AGREGADOS LIVIANOS

5/13/2018 AGREGADOS LIVIANOS - slidepdf.com

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ÁÁRIDOS LIGEROSRIDOS LIGEROS



ÁRIDOS LIGEROS

•Son materiales de baja densidad utilizados

normalmente como aislantes térmicos y acústicos ypara la fabricación de hormigones ligeros.

•Pueden ser naturales (escorias volcánicas, pumitas,

etc) o artificiales (materiales geológicos expandidos).•Materiales geológicos + calentamiento rápido ➱

expansión brusca ➱ aumento de volumen ➱ bajadensidad.

•Materiales: Perlita, Vermiculita y Arcillas expandidas.



PERLITA

•Vidrio volcánico de composición ± riolítica, con2-5% de H2O combinada, con cracksconcéntricos (estructura “en cebolla”).

•Su valor comercial es por ser expansivo al calentarla.

•También expanden otros vidrios no perlíticos (p.ej.,obsidianas alteradas).

•Comercialmente, perlita es cualquier roca vítreacapaz de expanderse cuando se calienta.



Aspecto al microscopio petrográfico de una perlita (Nicoles paralelos)



Vista al SEM de una perlita

expandida (www.uralita.com).



Composición de las perlitas

•Obsidiana<1% H2O

•Retinita ≈10% H2O

•Perlita 2-5% H2O (media: 3.83%)•El H2O es agua molecular disuelta en el vidrio(aunque hay algo en forma de hidroxilos).

•Por ⇧Tª brusco (reblandecimiento), H2O ➱

vapor↑ ➱partículas ligeras (≈ pumita artificial)

∆V > 10 veces (incluso 20 veces)

•Tª óptima de expansión: f (% H2O, comp.química)



•Las variaciones de composición afectan:•Punto de reblandecimiento

•Tipo y grado de expansión

•Tamaño de las burbujas•Espesor de las paredes de las burbujas

•Porosidad

•Tª de expansión: 760-1200ºC

•Tiempo de calentamiento: fracciones de segundos aminutos.

•Color: gris claro, castaño, verde, negro

•Inclusiones: Cuarzo, feldespatos, biotita, hornblenda.



Propiedades y usos de la perlita

•Se basa en sus propiedades físicas (y químicas):•Baja densidad aparente (30-320 kg/m3)•Baja conductividad térmica (aislante térmico)•Alta resistencia al fuego•Baja transmisión del sonido (aislante acústico)

•70% de perlita se usa como árido en yesos (pláster).

•15% de perlita se usa para hormigones ligeros (concemento Portland es 20 veces más aislante que elnormal y su baja densidad ahorra acero de la

estructura).

•Otros usos: Paneles aislantes, agricultura, filtro deaguas industriales, refinado de azúcar, farmacia…



•La expansión puede llegar a dar densidadesaparentes de 30 kg/m3 (blando y friable).

•Como árido en yesos (pláster):•Ligero (facilita la aplicación y ahorra en acero)

•Baja conductividad térmica (hasta 10 vecesmenor que la del pláster de arena normal)

•Buen aislante acústico

•Buena resistencia a los esfuerzos•Alta resistencia al fuego.



Aislamiento de

paredes con perlita expandida (http://www.schuma cherinsumos.com.br

/perlita.html)



Especificaciones para su uso

•Según la ASTM:•Perlita en Pláster: 120-240 kg/m3

•Hormigones ligeros: 120-190 kg/m3

•Agricultura: 80-130 kg/m3



Para las distintas aplicaciones la perlita expandidarequiere diferentes densidades de masa típicas (kg/m3):

· Productos terminados como losasacústicas para cielo raso: 56

· Aislantes de baja temperatura: 32-64

· Tablas aislantes para techos: 64· Aislantes de carga de cavidades. 96· Horticultura: 96-128

· Cargas y filtros: 112-192· Estuco y agregados de concreto: 120-136.



