COMPORTAMIENTO UNICO DE LAS BALDOSAS CERAMICAS EN JAPON

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1 COMPORTAMIENTO UNICO DE LAS BALDOSAS CERAMICAS EN JAPON por Y. Goto, K. Yamazaki y H. Ishida Centro de Investigación Básica, INAX Corporation Tokoname Aichi 479 (Japón) RESUMEN El comportamiento y la calidad de las baldosas cerámicas exigidos en Japón son diferentes a los que se exigen en Europa y en los Estados Unidos. Más del 20 % del consumo total de baldosas en Japón está destinado a las fachadas de edificios incluyendo entre éstos a los rascacielos. Las baldosas de revestimiento exterior se utilizan para proteger a los edificios de la erosión por la lluvia ácida o por otros agentes corrosivos. En otras palabras, el revestimiento exterior de baldosas tiene un efecto protector. Para cumplir esta función hemos desarrollado criterios rigurosos para las baldosas de revestimiento de exteriores y también métodos únicos de puesta en obra. Las funciones que deben cumplir los azulejos de revestimiento interior en Japón también son particulares. Dado que Japón experimenta bajas temperaturas en invierno con altos niveles de humedad durante todo el año, los azulejos de interior no sólo deben ser decorativas sino también protectoras. Han conseguido evitar que las paredes interiores se humedezcan, protegiéndolas del moho. l. INTRODUCCION La producción industrial y la amplia utilización de los azulejos de revestimiento interior en Japón empezó a principios de este siglo. Inicialmente estos azulejos se utilizaban sobre todo en cuartos de baño y aseos. Desde entonces en Japón, los azulejos de interior adquirieron la imagen de no ser utilizados tanto para la decoración de interiores sino más bien en aplicaciones sanitarias en lugares en donde se usa agua, como cuartos de baño y aseos. Por esta razón, las cualidades que se exigían a los revestimientos interiores eran las de protección de la superficie de la pared y durabilidad. Durante muchos años se han desarrollado y utilizado azulejos de excelente durabilidad. También en el caso de las baldosas de exterior, se ha dado una línea de desarrollo de las mismas que es peculiar a Japón. El gran terremoto de Kanto de 1923 fue un acontecimiento decisivo en la historia del

2 revestimiento exterior. En este terremoto, se demostró la superioridad de las estructuras de hormigón cuyos muros estaban revestidas por ladrillos delgados. Después del terremoto de Kanto, las estructuras de ladrillo quedaron reglamentadas por la ley, y se aceleró el desarrollo de los revestimientos exteriores. Más tarde, a causa de la mecanización, se hizo posible producir baldosas en serie. Al mismo tiempo el desarrollo de edificios más altos promovió el desarrollo en los métodos de colocación. En la actualidad, los revestimientos de exterior gozan de ampliautilización en Japón como material de protección de la superficie de estructuras de hormigón. Sin embargo, el problema más importante respecto a la calidad de los azulejos de exterior, es su desprendimiento y caída, algo que sucede ocasionalmente. Con este marco único de la utilización de baldosas en Japón, se explica el método de evaluación de la resistencia a la helada en los azulejos de interior, y la filosofía para la preparación del soporte para conseguir una buena durabilidad. Además, se presentan las medidas que se han tomado para evitar el desprendimiento y la caída de los azulejos de exterior. 2. AZULEJOS DE INTERIOR A los azulejos de interior se les exige un alto nivel de precisión dimensional, porque normalmente están sujetos a una evaluación visual de cerca. Por esta razón, se utilizan azulejos de baja condiciones de cocción, es decir con alta absorción de agua. El alto grado de humedad y las amplias variaciones en temperatura atmosférica que se suceden a través de las cuatro estaciones del año en Japón, representan unas condiciones duras para baldosas con elevada absorción de agua, produciendo problemas de grietas y fracturas debido a la expansión por hielo o humedad. Las medidas adoptadas para superar estos problemas se explican a continuación MEDIDAS CONTRA EL DAñO DE LA HELADA El daño por la helada se refiere al desconchado de la superficie o a la formación de grietas en las baldosas que han absorbido agua. Este fenómeno tiene lugar tanto en baldosas de interior como de exterior en las regiones frías del Japón. La frecuencia con la que se presentan daños por la helada es alta en el caso de azulejos de interior usados en cuartos de baño en los que se da una amplia variación de temperatura debido al hecho que en los edificios japoneses no es común el aislamiento térmico exterior. La Fig. 1 muestra un ejemplo de daños por la helada en azulejos de interior, en un cuarto de baño. Figura 1. Daños por la helada en baldosas de interior en un cuarto de baño 264

