Marmoles y piedras calizas

El carbonato de calcio (CO3Ca) abunda en la naturaleza, presentándose con distintos aspectos y grados de pureza:

-Calcita y aragonita son variedades muy puras, incoloras y de brillo vítreo. Sus cristales, a veces observables a simple vista, tienen formas poliédricas. El espato de Islandia es calcita con la rara propiedad de la birrefringencia: el rayo de luz incidente se desdobla en dos rayos fractados.

-En los mármoles, los cristales de calcita son de tamaño submicroscópico. De atractivas coloraciones adquieren intenso brillo cuando son pulidos.

-Las piedras calizas son semejantes a los mármoles pero el contenido de carbonato de calcio es mucho menor. En la dolomita, el carbonato de calcio (CO3Ca) es acompañado por otro carbonato, el carbonato de magnesio (CO3Mg). En las calizas arcillosas hay hasta un 40% de arcillas, que confieren un aspecto terroso. Otras impurezas son la arena y los óxidos de hierro.

-El carbonato de calcio, asociado con fosfatos de calcio, integra huesos y dientes de mamíferos.

Propiedades químicas del carbonato de calcio

Cuando burbujea dióxido de carbono (CO2) dentro de una solución acuosa de hidróxido de calcio (Ca(OH)2) precipita carbonato de calcio (CO3Ca) blanco e insoluble. Si se lo mantiene en suspensión mientras circula un exceso de dióxido de carbono, se disuelve; se ha formado bicarbonato de calcio [(CO3H)2Ca]. Esta sal ácida descompone y reprecipita carbonato de calcio cuando se la calienta.

Ecuaciones químicas:

CO2(g) + Ca(OH)2 = CO3Ca(pp)

Como todos los carbonatos, el de calcio reacciona con los ácidos. El ácido clorhídrico, cuando actúa sobre el mármol, produce efervescencia: el dióxido de carbono se desprende gaseoso.

Ecuación química:

Extracción y comercialización de mármoles

Las canteras de mármol son trabajadas “a cielo abierto”. Con picos, martillos y cuñas se separan grandes bloques. Voladuras con explosivos aceleran las operaciones pero fragmentan excesivamente el material. Un dispositivo mecánico muy ventajoso es el Alambre helicoidal, cable grueso hecho con hilos trenzados de acero Se lo ubica dentro de una canaleta o de una perforación y se le imprime un movimiento de vaivén. Mientras tanto, es continuamente bañado por una suspensión de arena fina en agua. Sus granos duros friccionan la superficie de mármol y lo desgastan facilitando el corte.

Luego se transportan los bloques a los talleres y se los subdivide con telares. Hojas paralelas de acero, montadas sobre un mismo eje a distancias prefijadas, se mueven sobre la superficie, siempre bañadas con la suspensión de arena fina en agua. Se comportan como sierras y cortan simultáneamente hasta 100 láminas.

Los bloques se comercializan según su volumen. Las láminas tienen espesores comprendidos entre 2 y 5 o más centímetros, recibiendo diferentes nombres de acuerdo a su longitud: Lastras (+ de 2½ metros de largo), cuadros (de 1½ a 2½ metros) y chapas (- de 1½ metro de longitud).

En estos casos el precio se fija por m2. La superficie visible de los mármoles para revestimientos y pisos se mejora mediante el pulido. Discos rotatorios de esmeril, piedra pómez y, por último, arpillera, frotan y suavizan el mármol. Se completa el pulido lustrando con ceras disueltas en nafta y aguarrás. Grietas, orificios y otros defectos se disimulan en la medida de lo posible.

Variedad de mármol

Para escultura se seleccionan mármoles uniformemente blancos y de grano muy fino. Los mármoles estatuarios son escasos y de elevado precio. Los precedentes Carrara (Italia) han adquirido renombre internacional.

Hay mármoles coloreados, algunas veces con una sola tonalidad y otras, con vetas y manchas de distinto color. El mármol ónix es verdoso con figuras amarillas y rojas. Aunque brillante, es blando y se raya con facilidad.

Los travertinos, casi siempre amarillentos, tienen menor densidad que la común debido a su porosidad. Los chipolinos tienen intercaladas vetas de talco. Como éste es menos resistente a los agentes atmosféricos, se disgregan separando hojas delgadas, como cuando se pela una cebolla. Las lumaquelas contienen muchas conchas fósiles visibles. La circulación de agua con sales calcáreas por entre los trozos aislados los cementó formando brechas y brocatelas.

