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 F. ARQUITECTURA Y U. Curso 2017-2018. Escuela Técnica Superior de Arquitectura. Profesor Gonzalo Barluenga Badiola 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.
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. 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.
El proceso conglomerante Conglomerante + agua (si se añade árido, mortero u hormigón) Pasta en estado fresco (comportamiento plástico) Amasado (mezclado) Fraguado Pasta fraguada (rigidez y poca resistencia) Endurecimiento Pasta en estado endurecido (rigidez y resistencia, fractura frágil) 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.
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. Se obtienen dos tipos de sulfato cálcico semihidrato: Semihidrato alfa (cristales grandes) Semihidrato beta (cristales pequeños) Fraguan muy rápido (minutos) 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)
Designación de los yesos (UNE-EN 13279-1) NORMAS UNE 102-010 y 102-011 (RY-85) YG, YG/L; YPM YF, YF/L NORMA UNE EN 13279 B1 YESO DE CONSTRUCCION C6 YESO APLICACIÓN EN CAPA FINA YP A CONGLOMERANTES A BASE DE YESO E 30, E 30/L, E 35, E 35/L YA, YPM/A YD, YPM/D YE/T A CONGLOMERANTES A BASE DE YESO B4 YESO CONSTRUCCION ALIGERADO B7 YESO CONSTRUCCION ALTA DUREZA C6 YESO APLICACIÓN EN CAPA FINA 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
Productos y aplicaciones de los Yesos 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).
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 para el paso de instalaciones. Mejora el comportamiento térmico y acústico. Permiten la incorporación de puntos de las instalaciones (iluminación, climatización, control, ) Tipos: Para techos continuos Para techos desmontables Placas para techos (cielorraso y falso techo)
Placas para techos continuos Estopa colgante Fijaciones metálicas Placas para techos desmontables Entramado oculto Entramado visto
Tabiquería Productos: placas o paneles suelo-techo. Están fabricados con YP o escayola. Terminales machihembrados y uniones húmedas. Dimensiones y tolerancias (en cm) Producto Altura Ancho Espesor Placas 50 ± 0,2 65-70 ± 0,5 6, 7, 9,10 ± 1 Paneles 285 ó 300 ± 0,2 % 67 ó 56 ± 0,7 7 ó 9 ± 0,1 Tabiquería Solución de encuentros Placas machihembradas Solución de cercos en paramentos
Soluciones de cartón-yeso Cartón yeso: material compuesto laminado, con una capa de yeso recubierto de dos láminas de cartón. La lámina trasera tiene las fibras orientadas. El yeso suele estar aditivado (hidrofugantes, ) La placa puede adherirse a un aislamiento o barrera de vapor (soluciones compuestas). Dimensiones: Longitud de 2,5 a 4,8 m Anchura 1,2 m Espesores 10, 13, 15 y 30 mm Aplicaciones: tabiquería, trasdosados, soleras y techos. Soluciones de cartón-yeso (tabiquería) Ejecución de junta Borde recto y biselado Fijación de la placa a la estructura metálica Estructura auxiliar (perfiles metálicos)
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). Fraguan muy despacio (varias horas-algunos días). El endurecimiento se produce por carbonatación (CO 2 ). Ciclo de la Cal
Proceso de fabricación de la cal 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
Tipos de Cales de construcción (RCA-92) Aplicaciones de las Cales (la cal aumenta la plasticidad del mortero)
Cementos 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. Los cementos actuales se fabrican mezclando calizas y arcillas en proporción tal que toda la cal reaccione con los silicatos. Inicio de fraguado 1-3 horas y fin de 4-8 horas. Se considera que el endurecimiento acaba a los 28 días. Tipos de Cementos Entre los cementos artificiales, se distinguen: Pórtland: Constituido por silicatos cálcicos (y aluminatos en menor proporción) llamados clinker, a los que se añade yeso tras la cocción (regulador del fraguado). Aluminato Cálcico: Se fabrican con caliza y bauxita (alúmina), obteniéndose aluminatos cálcicos (alta resistencia inicial) Siderúrgico: Mezcla de clinker de Pórtland, yeso y escoria de alto horno. Puzolánico: Mezcla de clinker de Pórtland, yeso y puzolana (material silíceo que mezclado con cal y agua produce compuestos hidráulicos). Especiales: Sulforesistentes, Blancos, R. amb. Marino,etc
Proceso de fabricación del Cemento Portland 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).
Productos de hidratación del Cemento Portland Al entrar en contacto con agua, los componentes del cemento reaccionan (se hidratan), formando productos: Portlandita: Cristales de hidróxido cálcico (cal libre). Geles tobermoríticos: Estructuras laminares formadas por silicatos y aluminatos cálcicos hidratados (CSH). Entre las láminas se sitúan moléculas de agua que se polarizan. Ettringita: Cristales de sulfo-aluminato cálcico en forma de agujas (muy expansiva). Proceso de hidratación del cemento
Hidratación del cemento Pasta hidratada de cemento Portland
Porlandita Productos de hidratación del cemento Ettringita 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).
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) Clasificación y designación de Cementos (RC-16) La Instrucción de cementos (RC-16) define dos grupos de cementos que se pueden utilizar en construcción: Cementos sujetos al Marcado CE: Cementos Comunes (UNE-EN 197-1) Cementos comunes resistentes a sulfatos Cementos de bajo calor de hidratación (<270 J/g) 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 1313-1988). Otros Cementos resistentes a sulfatos Cementos comunes resistentes al agua de mar Cementos blancos Cementos para usos especiales
Clasificación y designación de Cementos Comunes La Instrucción de cementos (RC-16) define los tipos de cementos comunes que se pueden utilizar en construcción. Tipos de cemento: Dependen de la composición CEM I: Más de 95 % de clinker. CEM II: Entre 65 y 94 % de clinker (resto adiciones) CEM III: 20-64 % de clinker y 36-80 % escorias horno. CEM IV: 45-89 % de clinker y 11-55 % puzolanas. CEM V: Compuesto de clinker, escoria y puzolana. 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 Designación: Tipo de cemento/ Tipo de adición/ Clase resistente
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 ) 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).
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 y rodados o de machaqueo (mayor irregularidad). 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.
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. Pigmentos: Modifican el color del mortero. Fibras: Cargas de forma alargada y sección reducida. Evolución de la Microestructura 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).
Características en estado fresco Consistencia: Depende de la viscosidad. Relación agua / huecos Pasta = huecos Pasta < huecos Pasta > 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. 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).
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) 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. Pastas niveladoras: 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.
Aplicaciones de los morteros Aplicaciones en pavimentos continuos
Aplicaciones: Morteros de protección 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)
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. 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 Productos de hidratación Morteros de albañilería Cartón-yeso Características cementos Designación
Bibliografía de consulta recomendada. Instrucción para la Recepción de Cementos, RC-16. Alejandre Sánchez, F. J.; Historia, caracterización y restauración de morteros, IUCC, Universidad de Sevilla, 2002. CTE, DB-Seguridad Estructural Fábricas Asociación de fabricantes de morteros AFAM (www.afam.es)