Tema 7: Conglomerantes y conglomerados.

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1 Tema 7: Conglomerantes y conglomerados. 1. El proceso conglomerante: estado fresco, fraguado y endurecimiento. Hidraulicidad. 2. Yeso y escayola. Cal aérea e hidráulica. 3. Cementos naturales y artificiales. 4. Derivados y materiales compuestos de matriz conglomerante. Pastas y Morteros. 5. Aditivos y adiciones. 6. Normativa, designación y aplicaciones. MATERIALES DE CONSTRUCCIÓN. GRADO EN ARQUITECTURA Curso Escuela Técnica Superior de Arquitectura.

2 Objetivos Docentes: Conocer las propiedades de los materiales conglomerantes, tipos, procesos de fabricación y aplicaciones, designación y normativa. Conocer los tipos de morteros y productos conglomerados, designación, normativa y aplicaciones.

3 Aglomerantes y Conglomerantes Aglomerantes: Son materiales capaces de unir fragmentos de otras sustancias y dar cohesión al conjunto por mecanismos físicos. Ejemplos: arcillas y betunes. Conglomerantes: Son materiales capaces de unir fragmentos de otras sustancias y dar cohesión al conjunto por transformaciones químicas en su masa (fraguado), produciendo nuevos compuestos. Se obtienen a partir de materiales naturales tratados térmicamente (cocción en horno o caldera). Ejemplos: yesos y escayolas, cales y cementos.

4 Materiales Conglomerantes Se presentan en forma de polvo muy fino y muestran un comportamiento plástico al mezclarse con agua (pasta), que permite su moldeo. En estado fresco (pasta) pueden adherirse a otros materiales (áridos) constituyendo materiales compuestos conglomerados (mortero, hormigón) Una vez fraguados se endurecen (adquieren resistencia y rigidez) y el proceso es irreversible. Forman estructuras cristalinas y presentan fractura frágil.

5 El proceso conglomerante Conglomerante + agua (si se añade árido, mortero u hormigón) Pasta en estado fresco (comportamiento plástico) Pasta fraguada (rigidez y poca resistencia) Amasado (mezclado) Fraguado Endurecimiento Pasta en estado endurecido (rigidez y resistencia, fractura frágil)

6 Tipos de Conglomerantes Según su capacidad de fraguar en distintos ambientes: Aéreos: sólo fraguan en el aire. Hidráulicos: fraguan bajo el agua. Según su naturaleza: Yesos y escayolas: constituidos por sulfato cálcico. Cales: Obtenidas por descarbonatación de calizas. Cementos: Constituidos por silicatos y aluminatos cálcicos deshidratados.

7 Yeso y escayola Son materiales procedentes de la deshidratación de la piedra de yeso o aljez (sulfato cálcico dihidrato). Se obtienen por cocción del aljez y posterior molienda. 1. Extracción de la piedra. Carga y transporte. 2. Trituración. Cribado. Selección. Almacenamiento. 3. Calcinación o cocción. Deshidratación. 4. Molienda. 5. Mezclado. Control de calidad. 6. Ensacado. 7. Palatizado. 8. Transporte. 9. Carga directa en camiones. Almacenaje en silos. 10. Llegada y utilizacion en la obra. Se obtienen dos tipos de sulfato cálcico semihidrato: Semihidrato alfa (cristales grandes) Semihidrato beta (cristales pequeños)

8 Tipos de Yesos y Escayolas Se clasifican de acuerdo con su proceso de fabricación: Yesos tradicionales (hornos artesanales): Negro (grueso) y blanco (fino). Yesos industriales (fraguado controlado): Grueso (YG) y fino (YF) y escayola (E) (monofase). Yesos de 3ª generación (aditivados): Yesos de fraguado controlado (YG-L y YF-L) Yesos para prefabricación (YP). Escayola (E-30) y escayola especial (E-35) Proyectables (YPM) y aligerados (YA)

9 Designación de los yesos (UNE-EN ) NORMAS UNE y (RY-85) YG, YG/L; YPM YF, YF/L YP E 30, E 30/L, E 35, E 35/ L YA, YPM/A YD, YPM/D YE/T NORMA UNE EN B1 YESO DE CONSTRUCCION C6 YESO APLICACIÓN EN CAPA FINA A CONGLOMERANTES A BASE DE YESO A CONGLOMERANTES A BASE DE YESO B4 YESO CONSTRUCCION ALIGERADO B7 YESO CONSTRUCCION ALTA DUREZA C6 YESO APLICACIÓN EN CAPA FINA

