UNIVERSIDAD JUAREZ DEL ESTADO

DE DURANGO

FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS

USO DE VIDRIO RECICLADO EN LA FABRICACIN DE LADRILLOS

PARA CONSTRUCCIN

Por:

JOS LUIS GONZLEZ ESPARZA

TESIS

Presentada como Requisito Parcial para

Obtener el Ttulo de:

INGENIERO EN CIENCIAS DE MATERIALES

Durango, Dgo., Mxico.

Noviembre de 2012

UNIVERSIDAD JUREZ DEL ESTADO

DE DURANGO

FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS

USO DE VIDRIO RECICLADO EN LA FABRICACIN DE LADRILLOS

PARA CONSTRUCCIN

TESIS

POR:

JOS LUIS GONZLEZ ESPARZA

QUE SOMETE A CONSIDERACIN DEL H. JURADO EXAMINADOR COMO

REQUISITO PARCIAL PARA OBTENER EL TTULO DE

INGENIERO EN CIENCIAS DE MATERIALES

Presidente: Dra. Mara Azucena Gonzlez Lozano

Secretario: Dra. Patricia Ponce Pea

Vocal: Ing. Adolfo Ruiz Soto

Suplente: Ing. Miguel ngel Salazar Lozano

Victoria de Durango, Dgo., Mxico.

Noviembre del 2012

M.C. MARA DEL SOCORRO VZQUEZ MENDIETA SECRETARIA ACADMICA FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS UNIVERSIDAD JUREZ DEL ESTADO DE DURANGO P R E S E N T E.-

Por medio de la presente los abajo suscritos hacemos de su conocimiento que el

trabajo de tesis titulado: USO DE VIDRIO RECICLADO EN LA FABRICACIN DE

LADRILLOS PARA CONSTRUCCIN presentado por elC. JOS LUIS

GONZLEZ ESPARZApara obtener el ttulo de INGENIERO EN CIENCIAS DE

MATERIALES ha sido revisado y aprobado, por lo cual se autoriza su impresin

definitiva.

ATENTAMENTE

POR MI RAZA HABLAR EL ESPRITU

Victoria de Durango, Dgo., Noviembre de 2012

M.C. MARA DEL SOCORRO VZQUEZ MENDIETA SECRETARIA ACADMICA FACULTAD DE CIENCIAS QUMICAS UNIVERSIDAD JUREZ DEL ESTADO DE DURANGO P R E S E N T E.

Estimada Maestra Vzquez:

Por medio de la presente, me dirijo a Usted de la manera ms atenta con la finalidad

de informarle que las observaciones que surgieron de la revisin correspondiente al

trabajo de tesis titulado USO DE VIDRIO RECICLADO EN LA FABRICACIN DE

LADRILLOS PARA CONSTRUCCIN presentado por el C. JOS LUIS

GONZLEZ ESPARZA para obtener el ttulo de INGENIERO EN CIENCIAS DE

MATERIALES, han sido atendidas, por lo que no teniendo ms sugerencias se

autoriza su impresin definitiva.

ATENTAMENTE

POR MI RAZA HABLAR EL ESPRITU

Directora de tesis

Victoria de Durango, Dgo., Noviembre de 2012

i

AGRADECIMIENTOS

A Dios por brindarme la oportunidad y la dicha de la vida, al brindarme los medios

necesarios para continuar mi formacin, y siendo un apoyo incondicional para

lograrlo ya que sin l no hubiera podido.

A mi padre que ya parti a la presencia del Seor, dedicarle este presente

documento quien permanentemente me apoyo con su espritu alentador,

contribuyendo incondicionalmente a lograr mis metas y objetivos propuestos y que al

brindarme con su ejemplo a ser perseverante y darme la fuerza que me impuls a

conseguirlo.

A mi madre y hermanos que me acompaaron a lo largo del camino, brindndome la

fuerza necesaria para continuar, as mismo ayudndome en lo que fuera posible,

dndome consejos y orientacin, estoy muy agradecido, sobre todo a mi mam

gracias por apoyarme en todo lo que necesit.

Agradezco a todas aquellas personas y maestros que hicieron posible el desarrollo

de este proyecto, en especial a los revisores de tesis Ing. Adolfo Ruiz Soto, Dra.

Patricia Ponce Pea y M.A. Miguel ngel Salazar Lozano.

A mi directora de tesis Dra. Mara Azucena Gonzlez Lozano que confi en m y que

sin su ayuda no hubiera sido posible realizar este proyecto.

Al Sr. Santos Loera Tellez, por su apoyo para la realizacin de este proyecto de

tesis, por facilitar sus instalaciones y materias primas.

A la M.C. Adriana Tejeda, por los anlisis de DRX realizados en laboratorios de la

UNAM.

ii

DEDICATORIA

De igual forma, dedico esta tesis a mi madre que ha sabido formarme con buenos

sentimientos, hbitos y valores, lo cual me ha ayudado a salir adelante en los

momentos ms difciles.

A mi hermano que siempre ha estado junto a m brindndome su apoyo, muchas

veces ponindose en el papel de padre.

A mi hermana que siempre me apoya en las buenas y en las malas te quiero mucho

hermanita.

Al hombre que me dio la vida, el cual a pesar de haberlo perdido, ha estado siempre

cuidndome y guindome desde el cielo.

A mi familia en general, porque me han brindado su apoyo incondicional y por

compartir conmigo buenos y malos momento.

A mis compaeros de generacin que compartimos momentos buenos y malos.

Momentos divertidos que no se olvidan.

A mis amigos del saln JL que siempre estuvieron conmigo en todo momento.

iii

RESUMEN

En el presente trabajo de tesis se fabricaron y caracterizaron ladrillos para

construccin usando vidrio reciclado en su composicin, variando su porcentaje de 0

a 15%.

Los ladrillos fueron fabricados de forma manual, usando materias primas del

Municipio de Vicente Guerrero, Durango, Mxico, las materias primas fueron

mezcladas, homogenizadas y amasadas con agua, posteriormente fueron colocadas

en moldes de madera, los ladrillos fueron secados a la intemperie por 3 das y

despus cocidos en hornos tradicionales.

La composicin de fases y microestructura de los ladrillos se analizaron por las

tcnicas de difraccin de rayos X y microscopa ptica. As mismo, se calcul el

porcentaje de contraccin lineal del ladrillo sinterizado y se midieron las propiedades

de resistencia a la compresin y absorcin de agua de los ladrillos.

De acuerdo con los resultados obtenidos la introduccin de vidrio de 5 a 10%

aument la porosidad del producto, con respecto a la mezcla con 0% de vidrio, lo que

propici una baja resistencia mecnica y alto porcentaje de absorcin de agua.

Por otra parte, la composicin con 15% vidrio present una microestructura ms

compacta y por ende, una resistencia a la compresin ms alta y porcentaje de

absorcin de agua ms bajo, con respecto a las mezclas con 5 y 10% de vidrio. De

acuerdo con la norma mexicana NMX-C-404-ONNCCE-2005, los ladrillos con 15%

de vidrio tienen uso potencial como materiales para construccin.

iv

NDICE

RESUMEN ...................................................................................................................................................... III

1 INTRODUCCIN .................................................................................................................................... 1

2 OBJETIVOS ............................................................................................................................................ 3

2.1 OBJETIVO GENERAL ................................................................................................................................ 3

2.2 OBJETIVOS ESPECFICOS ........................................................................................................................ 3

2.3 JUSTIFICACIN ........................................................................................................................................ 3

2.4 HIPTESIS ............................................................................................................................................... 4

3 REVISIN DE LITERATURA ................................................................................................................ 5

3.1 LADRILLOS PARA CONSTRUCCIN .......................................................................................................... 5

3.1.1 Historia........................................................................................................................................... 5

3.1.2 Clasificacin de ladrillos .............................................................................................................. 5

3.1.3 Materiales y proceso de fabricacin de ladrillos ..................................................................... 7 3.1.3.1 La arcilla ................................................................................................................................................... 7 3.1.3.2 Proceso de elaboracin .......................................................................................................................... 7 3.1.3.3 Maduracin ............................................................................................................................................... 8 3.1.3.4 Tratamiento mecnico previo ................................................................................................................ 9 3.1.3.5 Depsito de materia prima procesada ................................................................................................. 9 3.1.3.6 Humidificacin........................................................................................................................................ 10 3.1.3.7 Moldeado ................................................................................................................................................ 10 3.1.3.8 Secado .................................................................................................................................................... 10 3.1.3.9 Coccin ................................................................................................................................................... 11 3.1.3.10 Almacenaje ............................................................................................................................................. 11

3.2 VIDRIO ................................................................................................................................................... 12

3.2.1 Historia......................................................................................................................................... 12

