CALES

Definición:La cal es un producto obtenido mediante la calcinación de rocas

ricas en CaCO3 (Carbonato de calcio), que puede contener además MgCO3

(Carbonato de magnesio) y pequeñas cantidades de otras sustancia, designadas impurezas (arcillas, magnesia, hierro, azufre y materias orgánicas).

El OCa (oxido de calcio) resultantes de la cocción de los carbonatos se llama cal viva, la que se hidrata con adición de agua, tomando el nombre de cal hidratada o apagada.

Clasificación

Cales cálcicas cant. MgO < 7%S/Composición química Cales magnésicas cant. MgO > 7%

Aéreas (fraguado solamente al aire)S/tipo de iv =0 a 0,1 fraguado Hidráulicas (tienen la propiedad de fraguar bajo el agua) iv =0,16 a 0,50

En piedra Cales vivas En polvoS/Hidratación Cales hidratadas En polvo o apagadas En pasta

Cal Viva

De acuerdo al contenido de CaO y MgO la cal viva se agrupa en grasa, magra y magnésica o dolomítica.

En efecto, la roca ideal seria aquella compuesta enteramente de CaCO3 (carbono de calcio), que a 900ºC de temperatura mas o menos se desprendiera CO2 (anhídrido carbónico), originando CaO (oxido de calcio) o cal viva, pero los carbonatos que existen en la naturaleza son de distintos grados de pureza.

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CLASIFICACIÓN DE LAS CALES SEGÚN SU CONTENIDO DE CaO y MgO.

Clases de cal.

Cales grasas Cales Magras Calas MagnésicasComp Min. (%) Max. (%) Med. (%) Min. (%) Max. (%) Med. (%) Min. (%) Max. (%) Med. (%)

CaO 91.37 98.04 94.98 78.59 84.81 81.84 55.80 64.54 60.13SiO 0.33 2.20 0.81 0.66 9.00 3.12 0.14 1.59 0.87Fe2O3 0.08 0.43 0.23 0.17 0.59 0.41 0.19 0.39 0.29Al2O3 0.02 0.42 0.22 0.18 2.57 0.93 0.14 0.49 0.32MgO 0.17 4.55 1.39 1.03 16.83 9.26 31.61 40.62 36.12H2O .036 3.45 1.66 0.63 12.42 4.13 0.55 1.56 1.06CO2 0.20 1.84 0.83 0.24 1.94 0.18 .35 3.01 1.68

Elaboración

En el proceso de fabricación podemos distinguir las siguientes etapas.

1) Extracción de la materia prima.2) Trabajos previos a la cocción.3) Cocción.

La cocción o calcinación de la cal comprende tres fases:

a) Evaporación del agua contenida a la piedra.b) Calentamiento de la caliza hasta la temperatura.

requerida para la disociación química.c) Separación del dióxido de carbono.

Proceso Endotérmico

CO3Ca CO2 + CaO (Carbonato de Ca.) (Calor) (Anhídrido Carbónico) (Oxido de Calcio) CAL VIVA

La temperatura de disociación del carbonato de calcio puro a presión de una atmósfera es de 898º C y la de disociación del carbonato de magnesio es algo menor.

En general no conviene alcanzar temperaturas muy superiores, por que las impurezas contenidas desarrollan su actividad originando daño a la calidad de la cal.

Por otra parte, debe cuidarse la salida de CO2 (anhídrido carbónico), por que si ese gas no se elimina puede combinarse nuevamente con la cal y magnesia, originando nuevamente sus carbonatos. Este fenómeno se conoce como “Recarbonatación”.

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Hornos de cocción

Existen distintos tipos de hornos para cocer la cal: hornos verticales de cuba, hornos anulares de Hoffman, hornos rotatorios, etc. Pueden ser continuos o intermitentes.

El combustible empleado también es muy diverso: leña, carbón mineral, gas, etc.

El rendimiento térmico depende del material, tipo de horno y muchos otros factores. Entre los hornos de mayor rendimiento térmico se pueden citar el horno Hoffman, el Dietzsch, etc. Que consumen alrededor de 130 kg de hulla, (8000 k cal por kg), para producir 1000 kg de cal.