3 A causa de este problema, se han desarrollado en Japón baldosas con gran precisión dimensional y buena resistencia a la helada, y se ha normalizado el método de evaluación de dichos daños Baldosas resistentes a la helada Para evitar el daño por la helada, se desarrollaron baldosas con poros de una forma controlada, usando talco como un componente de la materia prima. Esta baldosa tiene una estructura que consiste en un encaje de cristales en forma de agujas de enstatita, lo que proporcionauna baja contracción a la cocción, y consigue al mismo tiempo una baja absorción de agua. La baja absorción de agua es debida aun aumento en el número de poros cerrados. Incluso después de 1.O00 ciclos de hielo-deshielo, no aparecen daños Ensayo de hielo-deshielo Los daños por la helada son causados por una expansión volumétrica del 9 % que tiene lugar cuando el agua absorbida por la baldosa se congela, para formar hielo. Los daños por la helada aparecen con frecuencia en las regiones en las que se da una alto índice de repetición del ciclo hielo-deshielo. La Fig. 2 muestra las regiones de Japón clasificadas según el número de días en los que la variación diaria de temperatura está a caballo de los 0 C. Son más de 100 dias al año con estas características en las regiones frías, y se sabe por experiencia que existen muchas posibilidades de que en estas regiones las baldosas, experimenten daños por las heladas antes de los tres años después de su colocación. Por consiguiente, para evaluar la resistencia a la helada, es necesario repetir el ensayo del ciclo hielo-deshielo al menos 300 veces. Basándonos en este razonamiento, el método de ensayo del ciclo hielo-deshielo (JIS A-1435, 1991) estipula las siguientes condiciones: Figura 2. Regiones de Japón clasificadas según el número de días en los que la variación diaria de la temperatura está a caballo de los 0%.

4 Ensayo de helada atmosférica-deshielo atmosférico (Solamente aplicable a baldosas de un grosor de 20 mm o menos) daños. 1. Tratamiento previo Se sumerge la muestra en agua a temperatura ambiente durante 24 horas o más. 2. Helada Se mantiene la muestra en aire a -20 C durante 80 minutos. 3. Deshielo Se rocía la muestra con agua a +30 C durante 20 minutos. 4. Evaluación Después de 300 ciclos de hielo-deshielo, se examina la muestra visualmente para evaluar los La Fig. 3 muestra el porcentaje de azulejos de interior que pasan el ensayo mencionado, y los resultados del ensayo de exposición a la intemperie. Es evidente que el ensayo de hielo-deshielo es más severo que la exposición de hecho a la intemperie. absorción de agua 1 % Figura 3. Porcentaje de baldosas de interior que pasan el ensayo de hielo-deshielo y los resultados del ensayo de exposición a la intemperie. 2.2 REDUCCION DE LA EXPANSION POR HUMEDAD La expansión por humedad del soporte de la baldosa, combinada con la contracción de los soportes de colocación, puede provocar el cuarteo u otros daños a las baldosas. En Japón se ha desarrollado baldosas con un bajo índice de expansión por humedad, añadiendo caliza a la composición de la pasta cerámica. La Fig. 4 muestra la relación entre la expansión por humedad y la absorción de agua de la pasta cerámica de tipo feldespático y la pasta cerámica de tipo caliza. Las pastas cerámicas feldespáticas que tienen un alto contenido en iones K+ presentan una alta expansión por humedad, en comparación con la pasta cerámica caliza.

5 La adición de caliza, además de reducir la expansión por humedad, también ayuda a reducir la contracción de cocción. La Fig. 5 compara las curvas de expansión térmica de las pastas cerámicas con y sin adición de caliza. La expansión observada en el caso de la pasta con adición de caliza a partir de los 1.000oC actúa para reducir la contracción después de la cocción. Esta expansión temporal a partir de los 1.000oC es debida a la precipitación de los cristales de gehlenita causada por la presencia de CaO. A : pasta cerámica 0 : pasta cerdmica sin caliza absorción de agua 1 % Figura 4. Comportamiento de la expansión por humedad en la pasta cerámica feldespática y la pasta cerámica caliza Figura 5. Curvas de expansión térmica de pastas cerámicas con y sin adición caliza 3. BALDOSAS DE EXTERIOR Las baldosas de exterior no sólo se usan para obtener un efecto decorativo sino también para proteger los edificios. La Fig. 6 muestra los resultados de un estudio del efecto del revestimiento exterior en la reducción de la carbonatación del hormigón. En general, casi todos los materiales de acabado sirven para reducir la permeabilización del óxido de carbono en el hormigón, pero el efecto de las baldosas es muy notable. Las baldosas de exterior también protegen al hormigón gracias a su resistencia a la perrneabilización de la humedad, a los daños por la radiación ultra-violeta, al ataque químico, a la corrosión, etc. Sin embargo, con la aparición de los rascacielos en los últimos años, ha quedado evidente que hay que evitar que se desprendan y caigan las piezas cerámicas exteriores. A continuación comentamos las medidas tomadas respecto a este problema.