3.2.2 Tipos de vidrios .......................................................................................................................... 13 3.2.2.1 El vidrio sdico-clcico ......................................................................................................................... 13 3.2.2.2 El vidrio de plomo .................................................................................................................................. 13 3.2.2.3 El vidrio de borosilicato ......................................................................................................................... 14 3.2.2.4 El vidrio de slice .................................................................................................................................... 15 3.2.2.5 Vidrio de seguridad ............................................................................................................................... 15 3.2.2.6 Vidrio aislante ........................................................................................................................................ 16 3.2.2.7 El vidrio dielctrico ................................................................................................................................ 17 3.2.2.8 El vidrio conductor ................................................................................................................................. 17 3.2.2.9 El vidrio protector contra el sol ............................................................................................................ 18

3.2.3 Reciclado de vidrio .................................................................................................................... 18

3.2.4 Uso de vidrio reciclado .............................................................................................................. 20

3.3 TCNICAS DE CARACTERIZACIN EMPLEADAS Y MEDICIN DE PROPIEDADES .................................... 21

3.3.1 Difraccin de Rayos X ............................................................................................................... 21 3.3.1.1 Ley de Bragg .......................................................................................................................................... 23

3.3.2 Microscopa ptica ..................................................................................................................... 24

v

3.3.3 Resistencia mecnica a la compresin .................................................................................. 25

3.3.4 Absorcin de agua ..................................................................................................................... 26

4 MATERIALES Y MTODOS ............................................................................................................... 27

4.1 ACONDICIONAMIENTO DE LA MATERIA PRIMA ....................................................................................... 27

4.2 FABRICACIN DE LADRILLOS EN VERDE ................................................................................................ 27

4.2.1 Moldeo de las piezas ................................................................................................................. 28

4.2.2 Coccin del ladrillo ..................................................................................................................... 29

4.3 MEDICIN DE LA CONTRACCIN DEL LADRILLO SINTERIZADO .............................................................. 29

4.4 ABSORCIN DE AGUA ............................................................................................................................ 30

4.5 RESISTENCIA A LA COMPRESIN ........................................................................................................... 31

5 RESULTADOS Y DISCUSIN ............................................................................................................ 32

5.1 CARACTERIZACIN DE FASES Y MICROESTRUCTURA DE LADRILLOS SINTERIZADOS ........................... 32

5.2 MEDICIN DE LAS PROPIEDADES DE LOS LADRILLOS SINTERIZADOS ................................................... 35

5.2.1 Contraccin lineal del ladrillo sinterizado ............................................................................... 35

5.2.2 Absorcin de agua ..................................................................................................................... 36

5.2.3 Resistencia a la compresin .................................................................................................... 37

6 CONCLUSIONES ................................................................................................................................. 40

7 LITERATURA CITADA ........................................................................................................................ 41

vi

NDICE DE FIGURAS

Figura 1. Haz de rayos X difractados por un plano cristalino. ...................................................... 22

Figura 2. Representacin grfica de la ley de Bragg. ................................................................... 23

Figura 3. Amasado manual de la mezcla de arcilla. ...................................................................... 28

Figura 4. Molde para fabricar ladrillos .............................................................................................. 28

Figura 5. Horno de coccin de ladrillos. .......................................................................................... 29

Figura 6. Fotografa que muestra el ensayo en compresin realizado a los ladrillos. ............. 31

Figura 7. Fotografa que muestra algunos ladrillos sinterizados. ................................................ 32

Figura 8. Patrones de DRX de los ladrillos sinterizados con porcentajes de 0-15% vidrio

nombradas como LT, LT/5%, LT/10% y LT/15% respectivamente. .......................... 33

Figura 9. Imgenes de microscopa ptica: a) y b) muestras de ladrillo sin vidrio tomadas a

10 y 20X; c) y d) muestras de ladrillo con 5% de vidrio a 10 y 20X. Las formas

blancas encierran las partculas vtreas. ....................................................................... 34

Figura 10. Imgenes de microscopa ptica: a) y b) muestras de ladrillo con 10% de vidrio a

10 y 20X; c) y d) muestras de ladrillo con 15% de vidrio a 10 y 20X. Las formas

blancas encierran las partculas vtreas. ....................................................................... 35

NDICE DE TABLAS

Tabla 1. Composiciones de ladrillo investigadas en el presente trabajo. ................................... 27

Tabla 2. Resultados de contraccin lineal de ladrillos sinterizados. ........................................... 36

Tabla 3. Resultados de absorcin de agua de los ladrillos sinterizados .................................... 37

Tabla 4. Resultados de resistencia a la compresin ..................................................................... 38

1

1 INTRODUCCIN

Los materiales de desecho han sido definidos como algn tipo de material producido

por humanos o por actividad industrial sin un valor final. El crecimiento en la cantidad

y tipos de desechos tales como plsticos, vidrios, arcillas quemadas, metales

(principalmente aluminio, hierro y cobre), papel, etc.; as como la escasez de

espacios para depositarlos y la carencia de materias primas, extreman la emergencia

de encontrar maneras innovadoras de reciclar y reutilizar los materiales de desecho

[1, 2].

Diferentes tipos de desechos en la industria cermica ya son reciclados. Ejemplo de

stos, es el vidrio de desecho el cual es fcilmente incorporado como una materia

prima alternativa o como agente fundente en mezclas para loza, azulejos, ladrillos y

concreto. Trabajos anteriores han reportado que el vidrio de desecho puede ser

usado como un agente fundente potencial para ayudar a bajar las temperaturas de

quemado de cuerpos arcillosos.

Por otra parte, la fabricacin de ladrillos, tejas y otros productos de arcilla cocidos se

ha convertido en un problema ecolgico muy grave en muchas ciudades de la

Republica Mexicana, debido principalmente a la quema de combustibles que se

utilizan para la coccin de esos productos, tales como: lea, llantas, aceites

gastados, madera, plsticos o textiles, entre otros, ya que emiten una gran cantidad

de gases a la atmsfera, como monxido de carbono, xidos de nitrgeno, bixido de

azufre y partculas slidas. Por ello es prioritario atender el problema de las fuentes

emisoras de gases ya que han ocasionado que se presenten problemas de salud en

los colonos que viven en los alrededores de las ladrilleras [3]. Estos contaminantes

txicos emitidos de la quema de combustibles usados por las ladrilleras se sospecha

que sin responsables de inducir la presencia de: cncer, malformaciones congnitas,

2

problemas de fertilidad y otras enfermedades graves. La exposicin a sustancias

txicas por encima de los niveles permitidos en el aire, pueden causar problemas

cardiovasculares, pulmonares, de la piel y hasta la muerte [4].

Por lo anterior, es de suma importancia proponer alternativas de solucin, para

reducir los daos ocasionados al ambiente y por ende a los seres humanos, plantas

y animales.

3

2 OBJETIVOS

2.1 Objetivo general

Fabricar y caracterizar ladrillos para construccin usando vidrio reciclado en su

composicin.

2.2 Objetivos especficos

Reciclar y acondicionar el vidrio de desecho para su uso en las mezclas.

Fabricar ladrillos para construccin parcialmente reemplazado con vidrio

reciclado en porcentajes de 5, 10 y 15% en peso.

Caracterizar los ladrillos obtenidos mediante las tcnicas de DRX y MO.

Medir las propiedades de: resistencia a la compresin, absorcin de agua y

porcentaje de contraccin de los ladrillos fabricados.

2.3 Justificacin

La fabricacin de ladrillo de construccin es una de las industrias que ms ha crecido

en la ciudad de Durango, sin embargo carece de vertientes derivadas del desarrollo

cientfico y tecnolgico que permitan su modernizacin. Lo anterior ha motivado que

en el lapso de la ltima dcada, se le detectara como una de las principales fuentes

de contaminacin a nivel local. El proceso presenta deficiencias en la coccin en la

mayora de los casos, con las consecuentes deficiencias en el producto, tales como

baja resistencia mecnica, lo cual aunado a la problemtica de emisin de humos

constituyen dos de los problemas que requieren de propuestas de solucin de

aplicacin inmediata.

4

Adems, la fabricacin de ladrillos, tejas y otros productos de arcilla cocidos se ha

convertido en un problema ecolgico en muchas ciudades de la Republica Mexicana

debido al tipo de combustibles que se utilizan para la coccin de esos productos:

lea, llantas, madera, cumuladores, plsticos o textiles, entre otros, al ser

incinerados, emiten una gran cantidad de gases a la atmsfera, como monxido de

carbono, xidos de nitrgeno, bixido de azufre y partculas slidas. Por ello es

prioritario atender el problema de las fuentes emisoras de gases y, a la vez,

mantener la planta productiva de los fabricantes, ya que de esta actividad dependen

numerosas familias. [5].

