Historia de los materiales artificiales de construcción: de la cal al cemento

Transcripción

1 Historia de los materiales artificiales de construcción: de la cal al cemento Sagrario Martínez Ramírez Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC), Madrid

2 VIVIMOS EN CASAS PROTECCIÓN FRENTE LLUVIA, NIEVE PERO TAMBIÉN DE LOS ANIMALES

3 ANTIGUAMENTE LA GENTE VIVÍA EN CUEVAS LAS CUEVAS ESTÁN EN LAS MONTAÑAS. PERO EN LAS LLANURAS NO SE PUEDEN HACER CUEVAS.

4 Tierra + agua+ paja ADOBE

5 ADOBE

6 CONGLOMERANTE MATERIAL CAPAZ DE UNIR FRAGMENTOS DE UNA O VARIAS SUSTANCIAS Y DAR COHESIÓN AL CONJUNTO POR EFECTO DE TRANSFORMACIONES QUÍMICAS EN SU MASA, QUE ORIGINAN NUEVOS COMPUESTOS CONGLOMERANTES AÉREOS Sólo fraguan (endurecen) en el aire. Cal aérea, yeso. CONGLOMERANTES HIDRAÚLICOS Fraguan (endurecen) en el aire y en el agua. Cal hidráulica, el cemento.

7 YESO CONGLOMERANTES molido Tª Reacción rápida en 30 minutos el 95% del sulfato cálcico se ha hidratado H2O Reacción expansiva

8 Aplicaciones del yeso 1.- Conglomerante para unir piezas. Yeso baja pureza. 2.- Molduras. Escayolas. 3.- Recubrimientos de muros. Escayola o yeso blanco (pigmentos). En exteriores necesita impermeabilizarse. 4.- Aislante. Material barato. 5.-Material corta-fuegos. El yeso pasa a hemihidrato consumiendo 300 kcal/kg yeso, evitando la formación de llamas. 6.- Morteros 7.- Prefabricados. Interiores

9 INVESTIGACIONES YESO I. Utilización de otras fuentes de CaSO4 2H2O II. Mezclas con cal III.Refuerzo con fibras

10 CONGLOMERANTES AÉREOS CAL AÉREA Caliza 1050ºC (CaCO 3 ) CaO + CO 2 calcinación CO 2 H 2 O apagado Ca(OH) 2 endurecimiento

11 CONGLOMERANTES AÉREOS CAL AÉREA ETAPAS DE FABRICACIÓN DE LA CAL AÉREA i) calcinación: CaCO 3 (s) + Q ---> CaO (s) + CO 2 (g) ii) apagado: CaO (s) + H 2 O(l) ---> Ca(OH) 2 (s) + 65,31 kcal (t adecuado 4 años) iii) endurecimiento: Ca(OH) 2 (s)+co 2 (g) ---> CaCO 3 (s)+h 2 O (l) (CO 2 aire = 0.035%)

12 NANOPARTÍCULAS 4 ml/min 90ºC 24h CaCl Solución con nanocal La disolución con las nanopartículas se dispersan en medio alcohólico, para mejorar las disgregación de las partículas y su estabilidad

13 NANOPARTÍCULAS

14 CONGLOMERANTES AÉREOS CAL AÉREA Caliza + Tª CaO H 2 O impurezas Silicatos cálcicos Productos elevadas resistencias Ca(OH) 2 Silicatos cálcicos hidratados CO 2 CaCO 3

15 CONGLOMERANTE HIDRAÚLICO CAL HIDRÁULICA Cal hidráulica (CaO, MgO, SiO 2, Al 2 O 3,Fe 2 O 3 ) 1000ºC silicatos cálcicos aluminatos cálcicos silicatos cálcicos aluminatos cálcicos H 2 O silicoaluminatos cálcicos hidratados

16 CONGLOMERANTE HIDRAÚLICO PUZOLANAS CAL + PUZOLANA Ca(OH) 2 (SiO 2 )r H 2 O Silico-aluminato cálcico hidratado La puzolana, a Tª ambiente, finamente dividida, reacciona con el Ca(OH) 2 en presencia de agua formando un silicato cálcico hidratado con el consiguiente desarrollo de resistencias mecánicas.

17 APLICACIONES CAL a) Ligante de morteros (Morteros de reparación) b) Enlucidos, revocos c) Estabilización de arcillas

18 John Smeaton ( ) (s. XVIII): Caliza + arcilla + agua (Propiedades químicas de la cal hidraúlica). CEMENTO CONGLOMERANTES MODERNOS la impurificación de calizas con arcillas y la calcinación de las mezclas a mayor temperatura da lugar a productos con resistencias más elevadas y mayor hidraulicidad.