10 Tipos de yesos y productos de yeso (UNE-EN 13279) Designación A B1 B2 B3 B4 B5 B6 B7 C1 C2 C3 C4 C5 C6 Descripción Conglomerante a base de yeso (uso directo o para su transformación: productos en polvo, secos; para empleo directo en obra, etc.),. yeso de construcción mortero de yeso mortero de yeso y cal Yesos para construcción yeso de construcción aligerado mortero aligerado de yeso mortero aligerado de yeso y cal yeso de construcción de alta dureza Yesos para aplicaciones especiales yeso para trabajos con yeso fibroso yeso para morteros de agarre yeso acústico yeso con propiedades de aislamiento térmico yeso para protección contra el fuego yeso para su aplicación en capa fina

11 Productos y aplicaciones de los Yesos

12 Revestimientos continuos Son aplicaciones superficiales de pastas (o morteros) sobre soportes continuos o discontinuos. Se utilizan para obtener una superficie plana, homogénea y continua. Pueden constituir el acabado de la superficie o servir como soporte de otros materiales de acabado. La compatibilidad con el soporte es fundamental. El espesor de aplicación depende de la regularidad del soporte (geométrica y de materiales).

13 Tipos de revestimientos de yeso Se diferencian por sus propiedades, ejecución y situación (interior o exterior): Guarnecido (interior, primera capa) Enlucido (interior, segunda capa) Revoco (exterior, acabado áspero) Estuco (interior, liso y brillante) Cada tipo de aplicación requiere de un tipo de yeso diferente (grueso o fino). La puesta en obra depende del grado de industrialización del producto (tradicional, industrial o de 3ª generación).

14 Placas para techos (cielorraso y falso techo) Piezas prefabricadas de escayola. Se sitúan suspendidas del forjado a una cierta distancia (fijaciones metálicas, o de caña y estopa). El espacio comprendido es continuo (plenum) y sirve: Paso de instalaciones. Mejorar el comportamiento térmico y acústico. Incorporar puntos de las instalaciones (iluminación, climatización, control, ). Tipos: Para techos continuos Para techos desmontables

15 Placas de escayola Placas de escayola (E-35) para falsos techos lisos Constituidas por escayola y fibra de vidrio permite al conjunto elasticidad. Aspecto: - una cara vista exenta de defectos y - una cara oculta rugosa y con nervios en alto relieve perpendiculares entre si. Tamaños comunes: 100x60 cm; 120x60 cm; 120x80 cm; 125x80 cm. Espesor > 12 mm Tipos: Estopa colgante Fijaciones metálicas

16 Placas de escayola Placas de escayola (E-35) para falsos techos registrables Tamaños usuales 600x600 mm, y 1200 x 600 mm Montadas sobre perfilería (24 o 15 mm). Tipo de borde: Acabados Propiedades acusticas: - Perforaciones ciegas. - Perforaciones traspasan la placa (potenciación de las propiedades acústica aisl. acusticos en la cara oculta). Otros acabados: vinilico cara vista y en la cara oculta aluminio ( barrera de vapor).

17 Placa de yeso laminado (PYL) Espesores (e) (mm): 6 9,5 12, Longitudes (L) (mm) = Anchura: mm Peso aprox. (Kg/m2): 6,0 15,0 Cartón a doble cara y alma de yeso de origen natural, fabricada mediante proceso de laminación en continuo. El yeso se aditiva para conferir a la placa propiedades. A la placa se le puede adherir un aislamiento o barrera de vapor (soluciones compuestas). CAMPOS DE APLICACIÓN: Construcción de sistemas de obra seca en interiores: - Tabiquería/particiones. - Trasdosados autoportantes / directos. - Techos continuos. - Elementos decorativos.

