CIDEAD. TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I. 3º Trimestre

CIDEAD. TECNOLOGÍA INDUSTRIAL I. 3º Trimestre.Tema 19 .- Los materiales Cerámicos y de Construcción.

Desarrollo del tema :

1. Los materiales pétreos : piedras, áridos y vidrios.

2. Clases de vidrios.

3. Materiales cerámicos.

4. Los aglomerados y los morteros.

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1. Los materiales pétreos : piedras, áridos y vidrios.

La piedra es un cuerpo mineral sólido y duro, no metálico, que posee una composiciónvariada. Está formada por diferentes minerales como son el cuarzo, feldespato, la mica, la cal, etc,contiene sales y óxidos metálicos, a los que debe su coloración, formando las rocas.

La piedra es un trozo de material mineral, de mayor o menor tamaño que se desprende deforma natural de una roca o se extrae de ella de manera artificial. Aunque resisten muy bien lascondiciones atmosféricas, es un material caro en la extracción; resisten los esfuerzos de grancompresión y poseen poca resistencia a la tracción. Hay dos tipos de piedra: natural y artificial. Lapiedra natural se obtiene de las canteras, en forma de bloques como son el mármol o el granito. Lapiedra artificial, es una pieza con aspecto de piedra natural. Se fabrica con mortero y áridosseleccionados para darle el color o la textura apropiada. También se pueden prensar o pulir; se usacomo revestimiento de edificios o para darles el acabado final.

Los áridos pueden ser finos como las arenas; son pequeños granos obtenidos por ladisgregación de las rocas, pasados posteriormente por un tamiz para seleccionar el grano. La malladel tamiz ha de tener un tamaño de 6 mm. de diámetro. Los áridos gruesos son las gravas, cuyograno es superior a 6 mm. e inferiores a 8 mm. Se utilizan en las carreteras y para afianzar el suelode los caminos y en la ejecución de los pavimentos.

El vidrio es una materia amorfa que no posee estructura cristalina. Fue usado por primeravez por los egipcios en el año 4000 antes de Jesucristo. Es una sustancia que posee una densidad de2.5 g/cm3, y que se obtiene a partir de mezclas de elementos vitrificantes ( la sílice o el óxido deboro), elementos fundentes, álcalis(carbonato de sodio) y elementos estabilizantes como la cal. Elvidrio se disuelve en ácido fluorhídrico.

Para fabricar el vidrio, lo primero que hay que hacer es la selección de las materias primascomo son la sílice, la roca calcárea, la sosa, la potasa y el vidrio recuperado. Además de éstassustancias vitrificantes, se utilizan colorantes como son los óxidos metálicos y los fundentes,empleándose el borax, para homogeneizar la mezcla y anular las tensiones que se producen alsolidificarse el vidrio.

En la trituración se mezclan los diferentes elementos y se introducen en el horno. En elhorno de cubeta, con un sistema de recuperadores de calor y utilizando quemadores de gas, secalienta la mezcla hasta conseguir una sustancia pastosa a la temperatura de 1500º C. Al salir elvidrio del horno, se logra manipularle y conformarle a temperatura de 800º C.

Cuando la homogeneización es en forma líquida, el vidrio se conforma mediante:a. Laminación .- Para consiguir el vidrio plano.b. Estampación.- En la utilización de plantillas para obtener piezas iguales.c. Centrifugado.- Para obtener piezas vacías. También se suele utilizar aire a presión para adaptar al molde el vidrio.d. Soplado.- Es una técnica artesanal, haciendo soplar aire sobre un recipiente de vidrio al rojo.e. Prensado.- La conformación se realiza utilizando moldes o matrices; de esta forma, se

obtienen platos, ceniceros, etc.

Cuando se ha realizado la conformación de la pieza se somete al acabado y que consiste enel templado y el grabado (actuando sobre la superficie de la pieza).

