CAL

Historia.Conocida en el sexto milenio adC como material para morteros y revestimientos.

Çatal Hüyük: paredes revocadas con frescos y armadas con morteros.

Usada antiguo Egipto, imperio Asirio, Grecia clásica, imperio romano.

• Catal Huyuk es un antiguo asentamiento de los períodos neolítico y de la edad de Bronce, siendo el conjunto urbano más grande de la época neolítica

• Las primeras dinastías chinas

• Las primeras dinastías indias.

• Fue usada por los Mayas, Incas y Aztecas en América.

• En Perú: ISCU, la obtenían quemando las calizas por el método del montón o huayronas.

• también quemaban conchas de moluscos con leña y paja.

• Cal con arena o arcilla : morteros

• Revestimientos o tarrajeos: y para muros rústicos de piedra no labrada.

• Los hornos de cal en Lima poco después de su fundacion 1535, en 1549 se encontraba en pleno funcionamiento.

• La cal hidráulica solo fue descubierta a principios del siglo XIX.

Construcciones con cal

2.- Definicion

•  La Cal.

Producto calcinación de piedra caliza a entre 880° y 900°C,

pierde bióxido de carbono (gas), queda cal viva,

la cual hay que hidratar (cal apagada).

• La piedra de cal o calizas naturales, casi nunca pura (carbonato calcico) con cuerpos extraños:

arcillas, magnesia, hierro, azufre, álcalis y materias orgánicas, que dan a la cal determinadas características.

Cal aérea hidratada Cal viva molida Cal aérea hidratada Cal viva molida Cal aérea hidratada

Fino a la cal Cal hidráulica hidratada Cal aérea hidratada Cal hidráulica Vial Cal viva molida

Cal aerea hidratada Cal hidraulica Revoque monocapa

• EL carbonato calcico, multitud de formas, muy abundante.

• Nombres: aragonito, calcita, caliza, creta, espato de islandia, estalactitas y estalagmitas, mármol, piedra litográfica, etc.

SECUENCIA PARA LA OBTENCIÓN D E

LA CAL RÚSTICAMENTE O EN PLANTA.

• 1. Extracción de calizas a cielo abierto, con explosivos (barrenos) fragmentación.

• 2. Trituración, con equipo mecánico

Una vez clasificada, es transportada por medio de una cinta hasta los depósitos.

El tamaño de la piedra varia entre 50 mm y 100 mm.

• 3. Cocción o calcinación en hornos de mamposteria o en hornos continuos (planta).

Piedras calizas grandes abajo; 3 o 4 días hasta que no sale humo por la chimenea (perdida de bióxido de carbono).

Queda óxido de calcio = cal viva que hay que apagar. Se utiliza coque.

• 4. Apagado, hidratación al pie de la obra o con hidratadores continuos (planta).

• Cuanto mayor porcentaje de carbonato tenga una cal, mejor calidad tendrá la cal apagada.

Apagado de la cal: En Ingeniería, se usa apagada. Consiste en hidratar el oxido de calcio.

El apagado produce un aumento de

temperatura (hasta 300ºC), volumen y un ruido característico, consistente en una especie de silbido o crepitar agudo.

Al apagar la cal, la podemos almacenar en una "balsa" o "pudridero" durante años, dejando que siga apagándose y madurándose.

El periodo mínimo para poder ser usada es de seis meses; cuantos más años pase en reposo, mejor comportamiento tendrá después.

El apagado de la cal se puede realizar d dos maneras diferentes:

• 1. En fosas con agua (antigüedad), de este proceso se obtiene una cal en pasta que tradicionalmente se ha considerado de mejor calidad que la apagada mediante otros métodos (aunque con la tecnología actual, un apagado en hidratadoras durante un minuto equivale a un apagado en fosas durante un año).

• 2. Por aspersión, de forma industrial, aportando sólo el agua necesaria, este es el sistema utilizado en la actualidad, el resultado es una cal hidratada pero en estado de polvo seco

• Existe un tercer sistema que consiste en exponer la cal a la intemperie y la lluvia-

Tras el apagado se obtiene hidróxido cálcico (Ca(OH)2) llamada comúnmente cal apagada o cal muerta.

• 5. molienda, molinos de bolas (mover) o de martillos (impacto).

