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Algunos aspectos tecnológicos de la fabricación de ladrillos
A. GARCIA VERDUCH L. DEL OLMO GUILLEN Instituto de Cerámica y Vidrio Arganda del Rey (Madrid)
RESUMEN
En el presente artículo se revisan algunos problemas generales de la industria de materiales cerámicos de construcción, y al mismo tiempo se señalan las tendencias que en el momento actual parecen predominar en dicha industria.
Después de algunas observaciones acerca de los procesos básicos de fabricación, se analizan las propiedades de color y textura desde el punto de vista de producción y mercados. También se dedica alguna atención a los problemas de transporte en esta industria.
Bajo la denominación de materiales especiales se describen los áridos ligeros de arcilla y los granulos usados en la producción de materiales asfálticos de cobertura.
Por último, se sugieren las líneas generales de investigación que debe seguir !a industria de materiales cerámicos de construcción para asegurar sus mercados frente a los productos competidores.
In the present article some general problems and tendencies of the ceramic building materials industry are rewied.
After some observations on the basic process of manufacture, the properties of colour and texture are analyzed from the points of view of production and market demand. Some attention has also been paid to the problems of transportation in said industry.
The clay lightweight aggregates and the roofing granules are described under the denomination of special materials.
Finally, a few general lines of research are suggested that sould be followed by the industry of ceramic building materials, in orden to defend their market position against competitive products. SUMMARY
Dans le présent article on révise quelques problèmes généraux de l'industrie des matériaux céramiques de construction, et en même temps on signale les tendances qui actuellement semblent prédominer dans la dite industrie.
Après quelques observations au sujet des opérations basiques de fabrication, on analyse les propriétés de couleur et texture au point de vue production et marchés. On consacre également quelque attention aux problèmes de transport dans cette industrie.
Sous la dénomination de matériaux spéciaux se décrivent les produits d'argile expansée et les granules usés dans la production des matériaux en asphalte de couverture.
Finalement, on suggère les lignes générales d'investigation que doit suivre l'industrie de matériaux céramiques de construction pour assurer ses marchés face aux produits
RÉSUMÉ concurrents.
Im vorliegenden Artikel werden einige allgemeine Probleme der Industrie für keramische Baumateriale erörter und zur gleichen Zeit werden die Tendenzen angezeigt, die augenblicklich in der besagten Industrie vorzuherrschen scheinen.
Nach einigen Betrachtungen über die grundsätzlichen Herstellungsvorgänge werden die Färb— und Textur, eigenschaften sowie vom Gesichtspunkt der Produktion als auch des Marktes analysiert. Auch den in dieser Industrie bestehenden Transportproblemen wird einige Aufmerksamkeit geschenkt.
Unter der Bezeichnung Spezialmateriale werden die leichten Tonzuschläge und die Körner beschrieben, die in der Herstellung von Deckasphaltmaterialen angewand werden.
Zum Schluss werden die allgemeinen Linien der Forschung vorgeschlagen, die von der Industrie für keramische Baumateriale unternommen werden müssen, um sich in Verteidigung gegen die Konkurrenzerzeugnisse auf dem Markt erhalten zu können. ZUSAMMENFASSUNG
1. INTRODUCCIÓN
Antiguamente solía decirse que para iniciar la producción de tejas o ladrillos, lo único que hacía falta era una azada, veinte duros y una muía. Con
el debido respeto hacia los millares de beneméritas industrias familiares montadas sobre estos principios, que aún subsisten en nuestros días, hemos de notar que la presente producción de materiales cerámicos de construcción ha adqui-
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rido ya el rango de industria moderna, y se halla en un grado de avance muy superior al que adquirió durante el desarrollo de la revolución industrial en las últimas décadas del siglo pasado y primeras del presente.
No es nuestro propósito el trazar un bosquejo de la evolución y perfeccionamiento de los distintos procesos de integran la fabricación de los materiales cerámicos de construcción. Estamos seguros de que la narración de sus orígenes nos ofrecería un magnífico anecdotario y una variada selección de vidas ejemplares en el progreso industrial, pero preferimos limitar nuestro espacio a señalar algunos puntos salientes en el estado actual de esta industria.
2. MATERIAS PRIMAS Y MEZCLADO
Si hubiésemos de elegir el problema más agudo de este tipo de industria nos decidiríamos sin duda por la variabilidad en la composición y naturaleza de las materias primas empleadas. Este es un tropiezo que, en general, encuentran todas las industrias, pero en el caso de la industria de la arcilla, en que la limitación impuesta por los precios de venta hace impracticable una preparación laboriosa de las materias primas, el problema se hace más acusado. A propósito de esto, comentaba con humor un industrial norteamericano: "A pesar de todo tenemos suerte, pues aparte de las variaciones de composición que se observan a lo largo de cada jornada, no podemos esperar más de trescientas sesenta y cinco variaciones importantes al año". Sin temor a exagerar podríamos decir que el 95 % de los quebraderos de cabeza del ladrillero tienen su origen en la cantera.
Los efectos de las variaciones de composición pueden solamente mitigarse con un control riguroso de la arcilla, dirigiendo especial atención hacia minerales accesorios tales como piritas, yeso, calcita, dolomita, etc. y materia orgánica.
La variación de contenido en minerales accesorios y materia orgánica puede ocasionar grandes cambios en la calidad del producto final si no se reajustan adecuadamente las condiciones de cocción de las piezas (atmósfera y programa térmico).
