Fabricación y Tipos de Materiales Cerámicos en la Construcción: Ladrillos, Tejas y Termoarcilla

Fabricación y Tipos de Materiales Cerámicos en la Construcción

1. Introducción

La cerámica es un material artificial que se obtiene por moldeo y cocción de una mezcla previamente preparada de arcilla, agua y arena. La cocción se realiza en torno a los 1000 ºC, consiguiéndose un producto estable frente al agua y resistente. Los primeros ladrillos de los que se tiene noticia eran de pasta de arcilla con paja, para que trabara la masa, o de masa de arcilla cocida al fuego.

2. Fabricación

Los suelos con abundante arcilla se mezclan con agua y algo de arena hasta formar una pasta arcillosa plástica, a la cual, mediante extrusión o por prensado, se le da la forma deseada. Posteriormente, se seca y se somete a elevadas temperaturas para que adquiera alta consistencia y pierda su sensibilidad al agua.

2.1. Materia Prima

La materia prima utilizada para la fabricación de la materia cerámica se compone de:

• Arcillas: Son partículas menores de 0.002 mm y de forma plana, compuesta por capas de tetraedros de sílice y octaedros de alúmina. Se trata de la materia prima más importante. La humedad necesaria para que se puedan moldear las piezas estará comprendida entre el límite líquido y el límite plástico. La humedad de la mezcla será la más cercana al límite plástico, ya que de este modo será menor la disminución del volumen durante el proceso de fabricación, además de necesitar menor cantidad de energía para su evaporación y de tiempo en la fabricación. Para fabricar material cerámico, interesa escoger suelos arcillosos de bajo límite plástico, siendo el más abundante la illita.
• Desengrasantes: Las arcillas que tienen una alta plasticidad se moldean muy bien, pero se adhieren a otros objetos fácilmente y su secado es defectuoso. Estas arcillas se llaman también arcillas grasas. Es necesario añadir materiales no plásticos que hagan perder plasticidad a la arcilla, que eviten que se adhieran a los objetos que están en contacto con ella y que mejoren su comportamiento al secado. Para ello, es necesario añadir desengrasantes como pueden ser ladrillo molido, cenizas del horno o arena silícea no cuarzosa, ya que ésta aumenta considerablemente de volumen a temperaturas superiores a los 573 ºC. Tampoco debemos añadir arenas cálcicas, pues durante la cocción de los materiales cerámicos el CO₃Ca se transforma en CaO que, al hidratarse ya con el ladrillo cocido, puede provocar la rotura de la pieza.
• Agua: Para que la mezcla suelo arcilloso-arena sea moldeable y podamos conseguir la forma adecuada, es necesario añadir agua entre un 18 y un 25 % del suelo seco. Esta agua no deberá contener grandes cantidades de sales solubles, ya que, en caso contrario, aparecerían eflorescencias en los futuros ladrillos una vez colocados en obra.

2.2. Procesos de Fabricación

El proceso completo de la fabricación de la materia cerámica puede resumirse según el siguiente esquema:

MATERIAS PRIMAS -> MEZCLADO -> PIEZAS SECAS -> HORNO -> CERÁMICAS

• ARCILLA
• AGUA
• DESENGRASANTES

• LADRILLOS
• BOVEDILLAS
• TEJAS
• OTRAS PIEZAS

El contenido de arcilla depende del tipo de pieza que se quiere obtener en función de la impermeabilidad. De esta forma, las tejas contienen entre 30 y 40 % de arcilla, mientras que los ladrillos macizos contienen entre el 10 y 20 % de arcilla.

En el proceso de fabricación, podemos distinguir dos fases claramente diferentes:

A) Fase 1: Dar forma

En esta fase existen varios procesos:

• El mezclado: Se mezclan primeramente en amasadoras las tres materias primas.
• El desaireado de la mezcla: Este proceso consiste en quitar el aire de la propia mezcla gracias a una cámara de vacío. Es necesario para evitar que las burbujas que existan en la masa rompan la pieza al calentarse.
• Extrusión: Un tornillo rotatorio empuja la masa desaireada, extrusionando la mezcla a través de una boquilla, la cual le da la forma deseada.
• Moldeo: La forma se puede conseguir extrusionando la mezcla a través de una boquilla adecuada, según el proceso anterior, o también a través de un proceso de moldeo, es decir, colocar una masa de esta mezcla en un molde y, por prensado, darle la forma adecuada.