18 Tabiquerías de placas de cartón-yeso Tabique Trasdosado Tabiquería desmontable, no móvil, autoportante. Formado por una estructura metálica sobre la cual se atornillan a ambos lados las placas de cartón-yeso. Entre las placas se puede colocar: Material aislante térmico. Intercalar canalizaciones de fontanería y electricidad. Además de tabiques, por este mismo sistema se pueden ejecutar trasdosados para el revestimiento de muros existentes. Falsos techos: placas atornilladas a una estructura metálica. Techos

19 Soluciones de cartón-yeso (tabiquería) Ejecución de junta Borde recto y biselado Fijación de la placa a la estructura metálica Estructura auxiliar (perfiles metálicos)

20 Designación de placas de yeso laminado Designación de placas de yeso laminado PYL (a), (b), UNE EN 520, donde: a. Tipo: A: estándar, H1 ó 2: impregnada, DF: cortafuego, DI: de alta dureza. b. Espesor nominal, en mm.

21 Tabiquerías de paneles de yeso o escayola Elementos prefabricados de paredes lisas, de espesor > 5 cm. Forma paralelípeda, machihembrados (dos caras al menos). Macizos o perforados. CAMPOS DE APLICACIÓN: Construcción de sistemas de obra seca en interiores: - Tabiquería no portante. - Trasdosados. Placas machihembradas Espesores (e) (mm): 50 (min) 150 (max) Altura (h) (mm) función de la anchura: 500 mm, 666 mm Anchura: 1000 (max)

22 Tabiquería Solución de encuentros Placas machihembradas Solución de cercos en paramentos

23 Designación de paneles de escayola a. Dimensiones nominales (longitud, altura, espesor), en mm. b. Tipo de panel: macizo, perforado. c. Clase de densidad: densidad media (800 < d < 1100 kg/m³), baja densidad (600 < d < 800 kg/m³). alta densidad (1100 < d < 1500 kg/m³), Masa nominal, en kg/m². Designación "hidrofugado", cuando el panel lo sea. Categoría del ph: normal (6,5 < ph< 10,5), bajo (4,5 < ph < 6,5).

24 Cales de construcción Hay dos tipos: aérea e hidráulica. Cales aéreas: Provienen de la calcinación de piedras calizas, produciendo la descarbonatación (cal viva, CaO). Posteriormente se hidrata (cal apagada, Ca(OH) 2 ). El apagado se realiza: al aire, por aspersión o por inmersión (se obtiene cal en pasta). La cal apagada se mezcla con agua y se utiliza en forma de pasta o mortero (añadiendo arena). El endurecimiento se produce por carbonatación (CO 2 ).

25 Ciclo de la Cal

26 Proceso de fabricación de la cal

27 Cales hidráulicas Provienen de la calcinación de margas o calizas margosas (entre 10 y 25 % de arcillas). Aparecen compuestos que fraguan bajo el agua (silicatos y aluminatos cálcicos). El índice hidráulico determina la relación entre arcillas y caliza (parte que fragua bajo el agua): Cal aérea < 0,1 Cal hidráulica 0,15-0,50 Cemento > 0,5

28 Tipos de Cales de construcción (RCA-92)

29 Aplicaciones de las Cales (la cal aumenta la plasticidad del mortero)

30 Cementos naturales y artificiales Son materiales conglomerantes obtenidos por calentamiento hasta la clinkerización (sinterización) de carbonato cálcico, sílice y alúmina. Los productos obtenidos son hidráulicos (silicatos y aluminatos cálcicos que fraguan bajo el agua). Se muelen hasta obtener materiales en forma de polvo muy fino. Aunque se trata de materiales artificiales, se distinguen: - Naturales: material resultante de la calcinación de margas (mezclas naturales caliza y arcilla). Composición variable según las capas y filones de la cantera. - Artificiales: se fabrica con mezclas, preparadas y dosificadas, en proporción tal que toda la cal reaccione con los silicatos.