Adicionalmente, aunque el reciclado y uso de vidrio de desecho (cullet) reviste gran

importancia en aspectos tales como el ambiental y el econmico, no existen muchos

trabajos de investigacin reportados hasta el momento, que se enfoquen al

desarrollo de nuevos cermicos basados en la mezcla de arcillas y cullet. Por lo tanto

esta es un rea de oportunidad para la generacin de nuevo conocimiento cientfico y

tecnolgico para la produccin de artculos de alto valor agregado a partir de

desechos.

2.4 Hiptesis

En base a estudios previos, tericos y experimentales reportados en la literatura, se

plantea la hiptesis siguiente: es posible fabricar ladrillos con mezclas de arcillas y

vidrio reciclado, que presenten buenas propiedades fsicas y mecnicas, para su uso

en la industria de la construccin.

5

3 REVISIN DE LITERATURA

3.1 Ladrillos para construccin

Un ladrillo es una pieza de construccin, generalmente cermica y con forma

ortodrica, cuyas dimensiones permiten que se pueda colocar con una sola mano por

parte de un operario. Se emplea en albailera para la ejecucin de fbricas en

general.

3.1.1 Historia

Los ladrillos son utilizados como elemento para la construccin desde hace unos

11000 aos. Los primeros en utilizarlos fueron los agricultores del neoltico pre

cermico del Levante hacia 9500 a. C., ya que en las reas donde levantaron sus

ciudades apenas exista la madera y la piedra. Los sumerios y babilonios secaban

sus ladrillos al sol; sin embargo, para reforzar sus muros y murallas, en las partes

externas, los recubran con ladrillos cocidos, por ser estos ms resistentes. En

ocasiones tambin los cubran con esmaltes para conseguir efectos decorativos. Las

dimensiones de los ladrillos fueron cambiando con el tiempo y segn la zona en la

que se utilizaron [6].

3.1.2 Clasificacin de ladrillos

Segn su forma, los ladrillos se clasifican en:

Ladrillo perforado, que son todos aquellos que tienen perforaciones en la tabla

que ocupen ms del 10% de la superficie de la misma. Se utilizan en la

ejecucin de fachadas de ladrillo.

http://es.wikipedia.org/wiki/Construcci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Orto%C3%A9dricahttp://es.wikipedia.org/wiki/Alba%C3%B1iler%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/F%C3%A1brica_de_ladrillohttp://es.wikipedia.org/wiki/Sumeriahttp://es.wikipedia.org/wiki/Historia_de_Babilonia

6

Ladrillo macizo, aquellos con menos de un 10% de perforaciones en la tabla.

Algunos modelos presentan rebajes en dichas tablas y en las testas para

ejecucin de muros sin llagas.

Ladrillo tejar o manual, simulan los antiguos ladrillos de fabricacin artesanal,

con apariencia tosca y caras rugosas. Tienen buenas propiedades

ornamentales.

Ladrillo aplantillado, aquel que tiene un perfil curvo, de forma que al colocar

una hilada de ladrillo, generalmente a sardinel, conforman una moldura

corrida. El nombre proviene de las plantillas que utilizaban los canteros para

labrar las piedras, y que se utilizan para dar la citada forma al ladrillo.

Ladrillo hueco, son aquellos que poseen perforaciones en el canto o en la

testa que reducen el peso y el volumen del material empleado en ellos,

facilitando su corte y manejo. Aquellos que poseen orificios horizontales son

utilizados para tabiquera que no vaya a soportar grandes cargas. Pueden ser

de varios tipos:

o Rasilla: su soga y tizn son mucho mayores que su grueso. En Espaa,

sus dimensiones ms habituales son 24 x 11,5 x 2,5 cm.

o Ladrillo hueco simple: posee una hilera de perforaciones en la testa.

o Ladrillo hueco doble: con dos hileras de perforaciones en la testa.

o Ladrillo hueco triple: posee tres hileras de perforaciones en la testa.

Ladrillo caravista: son aquellos que se utilizan en exteriores con un acabado

especial.

Ladrillo refractario: se coloca en lugares donde debe soportar altas

temperaturas, como hornos o chimeneas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Canter%C3%ADahttp://es.wikipedia.org/wiki/Tabique

7

3.1.3 Materiales y proceso de fabricacin de ladrillos

3.1.3.1 La arcilla

La arcilla con la que se elaboran los ladrillos es un material sedimentario de

partculas muy pequeas de silicatos hidratados de almina, adems de otros

minerales como el caoln, la montmorillonita y la illita. Se considera el adobe como el

precursor del ladrillo, puesto que se basa en el concepto de utilizacin de barro

arcilloso para la ejecucin de muros, aunque el adobe no experimenta los cambios

fsico-qumicos de la coccin. El ladrillo es la versin irreversible del adobe, producto

de la coccin a altas temperaturas (800C) [6].

3.1.3.2 Proceso de elaboracin

Hoy da, en cualquier fbrica de ladrillos se llevan a cabo una serie de procesos

estndar que comprenden desde la eleccin del material arcilloso hasta el proceso

de empacado final. La materia prima utilizada para la produccin de ladrillos es,

fundamentalmente, la arcilla. Este material est compuesto, en esencia, de slice,

almina, agua y cantidades variables de xidos de hierro y otros materiales alcalinos,

como los xidos de calcio y los xidos de magnesio.

Las partculas del material son capaces de absorber higroscpicamente hasta un

70% de su peso en agua. Cuando est hidratada, la arcilla adquiere la plasticidad

suficiente para ser moldeada, a diferencia de cuando est seca; estado en el que

presenta un aspecto terroso.

Durante la fase de endurecimiento, por secado o por coccin, el material arcilloso

adquiere caractersticas de notable solidez, y experimenta una disminucin de masa,

por prdida de agua, de entre un 5 y un 15%.

Una vez seleccionado el tipo de arcilla el proceso puede resumirse en:

http://es.wikipedia.org/wiki/Arcillahttp://es.wikipedia.org/wiki/Caol%C3%ADnhttp://es.wikipedia.org/wiki/Montmorillonitahttp://es.wikipedia.org/wiki/Illitahttp://es.wikipedia.org/wiki/Adobehttp://es.wikipedia.org/wiki/Cocci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/S%C3%ADlicehttp://es.wikipedia.org/wiki/Al%C3%BAminahttp://es.wikipedia.org/wiki/Aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_hierrohttp://es.wikipedia.org/wiki/Alcalinohttp://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xidohttp://es.wikipedia.org/wiki/Calciohttp://es.wikipedia.org/wiki/Magnesiohttp://es.wikipedia.org/wiki/Higrosc%C3%B3pico

8

Maduracin

Tratamiento mecnico previo

Depsito de materia prima procesada

Humidificacin

Moldeado

Secado

Coccin

Almacenaje

3.1.3.3 Maduracin

Antes de incorporar la arcilla al ciclo de produccin hay que someterla a ciertos

tratamientos de trituracin, homogeneizacin y reposo en acopio, con la finalidad de

obtener una adecuada consistencia y uniformidad de las caractersticas fsicas y

qumicas deseadas.

El reposo a la intemperie tiene la finalidad de facilitar el desmenuzamiento de los

terrones y la disolucin de los ndulos para impedir las aglomeraciones de partculas

arcillosas. La exposicin a la accin atmosfrica (aire, lluvia, sol, hielo, etc.) favorece

adems la descomposicin de la materia orgnica que pueda estar presente y

permite la purificacin qumica y biolgica del material. De esta manera se obtiene un

material completamente inerte y poco dado a posteriores transformaciones

mecnicas o qumicas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Triturarhttp://es.wikipedia.org/wiki/Homogeneizaci%C3%B3n

9

3.1.3.4 Tratamiento mecnico previo

Despus de la maduracin, que se produce en la zona de acopio, sigue la fase de

pre-elaboracin, que consiste en una serie de operaciones que tienen la finalidad de

purificar y refinar la materia prima. Los instrumentos utilizados en la pre-elaboracin,

para un tratamiento puramente mecnico suelen ser:

Rompe-terrones: como su propio nombre indica, sirve para reducir las

dimensiones de los terrones hasta un dimetro de entre 15 y 30 mm.

Eliminador de piedras: est constituido generalmente por dos cilindros que

giran a diferentes velocidades, capaces de separar la arcilla de las piedras por

efecto de centrifugacin.

Desintegrador: se encarga de triturar los terrones de mayor tamao, ms

duros y compactos, por la accin de una serie de cilindros dentados.

Laminador refinador: est formado por dos cilindros rotatorios lisos montados

en ejes paralelos, con separacin, entre s, de 1 a 2 mm, espacio por el cual

se hace pasar la arcilla sometindola a un aplastamiento y un planchado que

hacen an ms pequeas las partculas. En esta ltima fase se consigue la

eventual trituracin de los ltimos ndulos que pudieran estar todava en el

interior del material.