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En el siguiente esquema permite explicar la forma de obtención del vidrio:

Los óxidos metálicos son los responsables de la coloración de los vidrios, así por ejemplo:

Óxido de hierro , vidrio de color amarillo. Óxido de estaño, vidrio de color blanco opaco. Óxido de cobalto, vidrio de color azul. Óxido de plomo, vidrio transparente. Óxido de oro, se obtiene vidrio de color rubí dorado.

2. Clases de vidrios.

Los tipos de vidrio más comunes son:1. El vidrio plano delgado. Se obtiene por estiramiento de la masa en forma de cintacontinua, arrastrada por diferentes rodillos. La proporción es de 72% en silicio, 12-14% desosa y 9-11% en calcio.2. El vidrio plano grueso. Se realiza vertiendo el vidrio fundido sobre una mesaobteniéndose un grosor adecuado; posteriormente se lamina y se realiza una nueva cocción.Se utiliza para fabricar lunas, escaparates,etc.3. Fibras de vidrio estirado Se obtienen por estiramiento.4. Cristales. Se emplean en objetos de decoración. Se obtienen por una mezcla de sílice,

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Esquema de fabricación de vidrio flotado

En el horno a 1500º Cse mezclan arena, álcaliy óxidos metálicos


óxidos de plomo y de potasio. En ocasiones se suele utilizar minio, sílice y carbonato depotasio, cuando se utilizan para la decoración.5. Vidrio translúcido. Se hace por laminación al pasar el vidrio procedente del horno entrerodetes metálicos grabados con el dibujo deseado.6. Vidrio armado. Es un vidrio translucido que se ha introducido en el interior una mallametálica soldada. Se aplica en las claraboyas.7. Vidrios de seguridad. Se calientan láminas de diferente grosor a temperaturas de 750ºC yse dejan enfriar rápidamente. Las juntas son elementos elásticos plastificados.8. Vidrios técnicos. Son vidrios de una características ópticas apropiadas, usadas en óptica,para la construcción de lentes.9. Vidrios templados. Tienen una resistencia muy superior al vidrio normal y en caso derotura se fragmentan en trozos pequeños. Se utilizan en la industria del automóvil y en elmenaje de cocina (duralex).10. Vidrios laminados. Son dos o mas vidrios planos pegados entre si con una lámina deplástico transparente. Poseen una alta resistencia mecánica. Se utilizan en los parabrisas delos coches.11. Fibras de lana de vidrio. Son fibras de 0.003 mm de diámetro y longitud variable. Seutilizan como aislante o para la construcción de los composites mezclados con poliester quesirven para la construcción de cascos de barco, piscinas, etc.

3. Materiales cerámicos.

Los materiales cerámicos son materiales fabricados a partir de sustancias terrosas cocidas.Básicamente las sustancias terrosas son arcilla o caolín que poseen propiedades plásticas yrefractarias. Además se suelen utilizar en su fabricación la arena o el cuarzo, fundentes como elfeldespato, corindón o la bauxita y colorantes metálicos (óxidos).

Para su fabricación se realiza primeramente el amasado, mezclando la arcilla con ciertacantidad de agua, hasta obtener una masa pastosa. Este proceso se realiza en unas mezcladoras. Acontinuación se conforma, mediante moldes, o en tornos alfareros, si las piezas son artesanales yredondeadas.

Seguidamente se procede al secado para eliminar una gran cantidad de agua superficial yfinalmente se cuecen las piezas en el horno, a temperaturas de 1000 o 1400ºC, si se pretendeobtener una pieza porosa y refractaria (ladrillos) o se pretende obtener porcelana (1400ºC). En estafase se añaden los productos vitrificantes para mejorar la calidad.