B) Fase 2: Dar resistencia

Después de obtener la forma, se procede al cortado según la pieza que se desee. Posteriormente, las piezas obtenidas se montan en vagonetas con las que se hace recorrer la segunda fase. En esta segunda fase, existen dos procesos:

• Desecación: Esta fase consiste en eliminar la humedad suficientemente lento para que no sufran daños las piezas por retracción. Para ello, se hace circular las vagonetas por un túnel de secado en el que pasan de 30 ºC en la entrada a 65 ºC en la salida, siendo el tiempo de recorrido de unas 8 horas.
• Cocción: Tras salir del túnel de secado, la misma vagoneta se introduce en un túnel de cocido, en el que comienza a 60 ºC hasta alcanzar los 950 ºC. Transcurrido una hora a esta temperatura, la vagoneta se desplaza hasta el final del túnel, disminuyendo la temperatura hasta los 100 ºC en la salida.

Hasta los primeros 100 grados del proceso, el agua que se pierde es la humedad del propio suelo. Entre los 300-400 ºC se pierde el agua zeolítica por cargas eléctricas y a los 500 ºC se elimina el agua de constitución de la arcilla. Finalmente, a los 950 ºC el material vitrifica con los aluminatos y los silicatos, convirtiéndose así en un material completamente diferente a la arcilla: la cerámica.

3. Tipos de Materiales Cerámicos en Construcción

3.1. Ladrillo Cerámico

Actualmente, la norma que indica las condiciones que deben cumplir los ladrillos cerámicos en las obras de construcción es el Pliego General RL-88.

A) Definición: Paralepípedo formado por material cerámico que consta de:

B) Tipos:

• Macizo: Ladrillo totalmente macizo o con taladros en tabla, no superiores al 10%. Se designa con la letra M.
• Perforado: Ladrillo con taladros en tabla superiores al 10%, designándose con la letra P.
• Hueco simple o doble: Ladrillo con taladros en canto o, casi siempre, en la testa. Se designa con la letra H.

C) Clases según su utilización

En relación con la utilización de los ladrillos, se definen dos clases:

• Ladrillo Visto: Expuesto al exterior. Se utilizan para fábricas sin revestimiento. Se designa con la letra V. A este tipo de ladrillo, se le exigirá mejores propiedades que al ladrillo común.
• Ladrillo Común u ordinario: No está expuesto al exterior, ya que se reviste con mortero. Se designa con las letras NV.

D) Propiedades y ensayos:

Para asegurar la resistencia mecánica, durabilidad y aspecto de las fábricas, los ladrillos cumplirán las siguientes características:

• Densidad aparente: La densidad aparente de los ladrillos es de 2 gr/cm³.
• Resistencia a la compresión simple: Se realiza colocando dos medios ladrillos unidos mediante una capa de mortero de 5 mm de espesor. Se somete a estos a una compresión, dando como resultados:
  • Para ladrillos macizos, no deberá de ser inferior a 100 Kp/cm².
  • Para ladrillos huecos, no será inferior a 50 Kp/cm² si se emplean como muros de carga.
• Succión: Como los ladrillos son porosos, tienen la capacidad de absorber agua por moldeo. No deben presentar este defecto ninguno de los ladrillos comprobados. Los dos problemas que esto conlleva son: por un lado, que el ladrillo tenga sales y puede salirle manchas o eflorescencias y, por otro, que el ladrillo quite agua al mortero durante su hidratación. El ensayo consiste en sumergir el ladrillo unos 3 mm en agua por su tabla durante 1 minuto y obtener la expresión:

