“ELABORACIÓN DE LADRILLOS VIDRIADOS DE BAJO PESO Y …

Propiedad Intelectual de la Universidad Nacional de San Agustín de Arequipa
UNIVERSIDAD NACIONAL DE SAN AGUSTIN
FACULTAD DE INGENIERIA DE PROCESOS
ESCUELA PROFESIONAL DE INGENIERIA DE MATERIALES
“ELABORACIÓN DE LADRILLOS VIDRIADOS DE BAJO PESO Y
ALTO DESEMPEÑO PARA USO ORNAMENTAL Y PARA LA
INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN”.
BUSH YONNATHAN MANUEL COAGUILA
INGENIERO DE MATERIALES
2015
l
PRESENTACION
SEÑORES MIEMBROS DEL JURADO:
En cumplimiento con las disposiciones del reglamento general de grado y títulos de la Escuela
Profesional de Ingeniería de Materiales, Facultad de Ingeniería de Procesos de la Universidad
Nacional de San Agustín de Arequipa: pongo a consideración de ustedes la presente Tesis
titulada:
“ELABORACION DE LADRILLOS VIDRIADOS DE BAJO PESO Y ALTO DESEMPEÑO DE
USO ORNAMENTAL Y PARA LA INDUSTRIA DE LA CONSTRUCCIÓN”.
El presente trabajo consta de seis capítulos los cuales presentare a continuación en el orden
siguiente:
CAPITULO lV Desarrollo Experimental
CAPITULO Vl Conclusiones. CAPITULO Vll Recomendaciones
Br. Bush Yonnathan Manuel Coaguila
2
ll
AGRADECIMIENTO
A mi asesor de tesis,
Al Mg. Rivalino Guzmán Ale, por la paciencia, su enseñanza, dedicación, amistad y tiempo
desinteresado que me otorgo para la culminación de este presente trabajo, agradecerle por la
dedicación y ayuda en cada paso que daba para hacer realidad lo que un día solo fue una idea.
Al Dr. Paul Huanca por el interés, guía y apoyo constante y desinteresado que me brindo en la
realización de mi Tesis.
A la Mg. Marcela por su apoyo y dedicación en la culminación de mi Tesis.
Al Lic. Ronal Chirinos Sarmiento del Instituto Vaca Flor por el asesoramiento, interés y apoyo
desinteresado que me brindo en todo el proceso de Elaboración de Ladrillos Vidriados.
Al Lic. David Pacheco del Departamento de Física por el interés, guía y apoyo en el análisis de
Al Dr. Hugo Canahua soza por el apoyo, amistad e interés en este trabajo.
Al ing. Marcelo Rodriguez V. por su apoyo incondicional proporcionado en los caracterización
de muestras por Microscopia.
A la Ing. Violeta García del Centro de Microscopia Electrónica de la Universidad Nacional de
San Agustín por su apoyo incondicional.
Al director de la Escuela Profesional de Ingeniería de Materiales Dr. Paul Huanca y a todos los
catedráticos de nuestra querida escuela que sin su apoyo y amistad no podría cumplir con mi
meta y sueño de poder ser cada día mejor profesional.
A mis compañeros y amigos de Ingeniería de Materiales por toda la confianza y apoyo
brindados en este trabajo, y a todas aquellas personas que directa e indirectamente nos
apoyaron para poder terminar con esta investigación.
A mi madre, padre y hermanos por sus innumerables muestras de ánimo, cariño y apoyo.
GRACIAS A DIOS
3
DEDICATORIA.
Dedico este trabajo a Dios, mi guía espiritual.
Con mucho amor a mi padre Liborio y Viviana,por su apoyo incondicional, por sus sabios consejos, porque siempre me brindan su apoyo y amor en cada decisión que tomo en mi vida, los amo.
A mis Amados hermanos Yuliño y Gustavo por su apoyo, amor y cariño en cada paso que doy en mi vida, son mi motor y motivo de inspiración para salir adelante y triunfar en la vida siendo un mejor Profesional.
Bush Yonnathan Manuel Coaguila
4
INDICE GENERAL
PRESENTACION --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 02
AGRADECIMIENTOS --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 03
DEDICATORIA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 04
1.1. INTRODUCCION --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 22
1.2. ANTECEDENTES -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23
1.3.- PROBLEMA --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 23 1.3.1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA ---------------------------------------------------------------------------------- 23 1.3.2.- FORMULACION DEL PROBLEMA ------------------------------------------------------------------------------------- 24 1.3.3.- HIPOTESIS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 24 1.4.- OBJETIVOS --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25 1.4.1.- OBJETIVO GENERAL ----------------------------------------------------------------------------------------------------- 25 1.4.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS --------------------------------------------------------------------------------------------- 25 1.4.3.- JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION -------------------------------------------------------------------------- 25
1.5. JUSTIFICACIÓN --------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 25
CAPITULO ll: MARCO TEORICO
2.1. LAS ARCILLAS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 28 2.1.1.- FUNDAMENTOS DE LAS ARCILLAS --------------------------------------------------------------------------------- 28 2.1.2.- CLASIFICACIÓN DE ARCILLAS ---------------------------------------------------------------------------------------- 28 2.2.- LAS DIATOMITAS ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 29
2.2.1.- FUNDAMENTOS DE LAS DIATOMITAS ----------------------------------------------------------------------------- 29 5
2.2.2.-ANTECEDENTES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 31
2.4. VIDRIOS --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 34
2.4.3.-COMPOSICIÓN -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 35
2.4.5.-CLASIFICACIÓN SEGÚN COMPOSICIÓN QUÍMICA ------------------------------------------------------------- 36
2.4.6.-COMPONENTES DEL VIDRIO ------------------------------------------------------------------------------------------- 37
2.4.7. VIDRIO CERÁMICO --------------------------------------------------------------------------------------------------------- 38
2.4.8.- ENSAYOS CRISTALOGRÁFICOS POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X (DRX) DE LOS VIDRIOS ----- 41
2.5.-PIGMENTOS CERÁMICOS -------------------------------------------------------------------------------------------------- 41 2.5.1.- FUNDAMENTOS DE LOS PIGMENTOS CERAMICOS ---------------------------------------------------------- 41 2.5.2.- TEORIAS (FORMALISMOS) QUE PERMITEN EXPLICAR EL COLOR -------------------------------------- 42 2.5.3.- ESTABILIDAD EN EL PROCESADO ---------------------------------------------------------------------------------- 44 2.5.4.- PALETA DE COLORES ---------------------------------------------------------------------------------------------------- 45 2.5.5.- UNIFORMIDAD Y REPRODUCIBILIDAD ---------------------------------------------------------------------------- 46 2.5.6.- TAMAÑO DE PARTÍCULA ------------------------------------------------------------------------------------------------ 46 2.5.7.- COMPATIBILIDAD ---------------------------------------------------------------------------------------------------------- 46
CAPITULO lll: ESTUDIO DE LA MATERIA PRIMA
3.1. LAS ARCILLAS EN LA REGION AREQUIPA --------------------------------------------------------------------------- 49 3.1.1.- ARCILLA DE POLOBAYA ------------------------------------------------------------------------------------------------- 51
3.1.2.- ANALISIS MINERALOGICO POR FLUORECENCIA DE RAYOS X (FRX) A LA ARCILLA ------------- 52
3.1.3.- ANÁLISIS QUÍMICO POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X DE LA ARCILLA DE POLOBAYA (DRX) --- 55
3.2.- LAS DIATOMITAS EN LA REGION DE AREQUIPA ------------------------------------------------------------------ 58
3.2.1.- DEPÓSITOS DE DIATOMITAS DE ORIGEN MARINO ----------------------------------------------------------- 59
3.2.2.- DEPOSITOS DE DIATOMITA DE ORIGEN LACUSTRE --------------------------------------------------------- 60
3.2.3.- MERCADO -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 60 6
3.2.4.- MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO (MEB) DIATOMITA DE CHIGUATA -------------------- 62
3.2.5.- ENSAYOS CRISTALOGRÁFICOS POR DIFRACCIÓN DE RAYOS X (DRX) DE LAS DIATOMITAS- 64
3.5 EL LADRILLO --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 65 3.5.1 HISTORIA DEL LADRILLO ------------------------------------------------------------------------------------------------ 65 3.5.2 DEFINICIÓN DEL LADRILLO ---------------------------------------------------------------------------------------------- 65 3.5.3 PROCESO DE FABRICACIÓN DE LADRILLOS --------------------------------------------------------------------- 65 3.5.4.- CLASIFICACION PARA FINES ESTRUCTURALES -------------------------------------------------------------- 68
CAPITULO lV: DESARROLLO EXPERIMENTAL
