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Buenas horas, alumnos y alumnas, y bienvenidas a este vídeo en el que vamos a tratar la cerámica como material de construcción. Como es un tema sumamente interesante, te he preparado cuatro vídeos. En este primer vídeo vamos a tratar la etapa de fabricación. En el segundo y tercero hablaremos de la etapa de construcción y en el último completaremos con la etapa de uso en servicio y de fin de vida. Empezamos.
Dentro de la etapa de fabricación voy a empezar con una pequeña definición. Después abordaremos los componentes de la cerámica, el proceso de fabricación y por último las patologías derivadas al proceso de fabricación.
La palabra griega keramiqué significa arcilla, que es el componente principal de la cerámica. La cerámica es como una piedra artificial obtenida por la cocción de arcillas, otros componentes y agua a altas temperaturas, lo que produce un material frágil, duro y resistente a la compresión. Digamos que es la evolución de la Tierra como material de construcción.
Vamos a ver los componentes de la cerámica, que son las arcillas y los aditivos. Como ya vimos en la Tierra, y no me voy a volver a repetirlo, pero te dejo las mismas diapositivas para que las estudies, las arcillas provienen de las rocas sedimentarias y existen de distintos tipos como la caolinita, laita, la esmetita y la y la vermiculita. También sabes que tenemos de distintos colores que van desde aquellas más blancas a las rojizas y también las podemos clasificar según su nivel de plasticidad en arcillas magras, que son las poco plásticas, y las arcillas grasas que son muy plásticas.
Además de las arcillas, el segundo componente de la cerámica son los aditivos. Entre estos aditivos tenemos la arena silicia, que es cuarzo molido y su función es la de rellenar la masa para evitar la retracción incontrolada durante la cocción. Es un componente de elevada dureza y muy económico. También están los feldespatos que funcionan como fundentes, lo que permite activar la cocción a una menor temperatura y ahorrar el en aporte de energía. Por otro por otro lado tenemos los desfloculantes como el carbonato de sodio, que impiden la aglomeración de las partículas artillosas permitiendo alcanzar el estado viscoso de la mezcla con menor contenido de agua. Y por último, las impurezas como los óxidos de hierro o de sodio que nos aportan color a la mezcla.
Aquí puedes ver un pequeño resumen de todos los componentes de la cerámica. Muy bien, vamos a pasar a continuación a describir el proceso de fabricación de la cerámica que se divide en siete pasos.
El primer paso en la fabricación es extraer las materias primas de canteras al aire libre. Las canteras se sitúan cerca de la fábrica para reducir los costes y el impacto ambiental del transporte. Para mantener la calidad se mezclan diferentes tipos de arcillas.
En el segundo paso, una vez extraídas, las arcillas se apilan en capas al aire libre libre para mezclarlas de forma homogénea. Después, los montículos se cortan, desmenuzan y muelen para reducir el tamaño de las partículas que pasan de rocas grandes a el tamaño de una pelota. El material resultante se traslada a una nave fría y oscura llamada pudridero. En esta nave se controla la humedad para limitar el esponjamiento de la arcilla, es decir, la ligera expansión que se produce al absorber agua según la humedad del ambiente. Este proceso asegura que la masa tenga las mismas condiciones de plasticidad, lo que facilitará su posterior manipulación y amasado como una mezcla homogénea.
A continuación se realiza una segunda molienda en un molino de martillos para alcanzar la granulometría deseada, es decir, el tamaño de partícula de arcilla que necesitemos. Una vez homogeneizada la mezcla, se incorporan los aditivos y desengrasantes. La última parte de esta fase de preparación es el amasado. Y para el amasado industrial se utilizan molinos de tornillo, a los que incorporamos agua hasta alcanzar un contenido de humedad del 18 al 25%. El control de humedad durante el amasado es fundamental para garantizar una resistencia mecánica suficiente y conseguir que la pieza preserve su forma durante el secado.
En el tercer paso, una vez elaborada la mezcla de componentes, se procede al conformado de las piezas y este procedimiento puede ser por extrusión o prensado. En el modelo por extrusión, también llamado por conformación hidroplástica, en primer lugar se hace pasar la mezcla por una cámara al vacío para retirar el aire y lograr una mayor compacidad. A continuación, se hace pasar por una cadena con un molde que tiene la sección negativa de la pieza a obtener, que conseguiremos mediante la extrusión. A la salida de la boquilla se cortan las piezas y este sistema es el más habitual y se utiliza para ladrillos, bloques cerámicos y baldosas. En el moldeo por prensado, la mezcla se somete a compactación mediante presión y se suele utilizar para baldosas y ladrillos maizos.