El tiempo, la temperatura y la atmósfera requeridos para lograr la oxidación de la materia orgánica y de algunos minerales, y la descomposición o reacción de otros, como sulfates y carbonates, han de fijarse de acuerdo con los relativos contenidos de dichas sustancias accesorias y con las condiciones geométricas de las piezas y del apilamiento de las mismas dentro del horno. Ya son bien conocidos los efectos, a veces desastrosos, que se obtienen cuando se alcanza la temperatura máxima
de cocción en un tiempo insuficiente para que las reacciones de maduración de las piezas se desarrollen completamente.
El conocimiento del contenido en sustancias no arcillosas nos puede orientar también acerca de las curas que, por adición u otros métodos, es conveniente hacer para evitar en lo posible efectos tales como eflorescencia, obscurecimiento del interior de los ladrillos, aparición de colores extraños en la superficie, etc.
No debe pasarse por alto que tras una producción deficiente pueden ocultarse males tan traidores como la eflorescencia en todas sus modalidades y el hinchamiento en servicio. Estos son defectos que no ve el que vende el ladrillo. Los ve el que lo compra después de un largo tiempo, pero no suficientemente largo para olvidar dónde lo compró.
Cuando se van a utilizar métodos de extrusión o prensado para la fabricación de las piezas, se hace también indispensable una cuidadosa determinación del contenido inicial de agua de la arcilla, a fin de poder ajusfar adecuadamente el contenido final de humedad de la pasta. Pequeñas variaciones en la humedad de la pasta de extrusión pueden alterar seriamente las condiciones de trabajo de la máquina por variación de la fricción y resistencia al flujo, así como también algunas propiedades importantes de las piezas moldeadas, como son contracción y textura. Si se trabaja con extrusión a vacío, es también esencial mantener el mismo grado de deaireación.
Como después comentaremos, existe la tendencia a utilizar para la extrusión menores contenidos de humedad (con o sin adición de aglomerantes y lubricantes) y máquinas más potentes. Evidentemente, al disminuir el contenido total de agua de la pasta, se hace necesario un control más estrecho de la humedad, lo cual lleva anejo el diseño de sistemas más exactos de dosificación.
La operación de mezclado del agua con la arcilla tiene más importancia de lo que en general se supone, ya que incluye, por una parte, el concepto de dosificación y, por otra, el concepto de adecuada distribución del agua en la masa arcillosa. La adición del agua a la arcilla no es —por supuesto— una operación tan sencilla como echar agua en un vaso vacío. La experiencia ganada en un fábrica durante las operaciones de moldeo y secado, aconseja que la masa deba tener un determinado grado de humedad para ser moldeada. Ahora bien, la arcilla que viene de la cantera no está seca, y el grado de humedad que contiene varía de unos días a otros según las condiciones meteorológicas y según se hayan realizado las operaciones de extracción, transporte y almacenaje. La cantidad de agua a añadir para alcanzar el grado de humedad deseado
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depende del contenido de humedad que inicialmen-te posee la arcilla. Vemos, pues, lo importante que es determinar con frecuencia la humedad de la arcilla que entra en la línea de fabricación.
Hemos dicho que, además del problema de la dosificación, existe el problema de la distribución del agua en el seno de la propia masa arcillosa. Como es conocido, las interacciones del agua y la arcilla son complejas, y esta complejidad aumenta en e! caso de bajos y moderados contenidos de humedad, como es el caso de la arcilla para ladrillería en sus distintas etapas de preparación. Por otra parte, los procesos de migración del agua para ocupar sus posiciones de equilibrio no se producen instantáneamente, sino que requieren algún tiempo. La ocupación de los finos intersticios por el agua puede producirse por desplazamiento capilar y también por el mecanismo de evaporación en unos lugares y condensación en otros.
Las propiedades plásticas de las masas arcillosas dependen no sólo de su contenido en agua, sino también de las posiciones que ocupa el agua con respecto a las partículas arcillosas.
Cuando se humidifica la arcilla seca por adición de agua líquida, existe la tendencia a la formación de agregados de partículas mantenidas juntas por tensión superficial de una película acuosa común que fas envuelve. Según una de las teorías de la plasticidad, el comportamiento plástico de la arcilla está relacionado con la existencia de dichas películas envolventes. Un experimento sencillo realizado para apoyar esta teoría es el siguiente: Se introduce en un globo de goma una cierta cantidad de arcilla seca finamente pulverizada. Se hace el vacío y se cierra herméticamente. Este globo que contiene la arcilla se puede moldear con las manos como si fuese una masa plástica. Es evidente que este sistema arcilla-goma tiene un parecido formal con el sistema de partículas de arcilla envueltas por películas de agua. Según la mencionada teoría, el comportamiento a la deformación de las masas arcillosas está relacionado con la naturaleza y propiedades de las películas acuosas existentes en las mismas.
En un mezclado rápido de arcilla seca con agua líquida fría, obtendríamos muy probablemente estos minúsculos agregados de partículas "secas" envueltos por películas acuosas. Ahora bien, dichos conjuntos representan estados metastables que tienden a evolucionar hacia estados más estables por desplazamiento del agua de la película hacia posiciones más favorables desde el punto de vista energético (posiciones interlaminares, finos capilares, etc.). La migración de esta agua, bien sea en estado líquido o en fase vapor, hacia esos intersticios más recónditos puede significar la rotura y
desaparición más o menos completa de las películas iniciales de agua, y la modificación de las propiedades reológicas del sistema. Estos razonamientos son especialmente aplicables a sistemas con bajos contenidos en agua.
En los llamados pudrideros de la arcilla que poseen algunas fábricas, el material extraído de la cantera es parcialmente humidificado y almacenado hasta su utilización. Aparte de otras razones prácticas, en dichos pudrideros la arcilla tiene oportunidad de situar el agua en sus posiciones más estables, mediante los lentos procesos de evaporación-condensación. Conviene tener presente que en estos silos de almacenaje no se consiguen los efecos de "podrido" que se obtenían en las pastas de porcelana, según la antigua práctica.
