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Investigación reológica de materiales de construcción

La industria de la construcción se enfrenta a una amplia gama de proyectos públicos e industriales en los que se utilizan diferentes tipos de materiales, desde los naturales hasta los sintéticos. Estos materiales son mayormente compuestos, como ladrillos, cemento y concreto, y materiales modificados, como telas, espumas, vidrio, metales, plásticos y cerámicas. Todos estos materiales contribuyen a la estabilidad a largo plazo, la funcionalidad, las propiedades isolativas, el control de humedad y la resistencia al fuego de un edificio. 

Comportamiento reológico de los materiales de construcción

Se pueden aplicar mediciones reológicas a estos materiales para controlar la calidad, mejorar el comportamiento de procesamiento y optimizar el comportamiento a largo plazo de los productos finales.  

Materiales de construcción comúnmente medidos

Lodos cerámicos

Los materiales cerámicos existen en muchas texturas diversas para una variedad de aplicaciones. Los lodos cerámicos constan de varios componentes. Uno de estos componentes es la arcilla como el caolín, que es un silicato de potasio de la caolinita mineral. El caolín también es llamado arcilla china por razones históricas y se hizo famoso en todo el mundo, por ejemplo, en forma de tazas de té. Se genera a partir de la descomposición y transformación de las rocas de silicato. El caolín puro es blanco como la nieve; cuando se mezcla con cuarzo o feldespato cambia a un color amarillo grisáceo (caolín crudo, arena de caolín). El caolín que ha sido creado por la erosión del granito y el feldespato se puede encontrar en muchos lugares de todo el mundo.

En la industria de la construcción, los materiales cerámicos se utilizan comúnmente para los azulejos (para pisos, encimeras y chimeneas), ladrillos, aislantes y artículos sanitarios. Sea cual sea la forma que tenga al final, al principio de la cadena de procesamiento la cerámica se procesa y se transporta en forma de lodo.

Pruebas reológicas en lodos cerámicos

Las características que determinan el procesamiento y transporte de los slurries dependen en gran medida de sus propiedades reológicas. Por lo tanto, es fundamental conocer los parámetros reológicos (como el límite elástico y la viscosidad), especialmente al transportar grandes cantidades de suspensión. Con un reómetro de rotación se pueden medir las curvas de caudal y viscosidad y también se puede calcular el límite elástico. En reología, el límite de fuerza que debe superarse para superar la red de fuerzas de la estructura interna se describe con el límite elástico, por ejemplo, al bombear el lodo. La medición del límite elástico y la función de viscosidad proporciona información importante para una mejor comprensión del comportamiento del flujo de los lodos en las tuberías. También sirve para resolver problemas con los lodos difíciles de bombear. Las propiedades reológicas de los lodos cerámicos pueden verse influenciadas por la variación de la composición del lodo, por ejemplo, la concentración de volumen (cantidad de agua), los aditivos (sólidos, polímeros, líquidos), la granulometría y las condiciones del proceso, como la temperatura de bombeo y la velocidad de flujo.

Esta prueba requiere un reómetro.

Pisos compuestos

Antes de que el piso (parquet, laminado, baldosas, pisos de vinilo, etc.) pueda ser terminado, se debe colocar una losa o piso compuesto como base. Esto sirve de material de relleno y limpieza entre el cemento y el piso y sirve de capa repartidora de la carga. Debajo del equipo de calefacción de la base, también se puede instalar material amortiguador de ruido o temperatura.

Un piso compuesto es un tipo especial de piso que se coloca directamente sobre el cemento y, por lo tanto, está completamente ligado a esa base. Esta composición se prepara para soportar todo tipo de fuerzas debidas a deformaciones, tensiones térmicas y cargas de tráfico, pero carece de aislamiento contra el ruido y el calor. Por lo tanto, estos tipo de suelos se encuentran principalmente en sótanos y almacenes, y como base para transmisiones, donde se pueden esperar cargas dinámicas elevadas. 

Pruebas reológicas en pisos compuestos

Para evitar daños por las elevadas cargas que se pueden aplicar, es necesario investigar y ajustar las propiedades de deformación del piso compuesto. El comportamiento de asentamiento después de su aplicación como material de flujo libre también es muy importante para la manipulación del piso. Con un reómetro, por ejemplo, se puede medir el comportamiento de flujo de un material durante un período determinado para calcular el tiempo de endurecimiento de la mezcla. La cantidad y el tipo de retardador de endurecimiento usado afecta el tiempo de fraguado. Mediante la medición de muestras de pisos compuestos de flujo libre con diferentes proporciones de retardador agregado, se puede identificar la proporción adecuada de componentes para optimizar el comportamiento en función del tiempo.

Esta prueba requiere unreómetro con sistema de medición de bola.