Los mármoles reconstituidos son artificiales. Se fabrican con residuos de canteras y talleres: polvo y escallas de pequeño tamaño, que se mezclan con cemento blanco, yeso y pigmentos coloreados. Tratados con agua endurecen dentro de moldes. Se emplean como baldosas y mosaicos de baja calidad.

Producción argentina de mármoles y piedras calizas

Se extraen alrededor de 50.000 tn/año de mármoles, estando la producción concentrada en tres provincias: Córdoba, San Juan y Buenos Aires. De las sierras cordobesas proceden mármoles rosados y blancos, como el “marfilino”. San Juan se especializa en travertinos y San Luis, en ónix. Muy cotizado es el mármol negro de Azul (Bs.As.). El mercado nacional está bien abastecido en lo referente a mármoles para la construcción. Solamente se compran en el extranjero 10.000 tn/año de mármoles para monumentos y obras de arte. Baldosas y mosaicos reconstituidos aprovechan 100.000 tn/año de polvo y escallas desechadas.

Las piedras calizas son extraídas en cantidades considerables: más de 30 millones de toneladas anuales. Son consumidas por varias industrias:

• Metalurgia, como fundente

• La elaboración de cales, cemento portland y vidrios

• Ripio calcáreo agregado al hormigón

Azul y Olavarría (Bs.As.) y Córdoba son los centros productores más importantes.

Cales

Fabricación de cal viva

La cal viva fue empleada en construcción desde la antigüedad. Químicamente es óxido de calcio (OCa). Por lo tanto, todas las materias primas necesarias para su elaboración son piedras calizas. Cuando el carbonato de calcio (CO3Ca) se calienta a 1.000ºC, descompone dando dióxido de carbono y óxido de calcio.

La reacción es reversible:

La calcinación se lleva a cabo dentro de tres tipos de hornos:

Hornos continuos

Los hornos discontinuos son antieconómicos:

• Son lentos: la operación demanda de 15 a 30 días

• Emplean mucha mano de obra en la carga y la descarga

Sin embargo son preferidos por pequeños productores que trabajan en la precordillera argentina.

Propiedades químicas de la cal viva

La cal viva es un óxido básico. Reacciona con agua dando su correspondiente hidróxido:

Los albañiles, cuando vierten agua sobre cal viva, dicen que la “apagan”. Cal apagada es el nombre vulgar del hidróxido de calcio. El apagado es exotérmico; se desprende gran cantidad de calor que evapora parte del agua utilizada. La cal apagada tiene volumen 3 veces mayor que el de la cal viva primitiva. Es pastosa y como es cáustica, no debe tocarse con los dedos.

El hidróxido de calcio es poco soluble en agua: apenas 1 gramo / litro. Su solución azulea el tornasol y de ordinario se denomina “agua de cal”. Agitando cal apagada en agua, el polvo queda en suspensión y adquiere color blancuzco: se ha preparado “lechada de cal”, apta para el blanqueo de paredes, con la ventaja adicional de ser desinfectante.

El agua recién preparada es límpida. Expuesta al aire se carbonata: el dióxido de carbono reacciona con el hidróxido de calcio y precipita en correspondiente carbonato:

Estas experiencias determinan que tanto la cal viva como la apagada deben ser convenientemente almacenadas:

• La humedad del aire actúa sobre el óxido

• El dióxido de carbono reacciona con el óxido y el hidróxido de calcio

Variedades de cal viva

De acuerdo con el porcentaje de óxido de calcio las cales vivas se clasifican en dos variedades:

El rendimiento en volumen de una cal es el aumento del volumen experimentado por la cal después del apagado. Para las cales grasas es del orden de 3 a 3,5.

Una impureza muy perjudicial es el óxido de magnesio (OMg) , derivado de la calcinación de dolomita:

El óxido de magnesio, que también es un óxido básico, se apaga muy lentamente con agua. Ni siquiera el estacionamiento por 48 horas es suficiente para completar su apagado. Consecuentemente, revocada una pared, sus granos se hidratan al cabo de mucho tiempo. Se hinchan y deterioran la superficie lisa:

Cal hidratada

La cal hidratada es hidróxido de calcio (Ca(OH)2), pero la cal viva no es apagada a pie de obra, sino en condiciones cuidadosamente controladas. Cuando el óxido de calcio recibe la cantidad estrictamente necesaria de agua:

El hidróxido es obtenido como polvo seco, que se muele finamente. La cal hidratada se expande en bolsas de papel impermeable de 40 Kg. Se utiliza como la cal apagada pero reporta ventajas:

• Transporte sencillo y almacenamiento en pilas

• Buenas conservación, por no estar expuesta al aire

• Aplicación inmediata, que no requiere estacionamiento previo bajo agua durante 48hs.