3. SEGADO Y COCCIÓN
Si comparamos los progresos realizados últimamente en los distintos procesos que intervienen en la producción de materiales cerámicos de construcción, veremos que el proceso de secado no ha sido el más favorecido.
La meta de todo industrial es secar lo más rápidamente posible que permita la seguridad de las piezas, y al mismo tiempo hacerlo de la forma más económica. Las características de composición y geometría de las piezas a secar imponen unas velocidades máximas de secado que no se pueden sobrepasar sin riesgo de deteriorar el producto.
En relación con el secado, los fabricantes de ladrillos deben considerar los siguientes puntos:
a) Diseño de secaderos que se adapten a la secuencia real de procesos que tienen lugar durante el secado de las piezas cerámicas
b) Mejora de la eficacia y economía de funcionamiento de los secaderos.
c) Posibilidad de reducir la cantidad de agua a evaporar utilizando pastas menos húmedas y métodos de moldeo más potentes.
Los secaderos cerámicos deben poseer un régimen de funcionamiento que permita secar las piezas sin producir daños a las mismas. Para conseguir esto es necesario conocer profundamente la secuencia de procesos que tiene lugar durante el secado cerámico —considerado en su aspecto general— y, además, tener presente el comportamiento específico de las piezas que se vayan a secar, tanto en lo que concierne a la composición de su masa, como a su propia geometría. No se trata, pues, de una simple operación de eliminación de agua, como sería la evaporación del agua contenida en un vaso. Antes decíamos que el mezclado
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del agua y la arcilla era una operación compleja. Ahora, que nos encontramos en el caso opuesto, volvemos a decir lo mismo. En el caso del mezclado del agua y la arcilla, la operación, aunque compleja, se realizaba cuando el material aún no había adquirido su forma definitiva. Era una masa informe. Ahora, que tratamos de separar el agua de la arcilla, nos encontramos con una gama análoga de procesos, agravada por la existencia en la masa de fuertes orientaciones de las partículas anisodi-mensionales, impuestas durante el moldeo, y por unas formas geométricas y una integridad mecánica de las piezas que hay que respetar a toda costa.
Este concepto debe quedar absolutamente claro y, por ello, nos permitimos subrayar que el secadero cerámico no debe utilizarse para llevar a cabo la operación: Agua líquida, más calor, igual a vapor de agua que se va, sino más bien para la siguiente: Pieza cerámica húmeda, más calor, igual a pieza cerámica seca hasta un grado de humedad predeterminado y constante, exenta de debilitamientos mecánicos (y, por supuesto, de fisuras) y en posesión de una geometría no empañada por deformaciones, más vapor de agua que se va.
La seguridad de las piezas también puede estar en peligro cuando se utilizan gases del horno para el secado, ya que los compuestos de azufre que a menudo contienen pueden ser la causa de que el ladrillo muestre eflorescencias después de cocido. Ha sido comprobado que, en igualdad de circunstancias, los ladrillos que se han secado en atmósferas sulfurosas muestran mayor aptitud a la eflorescencia que los que han sido secados en atmósfera limpia.
La reducción de la humedad inicial de las piezas supone, por una parte, un mayor consumo de energía en los procesos de extrusión o prensado, junto a un mayor deterioro de troqueles, pero, por otra parte, ofrece dos ventajas interesantes: a) Mayor rapidez y economía en el secado, y b) Mayor resistencia en verde y seco de las piezas, lo que supone una reducción de las pérdidas por rotura en el manejo de las piezas crudas, y también la posibilidad de poder apilar las piezas verdes en los vagones del horno, qn la misma disposición que han de tener durante la cocción, y verificar el secado, y la cocción en los mismos vagones. Esto, evidentemente, puede producir un considerable ahorro de mano de obra.
Contra la extendida y conocida práctica de verificar la última fase del secado en el propio horno de cocción, la opinión actual favorece la idea de realizar absolutamente todo el secado en los secaderos. Esto supone —aparte del secado común en aire a temperaturas relativamente bajas— un precocido a temperaturas de 150''-200''C, necesario
para eliminar los últimos vestigios de humedad. Una vez realizado este precocido, las piezas entran en el horno, y allí pueden, sin peligro alguno, seguir un rápido programa de calentamiento hasta llegar a las temperaturas correspondientes a la zona de maduración, donde necesariamente hay que establecer una velocidad de calentamiento muy reducida. Con la implantación del precocido, el rendimiento del horno aumenta considerablemente.
Desde muy antiguo se conocía el refrán: "No hay peor secadero que el horno", y a pesar de ello ha sido práctica común —y aún lo es en la actualidad— el introducir las piezas en el horno cuando todavía contienen peligrosas cantidades de humedad.
La introducción en el horno de piezas frías no completamente secas —bien sea debido a insuficiencia de secado o a que las piezas, después de secas, han reabsorbido humedad de la atmósfera— pueden dar origen a la formación de grietas e in-incluso, en algunos casos, al reventado violento de las piezas.