3.1.3.5 Depsito de materia prima procesada

A la fase de pre-elaboracin, sigue el depsito de material en silos especiales en un

lugar techado, donde el material se homogeniza definitivamente tanto en apariencia

como en caractersticas fsico-qumicas.

http://es.wikipedia.org/wiki/Piedrahttp://es.wikipedia.org/wiki/Silo

10

3.1.3.6 Humidificacin

Antes de llegar a la operacin de moldeo, se saca la arcilla de los silos y se lleva a

un laminador refinador, y posteriormente a un mezclador humedecedor, donde se

agrega agua para obtener la humedad precisa.

3.1.3.7 Moldeado

El moldeado consiste en hacer pasar la mezcla de arcilla a travs de una boquilla al

final de la estructura. La boquilla es una plancha perforada que tiene la forma del

objeto que se quiere producir.

El moldeado se suele hacer en caliente utilizando vapor saturado aproximadamente

a 130C y a presin reducida. Procediendo de esta manera se obtiene una humedad

ms uniforme y una masa ms compacta, puesto que el vapor tiene un mayor poder

de penetracin que el agua.

3.1.3.8 Secado

El secado es una de las fases ms delicadas del proceso de produccin. De esta

etapa depende, en gran parte, el buen resultado y calidad del material, ms que nada

en lo que respecta a la ausencia de fisuras. El secado tiene la finalidad de eliminar el

agua agregada en la fase de moldeado para poder pasar a la fase de coccin.

Esta fase se realiza en secaderos que pueden ser de diferentes tipos. En el primer

tipo se hace circular aire de un extremo a otro por el interior del secadero, y en el

segundo tipo es el material el que circula por el interior del secadero sin inducir

corrientes de aire. Lo ms normal es que la eliminacin del agua del material crudo

se lleve a cabo insuflando aire caliente con una cantidad de humedad variable. Eso

http://es.wikipedia.org/wiki/Vapor_de_aguahttp://es.wikipedia.org/wiki/Grado_Celsiushttp://es.wikipedia.org/wiki/Presi%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Secadero

11

permite evitar golpes termo higromtricos que puedan producir una disminucin de la

masa de agua a ritmos diferentes en distintas zonas del material y, por lo tanto, a

producir fisuras localizadas.

3.1.3.9 Coccin

Se realiza en hornos de tnel, que en algunos casos pueden llegar a medir hasta 120

m de longitud, y donde la temperatura de la zona de coccin oscila entre 900 y

1000C [6].

En el interior del horno la temperatura vara de forma continua y uniforme. El material

secado se coloca en carros especiales, en paquetes (que dependen de la capacidad

del carro) y es introducido por una de las extremidades del tnel, saliendo por el

extremo opuesto una vez que est cocido.

Es durante la coccin cuando se produce la sinterizacin, de manera que la coccin

resulta una de las instancias cruciales del proceso que definen la resistencia del

ladrillo.

3.1.3.10 Almacenaje

Antes del embalaje se procede a la formacin de paquetes sobre pallets, que

permitirn despus moverlos fcilmente con carretillas de horquilla. El proceso de

embalaje consiste en envolver los paquetes con cintas de plstico o de metal, de

modo que puedan ser depositados en lugares de almacenamiento, para

posteriormente ser trasladados en camin.

http://es.wikipedia.org/wiki/Sinterizaci%C3%B3nhttp://es.wikipedia.org/wiki/Pallet

12

3.2 Vidrio

El trmino vidrio es comnmente usado para nombrar al producto de la fusin de

materiales inorgnicos, los cuales han sido enfriados a la condicin rgida sin

cristalizacin; un vidrio es generalmente obtenido por enfriamiento de un lquido por

debajo de su punto de enfriamiento y esto ha sido considerado como parte de la

definicin del estado vtreo.

Podemos definir a los vidrios como cuerpos rgidos, amorfos, duros y frgiles,

producidos por el subenfriamiento de una masa lquida fundida, en un estado de

equilibrio termodinmico metaestable y cuya transicin del estado lquido al slido ha

de ser reversible.

Sin embargo, existe una diversidad de sustancias definidas como vidrios o cuerpos

vtreos que a temperatura ambiente tienen la apariencia de cuerpos slidos con

rigidez mecnica, pero que no pueden considerarse como tales, ya que carecen de la

estructura cristalina caracterstica del estado slido. Por la estabilidad de su forma

los vidrios se asemejan a los slidos, sin embargo, desde el punto de vista de su

desorden estructural sus semejanzas con los lquidos son mucho ms acusadas.

El grupo ms importante de compuestos que dan lugar a los vidrios es el de los

xidos, ya que dentro de l quedan comprendidos los principales formadores de

vidrio (el SiO2 y el B2O3) de inters tcnico e industrial.

3.2.1 Historia

Plinio el Viejo (23-77), en su "Historia Natural" (ao 77), seala a los fenicios como

descubridores casuales del vidrio. Segn este escritor romano, alrededor del ao

5000 a.C., un grupo de marinos y mercantes preparaba sus alimentos en las playas

arenosas del rio asitico Belus. Para mantener vivo el fogn, usaron unos bloques de

carbonato de sodio que traan como carga. El calor fundi la mezcla de arena y

13

carbonato de sodio y, al enfriarse, dejo como residuo el primer vidrio fabricado por el

hombre. A pesar de todos estos adelantos, en las culturas egipcia y mesopotmica

no se llego a elaborar el vidrio transparente [7].

3.2.2 Tipos de vidrios

3.2.2.1 El vidrio sdico-clcico

Est formado por slice, sodio y calcio principalmente. La slice es parte de la materia

prima bsica, el sodio le da cierta facilidad de fusin y el calcio la provee de

estabilidad qumica. Sin el calcio el vidrio sera soluble hasta en agua y prcticamente

no servira para nada. Te imaginas un vaso que se deshiciera con el agua?

Este tipo de vidrio es el que se funde con mayor facilidad y el ms barato. Por eso la

mayor parte del vidrio incoloro y transparente tiene esta composicin. Las ventanas

de los edificios, desde la ms grande hasta la ms pequea estn hechas con este

vidrio. Lo nico que cambia de una diminuta ventana a un ventanal de enormes

dimensiones es el espesor. Est tan estudiado el grosor en relacin con el tamao,

que hay una clasificacin y una reglamentacin para el tipo de vidrio que se debe

usar en cada construccin.

3.2.2.2 El vidrio de plomo

El siguiente tipo de vidrio que aparece en la tabla es el de plomo, en el cual se

sustituye el xido de calcio por xido de plomo. Es igual de transparente que el vidrio

sdico-clcico, pero mucho ms denso, con lo cual tiene mayor poder de refraccin y

de dispersin. Se puede trabajar mejor que aqul porque funde a temperaturas ms

bajas. Su coeficiente de dilatacin calorfica es muy elevado, lo cual quiere decir que

se expande mucho cuando se aumenta la temperatura y por lo tanto no tiene gran

resistencia al choque trmico. Posee excelentes propiedades aislantes, que se

14

aprovechan cuando se emplea en la construccin de los radares y en el radio.

Absorbe considerablemente los rayos ultravioletas y los rayos X, y por eso se utiliza

en forma de lminas para ventanas o escudos protectores.

Es un vidrio blando a baja temperatura que permanece con cierta plasticidad en un

rango de temperatura, lo cual permite trabajarlo y grabarlo con facilidad. Las piezas

del material conocido como cristal cortado estn hechas con este vidrio. Asimismo,

se utiliza en la elaboracin de vidrios pticos, para lo cual se aade xido de lantano.

Estos vidrios dispersan la luz de todos los colores. Son excelentes lentes para

cmaras fotogrficas porque con una correccin mnima dan luz de todos los colores

y la enfocan de manera uniforme en el plano de la pelcula. Si no fuera as, unos

colores seran ms intensos que otros en una fotografa, y no se lograran imgenes

tan reales.

3.2.2.3 El vidrio de borosilicato

Naci en 1912. Despus de la slice, su principal componente es el xido de boro. Es

prcticamente inerte, ms difcil de fundir y de trabajar. Los tomos de boro se

incorporan a la estructura como Si-O-B. Tiene alta resistencia a cambios bruscos de

temperatura, pero no tan alta como la del vidrio de slice puro, pues aun cuando

presenta el mismo tipo de vibracin, la longitud de los enlaces vara ms cuando est

presente el boro y el material tiene un coeficiente de dilatacin mayor. El valor de

este coeficiente es 0.000005 cm/C. Esto quiere decir que por cada grado centgrado

que aumenta la temperatura, el vidrio se agranda 0.000005 centmetros. Muy poco,

por eso se utiliza en la elaboracin de utensilios de cocina para el horno y de material

de laboratorio, pues es muy resistente al calor y a los cambios bruscos de

temperatura. Estos objetos no se hacen de vidrio de slice puro porque su

manufactura es complicada, ya que tienen que alcanzar temperaturas de 1650C

para hacerlo.