• 6. almacenamiento en silos verticales.

• 7. envasados, automático en la parte inferior, en sacos de papel de doble forro de 25 y 40 kg de peso.

4 Clasificación:

• Por las características de su uso en

construcción y tipo de fraguado, se clasifican

en aéreas e hidráulicas:

4.1 CAL AEREA

• La cal aérea puede ser obtenida a partir del carbonato calcico o magnesico presente en la roca caliza la cual es abundante en la naturaleza pudiendo ser una roca sedimentaria o metamórfica.

• Tiene la propiedad de endurecer, después de ser amasada con agua solamente con el contacto del aire, por acción del anhídrido carbónico.

• Este endurecimiento es lento, exigiendo cierta porosidad, que permite de un lado, la evaporación del agua, y de otro lado, la penetración del gas carbónico del aire atmosférico, dándose el nombre ordinario de cal aérea.

La cal aérea se clasifica en:

• Cal grasa y

• Cal árida o magra.

Cal grasa.

Aquella que tiene un 5% de arcilla y un contenido de Mgo inferior al 5% y otras impurezas tales como FeO2 y álcalis. Lo recomendable es que la piedra caliza tenga el menor contenido de MgO posible. Al apagarse forma una pasta ligosa al tacto.

Cal árida o magra

Se diferencia de la anterior por el mayor contenido de MgO (Superior al 10%). No se recomienda para la construcción. El oxido de magnesio, no hidratado durante el apagado, se hidrata con el agua de la mezcla seguida por una expansión que forma grietas y vacíos en el mortero.

Obtencion

Se obtiene en dos etapas:

Carbonato de calcio 900 grados C Oxido de Calcio Bióxido de Ca.Cal vivaSolido blanco muy inestable. Gran avidez x el agua

El bióxido de carbono es gaseoso y se escapa con los humos de la combustión.

23 COCaOcalorCaCO

La segunda etapa: hidratar el oxido formándose un hidróxido de calcio, que es la cal de construcción que comúnmente se emplea. (Proceso libera calor aprox 160 º C

Cal viva Apagado Cal de construcción

Hidróxido cálcico

Cal apagada.

22 )(OHCaOHCaO

La cal apagada que es un polvo

blanco soluble en agua que reacciona con el

CO2 del medio ambiente, volviendo a su

composición original.

El Hidróxido calcico se emplea en la

construcción, para lo cual se le añade un

exceso de agua ( lechada de cal) y se le

mezcla con arena. La mezcla llamada

mortero, se interpone entre las piedras y

ladrillos que se quiere unir.

El anhídrido carbónico absorbido por el hidróxido de calcio obra sobre este y los transforma lentamente en carbonato calcico, que se endure por la perdida de agua.

La arena tiene por objeto

a)aumentar la porosidad de la masa, lo que favorece la formación del carbonato en el interior de la misma. Sus granos quedan adheridos al carbonato formado, coadyuvando a aumentar su trabazón y dureza.

b)minimizar la contracción debida a la perdida de agua de la mezcla.

Fraguado

La cal apagada en pasta gana resistencia cuando se combina con el CO2 del medio ambiente y del que contiene el agua de mezcla. La reacción es lenta, primero se evapora el agua de mezcla y luego se carbonata.

Ca.(OH)2 + H2O + CO2

CaCO3 + H2O

La cal inicia su fragua a las 24 horas de preparada la pasta y termina en un tiempo de 6 meses. Estos tiempos varían en función de las condiciones del medio y espesor de la pasta. Preferentemente el medio debe ser seco y bien ventilado.

Como se observa en la reacción del fenómeno de fragua que ocurre en la cal, es de esperarse alta porosidad, que explica las bajas resistencias obtenidas en una pasta de cal, e igualmente, la importante contracción que se observa.

Así se explica porque la pasta de cal no se recomienda en construcción (elementos resistentes). Debe emplearse con arena, a fin de minimizar la contracción debida a la perdida de agua de la mezcla para obtener cierta rigidez o estabilidad.

Una vez que la cal se utiliza, empieza a cristalizar y a carbonatarse, desde la superficie hacia dentro, conservando un núcleo húmedo que es el que le confiere sus propiedades y elasticidad, gracias a la cual tiene un comportamiento mecánico mejor que un cemento portland, tanto para revoques exteriores como interiores, así como para morteros y otros usos

Propiedades

• Peso especifico de 2.3• Peso volumétrico de 500 Kg/m3 a 700

k/m3.