31 Tipos de Cementos Entre los cementos artificiales, se distinguen: Pórtland: resultante de calcinar hasta un principio de fusión mezclas rigurosamente homogéneas de caliza y arcilla, obteniendose clínquer, constituído por silicatos y aluminatos anhidros, al que se añade yeso (regulador del fraguado). Aluminato Cálcico (aluminoso): Se fabrican con caliza y bauxita (alúmina), obteniéndose aluminatos cálcicos Siderúrgico: Mezcla de clinker de Pórtland, yeso y escoria de alto horno. Puzolánico: Mezcla de clinker de Pórtland, yeso y puzolana. Especiales: Sulforesistentes, Blancos, R. amb. Marino,etc

32 Proceso de fabricación del Cemento Portland

33 Componentes del Cemento Portland Son compuestos de óxidos de silicio, aluminio y calcio. Silicato tricálcico (SC 3 ): Aporta resistencia inicial Silicato bicálcico (SC 2 ): Aporta resistencia a largo plazo. Aluminato tricálcico (AlC 3 ): Aporta resistencias iniciales Acelera la velocidad de fraguado (el yeso controla su proceso de hidratación). Ferroaluminato tetracálcico (FAlC 4 ): Acelera el fraguado. Los óxidos de hierro actúan como fundentes. Dan el color gris al cemento (no se incluyen en los cementos blancos).

34 Productos de hidratación del Cemento Portland Al entrar en contacto con agua, los componentes del cemento reaccionan (se hidratan), formando productos: Portlandita (hidróxido de calcio): mantener el ph en valores altos. Geles tobermoríticos (CSH): Estructuras laminares formadas por silicatos y aluminatos cálcicos hidratados. Entre las láminas se sitúan moléculas de agua que se polarizan. resistencia mecánica. Etringita (trisulfoaluminato de calcio): Cristales de sulfoaluminato cálcico en forma de agujas (muy expansiva).

35 Hidratación del cemento

36 Pasta hidratada de cemento Portland

37 Productos de hidratación del cemento Porlandita Ettringita

38 Características de los Cementos Portland Finura de molido: facilita la hidratación del cemento. Tiempo de fraguado: Tiempo que tarda la pasta de cemento en adquirir rigidez (principio y fin de fraguado). PH: muy alcalino (por la presencia de portlandita). Retracción: debida al agua de amasado no combinada. Calor de hidratación: Depende de la velocidad del fraguado (componentes del cemento). Rigidez y Resistencia mecánica : La pasta al fraguar adquiere rigidez y, con el tiempo, resistencia (endurece).

39 Adiciones de los Cementos Portland Los cementos actuales no son clinker puro. Todos llevan adiciones minerales (componentes que reaccionan con los productos de hidratación). Las más habituales son: Filler calizo (L, LL) Cenizas volantes (V, W)) Escorias (S) Puzolanas (P, Q) Humo de sílice o Microsílice (D)

40 Clasificación y designación de Cementos (RC-08) La Instrucción de cementos (RC-08) define dos grupos de cementos que se pueden utilizar en construcción: Cementos sujetos al Marcado CE: Cementos Comunes (UNE-EN 197-1) Cementos de bajo y calor de hidratación (<270 J/g) (UNE-EN 197-1) Cementos de muy bajo calor de hidratación (UNE-EN 14216) Cementos de aluminato cálcico (UNE-EN 14647) Cementos de albañilería (UNE-EN 413) Cementos no sujetos al Marcado CE : (RD ). Cementos comunes resistentes a sulfatos Cementos comunes resistentes al agua de mar Cementos blancos Cementos para usos especiales

41 Cementos Comunes. Clasificación y designación La Instrucción de cementos (RC-08) define los tipos de cementos comunes que se pueden utilizar en construcción. Tipos de cemento: Dependen de la composición CEM I (Cemento Portland): Más de 95 % de clinker. CEM II (Cemento Portland con adiciones): Entre 65 y 94 % de clinker, el resto adiciones. CEM III (Cemento con escorias de alto horno): % de clinker y % escoria. CEM IV (Cemento puzolánico): % de clinker y % humo de silice o puzolana natural o cenizas volantes siliceas o combinación de ellas. CEM V (Cemento compuesto): 20-64% de clinker, 18-50% escoria de alto horno, y el resto de puzolana natural o cenizas volantes o una combinacion de estas.