En cierto modo, parece lógico pensar que si las piezas entran algo húmedas en el horno, ya tendrán ocasión de secarse allí sobradamente. Y ésto es cierto, porque las piezas acabarán secándose. Ahora bien, lo que ya no está tan claro es lo que les ocurrirá a las piezas cuando se sequen. Para comprender el fenómeno imaginemos una pieza fría, conteniendo pequeñas cantidades de humedad, que entra en el horno. Supongamos que esta humedad está distribuida en la pieza de forma homogénea, pero sin interrumpir la continuidad de los poros abiertos. Como es natural, la pieza se va calentando desde fuera hacia dentro, de modo que, durante el ciclo de calentamiento, las caras del ladrillo están siempre más calientes que su interior. Así ocurre que el agua vaporizada en las proximidades de la superficie de la pieza tiende a migrar en fase vapor y a condensarse en ios poros interiores en donde la temperatura es menor. Así continúa el proceso, evaporándose el agua en zonas más externas y condensándose en el núcleo de la pieza. De este modo resulta que la pequeña cantidad de agua que contenía inicialmente la pieza acaba condensándose en un reducido volumen interior. Al avanzar el proceso de calentamiento se llega inevitablemente a alcanzar en e! interior de la pieza una temperatura suficientemente elevada para vaporizar bruscamente el reducto de agua. El daño que sufra la pieza dependerá de la cantidad de agua acumulada, de la velocidad de aumento de la temperatura, de la apertura de la red capilar, de la propia resistencia mecánica de la pieza, etc.
Cuando en el horno existen piezas húmedas, hay
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que elevar la temperatura muy despacio al principio, porque el horno está cumpliendo funciones de secadero. Al mismo tiempo, como ya se ha indicado, la interacción de los gases sulfurosos del horno con las piezas húmedas puede exacerbar la aptitud a la eflorescencia de los ladrillos cocidos.
Los fenómenos que acabamos de describir nos hacen meditar sobre la importancia de la rehidra-tación de los ladrillos secos, sobre todo en tiempo húmedo y en aquellos casos en que se dejan reservas de ladrillos secos para alimentar el horno durante el fin de semana.
Pasemos ahora a hacer algunas consideraciones acerca de la cocción en hornos túnel. La curva de temperatura —en sentido longitudinal— más idealizada tendría una rama creciendo suavemente hasta llegar al "plateau" central, y a partir de él descendería, sin variaciones bruscas de pendiente, hasta la salida del horno. Desgraciadamente este tipo de programa térmico idealizado no tiene aplicación alguna en los hornos para cerámica. Si se nos permitiese hacer una comparación diríamos que cada producto necesita su traje a la medida. En la zona de temperaturas en que un producto puede soportar un régimen de calentamiento o enfriamiento rápido, no resultan económicas las bajas velocidades de calentamiento o enfriamiento. Por el contrario, cuando el producto está sufriendo ciertas transformaciones, las variaciones rápidas de temperatura pueden ser catastróficas.
Cuando se proyecta la construcción de un horno túnel para la cocción de ladrillos, se hace necesario el estudio cuidadoso del yacimiento para conocer las variaciones máximas de composición que pueden esperarse a lo largo de los posibles años de explotación. De acuerdo con el comportamiento térmico medio de las muestras extraídas, y de la producción deseada, es posible hacer el diseño más adecuado para el horno túnel, dejando un margen de variabilidad para reajustar el programa térmico de acuerdo con las sucesivas variaciones de composición de las materias primas.
Al hacer el estudio de las materias primas hay que tener presente que en la zona de calentamiento son especialmente importantes las transformaciones químicas, principalmente aquellas que se desarrollan con desprendimiento de gases, y sus respectivas velocidades (oxidación de materia orgánica, descomposición y oxidación de sulfures, reacciones de sulfates y carbonates con los silicatos de la arcilla, deshidrataciones, etc.). En la zona de máxima temperatura juegan un papel importante reacciones sin evolución de gases, recristalización, sinterización y formación de fases vitreas. En la zona de enfriamiento pueden esperarse algunas inversiones cristalinas, pero en general la actividad
química del sistema ha disminuido grandemente, y los factores esenciales a considerar son de orden físico, como coeficientes de dilatación, módulos de elasticidad, resistencia mecánica, etc.
El cálculo y ajuste de una adecuada curva longitudinal de temperatura a lo largo del horno, serían prácticamente inútiles si al mismo tiempo no se lograse una homogeneidad transversal de temperaturas, especialmente según el eje vertical.
Las diferencias de temperatura de base a bóveda constituyen uno de los problemas más serios que se presentan en la operación de un horno túnel.
En los últimos años se han construido hornos túnel industriales con curvas de temperatura de las partes alta y baja muy próximas entre si. Esto se ha logrado mediante diseños adecuados y con la ayuda de potentes sistemas de ventilación.
Otro de los importantes avances realizados en la operación de hornos túnel se refiere al tipo de rodamiento de los vagones, y a los lubricantes de alta temperatura, que permiten reducir considerablemente la fuerza de arrastre del tren de cocción.
4. C O L O R
La industria ladrillera está experimentando serias conmociones en nuestros días, debido al avance vertiginoso de otras industrias de materiales de construcción y a la constante modificación de las técnicas de construir.
La primera de estas conmociones se produjo cuando las estructuras de hierro o de hormigón se hicieron plenamente responsables de la carga de las construcciones. Ello trajo como consecuencia inmediata una desvalorización de las propiedades mecánicas del ladrillo, con la consiguiente revalorización de propiedades tales como ligereza, aislamiento térmico y acústico, belleza, etc.
Por otra parte, el incremento y mejora de otros materiales de construcción, como bloques de hormigón, metales, vidrios, plásticos, etc., han sido un poderoso acicate para la creación de nuevas formas, texturas y colores en los materiales cerámicos de construcción. No queremos manifestar en estas líneas temor alguno por el futuro de la industria de materiales cerámicos de construcción, pero sí queremos apuntar la necesidad en que se encuentra de revisar sus métodos clásicos para adaptarse a las nuevas tendencias. Ahora ha de competir en belleza, flexibilidad de uso, constancia de dimensiones, ligereza, precio, etc., con una creciente avalancha de nuevos materiales de construcción.