Producción argentina de cales

La casi totalidad de las cales es consumida por la construcción si bien tienen otros usos industriales:

• La depilación de pieles en las curtiembres

• La potabilización de agua

• La depuración de melazas azucaradas

• La fabricación de otros compuestos de calcio

Alrededor de 100 empresas caleras producen de 2 a 3 millones de toneladas anuales de cales, viva hidratada: el 90% procede de las tres zonas que, precisamente, extraen piedras calizas:

• Las sierras del N.O. de Córdoba: Malagueño, La Calera, Dumesnil y Huerta Grande

• La precordillera cuyana: Cañada Honda y Retamito (San Juan) y Capedeville (Mendoza)

• Azul y Olavarría (Bs.As.)

Cemento Portland

Varios siglos antes de Cristo, los romanos descubrieron la “puzzolana” (de Puzzoli, Italia) material mezclado con cal y arena que endurecía cuando se amasaba con agua. Esto experimentaba un fraguado hidráulico porque su transformación es causada por la acción del agua. En 1824 un albañil inglés elaboró un polvo que, empastado con agua, adquiría dureza y coloración grisácea. Como se parecía a las piedras de Portland (Inglaterra), se lo llamó cemento portland.

Composición química y fabricación del cemento portland

Los principales componentes del cemento portland son silicatos de calcio, acompañados de ferroaluminatos de calcio. Los mencionados silicatos se forman por combinación del dióxido de silicio (SiO2) con el óxido de calcio (OCa). Cuando la relación entre los moles de ambos óxidos es 1:1, resulta el silicato monocálcico.

Otros silicatos se obtienen modificando la relación molar. Para1:2 silicato dicálcico y 1:3 silicato tricálcico el más abundante en cemento portland. Los ferroaluminatos son compuestos en los que el óxido férrico y el óxido de aluminio han reaccionado con el óxido de calcio. Habitualmente se prescinde de las verdaderas fórmulas moleculares y se yuxtapone las de los óxidos en las proporciones indicadas:

Las materias primas que suministran los óxidos son

En un principio se buscaron canteras de piedras calizas arcillosas, con 20-40% de arcillas. En la actualidad se explotan por separado calizas y arcillas, mezcladas luego en la proporción adecuada. Las sucesivas etapas de la fabricación son:

• Mezcla y molienda de las materias primas: ambos procesos se cumplen conjuntamente dentro de un gran tambor horizontal giratorio dentro del cual hay bolas metálicas. Los choques pulverizan las materias primas, convertidas en pasta cruda.

Se puede trabajar de dos maneras:

• Cocción de la pasta cruda: de los molinos de las bolas la pasta cruda pasa a los hornos rotatorios de 200 metros de longitud y 10 metros de diámetro. EL tubo tiene su chapa interiormente revestida de ladrillos refractarios. Giran lentamente. Debido a la pendiente, la pasta cruda desciende del extremo superior al inferior. Un quemador genera una larga llama, cuya temperatura se eleva a 1.500ºC.

Primero se deseca la pasta cruda. Después los carbonatos se calcinan. Por último, reaccionan los distintos óxidos. El producto obtenido, llamado clinquer, es negro, duro y granulado. Cae caliente dentro de un sistema enfriador. Los hornos de cemento funcionan ininterrumpidamente con rendimientos de varios miles de toneladas diarias de clinquer.

• Transformación del clinquer en cemento portland: el clinquer se estaciona un mínimo de 15 a 30 días. Luego se muele finamente en un molino de bolas. Durante la molienda se le incorpora un 3% de yeso crudo. Este aditivo regla el tiempo de fraguado.

El cemento molido se conserva dentro de enormes silos, protegido de la humedad ambiente. Se comercializa a granel cuando alguna empresa constructora abocada a la realización de una obra importante compra tonelajes considerables y los almacena en sus propios silos. El usuario al por menor adquiere cemento embolsado. Las bolsas son de papel impermeable conteniendo 50 Kg. netos.

Requisitos exigidos al cemento portland

El cemento portland librado al consumo debe cumplir especificaciones fijadas por el gobierno nacional. Los pliegos de condiciones argentinos datan de 1931, y es Obras Sanitarias de la Nación el organismo que supervisa la calidad, expidiendo certificados de aprobación y practicando controles periódicos.