4.1. DESARROLLO EXPERIMENTAL ------------------------------------------------------------------------------------------ 72
4.1.2 RECOLECCION DE MATERIAS PRIMAS ------------------------------------------------------------------------------ 74
4.2. CARACTERIZACION DE ANALISIS FÍSICOS Y MINERALÓGICOS DE LAS MATERIAS PRIMAS ---- 79
4.2.1. ANALISIS GRANULOMETRICO DE LAS MATERIAS PRIMAS ------------------------------------------------ 79
4.2.2. CARACTERIZACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD DE LAS MATERIAS PRIMAS -------------- 79
4.2.3. DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE ATTERBERG ----------------------------------------------------------- 80
4.2.3.1. DETERMINACIÓN DE LÍMITE LÍQUIDO ---------------------------------------------------------------------------- 80
4.2.3.2. DETERMINACIÓN DE LÍMITE PLÁSTICO -------------------------------------------------------------------------- 81
4.2.3.2.1.- LÍMITE PLÁSTICO (LP) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 81
4.2.3.2.2.- ÍNDICE DE PLASTICIDAD (IP) ------------------------------------------------------------------------------------- 81 4.2.3.3.- DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE RETRACCIÓN ------------------------------------------------------------- 83
4.2.3.3.1.-LIMITE DE RETRACCION (LR) ------------------------------------------------------------------------------------- 83
4.2.3.3.2.-INDICE DE RETRACCION IR --------------------------------------------------------------------------------------- 84
4.2.4. DETERMINACIÓN DE LA DENSIDAD REAL ------------------------------------------------------------------------ 85 4.2.5. DETERMINACIÓN DEL PESO ESPECÍFICO ------------------------------------------------------------------------ 85
4.2.6. DETERMINACIÓN DE LA HUMEDAD DE LA MATERIA PRIMA ----------------------------------------------- 87 4.3.- DISEÑO EXPERIMENTAL -------------------------------------------------------------------------------------------------- 87
4.3.1.- NUMERO DE ENSAYOS ------------------------------------------------------------------------------------------------- 88
4.3.2. DEFINICIÓN DE VARIABLES -------------------------------------------------------------------------------------------- 91
4.3.2.1. VARIABLES INDEPENDIENTES (X = ENTRADA) ---------------------------------------------------------------- 91 7
4.3.2.2. VARIABLES DEPENDIENTES (Y = SALIDA) ---------------------------------------------------------------------- 91 4.4. PREPARACION DE LA MATERIA PRIMA ------------------------------------------------------------------------------- 91
4.4.1. PREPARACIÓN DE GREDA, DIATOMITA Y LODO ---------------------------------------------------------------- 91
4.5. FABRICACION DE MUESTRAS DE LADRILLOS --------------------------------------------------------------------- 92
4.5.1.-PROCEDIMIENTO DE LA PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS EXPERIMENTALES ------------------ 92
4.5.2.-PREPARACIÓN DEL VIDRIO CERÁMICO --------------------------------------------------------------------------- 94
4.5.3.-PROPORCION DE AGUA PARA EL VIDRIADO -------------------------------------------------------------------- 95
4.5.4.-ESMALTADO POR INMERSION, CON EMPLEO DE PINCEL O SOPLETE Y COMPRESOR -------- 95
4.5.5. CODIFICACIÓN DE MUESTRAS ---------------------------------------------------------------------------------------- 96 4.6. ANALISIS DE LAS MUESTRAS PROBETA DE LADRILLO --------------------------------------------------------- 96
4.6.1. ANÁLISIS DE ENSAYO A LA CONTRACCIÓN --------------------------------------------------------------------- 96
4.6.2. DETERMINACIÓN DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD ---------------------------------------------------------- 97
4.6.3. ANÁLISIS DE PORCENTAJE DE POROSIDAD -------------------------------------------------------------------- 97 4.6.4. ANÁLISIS DE ABSORCIÓN DE AGUA --------------------------------------------------------------------------------- 98 4.7. ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN -------------------------------------------------------------------- 98 4.8. ANÁLISIS FÍSICO DE CAMBIO DE COLORACION DEL LADRILLO EN LA INTERPERIE Y CON EFECTO DE
LA TEMPERATURA EN EL HORNO CERAMICO DE COCCION ------------------------------------------------------- 99
4.9. ENSAYOS TÉRMICOS -------------------------------------------------------------------------------------------------------- 101
4.10. ANALISIS DE CARACTERIZACIONN DE MUESTRAS ------------------------------------------------------------- 105 4.10.1. ANÁLISIS DE MICROSCOPIA ÓPTICA (MO) ----------------------------------------------------------------------- 105 4.10.2. MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO MEB ------------------------------------------------------------ 106 4.10.3. ANALISIS DE ESPESOR DEL VIDRIADO AL LADRILLO ------------------------------------------------------ 107
4.11. PROPIEDADES OPTICAS (TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA) --------------------------------------------- 107
4.11.1.-LA TRANSMITANCIA (ÓPTICA) ---------------------------------------------------------------------------------------- 108
4.11.2.-ABSORTANCIA ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 110
4.13. ANALISIS DE LA DETERMINACION DE LA CONDUCTIVIDAD Y RESISTIVIDAD (DE LA MEJOR
MUESTRA) ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 112
CAPITULO V: ANALISIS DE RESULTADOS Y DISCUSIONES
5.1. RESULTADO DE CARACTERIZACION DE LAS MATERIAS PRIMAS ------------------------------------------ 115 8
5.1.1. RESULTADO DEL ENSAYO GRANULOMÉTRICO ----------------------------------------------------------------- 115
5.1.2. RESULTADO DEL ANÁLISIS DE HUMEDAD ------------------------------------------------------------------------ 117
5.1.3. RESULTADO DE LA DETERMINACIÓN DE LOS LÍMITES DE ATTERBERG ------------------------------ 118
5.1.4. RESULTADO DE LA DENSIDAD REAL -------------------------------------------------------------------------------- 122 . 5.1.5. RESULTADO DEL PESO ESPECIFICO ------------------------------------------------------------------------------ 122
5.2. RESULTADO DE ENSAYOS A LAS MUESTRAS ---------------------------------------------------------------------- 123
5.2.1. RESULTADO DEL PORCENTAJE DE CONTRACCIONES ------------------------------------------------------ 123
5.2.2. RESULTADO DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD ----------------------------------------------------------------- 128 5.2.3. RESULTADO DE LA DENSIDAD APARENTE ----------------------------------------------------------------------- 130 5.2.4. RESULTADO DEL ANALISIS DEL PORCENTAJE DE POROSIDAD ----------------------------------------- 133
5.2.5. RESULTADO DE ABSORCION MAXIMA ----------------------------------------------------------------------------- 135 5.2.6. RESISTENCIA A COMPRESION A DIFERENTES TEMPERATURAS ---------------------------------------- 138 5.2.7. MICROSCOPIA OPTICA METALOGRAFICA ------------------------------------------------------------------------ 141 5.2.7.1. MUESTRAS HUMEDAS DEL LADRILLO VIDRIADO ------------------------------------------------------------ 141 5.2.7.2. MUESTRAS SECAS DEL LADRILLO VIDIRADO ----------------------------------------------------------------- 142
5.2.8. MICROSCOPIA ELECTRÓNICA DE BARRIDO --------------------------------------------------------------------- 143
5.2.9. ANALISIS DEL ESPESOR DEL VIDRIADO --------------------------------------------------------------------------- 147
5.2.10. EVALUACION DE TRANFERENCIA DE CALOR (TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA) ------------- 150
5.2.11. RESULTADOS DE LA DETEMINACION DEL Ph ------------------------------------------------------------------ 156
5.2.12. RESULTADOS DE LA DETERMINACION DE LA CONDUCTIVIDAD (CE) Y RESISTIVIDAD -------- 159
CAPITULO Vl: CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES
6.1.- CONCLUSIONES -------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 159
6.2.- RECOMENDACIONES ------------------------------------------------------------------------------------------------------- 161
REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS --------------------------------------------------------------------------------------------- 162
ANEXO CCERTIFICADOS Y CONSTANCIAS DE ENSAYOS Y/O ANALISIS --------------------------------------- 230
9
INDICE DE TABLAS.
TABLA 2.4.3.1: VIDRIO SODO CALCICO ------------------------------------------------------------------------------------- 35
TABLA 2.4.3.2: VIDRIO PLOMADO --------------------------------------------------------------------------------------------- 35