  Succión = (Peso del ladrillo al minuto de sumergir - Peso en seco del ladrillo) / Superficie de la tabla

  Su resultado debe ser menor a 0,45 gr/cm².
• Conductividad térmica: La conductividad térmica de los ladrillos macizos es de K=0,68 Kcal/h.m.ºC, siendo la mitad que el hormigón y el doble respecto a los ladrillos huecos.
• Heladicidad: Se somete al ladrillo visto a 25 ciclos de hielo y deshielo. Si después de esto el ladrillo no presenta roturas ni daño alguno, dicho ladrillo habrá superado satisfactoriamente el ensayo.
• Eflorescencias: El ladrillo visto se introduce 2,5 cm en agua por su canto. Si después de 7 días no presenta eflorescencias, cumplirá con el ensayo.
• Coloración estable: Los ladrillos vistos deben presentar una coloración estable y uniforme después de estar sometidos a 600 ºC durante 2 horas.

E) Defectos

Los ladrillos no presentarán defectos que deterioren el aspecto de la obra y de modo que asegure su durabilidad. Los defectos pueden ser:

• Fisuras: Tomando seis unidades de la muestra, no se admitirán más de una pieza fisurada, es decir, que atraviese toda la pared. Esto es debido a defectos en boquillas o al calentamiento o enfriamiento rápido en el horno.
• Desconchamiento de caliches: Cuando las arcillas o arenas presentan carbonatos, estos se convierten en cal viva durante la cocción, la cual es muy expansiva al hidratarse posteriormente a la fabricación del ladrillo. Se permite un máximo de una pieza cada seis.
• Deformaciones: Cierto alabeo debido a la extrusión deficiente en la boquilla o secado no homogéneo. No se permiten ladrillos que presenten deformaciones.
• Corazón negro: El hierro que contiene la mezcla no ha pasado de ferroso a férrico en el proceso de cocción. No afecta a las propiedades mecánicas y no se observa sin romper el ladrillo.
• Eflorescencias: Aparición de unas manchas debido a las sales que contiene la pieza. No se permite que los ladrillos vistos presenten estos defectos.
• Criptoflorescencias: Cuando las cristalizaciones se producen bajo la superficie de la pieza. No se permite que los ladrillos vistos presenten estos defectos.
• Exfoliaciones: Aparecen ciertas hojas o huecos horizontales por defectos durante el moldeo.

3.2. Bovedillas Cerámicas

Son piezas cerámicas que se emplean como encofrado perdido para la ejecución de forjados. Estas piezas se colocan entre las viguetas, de ahí que se llamen también piezas de entrevigado. Los ensayos típicos que se realizan a las bovedillas son: resistencia, carga a flexotracción y expansión por humedad.

3.3. Tejas Cerámicas

Son piezas cerámicas que se utilizan para la impermeabilización de cubiertas. Se distinguen las tejas curvas, tejas planas o tejas de encaje. Los ensayos típicos de las tejas son: flexotracción, densidad, permeabilidad, heladicidad y resistencia al impacto.

3.4. Bloques Cerámicos de Termoarcilla

La termoarcilla es un bloque especial cerámico de baja densidad, con unas características especiales que lo sitúan ventajosamente frente a otros materiales cerámicos existentes en el mercado. Partiendo de una mezcla de arcilla, esferas de poliestireno expandido y otros materiales granulares, que se gasifican durante el proceso de cocción a más de 900 ºC sin dejar residuos, se origina una fina porosidad homogéneamente repartida en la masa cerámica del bloque. Esta constitución especial del material cerámico, junto con una geometría de la pieza específicamente estudiada, confieren a este nuevo producto características singulares, con unas posibilidades de utilización desconocidas hasta ahora en los materiales tradicionales, consiguiendo que muros de una hoja tengan prestaciones equivalentes o superiores en algunos aspectos, a los muros compuestos de varias capas, ya que reúnen en un solo material todo el conjunto de características exigibles en una construcción moderna: aislamiento térmico y acústico y resistencia mecánica.