Vidrio

Este material transparente en el estado sólido se encuentra en forma de material de embalaje (jarros, botellas, frascos) y también se utiliza en la industria de la construcción (ventanas, fachadas, aislamientos), la industria del mueble (espejos, mesas, estantes) y la industria automotriz (parabrisas, retrovisores), entre muchos otros campos de aplicación. Mientras que el vidrio se comporta como sólido a temperatura ambiente, sólo se puede formar como fundido. En el estado líquido se puede verter, soplar, prensar y moldear en las más diversas formas.

Las propiedades del vidrio dependen en gran medida de su composición. Generalmente, el material básico del vidrio es el dióxido de silicio, pero las propiedades se pueden modificar agregando otros componentes como los metales. La lana de vidrio, por ejemplo, es un tipo especial de vidrio que se usa como material aislante por su baja conductividad térmica (entre otras propiedades). Mientras que el vidrio tiene con frecuencia una temperatura de fusión de unos 500 °C, los vidrios especiales también pueden tener un punto de fusión superior a 1000 °C o alrededor de esta temperatura. A temperaturas superiores a este punto de fusión, el vidrio puede ser procesado como un fundido. 

Pruebas reológicas del vidrio

Las mediciones reológicas de las fundiciones de vidrio y especialmente la caracterización del comportamiento en función de la temperatura se llevan a cabo, por ejemplo, para optimizar el proceso de producción con un uso bastante intensivo de energía. Además, existe la posibilidad de realizar pruebas de torsión con barras de vidrio macizo a temperatura ambiente.

Además, los materiales de vidrio recientemente desarrollados deben ser probados en experimentos de laboratorio a escala reducida antes de pasar a la producción masiva. Más allá de que se modifique la composición química del vidrio o de que se trate de una nueva técnica de tratamiento, las propiedades físicas del vidrio se verán afectadas. El conocimiento de los valores de la viscosidad , así como del punto de ablandamiento y el punto de fusión, es vital en este caso. Estas mediciones se hacen en las empresas de fabricación y también en universidades y otros institutos de investigación, ya que la aplicación y modificación de los vidrios especiales sigue en el campo de la investigación básica. Para vidrios especiales en estado fundido, no solo es importante el comportamiento en función de la temperatura, sino también el comportamiento en función del cizallamiento. 

De hecho, las mediciones de las fundiciones de vidrio requieren mucho tiempo, ya que lleva un tiempo hasta que la muestra alcanza la temperatura requerida. Con un sistema de reómetro de alta temperatura u horno es posible realizar: pruebas de rotaciónautomatizadas y pruebas de oscilación con un programa de software para prefijar y controlar, por ejemplo, una temperatura predefinida de medición en un rango de temperaturas de hasta 1600 °C.

Esta prueba requiere un sistema de reómetro de horno combinado con un cabezal de reómetro.

Yeso

El yeso es un material de construcción de uso frecuente. Es un polvo seco como el cemento y el mortero que se puede procesar una vez mezclado con agua y que luego se endurece en condiciones secas. A diferencia del mortero y el cemento, el yeso se mantiene bastante blando después del asentamiento y se puede manipular fácilmente con herramientas metálicas e incluso con papel de lija. Estas características hacen que el yeso sea un material de acabado más que un material de carga. Las aplicaciones son, por ejemplo, el alisado de superficies interiores o exteriores como paredes, techos y el revestimiento exterior de edificios.

Hay distintos tipos de yeso, como los enlucidos de cal, los enlucidos de cemento y los enlucidos a base de resina. Estos últimos se diferencian de los yesos estrictamente minerales en el agregado de aglutinantes orgánicos.

Pruebas reológicas de yeso

La información sobre el comportamiento reológico es esencial para la producción (propiedades de procesamiento), el desarrollo (influencia de los aditivos en las propiedades), así como para el control de calidad. Este comportamiento se puede describir en función de las características de viscosidad y flujo como la regeneración estructural posterior a la cizalla. 

Laviscosidad de yeso, por ejemplo, se puede determinar con un reómetro rotacional en combinación con un sistema de medición de bolas desarrollado para pruebas de dispersiones semisólidas que contienen partículas de hasta 5 mm de diámetro. Durante la medición, una bola se mueve en una trayectoria circular a través de la muestra. Solo durante la primera rotación, la bola cizalla el material no cizallado que aún no se ha eliminado de las partículas. Por lo tanto, un reómetro que sea capaz de controlar una curva de flujo a lo largo de varias décadas de la velocidad de rotación en una sola rotación es necesario. El conocimiento del comportamiento del flujo y la viscosidad del yeso en diferentes condiciones, como la velocidad del flujo y la temperatura, permite sacar conclusiones sobre su utilidad práctica.

Esta prueba requiere unreómetro con sistema de medición de bola.