TABLA 2.4.3.3: VIDRIO SILICATO ----------------------------------------------------------------------------------------------- 35
TABLA 2.4.4: PROPIEDADERS DE LOS VIDRIOS SODO – CALCICOS --------------------------------------------- 35
TABLA 2.4.5: TABLA CLASIFICACION SEGÚN COMPOSICION QUIMICA ----------------------------------------- 36
TABLA 2.4.6: COMPOSICION DE LOS VIDRIOS COMERCICALES -------------------------------------------------- 37
TABLA 2.4.7.4: MATERIALES CERAMICOS --------------------------------------------------------------------------------- 40
TABLA 2.5.4: PYROMETRIC CONES ------------------------------------------------------------------------------------------- 47 TABLA 3.1.1: COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA GREDA POR FUSIÓN ALCALINA ------------------------------- 51 TABLA 3.1.2.1: COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE LAS MATERIAS PRIMAS POR FRX ------------------------- 52
TABLA 3.1.2.2: COMPOSICIÓN ELEMENTAL DE LAS MATERIAS PRIMAS POR FRX ------------------------- 54
TABLA 3.1.2.3: COMPONENTES DE LAS MATERIAS PRIMA POR FRX -------------------------------------------- 54
TABLA 3.1.2.4: COMPONENTES MAYORES DE LAS MATERIAS PRIMAS POR FRX -------------------------- 54
TABLA 3.1.3.1: PICOS REPRESENTATIVOS TIERRA ARCILLOSA DE POLOBAYA ---------------------------- 57
TABLA 3.1.3.2: CUADRO PORCENTUAL ------------------------------------------------------------------------------------ 57
TABLA 3.2.1: CARACTERISTICAS FISICAS DE LAS DIATOMITAS EN ALGUNOS YACIMIENTOS
PERUANOS ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 58
TABLA 3.2.2: COMPOSICION QUIMICA DE DIATOMITAS EN ALGUNOS YACIMEINTOS PERUANOS -- 60
TABLA 3.2.4: COMPOSICIÓN QUÍMICA DE LA DIATOMITA DE CHIGUATA --------------------------------------- 64 TABLA 3.5.4.1: LIMITACIONES EN EL USO DE LA UNNIDAD DE ALBAÑILERIA PARA FINES
ESTRUCTURALES ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 69
TABLA 3.5.4.2: LIMITACIONES EN SU APLICACIÓN PARA FINES ESTRUCTURALES ----------------------- 70
TABLA 3.5.4.3: CLASE DE UNIDAD DE ALBAÑILERÍA PARA FINES ESTRUCTURALES --------------------- 71
TABLA 4.1.1.1: MATERIAS PRIMAS -------------------------------------------------------------------------------------------- 73
TABLA 4.1.1.2: EQUIPOS EMPLEADOS --------------------------------------------------------------------------------------- 74
TABLA 4.2.3: LIMITES DE ATTERBERG --------------------------------------------------------------------------------------- 80
TABLA 4.2.3.3.1: LÍMITES DE ATTERBERG PARA MINERALES ARCILLOSOS --------------------------------- 84
10
TABLA 4.3.1: DESCRIPCIÓN Y CARACTERÍSTICAS DE LAS MATERIAS PRIMAS ----------------------------- 87
TABLA 4.3.2: RESTRICCIÓN DE LAS VARIABLES ------------------------------------------------------------------------ 87
TABLA 4.3.1.1: MEZCLAS Y NÚMERO DE PRUEBAS -------------------------------------------------------------------- 89
TABLA 4.3.1.2: PORCENTAJE DE MEZCLAS EN RELACION ASU PESO ------------------------------------------ 89
TABLA 4.3.1.3: PORCENTAJE DE LOS COMPONENTES CON RELACION A LA CANTIDAD DE AGUA - 90
TABLA 4.10.2: PARAMETROS DE MEDICION DEL MEB ----------------------------------------------------------------- 106 TABLA 4.8.5: PARAMETROS DEL ESPECTOFOTOMETRO -------------------------------------------------------------109 TABLA 4.12: ACIDEZ Y ALCALI LIGERO -------------------------------------------------------------------------------------- 112 TABLA 5.1.1.1: ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA ARCILA POLOBAYA -------------------------------------- 115
TABLA 5.1.1.2: ANALISIS GRANULOMETRICO DE LA DIATOMITA ------------------------------------------------- 116 TABLA 5.1.1.3: ANALISIS GRANULOMETRICO LODO ------------------------------------------------------------------- 116
TABLA 5.1.2.1: RESULTADO DEL ANÁLISIS DE % DE HUMEDAD EN LA ARCILLA ---------------------------- 117
TABLA 5.1.2.2: RESULTADO DEL ANÁLISIS DE % DE HUMEDAD EN LA DIATOMITA ------------------------ 117
TABLA 5.1.3.1: RESULTADO DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LA ARCILLA DE POLOBAYA -------------------------- 118
TABLA 5.1.3.2: RESULTADO DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LA DIATOMITA DE CHIGUATA ----------------------- 118
TABLA 5.1.3.3: RESULTADO DEL LÍMITE PLÁSTICO DE LA ARCILLA DE POLOBAYA ------------------------ 119
TABLA 5.1.3.4: RESULTADO DEL LÍMITE LÍQUIDO DE LA DIATOMITA DE CHIGUATA ----------------------- 119
TABLA 5.1.3.5: RESULTADO DEL LÍMITE PLÁSTICO DE LA ARCILLA DE POLOBAYA ------------------------ 120
TABLA 5.2.3.6: DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE RETRACCIÓN DE LA ARCILLA ---------------------------- 121
TABLA 5.1.3.7: RESUMEN DEL LÍMITE E INDICE DE RETRACCION DE LA ARCILLA ------------------------- 121
TABLA 5.1.3.8: DETERMINACIÓN DEL LÍMITE DE RETRACCIÓN DE LA DIATOMITA ------------------------- 121
TABLA 5.1.3.9: RESUMEN DEL LIMITE E INDICE DE RETRACCION DE LA DIATOMITA --------------------- 121
TABLA 5.1.4.1: RESULTADO DENSIDAD REAL DE LA ARCILLA ----------------------------------------------------- 122 TABLA 5.1.4.2: RESULTADO DENSIDAD REAL DE LA DIATOMITA ------------------------------------------------- 122
TABLA 5.1.5.1: RESULTADO DEL PESO ESPECÍFICO DE LA ARCILLA -------------------------------------------- 122
TABLA 5.1.5.2: RESULTADO DEL PESO ESPECÍFICO DE LA DIATOMITA ---------------------------------------- 122
TABLA 5.2.1.1: RESULTADOS DE LA CONTRACCION SECA (Cs), COCIDA (Cc) y CONTRACCION TOTAL (Ct) A 750° ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 123
11
TABLA 5.2.1.3: RESULTADOS DE LAS CONTRACCION SECA (Cs), COCIDA (Cc) Y CONTRACCION TOTAL
(Ct) A 850°C ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 123
TABLA 5.2.1.2: RESULTADO DE LA CONTRACCION SECA (Cs), COCIDA (Cc) y CONTRACCION TOTAL
(Ct) A 800°C ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 124
TABLA 5.2.1.4: RESULTADOS DE LAS CONTRACCION SECA (Cs), COCIDA (Cc) Y CONTRACCION TOTAL
(Ct) A 900° C --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 124
TABLA 5.2.1.4: RESULTADOS DE LAS CONTRACCION SECA (Cs), COCIDA (Cc) Y CONTRACCION TOTAL (Ct) A 999° C --------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 125 TABLA 5.2.2.1: DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD A 750°C ---------------------------------- 128 TABLA 5.2.2.2: DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD A 850° C --------------------------------- 128 TABLA 5.2.2.3: DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD 900°C ------------------------------------ 129 TABLA 5.2.2.4: DETERMINACION DEL PORCENTAJE DE HUMEDAD A 999°C ---------------------------------- 129 TABLA 5.2.3.1: RESULTADO DE LA DENSIDAD APARENTE A 750° C ---------------------------------------------- 130 TABLA 5.2.3.2: RESULTADO DE la DENSIDAD APARENTE A 850° C ----------------------------------------------- 131 TABLA 5.2.3.3: RESULTADO DE LA DENSIDAD APARENTE A 900° C ---------------------------------------------- 131 TABLA 5.2.3.4: RESULTADO DE LA DENSIDAD APARENTE A 999° C ---------------------------------------------- 132 TABLA 5.2.4.1: DETERMINACION DE LA POROSIDAD MUESTRA DE 750° C ------------------------------------ 133 TABLA 5.2.4.2: DETERMINACION DE LA POROSIDAD MUESTRA DE 850° C ----------------------------------- 133 TABLA 5.2.4.3: DETERMINACION DE LA POROSIDAD MUESTRA DE 900° C ------------------------------------ 134 TABLA 5.2.4.4: DETERMINACION DE LA POROSIDAD MUESTRA DE 999 ° C ----------------------------------- 134 TABLA 5.2.5.1: DETERMINACION DE ABSORCION MAXIMA A 750° C -------------------------------------------- 135 TABLA 5.2.5.2: DETERMINACION DE ABSORCION MAXIMA A 800° C --------------------------------------------- 135 TABLA 5.2.5.3: DETERMINACION ABSORCION DE MAXIMA A 850ª C --------------------------------------------- 136 TABLA 5.2.5.4: DETERMINACION DE ABSORCION MAXIMA A 900ª C --------------------------------------------- 136 TABLA 5.2.5.5: DETERMINACION DE ABSORCION MAXIMA A 999ª C ---------------------------------------------- 137 TABLA 5.2.6.1: RESULTADO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION A 999ª C ---------------------------------- 138 TABLA 5.2.6.2: RESULTADO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION A 900° C ---------------------------------- 139 TABLA 5.2.6.3: RESULTADO DE RESISTENCIA A LA COMPRESION A 800° C ---------------------------------- 139 TABLA 5.2.10.1: MEDIDAS EN nm DE TRANSMITANCIA ---------------------------------------------------------------- 154 TABLA 5.2.10.2: MEDIDAS EN nm DE ABSORBANCIA ------------------------------------------------------------------- 155
12
INDICE DE FIGURAS.