19 CEMENTO CONGLOMERANTES MODERNOS James Parker (1796) (1200ºC) calcinación de nódulos de caliza arcillosa. Cemento Portland (1824) (1400ºC) Joseph Aspdin Cemento actual (1450ºC) caliza + arcilla + alúmina + óxidos Fe

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21 CEMENTO CONGLOMERANTES MODERNOS Horno Caliza (CaCO 3 ) Arena (SiO 2 ) Arcillas (Si; Al; Fe) ºC Ca 2 SiO 3 Ca 3 SiO 5 Ca 3 Al 2 O 6 Ca 4 Al 2 Fe 2 O 10 CLINKER

22 CEMENTO CONGLOMERANTES MODERNOS Clinker + yeso (3-5%) molido cemento

23 CEMENTO HIDRATACIÓN CON YESO 3 (Ca 3 SiO 5 ) +9 H 2 O ----->3(CaO-SiO 2 -H 2 O)+ 6Ca(OH) 2 2 (Ca 2 SiO 4 ) + 4 H 2 O -----> CaO-SiO 2 -H 2 O + 3Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO > CaCO 3 + H 2 O

24 CEMENTO HIDRATACIÓN CON YESO Ca 3 Al 2 O CaSO 4 2H 2 O + 26 H 2 O ---> Ca 6 Al 2 O 12 (SO 4 ) 3 32H 2 O (etringita)

25 Microscopía electrónica de barrido Ca(OH)2 Ca(OH)2 Al S Ca Ca 6 Al 2 O 12 (SO 4 ) 3 32H 2 O (etringita)

26 CaO-SiO 2 -H 2 O Microscopía electrónica de transmisión Gel CaO-SiO 2 -H 2 O fibrilar Gel CaO-SiO 2 -H 2 O globular

27 CEMENTO HIDRATACIÓN SIN YESO 3 (Ca 3 SiO 5 ) +9 H 2 O ----->3(CaO-SiO 2 -H 2 O)+ 6Ca(OH) 2 2 (Ca 2 SiO 4 ) + 4 H 2 O -----> CaO-SiO 2 -H 2 O + 3Ca(OH) 2 Ca(OH) 2 + CO > CaCO 3 + H 2 O

28 CEMENTO HIDRATACIÓN SIN YESO 2Ca 3 Al 2 O 6 +27H 2 O ---> Ca 4 Al 2 O 7 19H 2 O+ Ca 2 Al 2 O 5 8H 2 O (INESTABLES) Ca 4 Al 2 O 7 19H 2 O + Ca 2 Al 2 O 5 8H 2 O ---> 2(Ca 3 Al 2 O 6 6H 2 O)+ 15H 2 O (H.R. = 60% y T = 40ºC)

29 Ca 3 Al 2 O 6 6H 2 O Ca 4 Al 2 O 7 19H 2 O

30 CEMENTO APLICACIONES Hormigón Mortero Revestimiento

31 HORMIGÓN CONGLOMERANTES MODERNOS Cemento + arena + Grava clinker + yeso HORMIGÓN

32 Norma UNE-EN 197-1: Cementos Comunes: Definiciones, Denominaciones, Designaciones, Composición, Clasificación y Especificaciones Norma UNE :2001- Cementos resistentes a los sulfatos Norma UNE :2001- Cementos resistentes al agua de mar Norma UNE :2001- Cementos de bajo calor de hidratación Norma UNE 80305: Cementos blancos. Norma UNE 80307:2001- Cementos para usos especiales. Norma UNE 80309:94 - Cementos naturales. Definiciones, clasificación y Especificaciones Norma UNE 80310:96 - Cementos de aluminato de calcio Norma UNE-ENV 413-1:95 - Cementos de albañilería: Especificaciones

33 CEMENTO INVESTIGACIÓN i. Proceso de fabricación del clinker ii. Nuevas matrices cementantes iii.mejora de la durabilidad

34 Adobe Cal aérea Yeso Cal hidraúlica Cal y puzolana Cemento Hormigón

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38 SACOS RELLENOS DE ARENA

39 Tierra húmeda Bloques de tierra prensada

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41 Historia de los materiales artificiales de construcción: de la cal al cemento Sagrario Martínez Ramírez Instituto de Estructura de la Materia (IEM-CSIC), Madrid