Estos valores son referenciales pues dependen de las impurezas y finura de la piedra caliza.

• Los morteros de cal, no obstante su plasticidad, son poco usados por su baja resistencia, y por su fragua lenta.

• Grado de finura, determinado en la pasta. Influye en el rendimiento.

• Solo la cal viva tiene capacidad bioclimática y es capaz de conservarse en perfectas condiciones durante siglos, ya que posee poros que dejan transpirar las paredes haciendo salir la carga de humedad existente funcionando al mismo tiempo como capa protectora para los materiales tradicionales, como piedra, barro o ladrillo.(restauracion).

• También el núcleo que conserva, regula la temperatura del interior de una casa gracias al efecto de "respiración" de la casa a través suyo.

• Mejora propiedades en el mortero

- Retención de agua de mezcla.

- Plasticidad y trabajabilidad.

- Mejora de la adherencia. Mecanica.

- Contenidos de arena mayores

La capacidad de retener el agua de mezcla.

No es muy explotada en nuestro medio. Importante cuando se emplea para juntas en elementos porosos o de succión considerable: ladrillos de arcilla cocida, adobe o mampostería en general.

Mejora adherencia y contenidos de arena mayores

Si tenemos en cuenta que el promedio de

resistencia a la compresión que soporta por

lo general una pared no supera los 10

Kg/cm2, se podría decir que la resistencia a

la compresión del mortero tiene poca

relevancia en la resistencia de la pared.

Si resulta determinante la adherencia, por el

efecto en la resistencia a la flexión y tensión

del muro. De ahí que las ventajas que

proporciona el uso de la cal en la

dosificación de morteros adquiere mayor

relevancia.

La presente tabla muestra los resultados obtenidos en las resistencias a compresión y tracción observadas en un mortero 1:6 ( Cemento-arena) y otro 1:2:8 ( Cemento-cal-arena).

Tabla 1.- Resultados Promedio de Compresión y Tracción de un mortero 1:6 y

1:2:8MORTERO

Ensayo

1:6

Kg/cm2

1:2:8

Kg/cm2

Observaciones

Compresión 81.70 48.71 Los resultados de compresión y tracción son el promedio de 12 especimenes cúbicos de 50 mm de lado en moldes impermeables para el primer caso.

Tracción 14.62 7.06 y los de tracción son conforme a la forma estipulada por la Norma ASTM C-190

• En el grafico Nro. 01 se detalla los resultados de adherencia por tracción, que experimentaron estos mismos morteros con ladrillos de arcilla cocida prácticamente no existe. Se nota que no obstante las diferencias en los resultados de tracción y compresión, esta diferencia prácticamente no existe en los resultados de adherencia

Grafico Nro.01. Resultados de Adherencia por tracción en ladrillo de arcilla cocida por unidad de ensayo de un

mortero de cemento y un mortero cemento, cal, Arena

4.2 CAL HIDRAULICA

• Definicion

Que es la proveniente de la calcinación de

las calizas que tiene mas del 5% y menos

del 20 % de arcillas y que da un producto

que además de los caracteres que poseen

las cales grasas, puede endurecerse y

consolidarse bajo el agua.

Precursores en la fabricación de la cal

hidraulica.

A mediados del siglo XVIII, el Ingeniero

Ingles John Smeaton, tuvo que resolver el

problema de encontrase un aglomerante

que pudiera emplearse en la construcción

del Faro de Eddystone, pues la cal que se conocía en esa época no poseía condiciones hidráulicas.

Después de una serie de experimentos

descubrió que las calizas impuras, con

proporciones pequeñas de arcilla,

calcinadas, producían cal viva que

apagada, endurecía bajo el agua. Con

ella construyo el faro mencionado.

Poco después Praker, aprovechando los

descubrimientos de Smeaton, y

calcinando margas del Tamesis, obtenía

una cal hidráulica, a la que denomino

cemento romano.

Por la misma época Vicat realizo en

Francia trabajos de investigación muy

meritorios, sobre las cales hidráulicas, y el

1816 construyo el primer puente con el

llamado cemento romano, sobre el río

Dordoña. Se había llegado así, a las

etapas preliminares al descubrimiento del

cemento Portland.