Perlita expandida respecto a Pumita

•Hormigón con perlita es menos resistente que el hechocon pumita. Puede utilizarse para esfuerzoscompresivos <140 kg/cm2

•Ventajas del hormigón con perlita:•Es más ligero•Es más aislante•Es más resistente al fuego

•Ventajas en la extracción y procesado:

•Perlita: Arranque + trituración + tamizado +

procesado en horno (transporte en crudo: másbarato que el de la pumita).

•Pumita: directamente de cantera, después de una

clasificación por tamaños.



Características de las perlitas comerciales

•Se puede fabricar el tipo de perlita más adecuadopara una aplicación determinada

•Perlitas más utilizadas:

CALIDADDENSIDAD

(kg/m3)GRANULOME-

TRÍA (mm)COND. TÉRMICA(kcal.m/m2.h.ºC)

B-10 100-120 0-3 0.041-0.044

B-12 100-120 0-5 0.041-0.044

B-13 80-100 3-5 0.039-0.043

B-6 50-70 0-1.5 0.032-0.034

B-9 70-90 0-1.5 0.033-0.036



Características de hormigones aislantes de perlita

1 2 3 4

CEMENTO (kg) 50 50 50 50

PERLITA (l) 125 150 200 250

AGUA (l) 30 36 48 60

AGENTE AIREANTE(l)* 0.2 0.3 0.4 0.5

DENSIDAD (g/cm3) 0.6 0.5 0.4 0.35

Rc28días (kg/cm2) 40 23 13 8

CÓND. TÉRMICA(kcal.m/m2.h.ºC)

0.12 0.09 0.08 0.07

PROPIEDADESHORMIGÓN

SECO

COMPOSICIÓN

*AGENTE AIREANTE: Aditivo orgánico para mejorar las propiedades del hormigón, enespecial su resistencia al hielo (forma vacíos uniformemente distribuidos y nocomunicados).



Origen de las perlitas

• Problemas: - Naturaleza no vesicular - Aparición en grandes masas- Alto contenido en H2O

- No vale decir que es una extrusión enfriada rápidamente apresión atmosférica.

- Teorías:

1. Intrusión bajo cubierta delgada y suficiente P para que nose forme “espuma” (pumita).

2. Intrusión bajo lagos (P de agua impide pumitas)

3. Producto de alteración de otros vidrios y riolitas:- Emplazamiento obsidiana (diques, sills, domos)- Brechificación de la obsidiana

- Introducción de agua y alteración- Alteración de parte de la perlita a minerales arcillosos



Exploración de yacimientos de perlita

•Sólo aparece en vulcanismo “reciente” (Terciario yCuaternario)

•Hay que realizar sondeos para evaluar el yacimiento

•Yacimientos con alternancias de rocas de diferentecomposición, no sirven

•Clasificación:•Perlita viva (Tª de reblandecimiento baja*)

•Perlita muerta (Tª de reblandecimiento alta*)

* Tª reblandecimiento: 1100-1700ºC



Extracción y procesado

• Tres etapas:

1. Arranque: Métodos convencionales

• Si está suelta: bulldozer • Si está consolidada: Perforación + explosivos+algode trituración en cantera.

2. Preparación:• Hay que cuidar mucho el tamaño de las partículas:

trituración, molienda y tamizado

• El tamaño es función de la composición (%H2O) ydel diseño del horno. Típicamente: 0.25-0.025 mm.

3. Expansión en el horno: Hornos horizontales rotatorios u

hornos verticales estacionarios.



Explotación de perlita (http://www.multiperlita.com.ar)



Plantas de Perlita

Barcelona, EspañaEscondido, CaliforniaGreen River, WyomingHessle, Reino UnidoLa Porte, Texas

Milán, ItaliaQuincy, FloridaVicksburg, MichiganWissembourg, FranciaYoungsville, North Carolina

Santiago, Chile

Yacimientos de PerlitaDikili, TurquíaNo Agua, Nuevo México, EEUU

Superior, Arizona, EEUULaguna del Maule, Talca, Chile

(http://www.harborlite.cl/perlita.htm)



VERMICULITA

•Es un grupo de minerales parecidos a las micas enpropiedades y apariencia:

•Exfoliación micácea (filosilicatos)•Dureza Mosh: 1.5-3.0

•Densidad: 2.1-2.8 g/cm3 (media: 2.5 g/cm3)

•Color: bronce, marrón amarillento, negro

•Son 19 especies minerales entre las que destacan laVermiculita y la Jefferisita

•Composición: Silicato de Mg hidratado (con Fe y Al).Se diferencia de las micas por no tener K.