15

3.2.2.4 El vidrio de slice

Formado con 96% de slice es el ms duro y el ms difcil de trabajar, pues es

necesario emplear una costosa tcnica al vaco para obtener un producto para usos

especiales, que transmite energa radiante del ultravioleta y del infrarrojo con la

menor prdida de energa. Tambin existe otra novedosa tcnica en cuya primera

etapa se utiliza vidrio de borosilicato que se funde y se forma, pero con dimensiones

mayores a las que se desea que tenga el producto final. Este artculo se somete

despus a un tratamiento trmico, con lo cual se transforma en dos fases vtreas

entremezcladas, es decir, en dos tipos de vidrios diferentes entremetidos uno en el

otro. Uno de ellos es rico en lcali y xido de boro, adems de ser soluble en cidos

fuertes (clorhdrico y fluorhdrico) calientes. El otro contiene 96% de slice, 3% de

xido de boro y no es soluble. Esta ltima es la composicin final del vidrio de slice.

En la segunda etapa de fabricacin el artculo se sumerge en un cido caliente, para

diluir y quitar la fase soluble. El vidrio que tiene grandes cantidades de slice, y que

no se disuelve, forma una estructura con pequeos agujeros, llamados poros.

Posteriormente se lava el vidrio para eliminar el cido brico y las sales que se

forman, concluyendo con un secado.

En la tercera y ltima etapa el artculo se calienta a 1 200 C, y se observa una

contraccin de aproximadamente 14%. Esto quiere decir que su tamao disminuye

en ese porcentaje. Los poros desaparecen. Su estructura se consolida sin que se

produzca ninguna deformacin. Los gases contenidos en el interior son eliminados y

el vidrio adquiere una apariencia perfectamente transparente y hermtica.

3.2.2.5 Vidrio de seguridad

Por qu es diferente cuando se rompe el vidrio de la ventana de una casa que

cuando se rompe el de un coche? Por qu el de la casa se rompe como un vaso y

el otro no? Qu es lo que hace que el del coche se haga pedacitos?

16

Indudablemente, la respuesta est en la forma en que se fabric cada uno de ellos.

El vidrio que se utiliza en los coches es de seguridad, y evita que en un accidente se

corran mayores riesgos cuando llega a romperse.

Para elaborar un vidrio de seguridad es necesario elegir placas que no tengan

distorsiones, pegarlas, cortarlas y perforarlas hasta que tengan la forma deseada.

Para elaborar el vidrio de seguridad simple, conocido con el nombre de Security,

estas placas se tienen que meter al horno para calentarlas a cierta temperatura y

despus enfriarlas con aire, proceso que se conoce como templado. Esto provoca

una serie de tensiones, ya que la superficie queda sometida a fuerzas de

compresin, mientras que en el centro existen fuerzas de tensin. En el interior del

vidrio, donde las fuerzas de tensin se incrementan por el templado, la fuerza del

material es casi ilimitada porque est prcticamente libre de imperfecciones. Esto se

debe a que los enlaces entre los tomos tienen la misma fuerza y por lo tanto

disminuyen hasta un mnimo las tensiones internas. Ambos tomos tienen

electronegatividad similar y por lo tanto no hay polaridad, esto le da una fortaleza

adicional. Tambin se suele poner una placa de plstico transparente entre dos

lminas de vidrio, lo cual, adems de hacerlo ms resistente, lo hace ms seguro,

porque al romperse se fraccionar en numerosos trozos pequeos, sin producir

astillas, evitando con esto que queden pedazos de vidrio cortantes.

3.2.2.6 Vidrio aislante

En Mxico el clima es sumamente bondadoso, por lo que difcilmente pensaramos

en un tipo de vidrio para las ventanas que ayudara a mantener elevada la

temperatura de una habitacin. Pero en los pases en los que la nieve cae durante

seis meses este tipo de vidrio es muy importante porque ayuda a disminuir la energa

necesaria para calentar el lugar.

Los acristalados aislantes se fabrican montando dos o ms placas separadas entre

s, de forma que los espacios intermedios permanezcan hermticamente cerrados y

17

deshumidificados para que conduzcan lo menos posible el calor. En los bordes del

vidrio se colocan nervios distanciadores soldados con estao. De esta forma

tenemos dos placas de vidrio que no se tocan, separadas por aire que no puede

transmitir el calor con facilidad, y as se evita que se escape la energa. Al mismo

tiempo, una ventana de este tipo amortigua considerablemente los ruidos, lo cual

siempre es una ventaja adicional.

3.2.2.7 El vidrio dielctrico

A los materiales que pueden polarizarse en presencia de un campo elctrico se les

conoce como dielctricos. Polarizar quiere decir que las molculas o los tomos se

convierten en dipolos, acomodando todas sus cargas negativas hacia un lado y las

positivas hacia otro. Los dipolos elctricos se acomodan en la misma direccin que el

campo elctrico local que los produce. Son importantes porque una vez formados

son capaces de conducir la electricidad, pero antes no. Un vidrio dielctrico se

obtiene a partir de arcillas ricas en plomo y se utiliza para fabricar cintas para los

condensadores electrnicos. Estos materiales necesitan una gran resistencia, por lo

que se suele utilizar tambin vidrio de 96% de slice y cuarzo fundido.

3.2.2.8 El vidrio conductor

Para que un vidrio tenga una conductividad elctrica apreciable, en su elaboracin se

tiene que elevar la temperatura a 500C, o recubrirlo con una pelcula conductora de

metales, xidos alcalinos o aleaciones, en cuyo caso el que conduce es el metal que

se le pone y no tanto el vidrio.

18

3.2.2.9 El vidrio protector contra el sol

Este vidrio refleja la luz del sol. La capa de recubrimiento que lleva incorporada,

adems de reflejar puede presentar diversas tonalidades de color, como plateado,

bronce, verde o gris. Se coloca en el espacio intermedio y en la capa interior de la

placa externa. De esta forma se hace el vidrio polarizado y el de tipo espejo. Los

espejos que se instalan en las ventanas de los edificios modernos son precisamente

para proteger contra el sol [8].

3.2.3 Reciclado de vidrio

Los materiales de desecho han sido definidos como algn tipo de material producido

por humanos o por actividad industrial sin un valor final. El crecimiento en la cantidad

y tipos de desechos tales como plsticos, vidrios y arcillas quemadas, metales

(principalmente aluminio, hierro y cobre), papel, etc., as como la escasez de

espacios para depositarlos y la carencia de materias primas, extreman la emergencia

de encontrar maneras innovadoras de reciclar y reusar los materiales de desecho

[1,2].

Hoy en da la proteccin del medioambiente lleva implcita las palabras

"recuperacin" y/o "reciclado". Los pases industrializados son grandes productores

de desechos que no se pueden destruir de una manera sencilla y rpida. Los altos

costos de eliminacin de residuos obligan a los gobiernos a tomar medidas

encaminadas a minimizar esos residuos y reducir su dependencia de las materias

primas.

De esta manera, el reciclaje ha sido practicado por industrias estadounidenses,

alemanas, japonesas, canadienses, danesas, francesas, y de otros pases hace ms

de 20 aos [9], en gran medida debido a que el reciclado y reuso subsecuente de los

19

materiales de desecho, pueden reducir la demanda de recursos naturales y conducir

a un medioambiente ms sustentable.

De entre los materiales reciclables, el vidrio de desecho o cullet es un material

valioso, consiste de una mezcla de diferentes partculas de vidrio coloreado, en el

cual est a menudo incluido con un amplio rango de despojos (papel, suelo, metales

y desechos de comida).

El vidrio es un material que por sus caractersticas es fcilmente recuperable.

Concretamente el envase de vidrio es 100% reciclable, es decir, que a partir de un

envase utilizado, puede fabricarse uno nuevo que puede tener las mismas

caractersticas del primero. Est facilidad de reutilizacin del vidrio abre un amplio

abanico de posibilidades para que la sociedad y las administraciones afectadas

puedan auto gestionarse de una manera fcil su medio ambiente [10].

Hoy en da, la disposicin de vidrio de desecho ha ganado bastante atencin desde

el punto de vista medioambiental, por una parte el uso de cullet en el proceso de

manufactura de vidrio nuevo, produce menos contaminacin; a travs de la reduccin

en la liberacin de gases de invernadero tales como el CO2, SO2 y NOx a un nivel

mnimo. Y por otra parte, se puede reducir el costo de manufactura en alrededor del

2.5 al 3%, al disminuir el consumo de energa y ahorrar combustible; ya que los

procesos de formacin de vidrio de slice toman lugar a menores temperaturas [11, 12].