FIGURA 2.2.1.2: TIERRAS DIATOMEAS -------------------------------------------------------------------------------------- 30
FIGURA 2.2.2.3: LAS DIATOMEAS EN AMBIENTES MARINOS ESTÁN CONDICIONADAS A ZONAS
FOTICAS -------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 30
FIGURA 22.2.4: LAS DIATOMEAS EN AMBIENTES LACUSTRES ESTÁN CONDICIONADAS A ZONAS DE
VULCANISMO ACTIVO ------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 31
FIGURA 2.4.7.1: VOLUMEN ESPECÍFICO VS TEMPERATURA ------------------------------------------------------- 38
FIGURA 2.4.7.2: ESTRUCTURA ATÓMICA DE A) SÍLICE CRISTALINA, B) SÍLICE VÍTREA Y C) VIDRIO
SÓDICO DE SÍLICE ------------------------------------------------------------------------------------------------------------------ 39
FIGURA 2.4.7.3: TEMPERATURA DE TRABAJO Y FUSIÓN DEL VIDRIO ------------------------------------------ 39
FIGURA 2.4.8: RESULTADOS DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X. FRX DEL VIDRIO ------------------------ 41
FIGURA2.5: CLASES DE PIGMENTOS CERAMICOS --------------------------------------------------------------------- 43
FIGURA3.1.1: POTENCIAL DE ARCILLA COMÚN EN EL PERÚ POR REGIONES ------------------------------- 49 FIGURA3.1.2: CANTERAS DE ARCILLA COMÚN DE LA REGIÓN AREQUIPA POR PROVINCIAS --------- 50 FIGURA 3.1.1: GREDA AMARILLA DE POLOBAYA ------------------------------------------------------------------------ 51 FIGURA3.1.3: RESULTADOS DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X. FRX DE LA GREDA DE POLOBAYA- 53
FIGURA 3.1.3.1: DRX DE LA ARCILLA DE POLOBAYA DONDE LA ALBITA(A), ANORTITA (A), CAOLINITA
(K), (Q), CUARZO Y ORTOCLASA (O) ------------------------------------------------------------------------------------------55
FIGURA 3.1.3.2: DIFRACTOGRAMA ARCILLA DE POLOBAYA -------------------------------------------------------- 56
FIGURA3.1.3.3: CUADRO PORCENTUAL DE FASES TIERRA ARCILLOSA DE POLOBAYA ---------------- 58 FIGURA 3.1.4.1: DEPÓSITOS DE DIATOMITAS DE ORIGEN MARINO --------------------------------------------- 59
FIGURA 3.2.2.1: DEPÓSITOS DE DIATOMITA DE ORIGEN LACUSTRE ------------------------------------------- 59
FIGURA 3.2.3.1: PRODUCCION DE DIATOMITA EN EL PERU -------------------------------------------------------- 60
FIGURA 3.2.3.2: DISTRIBUCIÓN DE LA PRODUCCIÓN MUNDIAL DE DIATOMITAS POR PAÍSES -------- 61
FIGURA3.2.3.3: IMPORTACIÓN DE DIATOMITA EN EL PERÚ POR PAÍSES DE DESTINO ------------------ 61
FIGURA 3.2.3.4: EXPORTACIÓN DE DIATOMITA EN EL PERÚ POR PAÍSES DE DESTINO ----------------- 61 13
FIGURA 3.2.3.5: CLASIFICACIÓN GENERAL DEL CONSUMO DE DIATOMITAS -------------------------------- 62
FIGURA 3.2.4.1: MICROFOTOGRAFÍA DE LA DIATOMITA DE CHIGUATA 5 um --------------------------------- 62
FIGURA 3.2.4.2: MICROFOTOGRAFÍA DE LA DIATOMITA DE CHIGUATA 10 um ------------------------------- 63
FIGURA 3.2.5.1: DRX DE DIATOMITAS SIN CALCINAR ---------------------------------------------------------------- 64
FIGURA 3.2.5.2: DRX DE DIATOMITAS CALCINANADS A 1000°C -------------------------------------------------- 64
FIGURA 3.5.3.1: FABRICACIÓN ARTESANAL DE LADRILLOS EN PAMPA PAJONAL-YARABAMBA, AREQUIPA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 66 FIGURA3.5.3.2: MOLDEO MANUAL DE LADRILLOS --------------------------------------------------------------------- 66 FIGURA 3.5.3.3: SECADO DE LADRILLOS ARTESANALES EN PAMPA PAJONAL-YARABAMBA, AREQUIPA ----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 67 FIGURA 3.5.4.1: TRITURACION DE LADRILLOS ARTESANALES DE ARCILLA EN EDIFICIOS
DE 3 PISOS ---------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------- 69
FIGURA 4.1.2.1: MAPA UBICACIÓN POBLADO DE CHIGUATA ------------------------------------------------------- 75
FIGURA 4.1.2.2: ZONA DE EXTRACCION DE MATERIA PRIMA LOCALIDAD DE CHIGUATA --------------- 75
FIGURA 4.1.2.3: MAPA UBICACIÓN POBLADO DE POLOBAYA ------------------------------------------------------ 75
FIGURA 4.1.2.4: ZONA DE EXTRACCION DE MATERIA PRIMA LOCALIDAD DE POLOBAYA -------------- 76
FIGURA 4.1.2.5: MAPA UBICACIÓN POBLADO DE SALINAS ---------------------------------------------------------- 76
FIGURA4.1.2.6: LODO DE INKABOR SAC – PARQUE INDUSTRIAL AREQUIPA -------------------------------- 76
IFIGURA 4.1.2.7: FLUJOGRAMA RECOLECCION DE MATERIAS PRIMAS ---------------------------------------- 77
FIGURA 4.1.2.8: DIAGRAMA DE FLUJO PARA LA REALIZACION DE LOS PROCEDIMIENTOS, ENSAYOS, ANALISIS Y
DETERMINACION DE LAS PROPIEDADES DEL LADRILLO VIDRIADO DE BAJO PESO Y ALTO DESEMPEÑO ----- 78
FIGURA 4.2.3.1.1: FLUJOGRAMA DE DETERMINACION LIMITE LÍQUIDO.DETERMINACION -------------- 80
FIGURA 4.2.4.1.2: CUCHARA DE CASAGRANDE ------------------------------------------------------------------------- 81
FIGURA 4.2.3.2.1.1: FLUJOGRAMA DETERMINACION DE LIMITE PLASTICO ----------------------------------- 81
FIGURA4.2.3.2.1.2: DIAGRAMA DE CASA GRANDE ---------------------------------------------------------------------- 82
FIGURA 4.2.6: FLUJOGRAMA DETERMINACION DEL PESO ESPECÍFICO --------------------------------------- 86
FIGURA 4.2.7: FLUJOGRAMA DE DETERMINCION DE LA HUMEDAD --------------------------------------------- 87 FIGURA 4.4.1.1: LAS MATERIAS PRIMAS ARCILLA, DIATOMITA Y LODO ---------------------------------------- 91
FIGURA 4.4.1.2: MOLINO DE MARTILLO ------------------------------------------------------------------------------------- 91
FIGURA4.5: DIAGRAMA DE FLUJO DE LOS PROCESOS REALIZADOS EN ESTE ESTUDIO --------------- 92 14
FIGURA 4.5.2: PREPARACION DEL VIDRIO CERAMICO --------------------------------------------------------------- 94
FIGURA4.5.4: APLICACIÓN DE VIDRIADO SOBRE LA SUPERFICIE DEL LADRILLO -------------------------- 95
FIGURA 4.5.5: CODIFICACION DE MUESTRAS ---------------------------------------------------------------------------- 96
FIGURA 4.7: MAQUINA DE ENSAYO UNIVERSAL DE COMPRESION ING. CIVIL – UNSA ------------------- 99
FIGURA 4.8.1: COLORACION DEL LADRILLO EN EL SECADO ------------------------------------------------------- 100
FIGURA 4.8.2: MUESTRA COCIDAS A DIFERENTES TEMPERATURAS ------------------------------------------- 101 FIGURA 4.9.1: MUESTRAS COCIDAS A DIFERENTES TEMPERATURAS DE LADRILLOS VIDRIADOS l–P --------- 102
FIGURA 4.9.2: MUESTRAS COCIDAS A DIFERENTES TEMPERATURAS DE LADRILLOS VIDRIADOS ll–P -------- 103
FIGURA 4.9.3: DE VIDRIADOS CON DISTINTOS PIGMENTOS CERAMICOS ------------------------------------ 104 FIGURA4.10.1.1: MATERIA PRIMA PARA MO ------------------------------------------------------------------------------ 105 FIGURA 4.10.1.2: DESBASTADORA Y PULIDORA ------------------------------------------------------------------------ 105 FIGURA 4.10.1.3: MICROSCOPIO OPTICO ---------------------------------------------------------------------------------- 105 FIGURA 4.10.2.1: MICROSCOPIO ELECTRÓNICO DE BARRIDO (UNIVERSIDAD NACIONAL JORGE BASADRE GROWMAN – TACNA) ----------------------------------------------------------------------------------------------- 106 FIGURA 4.10.2.2: METALIZADOR DE ORO – UNSA ---------------------------------------------------------------------- 107
FIGURA 4.10.3: MICROSCOPIO ESTEREOGRAFICO -------------------------------------------------------------------- 107
FIGURA4.11.1: ESPECTROFOTÓMETRO UV-VIS ------------------------------------------------------------------------- 108
FIGURA 4.11.2.2.: COLORACION DE LONGITUDES DE ONDA ------------------------------------------------------- 110
FIGURA 5.1.1.1: ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LA ARCILLA DE POLOBAYA ------------------------------ 115
FIGURA5.1.1.2: ANÁLISIS GRANULOMÉTRICO DE LA DIATOMITA DE CHIGUATA --------------------------- 116
FIGURA 5.1.1.3: ANALISIS GRANULOMETRICO LODO ----------------------------------------------------------------- 117 FIGURA 5.1.3.1: PORCENTAJE DE HUMEDAD DE GREDA VERSUS NÚMERO DE GOLPES -------------- 118
FIGURA 5.1.3.2: PORCENTAJE DE HUMEDAD DE LA DIATOMITA ------------------------------------------------- 119
FIGURA 5.1.3.3: REPRESENTACIÓN GRAFICA DEL DIAGRAMA DE CASAGRANDE DONDE PODEMOS
OBSERVAR A LA ARCILLA DE POLOBAYA ---------------------------------------------------------------------------------- 120
FIGURA 5.2.1.1: PORCENTAJE DE CONTRACCION TOTAL ----------------------------------------------------------- 125 FIGURA 5.2.1.2: INTERACCION DE PARTICULAS DE ARCILLA CON AGUA ------------------------------------- 126
FIGURA 5.2.2: POCENTAJE DE HUMEDAD --------------------------------------------------------------------------------- 130
FIGURA5.2.3: PORCENTAJE DE HUMEDAD DE LAS MUESTRAS --------------------------------------------------- 132 15
FIGURA 5.2.4. PORCENTAJE DE POROSIDAD --------------------------------------------------------------------------- 134 FIGURA 5.2.5: PORCENTAJE ABSORCION MAXIMA -------------------------------------------------------------------- 137 FIGURA 5.2.6: RESISTENCIA A LA COMPRESION ----------------------------------------------------------------------- 139 FIGURA5.2.7.1: MICROFOTOGRAFIAS DE MICROSCOPIA OPTICA DE LAS MUESTRAS SECAS DE: MAYOR RESISTENCIA A COMPRESION (M8), RESISTENCIA MEDIA A COMPRESION (M7) Y MINIMA REISTENCIA A LA COMPRESION (M5) A 999° C ------------------------------------------------------------------------------------------------ 141 FIGURA 5.2.7.2: MICROFOTOGRAFIAS DE MICROSCOPIA OPTICA DE LAS MUESTRAS DE: MAYORRESISTENCIA A COMPRESION (M8), RESISTENCIA MEDIA A COMPRESION (M7) Y MINIMA REISTENCIA A LA COMPRESION (M5).999C ------------------------------------------------------------------------------- 142 FIGURA 5.2.7.1: MUESTRAS M5 (1 BORDE - 1000X) -------------------------------------------------------------------- 143
FIGURA 5.2.7.2: MUESTRAS M5 (1 BORDE -3000X) ---------------------------------------------------------------------- 143
FIGURA 5.2.7.3: MUESTRAS M5 (1 CENTRO - 3000X) ------------------------------------------------------------------- 144
FIGURA 5.2.7.4: MUESTRAS M7 (1 BORDE -1000X) ---------------------------------------------------------------------- 144
FIGURA 5.2.7.5: MUESTRAS M7 (1 BORDE - 3000X) -------------------------------------------------------------------- 145
FIGURA 5.2.7.6: MUESTRAS M7 (1 CENTRO - 3000X) ------------------------------------------------------------------ 145
FIGURA 5.2.7.7: MUESTRAS M8 (1 BORDE - 3000X) --------------------------------------------------------------------- 146
FIGURA 5.2.7.8: MUESTRAS M8 (1 CENTRO -1000X) -------------------------------------------------------------------- 146
FIGURA 5.2.8.1: MUESTRA NRO. 1. RECUBRIMIENTO CERÁMICO. AUMENTO 16 X ------------------------- 147
FIGURA 5.2.8.2: MUESTRA NRO. 1. MEDICIÓN DE ESPESOR DE RECUBRIMIENTO. AUMENTO 16X -- 147
FIGURA 5.2.8.3: MUESTRA NRO. 2. RECUBRIMIENTO CERÁMICO. AUMENTO 16X -------------------------- 148
FIGURA 5.2.8.5: MUESTRA NRO. 3. RECUBRIMIENTO CERÁMICO. AUMENTO -------------------------------- 149
FIGURA 5.2.9.1: ESPECTROS DE TRANSMITANCIA Y ABSORBANCIA -------------------------------------------- 150
FIGURA 5.2.9.2: MUESTRA 1, ESPECTRO DEL VIDRIO TRANSPARENTE --------------------------------------- 150
FIGURA 5.2.9.3: MUESTRA 2, ESPECTRO DEL VIDRIO MARRON A 900ªC --------------------------------------- 151
FIGURA 5.2.9.4: MUESTRA 3, ESPECTRO DEL VIDRIO MARRON A 999ªC --------------------------------------- 151
FIGURA 5.2.9.5: MUESTRA 4, ESPECTRO DEL VIDRIO PALO ROSA A 900ªC ----------------------------------- 152
FIGURA 5.2.9.6: MUESTRA 5, ESPECTRO DEL VIDRIO PALO ROSA A 999ªC ----------------------------------- 152
FIGURA 5.2.9.7: MUESTRA 6, ESPECTRO DEL VIDRIO AMARILLO A 900ªC ------------------------------------ 153
FIGURA 5.2.9.8: MUESTRA 7, ESPECTRO DEL VIDRIO AMARILLO A 999ªC ------------------------------------ 153 16
INDICE DE ECUACIONES.