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43 Clasificación y designación de Cementos Comunes Clases resistentes: resistencia a compresión a los 28 días. 32,5 N 32,5 R 42,5 N 42,5 R 52,5 N 52,5 R R= alta resistencia inicial N= resistencia inicial normal Designación: Norma EN de referencia Tipo de cemento / Subtipo - Tipo de adición Clase resistencia Tipo de resistencia

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45 Ejemplos de designación de cementos EN CEM I 42,5 R Cemento pórtland de clase resistente 42,5 y alta resistencia inicial EN CEM II / A-L 32,5 N Cemento pórtland con caliza, subtipo A, contenido entre 6-20% en masa de caliza, clase resistente 32,5 y resistencia inicial normal EN CEM II / A-M (S-V-L) 32,5 R Cemento portland mixto con un contenido entre el 6-20% en masa de escoria granulada de horno alto (S), en ceniza volante silícea (V) y en caliza (L), de clase resistente 32,5 y alta resistencia inicial EN CEM III/B 32,5 N Cemento con escoria de horno alto, subtipo B (contenido en escoria granulada de horno alto entre 66-80%), clase resistente 32,5 y resistencia inicial normal. UNE-EN CAC Cemento de aluminato de calcio. UNE-EN MC 12,5 X Cemento de albañilería, de clase resistente 12,5 y sin aditivo inclusor de aire. I 42,5 R/SR UNE Cemento pórtland resistente a los sulfatos, de clase resistente 42,5 y con alta resistencia inicial.

46 Productos y aplicaciones de los Cementos Pastas: Mezclas de cemento y agua con otros componentes minoritarios. (pastas de agarre, revestimientos, capas niveladoras, lechadas) Morteros: Cemento, agua, arena y otros componentes minoritarios. (Revestimientos, albañilería, pavimentos ) Hormigones: Cemento, agua, arena, grava y otros componentes minoritarios. (Aplicaciones estructurales) Prefabricados: Productos hechos en fábrica. (baldosas, placas, elementos estructurales, GRC )

47 Morteros de Construcción Sus características dependen de su composición, proceso de fabricación, amasado, curado y ambiente. La dosificación (proporción de los componentes) se elige de acuerdo con la aplicación constructiva. La mezcla se realiza por medios manuales o mecánicos, de manera que se obtenga una masa homogénea. Durante el fraguado y principio del endurecimiento hay que garantizar una hidratación adecuada (curado). El tipo de ambiente influye en el comportamiento a largo plazo del mortero (durabilidad).

48 Los Conglomerantes Su función es de ligante del mortero. Se presenta en forma de polvo muy fino (en pasta en el caso de la pasta de cal). Junto con el agua forma una pasta que da plasticidad al material (en estado fresco). La cantidad de conglomerante depende del volumen de huecos de la arena (la pasta debe llenarlos). En general, cuanto más conglomerante, mayor es la retracción del mortero.

49 Componentes: Las arenas Son materiales sólidos minerales granulares con un tamaño máximo limitado (inferior a 4 mm). Componente mayoritario de los morteros (40-80 %). El tamaño de partícula (granulometría) condiciona el volumen de huecos y la cantidad de pasta requerida. Constituyen el esqueleto del mortero y son inertes (no deben reaccionar químicamente). Controlan la retracción del material y le dan resistencia mecánica. Pueden ser de naturaleza caliza o silícea. La forma de presentación rodados o de machaqueo (mayor irregularidad).

50 Componentes: El agua Produce el fraguado del conglomerante (hidratación). Confiere plasticidad a la mezcla. La cantidad de agua depende de la temperatura, el tipo de conglomerante y arena y la consistencia. Pequeñas variaciones producen cambios importantes en estado fresco (límites plástico y líquido). En general, cuanto menor es, mayor es la resistencia y menor es la retracción y la porosidad. En general, el agua potable es válida para morteros.

51 Otros Componentes de los morteros Los morteros actuales incorporan componentes que modifican sus características. Aditivos: Compuestos orgánicos que modifican las propiedades del mortero en estado fresco. Adiciones: Compuestos orgánicos o inorgánicos que modifican las propiedades en estado endurecido. Cargas: Materiales que no reaccionan con el conglomerante, pero modifican las propiedades en estado endurecido Fibras: Cargas con forma alargada y sección reducida. Pigmentos: Modifican el color del mortero.

52 Microestructuras del mortero A edades tempranas (< 24 horas) el material pasa por tres estados diferentes: 1. Plástico: estado líquido en el que tiene comportamiento viscoelástico 2. Semiplástico: tras el inicio de fraguado se comienza a formar un esqueleto sólido. Pasa de comportarse como un líquido a hacerlo como sólido. 3. Rígido: tras el fin de fraguado, el hormigón es rígido y empieza a adquirir resistencia conforme se completa la hidratación (inicio del endurecimiento).