Dicho en otras palabras, el reciclaje de vidrio necesita un 26% menos de energa que

la produccin original, en la que para crear un kilo de vidrio se necesitan unas 4,200

kilocaloras de energa.

Los Estados Unidos de Amrica y muchos pases de Europa han estado colectando

el cullet por mucho tiempo usando contenedores para ello, este sistema de coleccin

y almacenamiento es conocido como mtodo selectivo, lo cual reduce el costo de

utilizacin significativamente, para su reuso en fabricacin de vidrio nuevo o para

procesamiento industrial en la fabricacin de nuevos productos. Aunque este sistema

selectivo est ausente en Rusia, existen muchas publicaciones de cientficos rusos

20

que describen numerosas tcnicas experimentales e industriales relacionadas al uso

de cullet en la produccin de materiales de construccin [13].

Sin embargo, en Mxico esta prctica es muy incipiente y solamente algunas

empresas lo hacen, ejemplo de stas es la firma regiomontana Vitro, principal

fabricante de envases de vidrio en el pas, quien logra reciclar cerca de 22% del

vidrio que funde. Pero el reto fundamental, es mejorar la cultura del reciclaje entre la

poblacin. La principal fuente para recolectar materiales para llevar a las plantas de

reciclado son centros de acopio cercanos a los rellenos sanitarios [9].

3.2.4 Uso de vidrio reciclado

Aunque la presencia de diferentes partculas vtreas coloreadas y diferentes tipos de

despojos en el vidrio, tales como etiquetas de papel, pegamentos, restos de

alimentos, etc., es el principal obstculo en el reuso de vidrio, esto no ha sido

impedimento para que las industrias traten de aprovecharlo. Por otra parte, el

proceso de produccin y el procedimiento de molienda juegan el papel ms

importante en el tamao mximo de la partcula as como su forma, el nivel de

despojos, lo cual influye consecuentemente en otras caractersticas geotcnicas.

Las caractersticas geotcnicas de ingeniera de vidrio reciclado incluyen usarlo

como material de relleno en terraplenes, carpetas de drenaje, medio para filtrar y

material para pavimento de caminos [1].

Uno de los factores ms importante que determina el grado de reciclado de un

material, es determinar que tanto vara la composicin con el reuso. Para el vidrio

existe muy poca variacin en la composicin qumica de una fuente a otra.

Adicionalmente al reuso de cullet en la formacin de nuevo vidrio, se han propuesto

muchas otras aplicaciones las cuales estn siendo investigadas.

21

Por ejemplo, como componentes en materiales cementivos, la cual parece ser una

de las aplicaciones ms lucrativas debido a las cantidades de desecho que pueden

ser consumidas y la naturaleza amorfa del material conteniendo grandes cantidades

de oxido de silicio [14, 15].

Otra de las reas ms prometedoras de aplicacin del cullet, es en la produccin de

aislantes trmicos y materiales de revestimiento decorativos para la construccin [13].

Por ejemplo, tenemos los trabajos reportados por Pavlushkina y Kisilenko [11] donde

el cullet es usado para esmaltar baldosas cermicas para mejorar las propiedades y

la presentacin del artculo final; los reportados por Loryuenyong et al. [2], sobre los

efectos en las propiedades fsicas y mecnicas de ladrillos de arcilla usando vidrio de

desecho como agregado.

Aunque el reciclado y uso de cullet reviste gran importancia en aspectos tales como

el ambiental y el econmico, no existen muchos trabajos de investigacin reportados

hasta el momento, que se enfoquen al desarrollo de nuevos cermicos basados en la

mezcla de arcillas y cullet. Por lo tanto esta es un rea de oportunidad para la

generacin de nuevo conocimiento cientfico y tecnolgico para la produccin de

artculos de alto valor agregado a partir de desechos.

3.3 Tcnicas de caracterizacin empleadas y medicin de

propiedades

3.3.1 Difraccin de Rayos X

Debido a que los cristales son formaciones simtricas de tomos conteniendo filas y

planos de elevada densidad atmica, son capaces de actuar como retculas de

difraccin tridimensionales.

22

Cuando los rayos X de una frecuencia dada golpean a un tomo, interactan con sus

electrones haciendo que vibren con la frecuencia del haz de los rayos X. Como los

electrones se vuelven cargas elctricas vibraran, ellos retrasmiten los rayos X sin

cambio en la frecuencia. Estos rayos reflectados se alejan de los tomos en

cualquier direccin (se dispersan en todas direcciones). Cuando los tomos

espaciados a intervalos regulares son irradiados por un haz de rayos X, la radiacin

dispersada sufre interferencia destructiva. Esto es, existe una interferencia

constructiva cuando el ngulo de incidencia iguala al ngulo de reflexin.

Por ejemplo en la Figura 1, los rayos marcados 1, 2, 3, representan un haz de

rayos X paralelo, la lnea AA muestra una onda de este haz, donde todos los rayos

estn en fase. La lnea BB se traza perpendicular a los rayos reflejados por los

tomos en una distancia desde la onda frontal AA cuando se mide a lo largo de

cualquier rayo, todos los puntos BB deben de estar en fase

Figura 1. Haz de rayos X difractados por un plano cristalino.

Un haz de rayos X es reflejado con interferencia constructiva cuando el ngulo de

incidencia es igual al ngulo de reflexin.

23

3.3.1.1 Ley de Bragg

Cuando los rayos X son reflejados, no desde una formacin de tomos dispuestos en

un plano solitario, sino desde tomos sobre ciertos nmeros de planos paralelos

espaciados igualmente, igual como existen en los cristales, entonces la interferencia

constructiva solo puede ocurrir bajo condiciones de restricciones elevadas.

La ley que gobierna este ltimo caso es conocido como ley de Bragg, y es

representada en la Figura 2.

Figura 2. Representacin grfica de la ley de Bragg.

24

3.3.2 Microscopa ptica

Un microscopio ptico es un sistema ptico con dos lentes o sistemas de lentes,

objetivos y ocular y una fuente de luz iluminador. La finalidad es observar detalles de

un objeto, muestra o preparacin, las cuales son demasiado pequeas para ser

resueltas a simple vista.

La calidad ptica de objetivos y oculares condiciona la Magnitud/Claridad de

los detalles a observar

Importancia de la fuente de luz. Calidad y Ajustes / Centrado.

Las fuentes de luz usadas por lo general son:

Tungsteno

Halgena

Arco de carbn

Arco de circn

Xenn

La microscopia ptica de reflexin Se utiliza en materiales que no permiten el paso

de la luz visible (metales, cermicos, etc.). Los metales ni aun en capas

extremadamente delgadas permite el paso de la luz visible; mientras que la

microscopia ptica de transmisin se utiliza en muestras o preparaciones que

permiten el paso de la luz visible (muestras biolgicas, cermicas, plsticos,

minerales, etc.).

Esquema de funcionamiento:

Has paralelo de luz visible procedente de una fuente luminosa se refleja en un

vidrio plano inclinado que a travs del objetivo alcanzar la muestra.

La luz reflejada para nuevamente por el objetivo y mediante una lente de

campo se obtiene una imagen primaria real, aumentada y situada fuera del

sistema de lentes que componen el objetivo.

25

La imagen primaria real producida por el objetivo llega al ocular se amplifica

segn el nmero de aumentos y permite observar el rea iluminada.

La distancia entre objetivos y ocular, es fija =250 mm, (longitud mecnica del

tubo del microscopio) y por lo tanto se logra que la imagen primaria real se

forma en la posicin debida, depende de la distancia entre la muestra y el

punto focal frontal del objetivo. Esta distancia es la que ll amamos enfoque del

objetivo

3.3.3 Resistencia mecnica a la compresin

A temperatura ambiente, los vitrocermicos, los vidrios y cermicos ordinarios, son

materiales frgiles que no exhiben regiones de ductilidad o plasticidad y muestran

perfecto comportamiento elstico bajo una carga, la cual causa la fractura. El mdulo

elstico E, de un cermico determina la manera en que un material responde a un

esfuerzo en particular.

La resistencia a la compresin puede ser calculada a partir de la ecuacin:

A

PC ..(Ec. 1)

Donde:

C = Resistencia a la compresin (MPa);

P = Carga total en el espcimen al momento de la falla (N) y

A = rea de la superficie del espcimen donde se aplica la carga (m2)

26

3.3.4 Absorcin de agua

La capacidad de absorcin de agua asociada a la porosidad abierta al exterior y a la

presencia de capilares es fundamental para discriminar el material de agarre si es en

base cemento. Una absorcin muy alta puede llevar a la deshidratacin del mortero o

un adhesivo cementoso con bajo contenido en resinas y/o ausencia de retenedores

de agua. Por otra parte, una absorcin muy baja o nula imposibilita la adherencia

mecnica conseguida mediante el anclaje de las agujas del cemento hidratado en los

poros de la superficie de colocacin.