En los hornos intermitentes aéreos, que se usan en nuestro medio, el rendimiento es bajo, 100 kg de leña (4000 kcal por kg) por cada 100 kg de cal.

Horno de campaña Horno vertical de cuba

Hidratación o apagado

La cal viva destinada para la ejecución de morteros a usarse en albañilería, debe ser mezclada previamente con agua formando una pasta. Esta operación se llama hidratación o “apagado” de la cal.

La hidratación de la cal viva consiste en la adición de suficiente agua para la formación de hidróxido de calcio, operación que se expresa mediante la siguiente fórmula.

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CaO + H2O Ca (OH)2

(óxido de calcio) (agua) (desprende calor) (hidróxido de calcio) CAL HIDRATADA

La formación de cal hidratada está acompañada de por un desarrollo considerable de calor y una expansión de 2,5 a 3 veces su volumen primitivo.

Las cales magnésicas expanden menos y desarrollan menos calor que las grasas.

La hidratación de las cales está acompañada del peligro de “quemarse”, debido al gran aumento de temperatura que se genera.

La cal quemada parece ser químicamente inerte que no es apta para morteros.

El quemado se evita asegurando el íntimo contacto entre cada partícula de cal con agua. Son necesarios un gran cuidado y un continuo mezclado

El apagado de cales magras, magnésicas y muy magnésicas no presenta el peligro del quemado. Por el contrario, puede ocurrir con estas cales que el apagado no sea logrado totalmente.

La cal puede clasificarse según el tiempo de apagado en: apagado lento (mayor o igual a 30 min.), apagado medio (de 5 a 30 min.) y apagado rápido (menor de 54 min.)

Cuando se trate de una cal de apagado rápido, la misma debe añadirse al agua, y no el agua a la cal. Habrá que tener la suficiente agua para agregarla en el momento oportuno. Una cuidadosa vigilancia es indispensable, pues a la menor evaporación debe adicionarse agua a la mezcla.

Para cales de hidratación media se añadirá el agua suficiente para semi inundarlas. Si hubiera indicios de evaporación, habrá que agregarle mas agua.

En el caso de cales de apagado lento, basta con añadir agua en cantidad suficiente como para humedecerla enteramente y esperar hasta que la reacción comience. Pueden agregarse pequeñas cantidades de agua cuidando de no enfriar la masa, hasta obtener un completo apagado.

Propiedades fundamentales

Plasticidad: El término es usado para definir la cualidad de un mortero para extenderse y colocarse con facilidad al ser usado. Si dicho mortero se extiende fácil y suavemente, se dice que es plástico. En cambio si al alisarlo con una llana resulta quebradizo o friable, es decir poco trabajable, no es plástico.

Las cales magnésicas producen morteros mas trabajables; Las cales grasas originan morteros friables.

Para preparar un mortero se lo hace con cal y arena. La adición de arena puede disminuir y evitar la contracción que acompaña al fraguado y endurecimiento de la cal.

Un mortero se elabora con 2 a 4 partes de arena por una parte de cal (en polvo o en pasta). Es muy importante establecer en cada caso la proporción de arena. En efecto , si se emplea poca arena, se genera una elevada contracción

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con los perjuicios que esto ocasiona al elemento que se está construyendo. Si se emplea arena en exceso, resulta un mortero magro, de poca trabajabilidad y resistencia.

Capacidad de arena: Expresa el número de partes de arena que debe añadirse a una parte de cal para que un mortero resulte plástico y trabajable.

Según las aplicaciones un mortero se prepara con 2 a 4 partes de arena por parte de cal.

La experiencia demuestra que la cal grasa tiene mayor capacidad de arena.

Rendimiento: El volumen de pasta de una definida consistencia que una dada cantidad de cal viva puede producir una vez apagada, se denomina rendimiento de la cal.

Las cales grasas tienen mayor rendimiento que las magnésicas.Comúnmente entre 400 y 500 kg de cal viva producen 1 m3 de pasta, o

sea que su rendimiento será de 2,5 litros a 2 litros por kg de cal viva.