53 Características en estado fresco Consistencia: Depende de la viscosidad. Relación agua / huecos agua = huecos agua < huecos agua > huecos Consistencia Normal (Plástica) Seca Fluida (Lechada) Tiempo de fraguado: Depende del tipo de conglomerante. Comienza con la formación de productos de hidratación (principio) y termina cuando adquiere rigidez (fin). Retracción: Depende de la cantidad de agua de amasado, el tamaño de los productos y las condiciones de curado. En general, cuanto menor es la cantidad de pasta y de agua, menor es la retracción.

54 Características en estado endurecido Porosidad: El agua no combinada se evapora y deja poros en el mortero. Condiciona la densidad, absorción, permeabilidad y resistencia del mortero. Rigidez y Resistencia mecánica: dependen del tipo de conglomerante, árido y porosidad. Adherencia: La unión del mortero al soporte depende del tipo de conglomerante y soporte (absorción). Permeabilidad: Cuanto menos poroso más impermeable al agua (en general, bastante impermeables al vapor). Durabilidad: Depende del tipo de ambiente (ataques de cloruros y sulfatos y carbonatación de la cal libre).

55 Tipos de Morteros de Construcción Los morteros se dosifican de acuerdo con su aplicación constructiva (requisitos en estado fresco y endurecido). Se pueden clasificar según con su composición. Tipos de Morteros: A) Por el tipo de Conglomerante. Cementos (Portland y Aluminoso) Cales (Aéreas e hidráulicas) Mixtos de cal y cemento (Bastardos) B) Otros Morteros (aplicaciones especiales). - Modificados - Monocapa - Morteros cola - Ligeros - Ignífugos - Sin finos (porosos)

56 Aplicaciones de los morteros Morteros de albañilería: obras de fábrica. Suelen ser de cemento portland o bastardos (cemento y cal). Revestimientos continuos: Enfoscados y monocapa. Pavimentos continuos: Morteros modificados y porosos. Morteros nivelantes: capa de nivelación para colocación de solados y paso de instalaciones. Material de agarre: revestimientos discontinuos. Protección pasiva: morteros ignífugos. Productos prefabricados: baldosas hidráulicas, piedras artificiales, adoquines, bloques para fábricas, etc.

57 Designación y normativa de morteros Los morteros de albañilería se designan por su resistencia característica a compresión en MPa (UNE-EN 998-2): M 2,5 M 5 (M 7,5) M 10 M 15 M 20 Productos que requieren de Marcado CE: Revestimientos (revocos y enlucidos) Morteros de albañilería Pastas niveladoras y adhesivos cementosos Prefabricados (Adoquines y baldosas)

58 Tema 7: Conglomerantes y conglomerados. 1. El proceso conglomerante: estado fresco, fraguado y endurecimiento. Hidraulicidad. 2. Yeso y escayola. Cal aérea e hidráulica. 3. Cementos naturales y artificiales. 4. Derivados y materiales compuestos de matriz conglomerante. Pastas y Morteros. 5. Aditivos y adiciones. 6. Normativa, designación y aplicaciones.

59 Glosario de conceptos del Tema Conglomerante Cales Adiciones Proceso conglomerante Cal aérea Tipos de cementos Conglomerantes aereos Ciclo de la cal Cementos comunes Congl. hidráulicos Cales hidráulicas Cementos albañilería Yeso y escayola Tipos de cales Designación Tipos de yesos Aplicaciones de la cal Morteros Designaciones Cementos Componentes Productos de yeso Tipos de cementos Microestructura Revestimientos Fabricación Propiedades en estado fresco y endurecido Placas para techo Cemento Portland Tipos de morteros Productos tabiquería Componentes Aplicaciones Placas y paneles Cartón-yeso Productos de hidratación Morteros de albañilería Características cementos Designación

60 Bibliografía de consulta recomendada. Instrucción para la Recepción de Cementos, RC-08. Alejandre Sánchez, F. J.; Historia, caracterización y restauración de morteros, IUCC, Universidad de Sevilla, CTE, DB-Seguridad Estructural - Fábricas