Generalidades

La cal hidráulica se diferencia de la Cal de

construcción porque puede fraguar en medios húmedos. Se debe al contenido de arcilla en la piedra caliza y de la temperatura de cocción.

- Arcilla debe estar entre 5% y 20%.

- Temperatura entre 1,100 y 1,200 ºc-

A esas temperaturas se forman silicatos y aluminatos de Calcio que brindan a la Cal las propiedades indicadas.

La hidraulicidad de la cal es función del contenido de Sílice y Alumina de la arcilla y se clasifica en:

• Débilmente hidráulica

• Moderadamente hidráulica

• Eminentemente hidráulica

Índice hidráulico:

Es la relación entre los óxidos de Sílice,

Aluminio y Fierro con los óxidos de Calcio y

Magnesio.

Los indices hidráulicos superiores a 0.50

indican mas bien un cemento natural

I = (SiO2 + Al2O3 + Fe2O3)

( CaO + MgO )

• Débilmente hidráulica I = 0.1 – 0.16

• Moderadamente hidráulica I = 0.16 – 0.30

• Eminentemente hidráulica I = 0.31 – 0.50

Fraguado

El fraguado de la cal hidráulica resulta mas complejo que el de la cal aérea. Hay diversas teorías. Quizás la mas aceptada es aquella que explica la conformación de cristales insolubles que se sueldan y entrelazan entre si de una manera desordenada y explica así la resistencia que adquiere.

El tiempo de fragua es variable aunque

mas rápido y homogéneo que el de la

cal Viva. La variación del tiempo de

fragua es de 16 a 30 días para un cal

débilmente hidráulica hasta 1 a 4 días

para una cal eminentemente hidráulica.

5 APLICACIONES

La cal es de los pocos productos que ha

resistido con éxito la prueba del tiempo, ya

que por siglos no sólo se sigue usando en la

construcción, la agricultura, la alimentación,

etc., sino que conforme ha ido avanzando la

ciencia y la tecnología, se han descubierto

nuevas aplicaciones químicas y físicas

Principales Aplicaciones

Usos Industriales:

• Metalurgia.- En el campo metalúrgico, la Cal Viva encuentra uno de sus usos más extensos, como fundente en la purificación de acero y en oxigenación de hornos. También se usa para remover fósforo, azufre, y sílice en las plantas acereras.

• Producción de Acero.- Se usa en la manufactura de alambre estirado, en la fundición de lingotes y escorias de altos hornos. Asimismo, los productos de acero se bañan en Cal para neutralizar los ácidos adheridos al metal, y es un valioso protector contra la corrosión.

• Fabricación de Papel.- En la fabricación de papel, la Cal es un elemento importante como agente caustificador; como blanqueador de la pulpa; asimismo, aumenta la calidad del papel y se usa para regular su brillantez, su color y su textura.

• Fabricación de Vidrio.- Entre las principales materias primas para la fabricación del vidrio está la Cal dolomítica, que junto con otros materiales químicos modifican sus propiedades, lo que permite el calentado, derretido, moldeado y soplado del vidrio.

• Industria Peletera.- Desde tiempos inmemorables la Cal ha sido empleada en suspensión para remover el vello, las vísceras e inflado de las pieles, para prepararlas antes del teñido, lo que la hace un producto indispensable para el proceso industrial de las pieles.

• Industria Hulera.- La Cal participa en la fabricación del hule ya sea en forma de Cal Viva, como agente deshidratador para eliminar el exceso de humedad en el proceso, ya en forma de Cal Hidratada, para acelerar su velocidad de vulcanización.

• Industria Lechera.- En la industria lechera se emplea tanto la Cal Hidratada como la Cal Viva. Para producir mantequilla, la crema es separada de la leche, se añade agua de Cal para neutralizar o reducir la acidez antes de la pasteurización.

• Manufactura de Cartón.- Las principales materias primas en la fabricación de cartón, son la Cal y la paja. La paja es cocida a vapor en una lechada de Cal en grandes digestores, donde la Cal disuelve los materiales no celulosos y desintegra las fibras de paja para la elaboración de cartón.

