Materiales de Construcción: Cemento, Hormigón, Vidrio y Cerámica

Materiales de Construcción

Cemento

CEMENTO: Es un conglomerante hidráulico, un material inorgánico finamente molido que amasado con agua forma una pasta que fragua por medio de reacciones de hidratación. Una vez endurecido, conserva resistencia y estabilidad.

Arcilla, caliza, otros --> Horno cocción --> Calcinación hasta fusión parcial de caliza y arcilla (1400-1500ºC) --> Clinker + yeso (aditivos) --> Cemento.

Cemento Portland

CEMENTO PORTLAND: Patente 1824 Joseph Aspdin, similar a la roca Portland, mantiene nombre pero mejorado con el tiempo. Antiguamente se utilizaba en morteros, hormigones y armaduras de acero.

Componentes:

• Silicato tricálcico (C3S)
• Silicato dicálcico (C2S)
• Aluminato tricálcico (C3A)
• Ferrito aluminato tetracálcico (C4AF)

Reacciones:

• 2C3S + 6H2O --> C3S2·3H2O + 3Ca(OH)2
• 2C2 + 4H2O --> C3S2·3H2O + Ca(OH)2

Propiedades:

• Estabilidad por reacción química (metaestables)
• Alta reactividad (fraguado rápido)
• Alta resistencia mecánica

Hormigón

HORMIGÓN: Cemento (10-15%), agua (15-20%), áridos granulares (60-80%) + adiciones y aditivos (puzolanas, escoria, caliza, cenizas volantes).

Ventajas:

• Colocar in situ
• Adquiere resistencia a Tª ambiente
• Durable
• Material fácil de encontrar
• Resistente al fuego
• Se repara fácilmente

Inconvenientes:

• Baja resistencia a tracción
• Inestabilidad dimensional
• Peligro de formación de grietas en periodo de congelación y descongelación

Propiedades del Hormigón Fresco

Docilidad/Consistencia: Capacidad del hormigón fresco de deformarse, se mide en el ensayo del cono de Abrams (llenado de molde -> compactado -> desmoldeado).

Homogeneidad: Cualidad de distribución por toda la masa de todos los componentes del hormigón en las mismas cantidades (segregación o decantación).

Masa específica: Relación entre la masa del hormigón fresco y el volumen ocupado, la densidad del hormigón fresco compactado es una medida del grado de eficacia del método de compactación empleado.

Propiedades del Hormigón Endurecido

Depende de la granulometría de los áridos y de la relación a/c.

Resistencia: Material rígido (E=20-30GPa) con alta resistencia con presión (15-50MPa), baja resistencia a flexión y tracción, la rigidez y resistencia aumenta con el tiempo.

Durabilidad: Susceptible de perder sus propiedades por agentes ambientales, ataques químicos (cloruros: corroen armaduras, sulfatos: forman ettringita, CO2: carbonata la cal libre) o ataque físicos (erosión, higrotérmicos (fisuras) y fuego).

Relación Agua-Cemento

RELACIÓN AGUA-CEMENTO: Es el factor que más influye en la resistencia del hormigón. Cuanta más agua mayor fluidez (docilidad), el agua que no se combina, ocupa espacio y al evaporarse deja poros, a mayor porosidad menos densidad y resistencia pero mayor permeabilidad. La relación a/c debe ser lo más bajo posible.

Hormigón Armado

HORMIGÓN ARMADO: Tiene mayor resistencia, tanto a compresión como a tracción y cizalladura. Acero (varilla, alambre, malla, barra) + hormigón fresco.

Yeso

YESO: CaSO4·2H2O, calcinación leve: CaSO4·1/2H2O, calcinación fuerte: CaSO4, fraguado: hidratación hasta yeso.

Propiedades: Baja resistencia mecánica e inestable a la intemperie.

Cales Aéreas

CALES AÉREAS: Calcita (CaCI3), calcinación CaO (cal viva), hidratación: Ca(OH)2 (cal apagada), fraguado: carbonatación en seco (CaCO3).

Propiedades: Mejor resistencia mecánica y estable a la intemperie.

Cales Hidráulicas

CALES HIDRÁULICAS: Calcinación de caliza con arena y arcilla, formación de silicatos y aluminatos (fraguado con exceso de agua, reacciones lentas, resistencia mejorada).