Los ensayos más importantes son los siguientes:

• Determinación de la finura del polvo: el cemento se tamiza y el polvo grueso que no atraviesa el tamiz se expresa con un porcentaje

• Determinación de la velocidad de fraguado: se amasa cemento con agua en cantidades prefijadas, poniendo en marcha un cronómetro. Cada tanto se pincha la masa semisólida con una aguja fina. Queda completado el endurecimiento cuando ésta ya no penetra. El tiempo mínimo para que se inicie el fraguado es de 45 minutos. El máximo tolerado es de 3 horas.

• Determinación de las resistencias mecánicas: las resistencias mecánicas son dos requisitos esenciales, dado el uso del cemento portland en construcción. Se determinan con piezas de forma y tamaño normalizados a fin de comparar los resultados.

Las resistencias se calculan dividiendo las fuerzas por las respectivas superficies.

• Composición química: los análisis químicos determinan el porcentaje de cada óxido componente. Dichos porcentajes se relacionan con el índice de hidraulicidad, que suma los porcentajes de los óxidos ácidos y los divide por la suma de los óxidos básicos. El índice de hidraulicidad oscila alrededor de 0,6 para el cemento portland común.

Variedades y usos de los cementos

Con cemento portland se hace el cemento armado, una asociación de cemento con arena y pedregullo en la porción 1:3:3. Los ingredientes se amasan con agua y se vierten en un “encofrado” de madera en cuyo interior hay varillas de hierro. En columnas, vigas y losas para techo o para piso, se unen la resistencia a la tracción, derivada del metal. El hormigón se prepara en obra si bien ya hay fábricas que lo venden a granel, listo para ser utilizado.

Para monumentos y detalles ornamentales se fabrica cemento blanco, con menor contenido de óxidos de hierro y dentro de hornos alimentados con gas natural, para que el clinquer no sea contaminado por cenizas. El agregado de pigmentos al cemento blanco lo colorea a voluntad.

Los cementos de endurecimiento rápido tienen un porcentaje más alto de silicato tricálcico. Las piedras calizas utilizadas para la pasta cruda son de gran pureza. Además el clinquer se muele muy finamente. Alcanzan a los tres días la resistencia lograda Por el portland en 28 días. De costo más elevado, aceleran la construcción, interesan en obras como embalses y caminos.

Los cementos aluminosos se elaboran con hornos eléctricos, a elevada temperatura. Contienen mayor porcentaje de óxido de aluminio que el portland. Endurecen con velocidad y no son afectados por el agua de mar. Los cementos aluminosos se emplean en instalaciones portuarias.

El fibrocemento es cemento portland mezclado con fibras de amianto. Es liviano y aislante del calor. Las chapas lisas de fibrocemento sirven para tabiques; las corrugadas, para techos de depósitos y galpones.

La industria del cemento portland en la Argentina

El consumo mundial de cemento portland se eleva a 1.000 millones de toneladas anuales. La U.R.S.S., los EE.UU. y Japón encabezan la nómina. La producción argentina podría totalizar casi 12 millones de toneladas anuales. Desde 1984n supera los 6 millones.

Desde un punto de vista socioeconómico se destacan tres circunstancias:

• La descentralización geográfica que facilita la comercialización en todo el territorio. Con todo, las tres grandes fabricas de las sierras bonaerenses suministran la mitad de la producción nacional y otro 30% procede de cinco fábricas en Córdoba, Mendoza y Entre Ríos.

• La inversión inicial de capital es apreciable, de varios de cientos de millones de dólares solamente para los hornos rotatorios.

• Por el monto de las ventas diarias, así como de sueldos y jornales, la industria del cemento es una de las más importantes entre las no agropecuarias.

Cales hidraulicas

El producto obtenido en la calcinación depende de la composición química de las calizas:

Cuando se trabaja con calizas moderadamente arcillosas, con 10 a 20% de arcillas, resultan cales hidráulicas, intermedias entre cales y cementos.

Fraguan hidráulicamente. Las mezclas preparadas con ellas ofrecen las siguientes ventajas con respecto a las cales comunes:

• Apagan sin desprendimiento de calor

• Se emplean inmediatamente después del apagado

• Entre 3 y 5 días, a partir del apagado, adquieren la misma resistencia que la cal viva a los 30 días

• No son afectadas por la humedad, justificándose su uso en cimientos y piletas

Se conoce media docena de variedades de cales hidráulicas, desde “pobremente” hidráulicas hasta “fuertemente” hidráulicas. Se las diferencia con el índice de hidraulicidad cuyo valor numérico es función del porcentaje de arcillas en la materia prima. Las cales hidráulicas comunes tienen índice de hidraulicidad del orden de 0,35, bastante inferior del cemento portland.