Nunca se ha negado la belleza de las construcciones de ladrillo, pero con frecuencia se ha acha-
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cado a estos materiales falta de constancia en el color y dimensiones, y textura superficial pobre, a veces empeorada por eflorescencias y otros defectos comunes.
La arquitectura actual ha desbordado el confinamiento en que la recluían unos materiales de construcción poco variados y de baja calidad, para lanzarse a atrevidas aventuras de forma, color y dimensiones. Las condiciones de flexibilidad de formas, variación de color y textura, y garantía de calidad, exigidas a los materiales de construcción son cada vez más abrumadoras, y los fabricantes de estos materiales han de esforzarse en una continua mejora de la calidad y reproducibilidad de sus productos.
Los productos de tierra cocida ofrecen una gran gama de tonalidades y colores que los hacen apropiados para su uso como materiales decorativos.
Desde el punto de vista de su aplicación a la construcción es aceptable, e incluso deseable en muchos casos, la existencia de distintas tonalidades de color que, indudablemente, exaltan la belleza de la construcción, evitando la excesiva monotonía derivada de la homogeneidad de color. Esta consideración nos podría conducir a la conclusión errónea de que el control y reproducibilidad del color en la fabricación de ladrillos es un factor de menor importancia. Es cierto que una razonable dispersión de color es deseable, siempre que la misma dispersión pueda mantenerse a lo largo de toda la construcción, o al menos pueda controlarse para satisfacer la idea estética del arquitecto. Lo que no puede aceptarse de ninguna forma son las variaciones globales de color de las distintas partidas de ladrillos que llegan al pie de la obra, originadas por deficiente constancia de condiciones en la cocción de las distintas hornadas. Hemos de dejar bien claro, pues, que el constructor exige o constancia de color, o variabilidad controlada del mismo según ciertas especificaciones, y ninguna de estas dos posibilidades deja al fabricante mucho resquicio para factores de azar.
Otra de las situaciones que ha de afrontar el fabricante es la demanda de nuevas partidas para ampliación de edificios que fueron construidos hace tiempo con ladrillos de su fábrica. Evidentemente, es más fácil para el arquitecto armonizar sus planos con los del edificio existente, que para el fabricante de ladrillos producir nuevas partidas indiscernibles en color y textura con los ya existentes en la pared.
El constituyente que más comúnmente imparte color a los productos de tierra cocida es el hierro en sus distintos grados de oxidación, bien en forma de minerales bien definidos o en forma de soluciones sólidas. Está demostrado, por ejemplo, que la
solubilidad del óxido férrico en mullita es muy elevada, y que el color de dichas soluciones sólidas varía profundamente con la concentración. Por otra parte, también se ha demostrado que el óxido ferroso no es soluble en dicho silicato. Teniendo en cuenta que la formación de esta solución sólida y la existencia de microcristales de óxido férrico son factores esenciales en la formación del color de los ladrillos, es fácil imaginarse el efecto que sobre dicho color ha de tener la atmósfera oxidante o reductora del horno.
Sin entrar en consideraciones más detalladas acerca del origen del color en los ladrillos, queremos dejar bien sentado que las variables esenciales que hay que controlar son: composición, temperatura y atmósfera del horno. Teniendo en cuenta por una parte, que la composición está prácticamente fijada por la materia prima empleada, y por otra, que el programa térmico está también estrechamente fijado teniendo en cuenta las condiciones más económicas en que se puede cocer la pieza, libre de peligro, quedan, como variables esenciales, a manejar, la atmósfera del horno y la posibilidad de incorporar algunos aditivos.
Independientemente del color que quiera conseguirse en el producto final, durante la fase de maduración ordinariamente se emplea una atmósfera oxidante. No hay que olvidar que el mantenimiento de una atmósfera oxidante supone el paso por el horno y calentamiento de un exceso de aire y, por tanto, razones económicas aconsejan no extremar las condiciones oxidantes más de lo necesario para lograr una oxidación del producto en un tiempo razonablemente corto.
Una vez lograda la oxidación y maduración del producto, es cuando hay que decidir el color que va a tener el producto final, por adecuada variación de la atmósfera. En algunas plantas es práctica común el reducir considerablemente la entrada de aire para crear una fuerte atmósfera reductora, y después comenzar el enfriamiento en atmósfera neutra o ligeramente reductora. Evidentemente, el programa a seguir está condicionado por el producto que se está cociendo y por las tonalidades de color que se desean conseguir. De todas formas no hay que perder de vista que el mantenimiento de una atmósfera reductora también supone un coste adicional, debido al incompleto aprovechamiento del combustible.
Otra práctica ya de antiguo conocida y aún hoy extensamente empleada es la adición, en la fase de máxima temperatura, de ciertas cantidades de sal común mezclada con óxidos, tales como los de zinc o manganeso. Este tipo de tratamiento superficial del ladrillo puede realizarse en los hornos discontinuos.
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Si se observa la descarga de un horno discontinuo, podrá apreciarse una considerable variación de color de los ladrillos, según la posición que han ocupado en el apilamiento. Por una parte, la homogeneidad de temperatura ha sido pobre, y por otra, si el apilamiento ha sido muy compacto, la composición de la atmósfera también ha sido muy heterogénea. Si el material tiene un corto margen de cocción, como es, por ejemplo, el caso de materiales con alto contenido en calcio, podrá observarse también que los ladrillos de la base del apilamiento muestran claros signos de insuficiente cocción.
Por un adecuado diseño del horno, controlando cuidadosamente el sistema de ventilación y el combustible empleado, y estableciendo un conveniente apilado de la carga —aún a expensas de reducir la capacidad útil del horno— pueden lograrse resultados mucho más homogéneos, o al menos más reproducibles. Por grado de reproduci-bilidad entendemos la variación que de hornada a hornada sufre la relativa distribución de colores.
