrico).

Colores: son ms caros. Se obtienen por la adicin de xidos metlicos como el cobalto, cobre, cromo, etc. Pueden ser lisos o impresos con dibujos similares a los opacos.

Vitrales: es para las iglesias. Es un vidrio colado sobre mesas refrigeradas por agua y aplanado mediante un cilindro. En la cara en contacto con el plano refrigerado toma un lustre brillante y ondulaciones, que permite armar ventanales y rosetones de iglesias, teniendo entre ellos una armadura de plomo.

Armado: durante la laminacin se introduce una delgada malla de alambre, que mantiene unidos y adheridos los fragmentos en caso de rotura y compensar los esfuerzos trmicos por variaciones de temperatura. Vienen en espesores de 5 a 8 mm.Se usa en aberturas que necesitan seguridad y sirven como pantallas contra incendio, pues en ese caso, permanece el vidrio armado durante horas.

Cristal: permiten obtener resistencias a cambios de temperaturas entre -70 a 220C. Se obtienen mediante pulido de las caras que las dejan perfectamente planas y paralelas, Sus espesores varan entre 4 y 8 mm. Sirven de proteccin a prueba de llamas.

Irrompibles: estn formados por dos vidrios simples yustapuestos a gran presin en caliente interponiendo una delgada capa de celulosa, con lo cual no se afecta la transparencia y en caso de rotura el vidrio se astilla quedando pegados los pedazos.

Especiales: deja pasar todos los rayos solares, inclusive los infrarrojos y ultravioletas, contrariamente a los comunes que los absorben en parte. Se obtienen eliminando de su masa las sustancias ferruginosas. Se lo emplea en solariums, hospitales y sanatorios.

Templado: se consigue con un calentamiento a 700C y con enfriamiento rpido al principio y lento al final. Para automviles tienen de 4 a 6 mm. de espesor y no pueden ser cortados. Tiene una resistencia mecnica 4 a 6 veces mayor que el comn y mucha resistencia a la variacin brusca de temperatura. Para construccin se utiliza donde se busca mxima seguridad como grandes vidrieras o puertas. Las conocidas como blindex de 7 a 14 mm. de espesor, se fabrican a partir del cristal pulido comn, donde se cortan y biselan las piezas con los agujeros para alojar los herrajes, y se lleva entonces al horno a 700C donde penetra colgado de pinzas. El tratamiento le confiere elevadas tensiones de compresin en la superficie y altas tensiones de traccin en el centro de su masa Es el ms caro de los vidrios que se usan en la construccin.

Courtain wall: son cerramientos integrales vidriados empleados en edificios de altura y van soportados en una estructura metlica de marco, que se adosan con selladores.

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CERMICOS Y PREMOLDEADOS DE HORMIGNResultados de materiales ensayados en prcticas de las U.T.N. de La Plata y Avellaneda

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13-Ceramicos-TDM

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