La porosidad es sin duda una caracterstica decisiva en el comportamiento de los

materiales conceptuados en trminos de la ciencia de materiales como materiales

cermicos. El estudio de las caractersticas de la red porosa en stos materiales

constituye una fuente importante del conocimiento de sus propiedades, de su

durabilidad y de su posible unin con otros materiales.

De la distribucin y tamao de los poros en la superficie de agarre depende, en gran

medida, la absorcin y en consecuencia la adherencia del material de agarre. Una

superficie excesivamente porosa puede generar succiones importantes de agua de

los materiales de agarre, que es necesaria para la hidratacin de los conglomerantes

de estos materiales. Por otra parte, una superficie excesivamente cerrada, en cuanto

a porosidad, dificulta el anclaje mecnico del material de agarre [16].

27

4 MATERIALES Y MTODOS

4.1 Acondicionamiento de la materia prima

Para la fabricacin de ladrillos se usaron las siguientes materias primas:

Arcilla proveniente del municipio de Vicente Guerrero, Durango, Mxico. Para

su acondicionamiento se pas por una malla para quitar impurezas y grumos.

Aserrn de madera.

Estircol de ganado.

Vidrio reciclado. Se utiliz vidrio transparente de botella triturado hasta hacerlo

pasar por la malla 50.

4.2 Fabricacin de ladrillos en verde

Para la fabricacin del ladrillo en verde se usaron las composiciones de la Tabla 1.

Se fabricaron en total 4 composiciones variando la cantidad de vidrio de 0 a 15% de

vidrio con incremento de 5%. Se homogenizaron las materias primas en cantidades

tradicionalmente empleadas por los productores de esa regin (aproximadamente 3

kg de arcilla/ kg de aserrn/ kg de estircol) y se les adicion agua hasta obtener

una masa plstica, se amas manualmente (ver Figura 3), hasta homogenizar y se

dej reposar al aire libre por espacio de 5 horas.

Tabla 1. Composiciones de ladrillo investigadas en el presente trabajo.

Composicin vidrio (% peso)

LT 0

LT/5% 5

LT/10% 10

LT/15% 15

28

Figura 3. Amasado manual de la mezcla de arcilla.

4.2.1 Moldeo de las piezas

Antes de moldear las piezas, el molde de madera se lav para quitarle restos de

mezclas anteriores que pudieran afectar las piezas. Se tamiz arena para clasificarla

por tamaos (finos y gruesos), posteriormente los finos se regaron en el piso para

usarlos como antiadherente. Con la mezcla de arcilla se hace una bola de la cual se

hace rodar sobre la arena hasta cubrirla completamente. Despus la mezcla se

deposit en el molde hasta llenarlo completamente (Ver Figura 4), se le quit el

sobrante con una esptula y se volte para desmoldar, la pieza se coloca en el sol

para su secado por 3 das.

Figura 4. Molde para fabricar ladrillos

29

4.2.2 Coccin del ladrillo

Para la coccin de los ladrillos, stos se colocaron en un horno tradicional conocido

como obrador, Figura 5; el combustible para este horno comnmente es madera.

Los ladrillos se acomodan de forma tal que, el calor se distribuya homogneamente y

la coccin sea mucho ms uniforme. El horno se mantiene con fuego

aproximadamente dos das, despus se deja enfriar a temperatura ambiente.

Figura 5. Horno de coccin de ladrillos.

4.3 Medicin de la contraccin del ladrillo sinterizado

El porcentaje de contraccin lineal de los ladrillos sinterizados se calcul con la

Ecuacin 2

30

(Ec. 2)

Donde:

Li = Longitud inicial

Lf = Longitud final

4.4 Absorcin de agua

Las pruebas de absorcin de agua se realizaron de acuerdo a la norma ASTM C67

(1992). Primero se pes el ladrillo seco, en seguida se sumergi en una palangana

llena de agua destilada, cuidando que el agua cubriera completamente la pieza, por

un tiempo de un minuto. Posteriormente se sac la pieza del agua, se quit el exceso

de agua con papel absorbente y se pes inmediatamente, para calcular el porcentaje

de agua absorbida, mediante la Ecuacin 3. Se realizaron tres repeticiones por

composicin promediando los resultados.

(Ec. 3)

Donde:

Pi = Peso inicial

Pf = Peso final

31

4.5 Resistencia a la compresin

Para la prueba de resistencia a la compresin se utiliz el programa MAX TEST

instalado en la mquina de ensayos universales PTS modelo FMCC-200

Se calibr mquina de ensayos universales PTS modelo FMCC-200

mediante el programa MAX TEST en tiempo y fuerza.

Se coloc el ladrillo en el pistn para posteriormente bajar el pistn.

Comenzar la prueba la mquina de ensayos universales empieza a

graficar los resultados de compresin.

Cuando el ladrillo truena la mquina de ensayos universales se detiene

automticamente.

El pistn se levanta y se toman las muestras respectivas y se retira el

sobrante del ladrillo.

Para la realizacin de los ensayos se us la norma ASTM C67-99a (1992).

Cada prueba se realiz usando una velocidad de carga de 0.290 kN/seg.

Se ensayaron 4 ladrillos por composicin y se promediaron los resultados.

La Figura 6 muestra el ensayo en compresin realizado a los ladrillos obtenidos.

Figura 6. Fotografa que muestra el ensayo en compresin realizado a los ladrillos.

32

5 RESULTADOS Y DISCUSIN

5.1 Caracterizacin de fases y microestructura de ladrillos

sinterizados

Se fabricaron exitosamente ladrillos para construccin (sin grietas o fracturas),

reemplazando parcialmente la mezcla tradicional del ladrillo (arcilla, aserrn, estircol

y agua) con 5, 10 y 15% en peso de vidrio reciclado y pulverizado con un tamao

menor a 300 m; la Figura 7 muestra algunas piezas terminadas. Todas las piezas

fabricadas presentaron coloracin rojiza, dicha coloracin es producida por las

impurezas contenidas en la arcilla, pero principalmente por el xido de hierro

presente [17].

Figura 7. Fotografa que muestra algunos ladrillos sinterizados.

33

La Figura 8 muestra los resultados de DRX de las muestras estudiadas en el

presente trabajo. De acuerdo con los patrones de DRX obtenidos, las nicas fases

cristalinas presentes en las muestras son la Albita y xido de silicio. Se puede

observar que conforme se incrementa la cantidad de vidrio en las muestras, la

cantidad de xido de silicio disminuye y aumenta la fase albita. La disminucin en la

intensidad de los picos de la fase xido de silicio nos indica que el material se vuelve

ms amorfo (vtreo) conforme se incrementa la cantidad de vidrio adicionada.

Figura 8. Patrones de DRX de los ladrillos sinterizados con porcentajes de 0-15%

vidrio nombradas como LT, LT/5%, LT/10% y LT/15% respectivamente.

Por otra parte las Figura 9 y 10 muestran los resultados de microscopa ptica de los

ladrillos sin y con diferentes porcentajes de vidrio. Se puede apreciar que el vidrio se

distribuy uniformemente en todo el material. De la misma forma, se nota que las

34

muestras sin vidrio presentaron una porosidad mayor, pero con tamao de poro fino,

en comparacin con las muestras con 5 y 10% de vidrio que presentaron poros ms

grandes. Asimismo, se puede ver que las muestras con 15% de vidrio presentaron

una microestructura menos porosa en comparacin con las otras.

Figura 9. Imgenes de microscopa ptica: a) y b) muestras de ladrillo sin vidrio

tomadas a 10 y 20X; c) y d) muestras de ladrillo con 5% de vidrio a 10 y 20X. Las

formas blancas encierran las partculas vtreas.

a) b)

c) d)

35

Figura 10. Imgenes de microscopa ptica: a) y b) muestras de ladrillo con 10% de

vidrio a 10 y 20X; c) y d) muestras de ladrillo con 15% de vidrio a 10 y 20X. Las

formas blancas encierran las partculas vtreas.

5.2 Medicin de las propiedades de los ladrillos sinterizados

5.2.1 Contraccin lineal del ladrillo sinterizado

La contraccin lineal es, normalmente, un importante factor para determinar el grado

de densificacin durante el quemado, sin embargo, una contraccin lineal grande

podra aumentar el riesgo de aparicin de fracturas y grietas en los ladrillos. La Tabla

2, presenta los resultados obtenidos de contraccin lineal de los ladrillo con 0, 5, 10 y

15% vidrio. Se puede apreciar que todos los ladrillos presentaron contraccin lineal

c)

a) b)

d)

36

similar, as mismo estos valores (en largo y ancho) concuerdan con los reportados

por Loryuenyong et al. [2], para mezclas de arcilla bola y hasta 40% en peso de vidrio.