Dureza: La dureza de un mortero de cal está dada por la resistencia que presenta al impacto y desgaste o abrasión, teniendo gran importancia para usos en revoques.

Ensayos comparativos demuestran que las cales magnésicas producen morteros mas duros.

Tiempo de fraguado: El fraguado de la cal es un proceso físico – químico que consiste esencialmente en la evaporación del exceso de agua, seguido por la combinación gradual del hidróxido de calcio con dióxido de carbono seco, originando carbonato de calcio primitivo.

Ca (OH)2 + CO2 CO3Ca + H2O

La cal es por naturaleza de fraguado lento. Las cales magnésicas tienen fraguado mas lento. Puede aceptarse que el fraguado termina a los 6 meses.

En ambientes secos y cargados de CO2 el fraguado se acelera.

Contracción: En cuanto a la contracción durante el fraguado, es ligeramente compensada por la expansión desarrollada por la absorción de CO2 .

La forma de evitar variaciones de volúmenes es la adición de arena.En general las cales magnésicas se contraen menos que las grasas.

Resistencia a tracción y compresión: Las propiedades físicas de los morteros de cal varían con la composición química de los mismos, la cantidad y características de la arena, la cantidad de agua y las condiciones de fraguado. Se puede decir que las calles magnésicas dan morteros mas resistentes que los cales grasas.

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CAL HIDRÁULICA

Es la cal parcialmente hidratada en polvo que además de solidificarse y fraguar en el aire, lo hace debajo del agua.

Índice hidráulico: Es la relación en peso entre la sílice, más la alúmina, más el hierro a la cal más la magnesia.

SiO2 + Al2O3 + Fe2O3

iv = ---------------------------------- CaO + MgO

Vicat hizo una clasificación de los productos hidráulicos teniendo en cuenta dicho índice y el tiempo de fraguado.

Cal iV Tiempo de fraguado en agua

Aérea 0.00 – 0.10 Solo al aireDébilmente hidráulica 0.10 – 0.16 16 a 30 díasMedianamente hidráulica 0.16 – 0.31 10 a 15 díasHidráulica normal 0.31 – 0.42 5 a 9 díasEminentemente hidráulica 0.42 – 0.50 2 a 4 díasCemento lento 0.50 – 0.65 1 a 12 horasCemento rápido 0.65 – 1.20 5 a 15 min.

Bibliografia: “Estudio de materiales” F. Arredondo “Materiales de construcción” F.Orus

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CALES (ENSAYOS)

ENSAYOS SOBRE CALES VIVAS AÉREAS (IRAM 1628)

DETERMINACIÓN DEL TIPO DE APAGADO

a) Cal de apagado rápido: comienzo de apagado 5 min.

b) Cal de apagado medio: comienzo de apagado 5 30 min.

c) Cal de apagado lento: comienzo de apagado 30 min.

Peso de la muestra: 1000 5 grs.Tiempo de comienzo de apagado = ............. min.

PASTA DE CONSISTENCIA NORMAL

- Con la pasta preparada según el ensayo anterior se llena el molde del cónico del aparato de Vicat modificado sin ejercer presión y hasta que rebase del borde.

- Se retira el exceso de material y se enrasa con una llana de canto recto.- Se coloca el molde en el aparato de Vicat y se procede al calibrado (la

sonda debe tocar la superficie de la pasta).- Se considera que la pasta tiene consistencia normal cuando la sonda

penetra 20 5 mm.

Si la penetración es menos que 20 5 mm se agrega agua y se mezcla nuevamente, hasta lograr el valor buscado. Si la penetración es mayor que la indicada se descarta la pasta y se comienza de nuevo con una nueva porción de muestra.

RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO

Peso de la muestra: P = 1000 5 grs. de cal vivia.La cal apagada deberá estar en el estado de consistencia normal.

Rendimiento Volumétrico:

R = Volumen de pasta (dm 3 ) = ................. (dm3 / kg) , (m3 / t)

1 (kg)

RESIDUO SOBRE TAMIZ DEL MATERIAL APAGADO (FINURA)

1- Peso de la pasta del ensayo anterior con consistencia normal.P1 = .......................... gr.