ECUACIÓN (4.2.3.2.3.3), ÍNDICE DE PLASTICIDAD LINEA A ---------------------------------------------------------- 81
ECUACIÓN (4.2.3.2.3.2), ÍNDICE DE PLASTICIDAD LINEA U ---------------------------------------------------------- 82
ECUACION (4.2.3.3.1), LIMITE DE RETRACCION ------------------------------------------------------------------------ 82
ECUACION (4.2.3.3.1), INDICE DE RETRACCION IR --------------------------------------------------------------------- 83
ECUACION (4.2.3.3.2.2), INDICE DE RETRACCION IR ----------------------------------------------------------------- 83
ECUACIÓN (4.2.5), DENSIDAD REAL ----------------------------------------------------------------------------------------- 84
ECUACION (4.3.3), INCONSITENCIAS RU ----------------------------------------------------------------------------------- 88
ECUACION (4.3.2), INCONSISTENCIAS RL --------------------------------------------------------------------------------- 88
ECUACIÓN (4.3.1), INCONSISTENCIAS Ri ---------------------------------------------------------------------------------- 88
ECUACIÓN (4.3.1.1), NUMERO DE ENSAYOS ----------------------------------------------------------------------------- 88
ECUACION (4.3.1.2), RELACION AGUA/MEZCLA ------------------------------------------------------------------------- 90
ECUACIÓN (4.6.1.1), CONTRACCIÓN SECA VOLUMÉTRICA --------------------------------------------------------- 96
ECUACIÓN (4.6.1.2), CONTRACCION POR COCCIÓN VOLUMÉTRICA ------------------------------------------- 96
ECUACIÓN (4.6.1.2), CONTRACCION VOLUMÉTRICA ----------------------------------------------------------------- 96
ECUACIÓN (4.6.2.1), PORCENTAJE DE HUMEDAD DESPUÉS DEL SECADO ----------------------------------- 97
ECUACIÓN (4.6.2.2), PORCENTAJE DE HUMEDAD DESPUÉS DE LA COCCIÓN ------------------------------ 97
ECUACIÓN [4.6.2.3], PORCENTAJE DE HUMEDAD TOTAL ------------------------------------------------------------97
ECUACIÓN (4.6.3.1), PORCENTAJE DE POROSIDAD ------------------------------------------------------------------- 97 ECUACION (4.6.3.2), DENSIDAD REAL --------------------------------------------------------------------------------------- 97
ECUACION (4.6.4), ABSORCIÓN DE AGUA --------------------------------------------------------------------------------- 98
ECUACIÓN (4.7), RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN ------------------------------------------------------------------- 99
ECUACION (4.10.3.1), TRANSMITANCIA ------------------------------------------------------------------------------------- 108
ECUACION (4.10.3.2), ABSORTANCIA ---------------------------------------------------------------------------------------- 108
ECUACION (4.10.3.3), ABSORTANCIA ---------------------------------------------------------------------------------------- 108
ECUACION (4.13.1), LA CONDUCTIVIDAD ----------------------------------------------------------------------------------- 113
ECUACION (4.13.2), LA RESISTIVIDAD --------------------------------------------------------------------------------------- 113 17
ACRONIMOS
DRX Difracción de Rayos X
FRX Fluorescencia de Rayos X
MEB Microscopia Electrónica de Barrido
MO Microscopia Óptica
18
RESUMEN
En el siguiente trabajo se realizaron pruebas de campo y de laboratorio, primeramente para
poder caracterizar tanto física y mineralógicamente como a las muestras de arcilla extraída de
la localidad de Polobaya, diatomita extraída de la localidad de Chiguata y Lodo de los
minerales de Boro de Inkabor Sac, materias primas muy abundantes en nuestra ciudad para
utilizarlas en la industria ladrillera artesanal y mecanizada, la metodología que se utilizo para
caracterizar nuestras materias primas incluyo determinación de propiedades , se calculó el
peso especifico, porcentaje de humedad, análisis granulométrico, limites de Atterberg(Limite
Plástico - índice plástico, Limite Liquido, Limite de Retracción – Índice de Retracción), densidad
real y aparente de cada una de las muestras.
Luego se procedió a la formulación de mezclas para la producción de ladrillos para lo cual se
busco el método más adecuado para realizarse, se tomaron en cuenta factores básicos, la
composición de la pasta, condiciones de secado y la temperatura de cocción, que son los
factores más influyentes en la formulación de una mezcla cerámica de acuerdo con la
experiencia y literatura consultada.
Primeramente se Eligio el diseño experimental con el cual trabajaríamos nuestras mezclas
después de buscar trabajos similares se concluyo que el diseño más adecuado para ese tipo
de experimentación es el Mc Lean Anderson.
Antes de formular nuestra matriz de experimentación necesitamos rangos de composición para
cada uno de los componentes que conforman nuestras mezclas, para lo cual se tuvo que
realizar mezclas con diatomita como desengrasante, arcilla como compactante y Lodo de
minerales de Boro como fundente. A estas mezclas se les realizo ensayos de contracción al
secado, contracción al cocido, contracción total, absorción de agua y resistencia la
compresión, terminada esta etapa de la evaluación se logro calcular los rangos de composición
necesarios para diseñar nuestra matriz de experimentos, posteriormente se procedió a
caracterizar microscópicamente y d determinando propiedades ópticas, térmicas, químicas y
otra a las muestras de mayor resistencia, mediana resistencia y máxima resistencia mecánica.
Posteriormente se evaluaron el pH, la CE Conductividad Eléctrica, Resistividad, Transmitancia
y Absorbancia.
Finalmente se eligieron las variables de entrada y de salid de nuestros diseño experimental
(Mc Lean ANDERON), se identificaron los mejores rangos de composición para la formulación
mezclas,se construyó la matriz de experimentación y se confecciono probetas tanto para
ensayos de contracción total, absorción de agua y resistencia a la compresión.
19
ABSTRACT
In this paper, field tests and laboratory are performed, first to characterize both physically and
mineralogically as clay samples taken from the town of Polobaya, silica extracted from the town
of Mud Chiguata and minerals Boro Inkabor Sac, abundant raw materials in our city for use in
artisanal and mechanized brick industry, the methodology I was used to characterize our raw
materials include determination of properties, specific gravity, moisture content, particle size
analysis, limits of Atterberg was calculated (Limit Plastic - Plastic index, Liquid Limit, Limit
Retraction - Retraction index), real and apparent density of each of the samples.
Then he proceeded to the formulation of mixtures for the production of bricks for which the right
to perform method was sought, were considered basic factors, the composition of the pasta,
drying conditions and the cooking temperature, which are the most influential in the formulation
of a ceramic mixture according to the experience and literature consulted factors.
First experimental design with which we would work our blends after searching similar work was
concluded that the most appropriate design for such experimentation is the Mc Lean Anderson.
Before formulating our parent need experimental composition ranges for each of the
components that make our blends, for which he had to make mixes with diatomite as a
degreaser, such as compacting clay and mineral Boron Sludge as a flux. To these mixtures I
underwent tests shrinkage drying shrinkage cooked, overall shrinkage, water absorption and
resistance compression completion of this step of the evaluation achievement calculate the
ranges of composition needed to design our matrix experiments, subsequently proceeded to
characterize d microscopically determining optical, thermal, chemical properties and another to
show greater resistance, medium resistance and high mechanical strength. Subsequently, the
pH, EC Electrical Conductivity, Resistivity, transmittance and Absorptance were evaluated.
Finally the input variables and come out of our experimental design (Mc Lean Anderon) were
chosen, the best ranges of composition for formulation mixtures were identified, the matrix was
constructed and experimental samples was made for both assays overall shrinkage, absorption
water and compressive strength.
20
CAPITULO
21
1.1. INTRODUCCION.
Ninguna conversación sobre materiales de construcción seria completa si o se hablara de
ladrillos. Los ladrillos han existido desde que el agua se mezclo por primera vez con la tierra.
Hay pruebas arqueológicas de que el ladrillo se ha usado en la construcción desde hace miles
de años.