• Industria Azucarera.- En la producción de azucar de caña así como de remolacha, el crudo de los jugos del azúcar son reactivados con Cal, lo cual asegura una mayor pureza de este importante producto.

Usos Ecológicos:

• Tratamiento de Aguas Negras.- Por su poderosa acción desinfectante de es el principal material en el tratamiento de agua potable, aguas industriales y aguas negras. Suaviza y clarifica el agua, elimina substancias negativas, neutralizando la acidez y quitando los malos olores.

• Deshechos Industriales.- La Cal, Viva o Hidratada, es cada vez más utilizada en el tratamiento de muchos desechos industriales, para combatir la contaminación, se usa en plantas de acero y metal, químicos y de explosivos, papel y fibras, empacadoras de alimentos, y otros importantes procesos industriales.

• Insecticida y Fungicida.- Por sus propiedades alcalinas, la Cal ha sido un importante elemento en la elaboración de insecticidas, fungicidas y desinfectantes, para el control de insectos y plagas que atacan al hombre y a los cultivos.

Otros Usos:

• Estabilización de Suelos.- La Cal en virtud de su reacción química y física, con suelos arcillosos, produce bases estables para la construcción de carreteras, calles, avenidas, boulevares, áreas de estacionamiento, patios, centros comerciales, aeropuertos, etc., con un substancial ahorro en consumo de agregados y acarreo de materiales.

La cal apagada tiene su mayor uso

como agente cementante y en la

fabricación de ladrillos silico –

calcáreos. Inclusive pueden llegar a

formarse componentes insolubles a

largo plazo.

. Estabilización de Presas y Canales de

Riego.-

La cal es muy efectiva con suelos

sumergidos en agua, como vasos de presas,

canales de irrigación, diques y represas,

desarrollando la suficiente resistencia y

estabilidad para prevenir reblandecimientos,

reducir filtraciones y resistir la erosión del

agua.

• Neutralizador de Tierras Ácidas.- Al abonar la tierra con Cal se produce una serie de procesos químicos, físicos y biológicos, tales como descomposición de organismos, transformación de sustancias venenosas y dañinas en inocuas; proporcionando el calcio y magnesio a las plantas, y la reducción y neutralización de acidez de la tierra, todo ello con el beneficio de una mayor productividad del campo.

• Impermeabilizante.- La Cal también es un magnifico y económico impermeabilizante. Una sencilla mezcla de alumbre, jabón de pastilla amarillo y Cal Hidratada, disueltos en un tambor con agua tibia, proporciona una solución impermeable que evita la transminación de agua.

• Pintura.- Las pinturas a base de Cal dan belleza e higiene a las casas, además de ser muy económicas, pues se pintan fachadas, bardas e interiores con un ahorro, y con la ventaja de que la Cal es un materia ecológico.

• Desinfectante de Verduras.- La Cal es un poderoso y efectivo desinfectante de verduras y legumbres de uso casero. Poniendo una cuchara cafetera de Cal Hidratada en 1 litro de agua, lavando las verduras o frutas y poniendo a remojar 5 ó 10 minutos dentro de la solución alcalina, es suficiente para quedar perfectamente desinfectadas.

6 Normatividad

Las normas ASTM brindan procedimientos

para determinar la calidad y aptitud de la cal

de construcción. Dentro de estos

estándares tenemos:Norma ASTM C 25. Detalla el procedimiento del análisis químico para

determinar los constituyentes de la piedra caliza, cal viva y cal apagada.

Norma ASTM C 110.- Precisa el procedimiento a seguir para determinar las

propiedades físicas de la cal viva y cal apagada entre las que se encuentran los procedimientos a seguir para determinar la consistencia y la plasticidad de una pasta de cal, la durabilidad, estabilidad y retención de agua de la cal apagada entre otras propiedades.

Norma ASTM C 207. Detalla el procedimiento para determinar la aptitud de la cal apagada para ser empleada como componente de un mortero y de la albañilería.

Norma ASTM C 141. Referida a la cal hidráulica, describe el procedimiento para determinar la aptitud de la cal como componente de un mortero y concreto de Cemento Portland. Detalla también el procedimiento para determinar la fineza, tiempo de fragua, durabilidad, resistencia a la compresión y los limites permitidos por esta norma para dichas propiedades.