6 Figura 6. Resultados del estudio sobre el efecto de las baldosas de exterior en la inhibición de la carbonatación del hormigón 3.1. CONTRAMEDIDAS MECANICAS CONTRA EL DESPRENDIMIENTO La adherencia entre los azulejos de exterior y el mortero está más influida por la adherencia mecánica que por la adhesividad del cemento. Por esta razón, es probable que a partir de 1994, la normativa japonesa JIS A-5209 incluya nuevas especificaciones respecto a las ranuras de la parte trasera de los azulejos de exterior, tal como muestra la Tabla 1. Superficie de la baldosa Profundidad de la ranura en la parte trasera de la baldosa (h) h Tabla Normalización de las ranuras en la parte trasera las baldosas de exterior (JIS 268

7 En los últimos años se ha informado de varios casos de desprendimiento de azulejos. En la mayoría de estos casos el desprendimiento no ha tenido lugar entre el azulejo y el mortero, sino entre el mortero y el hormigón. Por esta razón, se ha desarrollado en Japón un nuevo método de colocación (llamado el método MCR). En este método se pica intencionadamente la superficie del hormigón para mejorar la adherencia entre el mortero y el hormigón. La Fig. 7 muestra la interfase entre el mortero y el hormigón en el método MCR, así como los resultados de los ensayos de cizalla y tracción realizados después del fraguado. Se puede apreciar que, en comparación con el método convencional de colocación, la resistencia a la cizalla y a la tracción entre el mortero y el hormigón son mayores en el caso del método MCR. Resistencia a la cizalla O Resistencia a la tracción k h.. n 1 Superficie de hormigón según el metodo normal Superficie de hormigón segun el metodo MCR Figura 7. a) lnterfase entre el hormigón y el mortero según el método MCR b) Resultados de los ensayos de cizalla y de tracción realizados después del fraguado 3.2. PROPIEDADES FISICAS (EXPANSION TERMICA) DE LA BALDOSAS Y EL DESPRENDIMIENTO En casi todos los casos anteriores de desprendimiento de baldosas, la causa del mismo no podía ser atribuida a las propiedades físicas de las baldosas utilizadas. Sin embargo, hubo algunos casos en los que las propiedades físicas de entonces estaban indirectamente relacionadas con el fenómeno del desprendimiento. Normalmente un muro revestido con cerámica consiste en tres materiales diferentes: hormigón, mortero y azulejo. En muchos casos de accidentes de desprendimiento, la causa de éste es atribuible a larelación mutua entre las propiedades de los tres materiales. Por lo tanto, es necesario entender claramente estas relaciones mutuas para evitar los accidentes de desprendimiento. Los esfuerzos causados entre el mortero y el hormigón por la diferencia en el coeficiente de expansión térmica de las baldosas fueron analizados por el método de elementos finitos (FEM). La Fig. 8 y la Tabla 2 muestran el modelo utilizado para el análisis FEM y las propiedades físicas de los materiales utilizados. Se llevaron a cabo simulaciones con este modelo para determinar los esfuerzos cuando las temperaturas de las superficies externa e interna de la pared suben, respectivamente, a 60 C y a 30 C a partir de una temperatura inicial de 20 C, y también cuando bajan, respectivamente, a 0 C y a 10 C. La Fig. 9 muestra las resistencias a la cizalla y a la tracción, con respecto al coeficiente de expansión térmica de la baldosa. El esfuerzo de tracción en la interfase entre el hormigón y el mortero se reduce a medida que se

8 reduce el coeficiente de expansión térmica de la baldosa, cuando aumenta la temperatura. Por otra parte, cuando disminuye la temperatura, este esfuerzo de tracción tiende a aumentar, a medida que el coeficiente de expansión térmica se reduce. Tenemos la intención de investigar en el futuro, el intervalo de coeficientes de expansión térmica de las baldosas que sería lo más adecuado para evitar el desprendimiento. soporte de hormigón 1 Figura 8. Modelo de la sección del muro con el cerramiento protector de baldosas cerámicas para el análisis FEM

9 material enfoscado mortero baldosa hormigón mortero normal ligero de asiento de junta módulo de Young x 10 Kgf/cm2 coeficiente de Poisson 0.16 contracción de secado x 10-4 O -5 expansión térmica O x loe5 Tabla 2. Propiedades fkicas de los materiales usados en el análisis Interface del enfoscado con el asiento de mortero A E S 0 s. C 'O.- U E u - a.- a U c 0 u V).- V) 2 de hormigón con el enfoscado interface del enfoscado con el asiento de mortero Expansión térmica ( x 1 O-=) Expansión térmica (x 1 Expansión térmica (x 1 Expansión térmica ( x 1 temperatura (en aumento) temperatura (en descenso) temperatura (en aumento) temperatura (en descenso) Figura 9. La resistencia a la cizalla y a la tracción en función del coeficiente de expansión térmica de la baldosa. 4. CONCLUSION Algunos de los métodos de evaluación de la calidad de las baldosas en Japón y el desarrollo de la tecnología de la producción de baldosas han quedado brevemente reseñados en este informe. Las partes de los edificios que son revestidas con baldosas cerámicas en Japón son diferentes de las que se revisten en Europa y los Estados Unidos, y a menudo es algo que sólo se hace en Japón. Así, por ejemplo, se han desarrollado baldosas de exterior para casas individuales. Para el futuro, pretendemos continuar no sólo con mejoras en la calidad de las baldosas, y a potenciar su atractivo, sino también seguir abriendo nuevas áreas en las que se puedan utilizar las baldosas, como en el caso de la Tabla 1.