Tabla 2. Resultados de contraccin lineal de ladrillos sinterizados.

Composicin Medidas iniciales (mm) % de contraccin

ancho alto largo ancho alto largo

LT 1 92 50 189 8.91 12.28 8.70

LT 2 94 49 185 6.93 14.04 10.63

LT 3 92 49 186 8.91 14.04 10.14

LT 4 93 48 189 7.92 15.79 8.70

LT/5%1 95 49 190 5.94 14.04 8.21

LT/5%2 93 49 186 7.92 14.04 10.14

LT/5%3 93 49 188 7.92 14.04 9.18

LT/5%4 94 50 188 6.93 12.28 9.18

LT/10%1 94 48 188 6.93 15.79 9.18

LT/10%2 95 48 188 5.94 15.79 9.18

LT/10%3 94 48 188 6.93 15.79 9.18

LT/10%4 94 46 188 6.93 19.30 9.18

LT/15%1 94 49 188 6.93 14.04 9.18

LT/15%2 95 49 189 5.94 14.04 8.70

LT/15%3 94 49 189 6.93 14.04 8.70

LT/15%4 93 48 187 7.92 15.79 9.66

5.2.2 Absorcin de agua

La Tabla 2 muestra los resultados de absorcin de agua. Se hicieron tres

repeticiones por muestra y se calcul el promedio, tambin se calcul la desviacin

estndar. La absorcin de agua est directamente relacionada con la porosidad

abierta que presenta el material [18]; de esta manera, la mezcla de ladrillo tradicional

presenta un % de absorcin de agua mucho menor con respecto a todas las dems.

Tambin se observa un aumento en el % de absorcin en ladrillos con 10% de vidrio

37

con respecto al que tiene 5% de vidrio, para posteriormente volver a disminuir en

ladrillos con 15% de vidrio. Lo anterior concuerda con los resultados de la

microestructura que presentaron las muestras, en la cual los ladrillos LT/5% y

LT/10% presentaron mayor porosidad (poros grandes) en comparacin con los

ladrillos LT/15% que present una microestructura menos porosa.

Tabla 3. Resultados de absorcin de agua de los ladrillos sinterizados

Muestra Peso seco

(g)

Peso hmedo

(g)

% absorcin de agua

Promedio Desviacin estndar

(s)

LT 1 988.1 1147.0 16.081

14.205 2.288 LT 2 1006.4 1123.7 11.655

LT 3 954.9 1097.0 14.881

LT/5%1 1019.7 1254.8 23.056

23.596 0.487 LT/5%2 989.0 1226.4 24.004

LT/5%3 989.5 1199.5 23.728

LT/10%1 919.3 1182.3 28.609

27.645 3.061 LT/10%2 959.6 1192.0 24.218

LT/10%3 905.4 1178.0 30.108

LT/15%1 1052.0 1267.5 20.473

20.575 0.216 LT/15%2 1049.0 1263.3 20.429

LT/15%3 1034.4 1249.8 20.824

5.2.3 Resistencia a la compresin

La Tabla 3 presenta los resultados de resistencia a la compresin. Las

composiciones con 0% de vidrio presentaron la resistencia ms alta (13.78 MPa en

promedio), mientras que las composiciones con 5 y 10% presentaron los valores ms

bajos (4.14 y 5.18 MPa, respectivamente). Cuando se aument la cantidad de vidrio

a 15%, aument la resistencia del material, logrndose una resistencia de 9.73 MPa.

Lo anterior concuerda con los resultados de la microestructura que presentaron las

38

muestras, en la cual los ladrillos LT/5% y LT/10% presentaron mayor porosidad

(poros grandes) en comparacin con los ladrillos LT/15% que present una

microestructura menos porosa.

Tabla 4. Resultados de resistencia a la compresin

Muestra Carga (kN)

Resistencia (Mpa)

Promedio Desviacin estndar

(s)

LT 1 114.4 17.95

13.78 3.63

LT 2 57.95 9.09

LT 3 90.95 14.27

LT 4 88.1 13.82

LT/5%1 34.16 5.36

5.81 0.57

LT/5%2 40.78 6.4

LT/5%3 33.7 5.29

LT/5%4 39.54 6.2

LT/10%1 22.08 3.46

4.14 1.63

LT/10%2 41.35 6.49

LT/10%3 17.51 2.75

LT/10%4 24.7 3.88

LT/15%1 55.8 8.75

9.73 2.33

LT/15%2 66.95 10.5

LT/15%3 45.3 7.11

LT/15%4 79.95 12.54

39

Como pudo ser observado, la microestructura de las muestras fue determinante en

las propiedades resultantes en los ladrillos. La porosidad aument al aadir hasta

10% vidrio a una mezcla tradicional, sin embargo con la introduccin de 15% de

vidrio, esa porosidad disminuy; lo anterior influy en las propiedades mecnicas y la

absorcin de agua. En Mxico la norma NMX-C-404-ONNCCE-2005 [19], Industria de

la construccin - bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural

especificaciones y mtodos de prueba, aplicada a este tipo de materiales, especifica

una resistencia a la compresin mnima de 6 MPa. De acuerdo con lo anterior los

ladrillos con 15% de vidrio podran ser usados como materiales de construccin, ya

que estos presentaron resistencia promedio de 9.73 MPa.

40

6 CONCLUSIONES

Basados en los resultados de este estudio se concluye lo siguiente:

Es factible la fabricacin de ladrillos para construccin reemplazando

parcialmente la mezcla tradicional del ladrillo (arcilla, aserrn, estircol y agua)

del municipio de Vicente Guerrero, Durango, Mxico, con 5, 10 y 15% en peso

de vidrio reciclado.

Todos los ladrillos fabricados presentaron como fases cristalinas el xido de

silicio (SiO2) y albita (NaAlSi3O8).

Los ladrillos con 5 y 10% de vidrio presentaron alta porosidad y baja

resistencia mecnica, 5.81 y 4.14 MPa, respectivamente.

Los ladrillos con 15% de vidrio presentaron una microestructura ms

compacta y resistencia mecnica ms alta, 9.73 MPa, en comparacin con las

mezclas de 5 y 10% de vidrio.

Aunque ninguna de las mezclas con vidrio present propiedades superiores a

la mezcla sin vidrio, los ladrillos con 15% de vidrio, podran ser utilizados como

materiales de construccin de acuerdo con la norma mexicana NMX-C-404-

ONNCCE-2005.

41

7 LITERATURA CITADA

1 Disfani M.M., Arulrajah A., Bo., M.W., Hankour R., Recycled crush glass in road

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3 http://ntrzacatecas.com/2012/10/25/afectan-ladrilleras-salud-de-habitantes-de-

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expuesto a contaminantes emitidos por ladrilleras en Durango, Mxico, Tesis de

Maestra, Centro Interdisciplinario de Investigacin para el Desarrollo Integral de la

Regin del IPN, Unidad Durango, 2007.

5 http://www.uv.mx/cienciahombre/revistae/vol20num1/articulos/ladrillos/index.html.

Fecha de ltima consulta 23 de noviembre de 2012.

6 http://es.wikipedia.org/wiki/Ladrillo. Fecha de ltima consulta 23 de noviembre de

2012.

7 http://www.vitro.com/vidrio_plano/espanol/Biblioteca_1.htm Fecha de ltima

consulta 21 de septiembre de 2012.

8

http://bibliotecadigital.ilce.edu.mx/sites/ciencia/volumen3/ciencia3/137/html/sec_5.htm

l. Fecha de ltima consulta 23 de noviembre de 2012

9 http://www.ecolamancha.org/index.php?option=com_content&view=article&id=

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240:industria-del-reciclado-en-mexico&catid=30:reciclado&Itemid=59). Fecha de

ltima consulta 23 de noviembre de 2012.

10 www.genesis.uag.mx/posgrado/revistaelect/calidad/cal010.pdf, fecha de la ltima

consulta 13 de Enero de 2012.

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15 Karamberi A., Chaniotakis E., Papageorgiou D., Moutsatsou A., Influence of glass

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17 Jos Daro Santos Amado, Pedro Yesid Malagn Villafrades Y Elcy Mara Crdoba

Tuta, Caracterizacin de arcillas y preparacin de pastas cermicas para la

fabricacin de tejas ladrillos en la regin de barichara, Santander, Dyna, ao 78

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43

18 S. Maschio, E. Furlani, G. Tonello, N. Faraone, E. Aneggi, D. Minichelli, L. Fedrizzi,

A. Bachiorrini, S. Bruckner, Fast firing of tiles containing paper sludge, glass cullet

and clay, Waste Management 29 (2009) 2880-2885.

19 Norma mexicana NMX-C-404-ONNCCE-2005 Industria de la construccin -

bloques, tabiques o ladrillos y tabicones para uso estructural -especificaciones y

mtodos de prueba.