En el cuarto paso del proceso de fabricación se produce el secado. La pieza conformada se denomina producto verde y contiene mucha humedad que hemos añadido para el moldeo. Si este producto verde lo metiéramos directamente en un horno, la evaporación del agua sería tan rápida que provocaría tensiones internas que derivarían en fisuras o incluso en la rotura de la pieza. Por este motivo, incorporamos una fase de secado donde debemos reducir la humedad de la pieza hasta conseguir un valor del 3 al 5%, lo que supone una contracción del volumen de la pieza. Como podemos ver en esta imagen, el secado debe ser controlado para que durante la contracción del material no se produzcan fisuras. En los procesos industrializados se emplean túneles de secado con ventiladores y calefactores para controlar la velocidad de evaporación del agua.
En el paso del acabado se trabaja sobre la apariencia y textura deseada en la pieza previa a su cocción en el horno. Y la cocción es el penúltimo paso del proceso de fabricación de los productos cerámicos. Durante la misma tienen lugar transformaciones físicas y químicas que modifican el producto final. Es decir, que las propiedades de las piezas cerámicas no solo dependen de su composición, sino también de la temperatura de cocción en el proceso de fabricación, que oscila entre los 600 y los 10000º. A mayor temperatura, mayor densidad, mayor resistencia, menos porosidad y menos espesor de la pieza. La mayor parte de los hornos industriales son de tipo continuo o tipo túnel. Este horno consiste en el desplazamiento del material mediante cintas o vagonetas. La cocción se controla a través del tiempo de permanencia en cada una de las áreas del horno.
Existe una relación entre la retracción de la pieza, es decir, la pérdida de volumen y la temperatura de cocción. Durante la cocción se pierde agua, se destruye la estructura cristalina inicial y se forman nuevas fases cristalinas gracias a los procesos de sinterización y vitrificación. Junto con la modificación de la mineralogía, también se modifica la textura superficial y el color, partiendo de una textura rugosa en el producto seco o verde y un color claro a una masa uniforme y homogénea de color más oscuro. La sintetización se inicia a partir de los 450º. En este proceso, con el aumento de temperatura, va aumentando la compactación del material y por tanto también su densidad y resistencia, aunque no llega a fundirse. Sin embargo, a partir de los 900 gr se inicia el proceso de vitrificación. En este proceso, uno de los componentes alcanza su temperatura de fusión, por lo que cambia de estado sólido a líquido. Gracias a su estado líquido, es capaz de rellenar los espacios ocupados por los poros entre los granos sólidos y de esta manera reduce todavía más su porosidad e incrementa la resistencia mecánica del producto final. A partir de los 1100 gr, el componente mineralógico que se forma al finalizar el proceso de cocción es la mullita, que es clave en las cerámicas refractarias, ya que es la que aporta la resistencia mecánica a altas temperaturas.
Terminado el proceso de cocción, se produce el desapilado de los materiales cerámicos procedentes de las vagonetas o cintas y su depósito sobre la línea de empaquetado y plastificado, que sería el último paso del proceso. Una vez empaquetada la cerámica, se almacena a la espera de ser transportada en camiones hasta el hasta el emplazamiento de las obras. Muy bien. Para comprobar que has estado atenta o atento, te invito a que contestes a la siguiente pregunta. Estupendo.
Hemos terminado con el proceso de fabricación y para terminar con este vídeo tan solo nos falta hablar de los procesos patológicos derivados de la fabricación. En la fase de extracción y preparación se debe asegurar una adecuada selección del material y homogeneización de la mezcla. Un defecto posible son los caliches, que consisten en nódulos de cal procedentes del carbonato cálcico que puede tener la materia prima. Este carbonato cálcico al cocerse se convierte en óxido cálcico que en contacto con la humedad se transforma en hidróxido cálcico, aumentando su volumen y provocando tensiones que pueden llegar a descascarillados o a roturas. Visualmente se identifica como unos puntos blancos. Además, en la fase de secado se debe controlar la velocidad de evaporación del agua para evitar fisuras. Por último, en la fase de cocción, la temperatura y el tiempo de exposición a cada temperatura debe estar bien controlada. Un defecto de cocción puede conllevar una menor resistencia mecánica y una mayor porosidad.
Estupendo, ya hemos terminado con la etapa de fabricación de las cerámicas y te invito a que continúes con el próximo vídeo en el que descubrirás la etapa de construcción. Muchísimas gracias por tu atención y hasta pronto.