Desde la antigüedad, el producto ha mejorado considerablemente con la adición de arcilla para
una mayor durabilidad y la aplicación de calor para mejor la dureza. A pesar de que se han
añadido materiales avanzados, las versiones modernas de ladrillo no son sino formulas
modificadas consistentes en arena, agua, arcilla y calor. La dureza de los ladrillos queda
demostrada por el hecho de que es uno de los pocos materiales que acostumbra recuperarse y
reutilizarse. Además de longevidad, el ladrillo proporciona un buen aislamiento e
impermeabilidad. No requiere pintura, por lo que no pierde color.
El tema de esta investigación trata de mezclas: arcilla de Polobaya, Lodo(silikabor) y diatomita
de Chiguata y con un recubrimiento de engobe de vidrio cerámico; en diferentes porcentajes,
con la finalidad de obtener un material (ladrillo) de elevado desempeño, es decir, con mejores
propiedades de resistencia mecánica y mayor durabilidad, evaluado por parámetros como
composición de la mezcla, condiciones de secado, temperatura de cocción, contracción total,
absorción de agua y resistencia a compresión.
La localidad de Polobaya y Chiguata, de donde se extrajeron las materias primas para este
estudio, tiene un potencial enorme en cuanto a tierra arcillosa la cual podría ser aprovechada
por la gente de dicha comunidad.
La industria ladrillera necesita más estudios de este tipo para poder mejorar su producción y así
brindar productos de calidad a los consumidores, el mercado es amplio y, la demanda en este
tiempo es enorme, solo quien busque la mejora continua podrá permanecer en el mercado.
1.2. ANTECEDENTES.
En cuanto a antecedentes tenemos muchos ya que en todos los países de América Latina y
Europa ya se hacen desde hace mucho tiempo pesquisas sobre caracterización y mezclas
cerámicas.
Sobre Antecedentes del usos de lodos de Plantas de Bórax mencionamos: "El uso de los
residuos de boro como aditivo en ladrillos rojos; "Utilización de residuos de boro en la
producción de cerámica de arcilla pesados"; "Valoración de los diferentes tipos de residuos que
contienen boro-para la producción de áridos ligeros" [4]; "El efecto de los residuos de boro en la
fase y el desarrollo microestructural de un cuerpo de barro durante la cocción"; "Investigación
de bórax comportamiento de los residuos en la producción de azulejos" ; "La evolución de la
microestructura, la mineralogía y propiedades durante la cocción de la cerámica de arcilla a
22
base de boratos" y "El uso de los residuos de boro como fundente en la producción de lodo
rojo ladrillo". Impacto de diatomeas en la tela y química estabilidad de mezclas de diatomeas-
caolín.
Como antecedente sobre el uso de los lodos de la empresa Inkabor SAC, mencionamos:
“Evaluación del uso de material residual proveniente del proceso de producción de ácido bórico
de Inkabor SAC, como insumo en la fabricación de ladrillo de arcilla cocida” [1], también se
tiene conocimiento del uso en la Ladrillera el Diamante y Ladrilleras Unidas. Sobre el uso de
tierras diatomeas en la formulación de mezclas con arcilla no se cuenta con información
acreditada: mientras el empleo de engobe y esmaltado en el coloreado de ladrillos de arcilla si
se cuenta con antecedentes.
En El Salvador en la Universidad de El salvador facultad de Ciencias y Humanidades escuela de artes, se realizo “Estudio cerámico para la formulación de engobes de baja temperatura, utilizando materiales cerámicos y arcillas procedentes de los ausoles de Ahuachapán y cantón san Juan el espino”. El Estudio del comportamiento de ladrillos ligeros fabricados a partir de Tierras Diatomeas y Cemento Portland a diferentes temperaturas, utilizando 60% de tierra diatomea y 40% de cemento Portland, alcanzándose una resistencia a la compresión de 130 kg/cm2 equivalente al ladrillo tipo Vl, trabajo de tesis presentada en l Escuela de Ing. De Materiales 2013. En España en la Universidad Pública de Navarra UPNA 2011, realizo un trabajo de investigación sobre la elaboración de un ladrillo ecológico como material sostenible para la construcción a base de diatomita y arcilla. Rios Ch.Edin, Rodriguez O, Edwin, realizaron la tesis sobre “El estudio de la elaboración de ladrillos al frio mediante compresión como alternativa para la industria de la construcción”.
Mediante el diseño de experimentos de MC Lean Anderson, se obtuvieron diferentes
composiciones de arcilla roja y gris, a las cuales se les añadió feldespato, determinándose los
parámetros característicos de las mezclas de arcilla (contracción total, absorción de agua y
resistencia a la compresión), así como la mejor de las mismas y se estudios su comportamiento
respecto a la temperatura de cocción ya l tamaño de las partículas. Con este estudio se pudo
determinar a la mezcla más idónea para, la industria cerámica así como la temperatura de
cocido óptima, recomenzándose estudios complementarios de resistencia a la abrasión y a
agentes corrosivos.
No encontramos antecedentes de estudio de mezclas cerámicas en nuestro país, tampoco de
caracterización de muestras halladas en Chiguata, Polobaya y Lodos (Silikabor).
23
1.3.- PROBLEMA. 1.3.1.- PLANTEAMIENTO DEL PROBLEMA. La industria ladrillera en el proceso producción, utiliza materias primas de los sedimentos de
arcilla, tierras arcillosas, minerales de rocas en descomposición, etc. Por consiguiente son
materiales de alta heterogeneidad, lo que, lo que dificulta en gran medida la predicción del
comportamiento mecánico-físico del producto final (ladrillos, tejas, baldosas, etc.), es práctica
común la mezcla de diferentes tipos de arcilla, suelos, realizado muchas veces de manera
intuitiva y empírica, donde el producto depende principalmente de las proporciones que se
utilizan en dichas formulaciones.
En la región Arequipa, la industria manufacturera de la actividad ladrillera se desarrolla a nivel
artesanal e industrial, Existen 02 empresas industriales con moldeo mecanizado: Ladrillera el
Diamante y Ladrilleras Unidas; también existen otras ladrilleras de mediana capacidad. Las
diferencias de la demanda que no logran cubrir estas empresas, son cubiertas por los
productores artesanales de ladrillos que se dedican a la elaboración de ladrillos a nivel
artesanal superando las 200 ladrilleras, las que están concentradas en los distritos de
Paucarpata (alto Jesús), Distrito de Mollebaya (el Pajonal), Distrito de Socabaya ( 1ro de
Mayo), Distrito de Yarabamba ( la Pampa), Distrito de Characato ( Pampas del Chuco), la
característica principal es que el moldeo es manual y utilizan para la cocción de los ladrillos
hornos de tipo “llama dormida” (horno verticales) de baja eficiencia. Los ladrillos producidos por
el sector ladrillero artesanal no alcanzan niveles de calidad certificada, sin embargo hay que
destacar el esfuerzo que hace este sector por cubrir gran parte de la demanda de un sector de
la población de bajos ingresos.
Por otro lado es conocido, que los ladrillos de arcilla empleados en la construcción en nuestro
país se cuecen a bajas temperaturas, lo que impide el desarrollo de mejores propiedades
mecánicas y por la heterogeneidad productos de arcilla no siempre resulta obtener el color
adecuado del ladrillo, lo disminuye la calidad y solo se produce el ladrillo de calidad tipo I,
según la norma técnica peruana 399.613:2006 y 339.604:2006 en la producción de ladrillos de
arcilla.
1.3.2.- FORMULACION DEL PROBLEMA. La utilización de lodos (producto de desecho) de la Empresa INKABOR, de tierras diatomeas
como aditivo en mezclas de arcilla y el coloreado de los ladrillos en verde mediante engobado
de la superficie del ladrillo en crudo mejora las propiedades mecánicas físicas del ladrillo de
construcción en:
b.- La regulación del color del producto
c.- La generación de un valor agregado al producto
24
La coloración de la superficie de los ladrillos puede realizarse mediante esmaltado, engobado o
bien por medio de la acción de los gases de cocción por encima de una temperatura dada. La
ventaja principal que se obtiene con el engobado o el esmaltado, especialmente cuando se
emplea un engobe o esmalte de base clara, consiste en que se pueden obtener casi todas las
gradaciones de los colores pastel. El engobe o el esmalte, mezclados en el porcentaje
requerido a los óxidos colorantes o a los colorantes cerámicos especiales, se aplican a la
superficie de los ladrillos secos antes de la cocción.
Una desventaja la constituye el hecho de que el esmalte está sometido a daños por choque
durante el transporte en obra, por lo que se precisan sistemas especiales de empaquetamiento
y una cuidadosa manipulación
1.3.3.- HIPOTESIS. Es posible la obtención de ladrillos ornamentales de arcilla de bajo peso específico utilizando
engobe de baja temperatura.
1.4.- OBJETIVOS 1.4.1.- OBJETIVO GENERAL Elaborar ladrillos vidriados de bajo peso y alto desempeño para uso ornamental y para la industria de la construcción, utilizando como aditivo lodos del procesamiento de minerales de boro, tierras diatomeas y aplicando un recubrimiento de engobe adecuado. 1.4.2.- OBJETIVOS ESPECIFICOS
Caracterizar los materiales de partida
Formular mezclas apropiadas de arcilla y aditivos correspondientes
Evaluar las propiedades físicas y mecánicas de los ladrillos coloreados de arcilla cocida.
1.4.3.- JUSTIFICACION DE LA INVESTIGACION
A nivel nacional, el rubro que crece más es el sector de la construcción, reflejado por la
creciente demanda de ladrillos de arcilla cocida que cumplan los controles de calidad
impuestos por la norma peruana mencionada. Los aportes principales son:
Mejorar la calidad de ladrillos de arcilla
Difundir y transferir tecnología a los micros y pequeñas empresas del sector ladrillero,
los que serían los beneficiarios directos.
Solucionar en parte un problema latente de contaminación ambiental por el elevado
stock de lodos que cuenta la empresa INKABOR SAC.