Origen de la Vermiculita

•Aparece asociada a rocas básicas y ultrabásicas (p.ej.,Piroxenitas y Carbonatitas)

•No es hidrotermal como mineral primario

•Suele ser producto de alteración de micas por aguassuperficiales.

•También por alteración hidrotermal de biotita



Ejemplo: Libby District (Montana, EEUU)

• Hay varias concentraciones irregulares (95% devermiculita).

• Hay tránsito gradual a piroxenita y hay masas debiotita dentro de la vermiculita.

1. Pardee y Larsen (1928): La biotita era mineral

primario de la piroxenita y la vermiculita procede desu alteración hidrotermal.

2. Myers (1949): Tanto biotita como vermiculita son

producto de alteración hidrotermal de la piroxenita.3. Roy y Romo(1957): No es alteración hidrotermal,

sinó de reacciones a baja temperatura en la zona

de alteración meteórica.



Propiedades

•Difiere de micas y cloritas por su expansión

•Unos segundos a 800-1000ºC ➱ ∆V 6-20 veces (30)

•La expansión es perpendicular a la exfoliación. En otrasdirecciones no aumenta.

•La expansión es una reacción mecánica de las capas al

pasar el agua a vapor.•Se forman partículas elongadas y curvadas (acordeón).

•La composición química no indica si tiene valor

comercial: hay que someterla a Tª en el horno para verlo.



•Densidad aparente: Expandida: 0.08-0.15 g/cm3

Sin expander: 0.8-1 g/cm3

•Temperatura de reblandecimiento: 1.300 °C.

•Humedad máxima: 7,0 %.

•Coeficiente de absorçión acústica a l.000 Hz: 0,50%.•Baja conductividad térmica (Condutividade térmicamáxima a temp. ambiente: 0,070 W/m.k.)

•Relativamente refractario



Usos de la vermiculita

• 80% va a la industria de la construcción:

•Aislante de relleno (suelto) en paredes, techos, etc.

•Para hormigón ligero: Tiene las mismas ventajasque el hecho con pumita y perlita:

•Fácil de trabajar

•Ahorro de acero de la estructura•Buen aislante térmico y acústico.

•Pláster de yeso-vermiculita (aislante)

•Aislante en refrigeradores, incubadoras, calentadores

•Agricultura



Para preparar 1 m³ de hormigón ligero de Vermiculita Expandida:

Densidaddel

hormigón

ligero(Kg/m³)

VermiculitaExpandidaSuper fina*

(litros)

CementoCP-32(Kg)

Água(litros)

Humedadresiduala los 28

días(%)

Resistenciaa

compresión

a los 28dias(Kg/cm²)

380 1.280 177 652 4 2,4

450 1.320 228 660 4 3,5680 1.400 323 560 6 13

770 1.480 511 488 7 20

950 1.540 1.062 488 9 42

*Vermiculita Expandida superfina:

•Densidad aparente : 110 kg/m³ +/- 20.•Granulometria: Ø = 0,3 mm a 1 mm.



Evaluación de los depósitos

1. Que expanda sin decrepitar, dando partículasresistentes y de color aceptable.• Debe contener poco o nada de biotita y flogopita• Debe tener tamaño de grano aceptable (>0.2 mm)

2. Que la proporción de vermiculita en el yacimiento seamás o menos constante

• Yacimiento muy bueno: 50%• Yacimiento bueno-aceptable: ≈30%• Yacimiento de importancia marginal: 20-30%

• Yacimiento desechable: < 20%3. Debe ser grande para ser explotado a cielo abierto

4. Distancia corta al sitio de consumo



Diagrama de flujo del procesado de la

Vermiculita (Chesterman, 1975)



ARCILLAS Y PIZARRAS EXPANDIDAS

•Algunas arcillas, pizarras y esquistos expanden a 1000-1300ºC dando una masa “celular”.