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2- Peso de la muestra extraida del total de la pasta (Aproximadamente ¼ del total).

P2 = .......................... gr.3- Peso seco retenido por tamizado con agua sobre tamiz IRAM 840 (N°20)

G1 = .......................... gr.4- - Peso seco retenido por tamizado con agua sobre tamiz IRAM 297 (N°50)

G2 = .......................... gr.5- Residuo Porcentual sobre tamiz IRAM 840 (N°20)

R1 = G1 x 100 = …………………. % 1000 x P2 P1

6- Residuo Porcentual sobre tamiz IRAM 297 (N°50)

R1 = (G1 + G1 ) x 100 = …………………. % 1000 x P2 P1

REQUISITOS FISICOS (IRAM 1628)

- Rendimiento volumétrico: Min. 2.3 m3/t- Plasticidad: Min. 300- Residuo sobre tamiz del material apagado: # N° 20 Max. 2 % # N° 50 Máx. 7 %- Expansión en autoclave: Máx. 1 %

ENSAYOS SOBRE CALES AÉREAS HIDRATADAS EN POLVO(IRAM 1626)

Tamizado con agua usando aspersorio según IRAM 1626 durante un tiempo de 5 min.1- Peso seco de la muestra............................................... G = 50 grs.2- Peso seco retenido sobre tamiz IRAM 590 (N°30).. G1 = ........grs.3- Peso seco retenido sobre tamiz IRAM 149 (N°100) G2 = ........grs.4- Peso seco retenido sobre tamiz IRAM 74 (N°200).. G3 = ........grs.

5- Residuo porcentual sobre tamíz IRAM 590 (N°30)R1 = G1 x 100 = …………….. %

G6- Residuo porcentual sobre tamíz IRAM 149 (N°100)

R1 = G2 x 100 = …………….. % G 7- Residuo porcentual sobre tamíz IRAM 74 (N°200)

R1 = G3 x 100 = …………….. % G

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RENDIMIENTO VOLUMÉTRICO

Peso de la muestra: P = 250 grs de cal aérea.La pasta para ensayo debe tener una consistencia normal según IRAM 1626.

R = Volumen de pasta (dm 3 ) = ................. (dm3 / kg) , (m3 / t)

1 (kg)

PLASTICIDAD

Instrumental: - Aparato de Vicat modificado. - Molda tronco cónico – Base superior = 60 mm; base inferior =

70 mm; altura = 40 mm. - Placa de asiento de vidrio de 100 x 100 mm. - Plasticímetro de Emley.

a) Preparación de la pasta: 300 grs de muestra de cal con agua con un tiempo de amasado de 2 a 3 min. Se guarda 24 hs en envase cubierto con trapo húmedo y se amasa nuevamente para el ensayo.b) Determinación de la consistencia. la pasta debe estar en consistencia normal para el ensayo.c) Determinación de la plasticidad: Se quita la placa de asiento y se apoya en la placa de porcelana. Se quita el molde y se centra la placa de porcelana. Se gira el soporte inferior hasta que la distancia entre el disco cromado superior del equipo y la placa de porcelana sea de 32 mm. A los dos minutos de colocada la pasta en el molde se pone en marcha el motor del plasticímetro. Se registra la lectura en la escala cada un minuto hasta que el ensayo finalice. Se considera por finalizado el ensayo cuando se producen algunas de las siguientes situaciones:1- En tres lecturas consecutivas de la escala no hay variación y la muestra está fracturada o

separada de la placa de asiento.2- La lectura en la escala alcanza el valor 100.3- Cualquier lectura es menor que la anterior.

La plasticidad será: P = ( F2 + 100 T2)

P = Plasticidad.F = Lectura de la escala al terminar el ensayo.T = Tiempo en que se coloca en el molde la primera porción de pasta hasta finalizar el ensayo

en minutos.

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REQUISITOS FISICOS (IRAM 1626)

- Plasticidad Emley: Min. 180

- Residuo sobre tamiz del material apagado: # N° 30 Max. 0,5 % # N° 100 Máx. 5 % # N° 200 Máx. 15 %

- Expanasión en autoclave: Máx. 2 %

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