Incremento en el ingreso económico de los productores de ladrillos. 25
La formulación adecuada de mezclas de arcilla utilizando como aditivo dichos lodos, tierras
diatomeas y el engobe correspondiente permitirá mejorar la calidad del ladrillo de arcilla cocida,
aperturando nuevos mercados.
En vista que no se ha realizado otro trabajo similar al presente, surge la necesidad de
producción ya que la modernización de la construcción lo requiere.
1.5. JUSTIFICACIÓN:
La industria milenaria como es la tierra cocida para la construcción, se está beneficiando
ampliamente de los avances tecnológicos propios de nuestros días. Los avances más
espectaculares se han producido en la automatización del movimiento de materiales dentro de
la fábrica, y en la regulación y control de los procesos en especial el de secado y la cocción.
Actualmente los productos cerámicos se emplean en una amplia gama de nuevos materiales
que pudieran sustituir incluso a metales y polímeros en la fabricación de motores térmicos,
herramientas de corte y otros accesorios para mejorar la resistencia al desgastes ya ala
abrasión, ambientes corrosivos y altas temperaturas, debido a las excelentes propiedades
,mecánicas, ópticas, eléctricas, refractariedad y elevada resistencia a las materia primas definir
los usos que les podemos dar en nuestro realidad, con la tecnología que tenemos a nuestro
alcance, es por eso que este estudios se orienta básicamente a optimizar la formulación de
mezclas para una industria.
Las pastas cerámicas están constituidas por varios ingredientes cada uno de los cuales
contribuye a mejor, o bien un aspecto del proceso de fabricación o bien una propiedades del
producto. Incluso las pastas comunes de alfarería o de ladrilleria, hechas con una sola arcilla,
son realmente mezclas de diversas sustancias minerales, a veces no exentas de sustancias
orgánicas y de carbono en distintas formas. Las mezclas que ha elaborado la naturaleza, según
su peculiar dinámica, no tienen por qué ser necesariamente las más adecuadas desde el punto
de vista Cerámico, lo más probable es que una arcilla natural no constituya por sí misma una
pasta cerámica óptima.
Por lo tanto se hace necesario elaborar un estudio de mezclas en las cuales intervengan
componentes con función es propias y bien definidas. La selección de estos componentes y la
decisión acerca de su granulometría o estado, o su modo de mezcla, constituyen la base del
diseño de las pastas cerámicas.Además es importante por la gran disponibilidad de materia
prima (arcillas, gredas, ceniceros, etc.) en nuestro territorio y la gran posibilidad de empleo, se
hace necesaria la investigación más exhaustiva de estos minerales.
Es necesario estudiar los factores de mayor influencia en la fabricación de ladrillos para poder
mejorar la calidad de los productos de fabricación de ladrillo para poder mejor la calidad de los
productos y así poder favorecer a todas las personas: con precios justos y productos de
calidad. Se justifica la realización de este estudio por la necesidad de brindar estándares para
el diseño de mezclas cerámicas. 26
CAPITULO II
MARCO TEORICO
27
2.1. LAS ARCILLAS
2.1.1.- FUNDAMENTOS DE LAS ARCILLAS. El término arcilla presenta una cierta complejidad, ya que oscila en torno a dos conceptos, fundamentados en la mineralogía y en el tamaño de partícula. Según el criterio granulométrico se considera arcilla toda fracción integrada por minerales cuyo tamaño de grano (isodiámetro) sea inferior a 2 μm. Desde el punto de vista mineralógico, se considera arcilla a aquellos minerales de la subclase filosilicatos cuyas capas de tetraedros de SiO4 y octaedros de AlO6 están apiladas y unidas por enlaces de tipo residual o por moléculas de agua y que en caso de presentar cationes entre estas capas, éstos no constituyen elemento estructural interlaminar. La realidad nos muestra que en muchas ocasiones ambos criterios se solapan, toda vez que los minerales que pertenecen a los filosilicatos arcillosos muestran siempre tamaños de grano inferiores a 2 μm, si bien otros minerales (cuarzo, por ejemplo) pueden ser considerados arcilla granulométricamente, aunque no lo sean mineralógicamente. Para ordenar estas ideas, los comités de nomenclatura propusieron dos definiciones:
que presenta generalmente un comportamiento plástico con contenidos apropiados de agua y que endurece tras el secado o la cocción. Las fases asociadas de la arcilla pueden incluir a materiales que no proporcionen plasticidad y a la materia orgánica. “Mineral de la arcilla”, Minerales del grupo de los filosilicatos, que imparten Plasticidad y que endurecen con el secado o la cocción. En estas definiciones se pone de manifiesto que el término “mineral de la arcilla” no es cualquier mineral presente en las arcillas, sino aquellos que poseen determinadas propiedades plásticas, como los filosilicatos, sin embargo reducir el término “mineral de la arcilla” a filosilicatos como se ha venido haciendo tradicionalmente, privaría de mostrar la relación existente entre las propiedades de las arcillas y las de sus minerales constituyentes. (Guggenheim y Martin 1995). 2.1.2.- CLASIFICACIÓN DE ARCILLAS. Las arcillas se pueden clasificar desde distintos puntos de vista, según sean los criterios utilizados, geológico, mineralógico, según sus propiedades fisicoquímicas o de acuerdo a su uso. No obstante, nos vamos a centrar en una clasificación basada en sus propiedades físicas y en su aplicabilidad en la industria cerámica. Las rocas arcillosas están compuestas además por minerales de arcilla (caolinitas, illita, montmorillonitas, cloritas e interestratificados de distintas composiciones), por distintas proporciones de cuarzo, carbonatos, feldespatos, biotita, moscovita, compuestos de hierro y titanio, sales solubles, materia orgánica y residuos carbonosos. La naturaleza de los minerales de arcillas y las proporciones relativas del resto de componentes condicionarán la respuesta de las arcillas durante el proceso cerámico. En función de esto, las arcillas utilizadas en la industria cerámica se pueden dividir en tres grandes grupos (Barba et al. 1997)
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CAOLINES O CHINA-CLAYS:
Tienen una composición eminentemente caolinítica, generalmente resultado de un proceso de beneficio y concentración de este mineral a partir de una roca arcillosa rica en este mineral. Su característica principal es su color blanco o crema tras cocción y su refractariedad.
ARCILLAS DE COLOR BLANCO TRAS COCCION Ball Clays: De composición caolinítico-illíticas, son altamente plásticas y fácilmente dispersables en agua, son blancas tras cocción, independientemente de su color natural, más o menos oscuro, en función del contenido variable en materia orgánica. Fire Clays: Son arcillas refractarias que, tras molienda, pueden presentar comportamientos plásticos. Flint Clays: Compuestas por caolinita de alto grado de cristalinidad y pequeño tamaño de partícula, lo que condiciona su plasticidad, dureza y densidad.
ARCILLAS DE COLOR ROJO TRAS COCCIÓN: Arcillas Refractarias: De propiedades muy variables, su única característica común es el comportamiento refractario. Arcillas Fundente: Se clasifica según su contenido en carbonatos en arcillas de bajo (<5% en peso), medio (5-15%) y alto (>15%) contenido en carbonatos. Arcillas Comunes: Son arcillas impuras de mediana plasticidad, composición y mineralogía variable, útiles para la fabricación de ladrillos. Generalmente no son de color blanco y contienen hasta 5% de álcalis, % de alcalinotérreos y 8% de óxidos férricos. 2.2.- LAS DIATOMITAS.
2.2.1.- FUNDAMENTOS DE LAS DIATOMITAS:
Las diatomitas son rocas sedimentarias sílices de grano fino, formadas por la acumulación de
frustulas de diatomeas (acumulación por gravedad cuando muere la célula). Las frustulas se
componen de sílice amorfa (ópalo). es una silícea formada por micro-fósiles dediatomeas, que
son algas marinas unicelulares que secretan un esqueleto silíceo llamado frústula.
FIGURA 2.2.1.1: CANTERAS DE DIATOMITA CHIGUATA. FUENTE: INGEMET 29
. Se originan en ambientes sedimentarios extensos y poco profundos, donde existe una lenta
deposición de sedimentos clásticos, en los que el gua contiene abundantes nutrientes y sílice.
. Debe tratarse de medios protegidos de los aportes terrígenos, para que la acumulación sea
suficiente rica en restos silíceos.
FIGURA 2.2.1.2: TIERRAS DIATOMEAS.
. En ambientes marinos las diatomeas proliferan en zonas foticas, asociado márgenes activos,
donde ocurre el fenómeno de upwelling (fenómeno por el cual las aguas frías de los fondos
suben a la superficie).
FIGURA 2.2.2.3: LAS DIATOMEAS EN AMBIENTES MARINOS ESTÁN CONDICIONADAS A
ZONAS FOTICAS.
FUENTE: INGEMET.
. En ambientes lacustres las diatomeas están condicionadas a zonas de vulcanismo activo, (el
vulcanismo provee la sílice necesaria para la proliferación de las diatomeas).
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FIGURA 22.2.4: LAS DIATOMEAS EN AMBIENTES LACUSTRES ESTÁN CONDICIONADAS
A ZONAS DE VULCANISMO ACTIVO.
FUENTE: INGEMET
2.2.2.-ANTECEDENTES.
Dado que la diatomita se forma de los restos flotantes de las diatomeas, se encuentra cerca de
las aguas superficiales actuales o anteriores. Se divide generalmente en dos categorías
basadas según la fuente de procedencia: de agua dulce y agua salada. La tierra de diatomeas
de agua dulce se recoge en minas de lechos de lagos secos y es característico su bajo
contenido de sílice cristalina. La tierra de diatomeas del agua salada contiene un alto contenido
de la sílice cristalina, haciéndole un material útil para los filtros, debido a las características
tamizantes de los cristales.
El clima terrestre se ve afectado por la cantidad de polvo que se encuentre en suspensión en
la atmósfera, así que la localización de fuentes importantes de polvo atmosférico es importante
para predecir la climatología. Las recientes investigaciones indican que los depósitos de
diatomácea en la superficie de la tierra desempeñan un papel importante. Por ejemplo, la
fuente atmosférica más grande de polvo es la depresión de Bodélé en la República de Chad,
donde las tormentas empujan la grava de la tierra de diatomeas encima de las dunas,
generando el polvo por abrasión.