Entre los materiales cerámicos caben destacar :

a. Los cerámicos porosos, cuya pasta no ha sufrido vitrificación, es decir, que el cuarzo no seha fundido con la arena. Para eliminar la porosidad, se suelen tintar con un barniz . Se obtienejarrones, cántaros, etc.

b. Arcillas cocidas. Se utilizan para la fabricación de las baldosas, tejas, ladrillos. Se utilizala arcilla que seleccionada y mezclada con agua, se obtiene el grado de plasticidad adecuada. Elproceso es una mezcla, conformado mediante moldes, secado al aire libre o por ventilación forzaday cocido en hornos con temperaturas de 800 a 140'0º C

En el siguiente esquema se obtienen los ladrillos mediante extrusión

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Los principales elementos cerámicos usados en construcción son:1. Los ladrillos. Son materiales usados para la construcción de diferentes tipos de paredes,pilares y estructuras. Los ladrillos colocados de canto se construyen paredes finas, paraseparar estancias.2. Las bovedillas. Se encajan en las vigas de hormigón armado, de acero o de madera.Sirven de base para la solera.3. Las baldosas. Son ladrillos planos recubiertos de esmalte vitrificado, transparente ybrillante. El gres es especial arcilla vitrificada a alta temperatura.4. La loza. Es una cerámica de pasta arcillosa blanda y porosa recubierta de un barnizvitrificado, transparente u opaco. Se utiliza para fabricar material decorativo.5. La loza italiana. Se utiliza arcilla de color amarillo y arena. Se le aplica un barnizvitrificado y transparente u opaco. Cuece a 1050 o 1070ºC.6. La loza inglesa. Se utiliza arcilla y arena , sin óxido de hierro, con silex, yeso y caolínpara darle el color blanco. Se le aplica un barniz vitrificado y se pinta con elementosdecorativos. La temperatura de cocción es de 1200 a 1300ºC.7. Elementos refractarios. Se utilizan para el revestimiento interior de los hornos. Lasarcillas poseen grandes cantidades de óxidos metálicos (Al, Be, Zr, Ti); la temperatura decocción varía entre los 1300 a 1650ºC.

En el siguiente esquema se aprecia los diferentes elementos cerámicos usados en laconstrucción:

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c. Cerámicos impermeables. Consiste en vitrificar el producto final a altas temperaturas. Labase común de las cerámicas es la arcilla y el caolín, entre estos materiales caben destacar:

1. Gres cerámico. Se obtiene de arcillas ordinarias, opaca y dura. Las temperaturasde cocción son del orden de los 1200 a 1400ºC, se vitrifican y se hacenimpermeables a los líquidos.2. Gres cerámico fino. Se obtienen a partir de las cerámicas refractarias que seintroducen óxidos metálicos con feldespato y cocidos a 1300ºC. Terminada lacocción se le añade sal , formando una capa vitrificada. Se utilizan para elrevestimiento de baldosas, sanitarios, etc. La porcelana se fabrica con caolín; en laprimera cocción se produce el esmaltado. La porcelana, en la segunda cocciónadquiere las propiedades definitivas.

4. Los aglomerados y los morteros.

Estos materiales se obtienen de la propia naturaleza. Se distingue el yeso, la escayola, la cal,los cementos, etc. Se pueden distinguir:

1. El yeso. El yeso es sulfato de calcio hidratado que se encuentra en la piedra de yeso. Unavez calcinada y triturada, se convierte en diferentes productos usados en la construcción. Esun mortero simple, amasado con agua, que se emplea en en enlucido de las paredes

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interiores. Entre las aplicaciones está el yeso fino que se endurece rápidamente, usado parainmovilizar determinadas partes del cuerpo, el yeso negro, para enlucir paredes y techos y laescayola( yeso calcinado) que se utiliza para fabricar molduras, muebles, estanterías, etc.la cal. Se produce por calcinación el carbonato de calcio(piedras calizas). Se utiliza para lafabricación de morteros. Conviene destacar la diferencia entre la cal viva( Ca O) de la calmuerta ( Ca (OH)2 ) y la cal hidráulica que se emplea en forma de polvo o mezclada concemento, junto al agua para obtener el mortero. Para fabricar la cal, se procede primeramente a la trituración de la piedra caliza, hastaconseguir un tamaño de granulo de 2 cm. A continuación, se procede a su calcinación, paradescomponer el carbonato de calcio:

Ca C O3 Ca O + C O2

El resultado es la obtención de la cal viva.A continuación se procede al tamizado para homogeneizar el polvo obtenido.El proceso es el siguiente:

El cemento.