La situación que encontramos en un horno túnel es bastante diferente en lo que concierne al control de la atmósfera. Debido a que todo él constituye una unidad continua, y a la existencia de un sistema de corrientes gaseosas especialmente diseñado para conseguir una adecuada distribución de temperaturas, resulta difícil —aunque no imposible— el establecer, de forma estacionaria, distintos tipos de atmósfera en las distintas secciones del horno. Esto obliga, en general, a cocer los productos entre márgenes de composición atmosférica muy estrechos. La relativa rigidez en las condiciones de atmósfera tiene una repercusión favorable en la homogeneidad de color de los productos terminados, pero al mismo tiempo dificulta la explotación de toda la potencialidad de color de los ladrillos, que podría revelarse en otras condiciones distintas de oxidación.
Resumiendo, vemos que un horno discontinuo bien diseñado y operado puede proporcionar ladrillos con una cierta distribución de color dentro del apilamiento, pero casi constante de hornada a hornada. El horno túnel, por el contrario, tiende a producir ladrillos con gran constancia de color.
Según hemos visto anteriormente, el constructor normalmente pide ladrillos del mismo color, o de distinto color, pero en proporciones constantes. A la vista del comportamiento de ambos tipos de hornos, parece inmediato pensar que el horno túnel puede servir la primera exigencia, y el discontinuo la segunda. Esto es en general cierto, pero debemos hacer algunos comentarios.
En primer lugar, el constructor —aunque intere-resado en todos los colores que aparecen en cada operación del horno discontinuo— puede objetar
sus relativas proporciones, o juzgar insuficiente el mezclado que espontáneamente se origina en las operaciones de descarga del horno y transporte. La selección de colores o mezclado de los mismos al pie de obra es una operación que el constructor no admite.
Por otra parte, la demanda actual de ladrillos de distintos colores, debidamente mezclados en proporciones fijas, puede llegar a ser superior a la de ladrillos de igual color, lo cual obliga a pensar en la coloración artificial de la superficie de los ladrillos cocidos en horno túnel, y un posterior mezclado de los mismos en las proporciones requeridas.
El panorama global podría resumirse de la siguiente forma: Los fabricantes que poseen horno túnel tratan de producir ladrillos de distintos colores (por coloración superficial o en masa) para después verificar su mezclado según las especificaciones del constructor. Los fabricantes que utilizan hornos discontinuos, aparte de vigilar la reproduci-bilidad de su producción, tratan de verificar adecuadas operaciones de mezclado. Un avance en este sentido es la utilización de equipo dotado con ojo electrónico para realizar la separación por colores de los ladrillos de cada hornada, a fin de poderlos vender en lotes del mismo color, o bien remezclarlos en proporciones preestablecidas.
5. T E X T U R A
En los últimos años se está observando una creciente demanda de ladrillos con superficies textu-radas según formas más o menos geométricas. Las razones para esta demanda son puramente estéticas y, consecuentemente, los principales consumidores son los constructores de edificios residenciales.
Por texturación entendemos todas aquellas modificaciones que intencionadamente se introducen en el relieve de la superficie del ladrillo con el fin de mejorar su valor ornamental. Estas modificaciones del relieve pueden ser de cierta perfección geométrica, pero por lo general se tiende a huir de una perfección excesiva, para dar cabida a una serie de relieves caprichosos que responden a una misma concepción estética.
En el caso de ladrillos prensados, el relieve ornamental puede ser estampado por el troquel, aunque esto no es práctica común, y solamente se utiliza en algunos tipos especiales. La razón es que en el ladrillo común, el estampado debe ir en una cara lateral, y en el proceso normal de prensado —sobre todo en ladrillo perforado— esto es casi de todo punto impracticable.
Los métodos generales de texturación son especialmente aplicables a la producción por extrusión.
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Son muchos los dispositivos propuestos para este fin, pero el detalle de los mismos es conservado con celo por sus propietarios. El proceso de textu-ración se verifica a la salida de la columna de extrusión, y los dibujos pueden ser longitudinales, transversales u oscilantes. Dentro de estas tres posibilidades generales, la textura puede lograrse por arañado, por indentación, o por algún método especial, como por ejemplo, utilizando rodillos estampadores que levantan pasta en unos lugares de la superficie y la depositan y comprimen en otros. En este último procedimiento existe el peligro de que la pasta recolocada en la superficie muestre poca adherencia, pero este problema puede resolverse en la mayoría de los casos por ligera humidi-ficación o por variación de la presión de los rodillos estampadores.
Otro tipo de texturación —especialmente aplicable a ladrillos estrechos— consiste en provocar la aparición de superficies naturales de fractura en una de las caras del ladrillo. Esto se consigue a partir de piezas gemelas, convenientemente dotadas de profundos canales en caras opuestas, que se separan mecánicamente después de cocidas.
Conjuntamente con los efectos de texturación descritos es también posible modificar el color de la superficie por tratamiento con barbotinas que pueden incluir pequeñas cantidades de óxidos colorantes.
Otros productos que están ganando popularidad entre los constructores son los ladrillos esmaltados en una cara lateral, para uso en fachada, y también un tipo de ladrillo hueco especial, de unos 25 cm. de espesor, que posee una cara texturada, para la fachada, y otra esmaltada, para el interior de la construcción. Los fabricantes de este tipo de ladrillos o bloques cerámicos aseguran que su uso facilita grandemente la construcción y al mismo tiempo reduce e! coste de la misma.