Hace aproximadamente 300 millones de años, trillones de una diminuta planta unicelular
llamada diatomeas existía en los océanos. Ellas construían una pequeña caparazón alrededor,
compuesta por los mismos silicatos que extraían del agua. Cuando las diatomeas morían este
microscópico caparazón quedaba depositado en el fondo de los antiguos océanos. A través de
las eras estos caparazones se fueron acumulando en depósitos, a veces formando espesores
de miles de metros. Cuando las aguas de los océanos retrocedieron, estos depósitos fueron
eventualmente cubiertos. Las caparazones se fosilizaron y comprimieron creando un polvo de
tiza de roca llamado tierra de diatomea. Cuando la tierra de diatomea es extraída, molida,
finamente triturada, pasada por una fina malla, y puesta en una centrífuga, ésta se convierte en
un fino talco. Contiene hasta 15 minerales distintos como son el manganeso, magnesio, hierro,
titanio, calcio y silicatos entre otros, siendo el más importante el Silicio. La tierra de diatomea es
un material inerte, no tóxico y totalmente inofensivo para el ser humano o cualquier animal de
sangre caliente.
2.2.3.- CARACTERISTICAS.
Las principales características son:
. Color, generalmente son de color banco, aunque también se presentan coloreadas.
. Porosidad alta
. Baja densidad
. Capacidad abrasiva suave.
. Alta resistencia a la temperatura.
. Área superficial de 10 a 30 m2/g (la calcinación l reduce a 0.5 a 5 2/g).
. Indicé de refracción 1.40 a 1.46 (la calcinación l incrementa a 1.49).
. Químicamente inerte.
FUENTE: www.diatomitas.com FUENTE: www.Diatomita.com
2.3. LODO (MINERALES DE BORO).
TABLA 2.3: COMPOSICION LODO.
(a) “Tecnología Cerámica de los ladrillos” Ezio Facincani.
(b) “Manufacturing fired bricks with class fly ash from Illinois basin coals”. Mei-In Chou. Shen – Fu Chou, Joseph
W. Stucki.
(c) “Control de Calidad de Silikabor”. Laboratorio de Inkabor S. A. C.
(d) “Estudio del uso del producto proveniente del proceso de producción de Inkabor S.A.C. como aditivo para la
fabricación de ladrillos de arcilla cocida”. UNSA-INKABOR S.A.C.
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2.4. VIDRIOS.
álcalis fusionados a alta temperatura.
Se lo considera un sólido amorfo.
Los vidrios planos son del tipo sodo-cálcicos.
Material amorfo que se fabrica a partir de dióxido de silicio SiO2 fundidos a altas temperaturas
con carbonato y / o boratos de Na, Ca, Pb, y otros elementos metálicos. Es transparente y
también puede ser traslucido y opaco, sus colores varían según los compuestos usados en su
fabricación.
- El vidrio fundido es maleable y en frío puede ser tallado.
- No es atacado por agentes químicos con facilidad, desde el punto de vista mecánico es rígido
y frágil.
- Se utiliza en innumerables objetos domésticos, en joyas, en la construcción de ventanas,
parabrisas, anteojos, etc.
- Es mal conductor del calor y la electricidad por lo que se puede usar como aislante.
- El vidrio Pyrex es muy resistente al calor y el vidrio fotocromático son ejemplos de los nuevos
materiales de vidrio que se han producido en las últimas décadas.
2.4.2.-MATERIAS PRIMAS (VIDRIO SODO-CÁLCICO).
Calizas (Contienen cal.
Dolomías.
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2.4.3.-COMPOSICIÓN.
Por razones de fabricación y resistencia a la humedad la composición debe ser:
TABLA 2.4.3.1: VIDRIO SODO CALCICO.
VIDRIO SODO-CÁLCICO
CaO 10-15%
FUENTE: www.vidrios.com FUENTE: www.vidrios.com
CONSTRUCCIÓN.
DENSIDAD 2500 KG/M3
Coeficiente de Poisson 0.22 – 0.23
Resistencia mecánica Resistencia a la Tracción:
(siempre rompe por tensiones de tracción en su superficie) varía entre 300 y 700 kg/cm2
Resistencia compresión 10.000 kg/cm2
Índice de refracción 1.52 (es función de las longitudes de onda)
FUENTE: www.vidrios.com 35
2.4.5.-CLASIFICACIÓN SEGÚN COMPOSICIÓN QUÍMICA.
TIPO CARACTERÍSTICA USOS PROPIEDADES
Sodo – Cálcico
Más común y menos costoso. Los vidrios planos son de este tipo
Envases. Ventanas
Elevada capacidad de transmisión de la luz. Superficie suave y no porosa (fácil limpiable). No contamina. Alta expansión térmica
Plomado (comúnmente llamado cristal plomado)
Se utiliza óxido de plomo en lugar de óxido de calcio.
Decoración.
El óxido de plomo baja la temperatura de fusión y la dureza y eleva el índice de refracción. Aislante eléctrico.
Vasos.
Pantalla de radiación (35% contenido en plomo)
Borosilicato Cualquier vidrio silicato que contenga al menos 5% de óxido bórico
Industria química
Mayor resistencia a los cambios térmicos y a la corrosión química.
Industria farmacéutica
FUENTE: www.vidrios.com
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2.4.6.-COMPONENTES DEL VIDRIO.
FUENTE: www.triplenlace.com
Los componentes básicos del vidrio se pueden clasificar según los siguientes grupos o familias:
Vitrificantes.
Óxidos.
Fundentes.
Afinantes.
2.4.7. VIDRIO CERÁMICO.
- Se caracterizan por su ordenación atómica en cortas distancias.
- Método de obtención de una cerámica vítrea. Temperatura de transición vítrea.
FIGURA 2.4.7.1: VOLUMEN ESPECÍFICO VS TEMPERATURA.
FUENTE: www.vidriosceramicos.com
- Consecuencias de la estructura abierta de los vidrios:
Modificadores: átomos de diferentes especies que rompen la continuidad de la red de la
estructura abierta de los vidrios.
Formadores: átomos de diferentes especies que contribuyen a la formación de la red de
la estructura abierta de los vidrios.
ILUSTRACION 2.4.7.2: ESTRUCTURA ATÓMICA DE A) SÍLICE CRISTALINA, B) SÍLICE
VÍTREA Y C) VIDRIO SÓDICO DE SÍLICE.
FUENTE:www.vidriosceramicos.com 38
- Métodos de conformado del vidrio a partir del estado fundido:
Soplado.
Centrifugado.
El parámetro a controlar es la viscosidad. Una cerámica vítrea es por definición una cerámica
parcialmente cristalina, de grano muy fino y que se obtiene por calentamiento de un vidrio
cerámico susceptible de experimentar una cristalización controlada.
- No todos los vidrios cerámicos pueden experimentar cristalización parcial por tratamiento
térmico.
- Las cerámicas vítreas tienen como mínimo el 50 % cristalizado pudiendo llegar al 90 % de su
volumen.
Las propiedades dependerán de sus fases vítrea y cristalina así como de sus fracciones en
volumen.
Las propiedades mecánicas son superiores a las del vidrio de procedencia.
Se pueden obtener por dos vías:
1º conformar el vidrio de partida por métodos sencillos.
2º proceder a la desvitrificación del vidrio conformado.
O
2º Desvitrificación simultánea a la sinterización.
Esta última vía es la que proporciona mejores propiedades mecánicas. 39
TABLA 2.4.7.4: MATERIALES CERAMICOS.
CLASIFICACIÓN DE LOS MATERIALES CERÁMICOS EN BASE A SU APLICACIÓN:
Obtención por:
Tratamientos de recocido para disminuir su fragilidad.
Tratamientos de temple sobre el vidrio plano: se somete al vidrio a temperaturas superiores a
las de transición vítrea pero inferiores a la de fusión, al enfriar rápidamente se crean en el
material a nivel superficial tensiones de compresión que mejoran sus propiedades.
VITROCERÁMICAS: Se elaboran como un vidrio y posteriormente un tratamiento de
desvitrificación logrando una transformación del vidrio en cristal del 50 %, mejorando:
- Propiedades mecánicas.
2.4.8.- Ensayos cristalográficos por difracción de rayos X (DRX) de los
vidrios
FIGURA 2.4.8RESULTADOS DE FLUORESCENCIA DE RAYOS X. FRX DEL VIDRIO.
FUENTE: Tesis “USO DEL VIDRIO RECICLADO SODO- CALCICO COMO REFORZANTE EN LADRILLOS DE
ARCILLA COCIDA” – EPIMAT – UNSA 2012.
2.5.-PIGMENTOS CERÁMICOS.
2.5.1.- FUNDAMENTOS DE LOS PIGMENTOS CERAMICOS.
Es un material cerámico monofásico y partículado, que contiene especies químicas cromóforas y que cumple dos requerimientos básicos: Es estable a altas temperaturas. Es estable en medios agresivos (vidrios fundidos). Estos productos deben mantener en el producto final una intensidad de color adecuada. La forma de utilización de estos productos es mediante dispersión en un medio (vehículo) y posterior aplicación en el producto. El producto final, después del procesado adecuado, contiene una dispersión de partículas coloreadas tan pequeñas y próximas que generan la sensación, en el ojo humano, de continuidad del color Una diferencia importante con otros materiales cerámicos es su utilización como materiales particulados.
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2.5.2.- TEORIAS (FORMALISMOS) QUE PERMITEN EXPLICAR EL COLOR.
Existen varias teorías que explican el color.
- Teoría del campo cristalino
- Teoría del orbital molecular
- Efectos ópticos
La teoría del campo cristalino nos permite explicar el color en compuestos iónicos, que contienen cationes de metales de transición y/o tierras raras con electrones desapareados. Un catión con una co

“ELABORACIÓN DE LADRILLOS VIDRIADOS DE BAJO PESO Y …

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