La producción de cales hidráulicas ha disminuido. El albañil prefiere mezclar cal hidratada y cemento portland en proporciones adecuadas. El principal centro productor está en Sierras Bayas (Azul, provincia de Buenos Aires).

Trabajo Practico

de Merceologia

Temas:

Mármoles y piedras calizas

Cales viva, hidratada e hidráulica

Cemento Portland

Cales hidráulicas

Integrantes:

Sosa, José

Sambueza, Santiago

Fecha de entrega: 04/09/01

Hidróxido

de calcio

Carbonato

de calcio

CO2 + H2O + CO3Ca = (CO3H)2Ca

Bicarbonato

de calcio

CO3Ca + 2ClH = Cl2Ca + H2O + CO2(g)

Cloruro

de calcio

CO3Ca = CO2(g) + OCa

Carbonato óxido de

de calcio calcio

En caliente se desplaza hacia la derecha y se denomina calcinación porque se obtiene cal viva.

A baja temperatura se verifica la reacción inversa, hacia la izquierda. La cal viva se carbonata lentamente porque, combinada con el dióxido de carbono atmosférico, regenera el carbonato de calcio.

Hornos discontinuos

Dentro de una cámara de ladrillos refractarios se apilan piedras calizas dejando una cavidad para el combustible. Los gases de combustión circulan por entre las piedras y provocan su descomposición.

verticales

rotatorios

Los hornos continuos protegen los ladrillos refractarios con una chapa externa. Equipos apropiados mueven mecánicamente la materia prima y la cal obtenida.

Los hornos verticales utilizan piedras calizas de mediano tamaño. El combustible es indistinto: leña, fuel oil o gas natural, siendo quemados en hogares laterales.

El tubo cilíndrico del horno rotatorio tiene pendiente suave. Por el extremo superior se carga piedra caliza triturada que avanza hacia la boca de salida donde está ubicado el quemador de fuel oil de gas natural.

Los hornos continuos funcionan sin interrupción: a medida que se extrae cal viva se agregan porciones de piedra caliza. Hay instalaciones capaces de producir 100 o más tn/día.

OCa + H2O = Ca(OH)2

Óxido hidróxido

de calcio de calcio

CO2 + Ca(OH)2 = CO3Ca(pp) + H2O

Las cales grasas fabricadas con piedras calizas de gran pureza, contienen 95% o más de óxido de calcio. Cuando se apagan dan pasta blanca, untuosa y fuertemente adhesiva.

Las cales magras tienen porcentajes de óxido de calcio comprendidos entre el 80 y el 90%. Son amarillentas, apagan mal y no suministran una buena mezcla.

CO3Mg

Carbonato de magnesio

= CO2 +

OMg

Óxido de

magnesio

OMg

Óxido de

magnesio

+ H2O =

Mg (OH)2

Hidróxido de magnesio

OCa + H2O = Ca(OH)2

SiO + OCa = SiO3Ca

1:1 silicato monocálcico SiO2,OCa

1:2 silicato dicálcico SiO2, 2 OCa

1:3 silicato tricálcico SiO2, 3 OCa

1:1:4 ferroaluminato de calcio Fe2O3, Al2O3, 4 OCa

Piedras calizas, cuyo carbonato de calcio descompone en caliente aportando el óxido de calcio requerido

CO3Ca = CO2 + OCa

Dióxido de silicio: SiO2, óxido férrico Fe2O3, y óxido de aluminio Al2O3, proceden de arcillas

En el procedimiento por vía seca, la mezcla y la molienda se efectúan con las materias primas solamente.

En el procedimiento por vía húmeda se mezcla y se muele en presencia de agua.

El cemento portland no enyesado fragua velozmente: a los 5 minutos de empastado con agua endurece. Tiempo tan breve impediría el llenado de los moldes de madera.

El porcentaje apropiado de yeso crudo inicia el fraguado a los 45 minutos de agregar el agua.

La resistencia a la compresión se calcula midiendo la fuerza que causa su ruptura.

Para la resistencia a la tracción se utilizan piezas con forma de 8, estiradas en sentidos contrarios.

Con piedras calizas prácticamente puras se fabrica cal viva.

Con calizas arcillosas —con 20 a 40% de arcillas— se elabora cemento portland.