Vidrios

VIDRIOS: Son compuestos que enfriados desde el estado líquido solidifican sin cristalizar.

Propiedades Generales

• Transparencia óptica
• Resistencia química
• Dureza (resistente a la compresión alta y a tracción baja)
• Resistencia a la corrosión
• Facilidad para la fabricación
• Baja tenacidad (vidrios de seguridad: refuerzo metálico, temple superficial, intercambio atómico superficial y laminado)

Propiedades Ópticas

• Radiación electromagnética (intensidad y frecuencia)
• Refracción (lentes y sist. ópticos)
• Transmisión (fibras ópticas)

Estructura

• Óxidos formadores
• Óxidos modificadores (rompen la red y reducen viscosidad)
• Óxidos intermedios (incorporan a la red existente, confieren características especiales, óxido de aluminio: aluminosilicatos -> resisten a mayor Tª)

Tipos de Vidrios (componente principal SiO2)

• De cuarzo (resistente al choque térmico, difícil de fabricar, óptica, lunas de vehículos)
• Sodo-cálcicos (fácil de fabricar, láminas de vidrio, ventanas, bombillas..)
• Con plomo (fácilmente fundible, buenas propiedades eléctricas, protegen de la radiación de alta energía, carcasas de fluorescentes, cristal decorativo)
• Borosilicatos (baja expansión, buena resistencia al choque térmico, estabilidad química, industria química)

Conformado del Vidrio

Efecto de la Tª en la viscosidad (Pa·s):

• 10¹⁴ Punto de deformación (fracturas sin deformación plástica)
• 10¹² Punto de recocido (eliminación de tensiones residuales)
• 10⁶ Punto de reblandecimiento (Tª max de manipulación sin deformación)
• 10³ Punto de trabajo (fácil deformación)
• 10 Punto de fusión (se considera líquido)

Vitrocerámicas

VITROCERÁMICAS: Buena resistencia mecánica, buena tenacidad, bajo coef. de expansión térmica, alta resistencia al choque térmico y a corrosión a altas Tª, alta conductividad térmica.

Vitrocerámicas Schott (paneles de cocina Ceran)

• Dilatación térmica virtualmente nula
• Estabilidad y durabilidad a alta temperatura
• Alta estabilidad mecánica
• Transmitancia de IR optimizada baja
• Conductividad térmica

Cerámicos

CERÁMICOS: Materiales inorgánicos de carácter no metálico, en general metales + no metales, enlaces iónicos (repulsión de cargas) o covalentes (direccionalidad).

Propiedades Mecánicas

• Baja ductibilidad
• Baja conductividad eléctrica y térmica
• Alta dureza y resistencia
• Baja tenacidad
• Plasticidad en procesamiento

Propiedades Químicas

• Inercia y estabilidad

Propiedades Térmicas

• Refractariedad

Propiedades Eléctricas

• Aislantes

Limitaciones

• Frágiles -> poco tenaces
• La resistencia a tracción disminuye exponencialmente en función de la fracción volumétrica de poros

Ejemplos (tipos)

• Vidrios (red de silicatos)
• Cementos u hormigones (conglomerantes hidráulicos)
• Electrocerámicas
• Cerámicas tradicionales (lozas, porcelanas, refractarios)

Óxidos Refractarios

(Alto pto de fusión, resistentes mecánicos, resistencia al choque térmico y resistentes químicos.

Componentes: Óxidos:

• Sílice: 50% (Cuarzo, cuarcitas, arenas..)
• Aluminosilicatos: 25% (Arcillas, feldespatos, micas...)
• Carbonatos: 20% (Calizas, calcitas, dolomita..)

Materiales Cerámicos

• Sílice + alúmina +... (Arcillas: silicatos alumínicos hidratados - Hidroplasticidad + calentamiento)
• Sílice + cal + … (Arcillas + calizas (CaCO3), Pasta plástica con agua + hidratación)
• Sílice + sosa + … (Cuarzo + carbonatos - Plasticidad a alta temperatura)

Los cerámicos de cocción se endurecen por calentamiento, los vidrios por enfriamiento y los cementos por hidratación.