Es un material obtenido después de la trituración de bloques de roca caliza, el yeso yarcillas, sometidos a cocción en un horno a temperaturas superiores a los 1450º C para eliminar elagua de cristalización.

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Entre los cementos más utilizados se encuentra:

a. El cemento Portland; es el más utilizado para la fabricación de morteros y hormigones,para el revestimiento de paredes (enfoscado) o para argamasa en paredes de ladrillos o pilares dehormigón armado. Para fabricarlo, se mezcla la caliza con arcillas; esta mezcla se somete a cocciónen un horno, calcinándolo a una temperatura entre los 1400 – 1450º C. El producto obtenido sedenomina clinker; finalmente, se enfría y se mezcla con la proporción de yeso adecuada.

b. El cemento blanco. Es el Griffi; se utiliza para los acabados y la fabricación de losmorteros coloreados.

c. El cemento cola. Se denomina Pegoland. Se utiliza para pegar las baldosas, mezclando elcemento con agua y para enfoscar las paredes.

En la fabricación del cemento, se realizan una serie de operaciones continuas, empleándosegrandes estructuras mecánicas y de control. El proceso consta:

a. La extracción y trituración.- Las piedras de las canteras, calizas, arcillas y arena silícea, setrituran en quebrantadores, se mezclan con agua y se almacenan por separado.b. Dosificación y molienda.- Se procede a continuación a su dosificación de acuerdo a lascaracterísticas de las materias primas, se muelen en un molino y se obtienen finalmente untamaño de grano muy fino que se denomina harina cruda.c. Almacenamiento.- La harina cruda se almacena en silos hasta que es utilizada.d. Cocción. Se calienta la harina cruda en un horno a temperatura de 1400-1500ºC, hasta lafusión. El producto obtenido recibe el nombre de clinker, que se enfría y almacena.e. Molienda.- El clinker se muele junto al yeso que actúa como regulador delendurecimiento. Finalmente se obtiene un polvo muy fino de color grisáceo, el cemento, queestá listo para ser comercializado.

A partir del cemento se pueden obtener diferentes aglomerados como son:

a. El mortero. Se denomina argamasa; es una mezcla de cemento, arena y agua. Permitepegar diferentes elementos constructivos como son los ladrillos, las baldosas, las tejas, etc. Sepueden enfoscar con él las fachadas y los pavimentos.

b. El hormigón, es una mezcla de cemento, arena, grava y agua. Presenta un aspecto pastoso.Una vez formado, se debe de dejar un tiempo para que fragüe la pasta o se endurezca. Es unmaterial con gran resistencia a la compresión pero una resistencia a la flexión y a la tracción muylimitada. El amasado normalmente se hacen con máquinas: las hormigoneras.

c. El hormigón armado. Para aumentar la resistencia del hormigón a la tracción, se sueleintroducir barras de acero corrugadas formando el hormigón armado. Se puede adaptar la forma quese desee usando moldes o encofrados.

d. El hormigón pretensado. Consiste en someter a las barras o cables de acero, mediantegatos hidráulicos, a una tensión (tracción) antes de verter el hormigón en el encofrado. Una vezque se ha endurecido, se elimina la tensión y se consigue un hormigón pretensado con granresistencia a la flexión.

e. El fibrocemento. Es la uralita. Consiste en mezclar el cemento con polvo de amianto. Seutilizan comercialmente para la fabricación de planchas onduladas destinadas a cubiertas, depósitos,tuberías.

En el siguiente esquema se va a explicar la fabricación del cemento.

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