Sin entrar a discutir las nuevas formas que van implantándose en los materiales cerámicos de construcción, mencionaremos que la simple inspección de los últimos catálogos es suficiente para mostrar la extraordinaria actividad que la industria está desarrollando en esta dirección. La diversificación de formas de estos materiales hace su uso mucho más flexible, y por consiguiente extiende su campo de aplicación.
Una de las muchas innovaciones realizadas en otros países es la creación de ladrillos especialmente diseñados para poder ser clavados sobre superficies de madera, y después cementadas sus juntas. Dicho tipo de revestimiento es igualmente aceptable para superficies exteriores e interiores, aunque por su ligereza y simplicidad de uso está
encontrando un ilimitado empleo en decoración interior.
6. TRANSPORTE
Las operaciones de transporte pueden dividirse en cuatro categorías:
a) Transporte de materias primas hasta la fase de moldeo del ladrillo.
b) Transporte de la pieza moldeada a lo largo de todas las operaciones de fabricación.
c) Transporte del producto final desde la planta al pie de obra.
d) Transporte del producto desde el pie de obra a su lugar de servicio.
Quizá se nos objete que la incumbencia del fabricante se extiende solamente hasta el punto final de la línea de producción, o almacenaje. Esto no es más que una verdad a medias.
Al valorar la aceptabilidad de los materiales cerámicos de construcción —en comparación con sus productos competidores— lo que en realidad cuenta, no es el precio en almacén, sino el precio en pared y la calidad de su servicio. Lo que con esto queremos indicar es que si los materiales competidores —aunque posiblemente más caros en almacén— muestran ventajas económicas en su transporte e instalación, pueden llegar a resultar más económicos que los materiales cerámicos, adquiriendo ventaja en la carrera de competición. Esta es la razón por la cual el fabricante de materiales de construcción ha de aspirar a que sus productos lleguen al lugar de servicio al mínimo coste.
En una industria de carácter pesado, como es ésta, el factor transporte ha de ser estudiado con el máximo cuidado. Si al ya serio problema de transportar grandes masas, se añade la relativa delicadeza de estos productos —especialmente entre las fases de moldeo y cocción— podrá comprenderse la seria consideración que esta operación merece.
La discusión de este asunto con mediano detalle sería el objeto de un prolongado curso de ingeniería. Fábricas y organizaciones de investigación técnica están gastando sumas fabulosas en el ensayo de nuevas formas de transporte adecuadas a estos usos. Su meta es la producción de ladrillos no tocados por la mano del hombre. Y ya se ha avanzado mucho en este sentido.
Si se nos permitiese enumerar las tres verdades del barquero, diríamos que para resolver el problema del transporte:
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A. GARCÍA VERDUCH Y L. D E L OLMO GUILLEN
a) Hay que proyectar la operación global de la producción de forma que se eliminen todos los movimientos innecesarios de las piezas.
b) Hay que diseñar la planta de forma que los inevitables movimientos requeridos puedan realizarse de la forma más sencilla y económica.
c) Hay que automatizar la producción y el transporte, y para ello es indispensable una cuidadosa sincronización de operaciones y normalización del utillaje.
Una práctica que va ganando extraordinaria popularidad en los últimos años es la de empaquetar los ladrillos u otros materiales cerámicos de construcción en grupos de unos 50-100 Kg. de peso, que pueden fácilmente ser manejados por un hombre con ayuda de material muy sencillo. En estos paquetes, los ladrillos van separados por tiras de papel y sujetos por cintas de acero. Las cintas de papel tienen la doble función de proteger los ladrillos contra el esquirlado y dar solidez al paquete. La forma de estos paquetes ha sido elegida de tal manera que pueden también ser transportados con tenedores hidráulicos, lo cual facilita extraordinariamente su apilamiento en almacén, su carga en vagones o camiones, y su descarga y distribución en la obra. Otras ventajas de este empaquetado son:
'a) Facilidad de inventario, b) Notable reducción de la rotura y deterioro de los ladrillos durante el transporte, y c) Posibilidad de suministrar los ladrillos en lotes conteniendo una determinada distribución de color.
Evidentemente, el uso de este tipo de paquetes exige a los constructores inversiones adicionales para adquirir y mantener el utillaje necesario, pero está ya fuera de duda que estas inversiones son altamente remunerativas.
A fin de ilustrar estos extremos con datos numéricos extraídos de estadísticas norteamericanas, de hace ya algún tiempo, mencionaremos que con la introducción del sistema de empaquetado y de algunas otras mejoras en la técnica de colocación de ladrillos, la razón albañil/peón ha aumentado desde 1,5 a 2,4 y, al mismo tiempo, el rendimiento por albañil se ha duplicado. Esto, en conjunto, indica que el gasto de mano de obra para la colocación de un ladrillo, según métodos perfeccionados, es solamente un 44,5 % del que resultaría empleando métodos tradicionales.
Si se tiene en cuenta la relativa importancia del renglón mano de obra, podrá fácilmente comprenderse lo que una reducción de más de un 50 % en el mismo supone en el precio total de la pared.
7. MATERIALES ESPECIALES
Entre los materiales especiales de tierra cocida que se usan en construcción queremos mencionar los dos siguientes: Áridos ligeros y granulos cerámicos para fabricación de materiales asfálticos de uso en tejados.
La función esencial de los áridos ligeros es la reducción del peso muerto de los bloques de hormigón o cerámicos que con ellos se fabrican.
Aparte de la piedra pómez, ya de antiguo usada como árido ligero, las materias primas usadas para la fabricación de dichos áridos son esencialmente perlita, vermiculita, escorias, arcillas y pizarras.