•El proceso de expansión se debe a dos reacciones

simultáneas:•Escape de gases.•Fusión del material, que atrapa los gases.

•Gases: SO2, CO2, O2, H2 (disociación min. no arcillosos).•Enfriamiento rápido ➱ material poroso de baja densidad

(0.95-1.75 g/cm3).

•Usos: Bloques de hormigón ligero.

•Arcillas y pizarras malas para cerámica y refractarios,

pueden ser buenas para expandidas.



Procedimientos de fabricación•Horno giratorio•Horno de rejilla móvil

•Horno giratorio

•Calentar la sup. del material a 1000-1300ºC (fundeparcialmente).

•La fase vítrea atrapa los gases ➱ estructura porosa

➱ ∆V ➱ <ρ.

•Es necesario que tenga minerales que produzcanlos gases.

•Da calidades muy buenas.



Horno de rejilla móvil

•El material triturado se mezcla con combustible(carbón o coke).

•Al avanzar la carga, se inflama.

•La porosidad se produce por:

•Vacíos creados al quemar el combustible.

•Gases desprendidos por ciertos minerales.•Desprendimiento de la masa parcialmentefundida y fragmentada.

•Este procedimiento no necesita una composicióndeterminada, pero las calidades son inferiores paraigual densidad.



Reacciones que producen el desprendimiento gaseoso

•CO3Ca → CO2 ↑ + CaO (<900ºC)

•C (mat. orgánica) + Fe2O3 → CO2 ↑ + 2FeO (1000ºC)

•FeS2 FeS + S•2FeS + 3O2 2FeO + 2SO2 ↑

•S + O2

SO2

↑

•Min. con (OH)- (vermiculita, anfíboles, micas) sueltan H2Oa 700-750ºC

↓•2FeO + H2O Fe2O3 + H2 ↑



Influencia de la composición mineralógica

•Composición mineralógica influye en:

• Viscosidad de la fase vítrea• Tensión superficial

•Arcillas illíticas son favorables (largo intervalo de vitrificación)

•Arcillas montmorilloníticas y con clorita pueden servir

•Arcillas caoliníticas o con halloisita son demasiado refractarias



•Feldespatos: disminuyen la expansión (impiden laaparición brusca de la fase vítrea).

•Carbonatos alcalinotérreos: provocan fusión importante,pero si hay >8%, disminuyen la expansión.

•Cuarzo (>10 µm): puede ser algo beneficioso (aumenta latensión superficial y se opone al escape de gases).Inconveniente: aumenta la densidad de los granos y,además, puede romper el árido en el tránsito αβ (573ºC)



Influencia de la granulometría

•Más activos cuanto más finos sean.

•La presencia de Calcita y Minerales de Fe gruesoshace que no se combinen totalmente con la arcilla,produciendo óxidos, que, con el agua incrementansu volumen.

•El tamaño de grano recomendable es <100 µm.

•Elementos coloidales (<0.1 µm) hacen que el

material sea más impermeable a los gases y seproduce una mayor retención de ellos.



Selección de materias primas

•Análisis químicos y de Rayos X no bastan.

•Arcillas buenas:•Impurezas no arcillosas: Ø < 150 µm•Óxidos de Fe > 5%•Con illita y Montmorillonita•Sin caolinita•Presencia de materia orgánica

•Presencia de elementos coloidales (ópalo,calcedonia, ceolitas)



•Lo más importante es que sean arcillas no calcáreas(<8%)

•Otros requisitos:•Ausencia de minerales difíciles de triturar (<25%)•Ausencia de nódulos de CaCO3•Color de la arcilla:

•Roja: Fe2O3

•Verde: Illita, bentonita•Grises y negras: Materia orgánica (buenas)•Buena plasticidad

•Expansión artificial: añadiendo productosgeneradores de gases (CaCO3 <40 µm, piritatriturada, etc)

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