Prácticamente todas las arcillas pueden expandirse si se eligen las condiciones adecuadas para ello, aunque, en realidad, solamente una fracción de ellas poseen las óptimas propiedades de hincha-miento para ser usadas en la producción económica de áridos ligeros.
Una arcilla se expande cuando al alcanzar el estado piroplástico se produce un desprendimiento gaseoso en la masa. La temperatura a la cual se produce el estado piroplástico depende, naturalmente, de la composición de la arcilla y de la presencia de sustancias fundentes.
Los gases responsables de la expansión son muy variados, aunque pueden citarse como fundamentales: CO2, CO, O2, SO2 y vapor de agua. Las sustancias que dan origen a estos gases pueden encontrarse en la arcilla natural, o bien ser añadidas en las debidas proporciones. No hay que olvidar que la temperatura de desprendimiento de los gases juega un papel esencial en el proceso de la expansión. Si dicha temperatura es bastante menor que la de reblandecimiento de la arcilla, los gases tienen oportunidad de escapar a través de los poros abiertos, y el peso específico del producto obtenido es excesivamente alto.
Los factores esenciales a tener en cuenta en la expansión de la arcilla son: Composición, textura, tamaño de grano, temperatura y tiempo de cocción. Con una adecuada selección de condiciones pueden obtenerse pesos específicos comprendidos entre 0,5 y 1,5 g/cm\
Los áridos ligeros son extensamente utilizados para la fabricación de bloques de hormigón, pero hasta hace unos años no se había hecho ningún serio intento para fabricar ladrillos cerámicos a partir de dichos áridos. La obtención de ladrillos ligeros, con características de resistencia mecánica, durabilidad y belleza análogas a las de los ladrillos ordinarios, y mejores cualidades térmicas y acústicas, ha de constituir, sin duda, un avance importante en la técnica de la construcción.
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ALGUNOS ASPECTOS TECNOLÓGICOS DE LA FABRICACIÓN DE LADRILLOS
Uno de los primeros frutos que se espera de este tipo de ladrillos, es la posibilidad de prefabri-car placas cementadas, conteniendo un determinado número de ladrillos, para ser usadas en la rápida erección de fachadas, en lugar de las cada vez más populares placas de acero o aluminio.
El segundo producto que queremos mencionar son los granulos para uso en materiales asfálticos de cobertura. Desde sus orígenes, a principios de este siglo, se han ensayado con variable éxito arenas, ladrillos molidos, arcillas bizcochadas, etc.
La producción actual de tales granulos a partir de materias primas arcillosas supone las siguientes fases: Molienda, tamizado, adición de la composición colorante, cocción y enfriamiento rápido.
Las principales dificultades encontradas en la fabricación y uso de dichos granulos han sido: a) El tratamiento térmico (en horno rotatorio) es muy crítico, y con frecuencia se producen aglomeraciones de los granos individuales, b) La naturaleza y el soporte de los colores empleados ha de ser cuidadosamente elegida para evitar decoloración de los granulos en servicio. La acción de la luz ultravioleta tiende también a producir una liberación de los granulos de su soporte asfáltico por foto-oxidación del mismo, c) Poca adherencia de los granulos al asfalto. Este problema se ha resuelto en algunos casos mediante adecuado recubrimiento de los granulos con sustancias orgánicas. Si este tratamiento es inadecuado, se corre el riesgo de que el asfalto trepe sobre los granulos y los cubra, d) Aparición de fenómenos de eflorescencia, que reducen considerablemente su belleza.
La instalación de estas placas en el tejado se hace por simple clavado, y la duración que puede esperarse de tales tejados es no inferior a treinta años.
8. INVESTIGACIÓN
Vamos a tratar de sintetizar en pocas líneas los problemas generales de investigación con que se encuentra la industria de materiales cerámicos de construcción. Es obvio que la última meta hacia la que tienden todos los materiales competidores es la misma: Mejorar la calidad de las construcciones
y reducir su coste. Así, pues, cualquier posibilidad de avance para conseguir este objetivo merece ser investigada.
Según este criterio general, vemos que las tres posibles líneas de investigación son las siguientes:
a) Perfeccionamiento de las técnicas usadas en la fabricación de las unidades estructurales. Su objetivo es mejorar la calidad de los productos y reducir su precio en almacén.
b) Perfeccionamiento de las técnicas usadas en la aplicación. Su objetivo es mejorar las características de la construcción, y al mismo tiempo reducir el precio de estos materiales en servicio.
c) Creación de nuevos productos. Su objetivo es expandir el mercado.
En el primer apartado se incluyen, por una parte, estudios de las materias primas utilizadas y de las transformaciones que sufren a lo largo del ciclo de fabricación, y por otra, estudios de los distintos procesos unitarios que intervienen.
Respecto a la aplicación de estos materiales, hemos de notar que las características finales de la construcción están condicionadas por los siguientes factores: a) Propiedades de las unidades estructurales, b) Propiedades del mortero, c) Estructura.
La investigación debe dirigirse, por tanto, hacia el estudio de las unidades estructurales mismas, tratando de buscar las formas y dimensiones más adecuadas. Al mismo tiempo, hay que esforzarse también en mejorar las características del mortero, en especial las referentes a adherencia, impermeabilidad, durabilidad, etc. La coordinación de las distintas unidades, o estructura, juega un papel fundamental en la calidad de la construcción y, naturalmente, también merece ser tenida en cuenta.
Con el fin de disminuir el coste de los materiales cerámicos de construcción en pared, es necesaria también una revisión profunda de las técnicas de albañilería y del utillaje que en ellas se emplea.
AGRADECIMIENTO
Los autores agradecen a don Felipe Ríos González la amabilidad con que se ha brindado a revisar y comentar algunos aspectos del presente artículo.
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