MECANISMO DE ADHERENCIA DE LA CERÁMICA – PARTE FINAL

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Dimensiones de ladrillos en cm: 1C: 23,2×11,5×6; M5: 26×13,2×5,5 y Ref: 23,3x11x5,2.

Tabla 19: Resultados de ensayos de flexión y compresión de ladrillos a escala real en (kg/cm2) excepto el coeficiente de Poisson (u) que es adimensional.

5.2. Modelo teórico de adherencia desprendidos durante el proceso del ladrillo cerámico.

Visto en el microscopio metalográfico posteriormente y se notó al realizar los ladrillos a escala reducida de aproximadamente 6x2x1 cm, que al humedecer la arena se hincha junto con el agua se incorporan partículas más finas como arcillas y limos, se amasa y luego compacta incorporándose como parte de la estructura interna de la arena y quedando además en la parte externa al grano más grande e hinchado (la arena). Posteriormente estas posiciones son consolidadas en el horno a la temperatura de sinterización.

Figura 21: Modelo de adherencia en base al tamaño de los componentes. (Nótese principalmente a las arcillas pinchando e incrustándose en las arenas y limos. Elaboración propia, 2018)

“MECHANISM OF ADHERENCE OF CERAMICS IN ITS ELABORATION
THAT CONFERPROPERTIES OF MECHANICAL STRENGTH”

Investigador Principal: Prof. Dr. Ing. Roberto Alejandro Rojas Holden. Co investigador: Ing. Ramón Garelli
Colaboradores: Ing. Quim. David Alvarenga, Anal. Industrial Wilfrido Ramírez, Lic. Geol. Juan C. Ovelar, MSc. Lic. Geol. Higinio Moreno, Lic. Elena Oviedo & Prof. Dr. Antonio Rodriguez Rojas

De estudios previos sobre la arcilla del Chaco Paraguayo, los picos endotérmicos a 130ºC, pierde el agua de absorción, de 225ºC a 560ºC se presenta como Illita, a 570ºC el pico endotérmico es en el cuarzo. Los picos exotérmicos entre 260ºC y 560ºC, queman las materias carbonosas.

La otra arcilla encontrada en la zona de Villa Hayes tiene como picos endotérmicos a 130ºC pérdida del agua de absorción a 210ºC illita + Beidelita a 410ºC Beidelita a 540º Illita y el cuarzo a 570ºC.  Los picos exotérmicos entre 240ºC y 520ºC, aparece una banda exotérmica a 920ºC: Illita + Beidellita. (OEA/INTN, 1980). La illita es el material más abundante en la zona de dónde se extrajo la materia prima M1, aunque esta es la denominación de la fase encontrada a esas temperaturas en el horno de cocción.

“Durante la elaboración semimecánica de los ladrillos a escala reducida y luego de hornear hasta sinterización, se pudo observar que las partículas más finas (arcillas y limos) componen la estructura interna de la arena (más gruesa e hinchada por la humectación inicial) que las atenaza y las más finas le pinchan al momento de hincharse en el amasado, incrustándose dentro del grano más grande (compactación) y también externamente la arcilla une los otros componentes limos y arenas (cocción), logrando en el proceso un material más homogéneo, densificándose y otorgando buenas propiedades de resistencias mecánicas. Esto implica que otorgándole una buena distribución de tamaños y considerando las propiedades de cada componente, estos pueden combinarse adecuadamente para dar mejores resultados en sus propiedades más importantes, especialmente en lo referente a resistencias a flexión y compresión en los ladrillos. Se llega a observar que la microestructura se fortalece en el horno y llega a una mayor adherencia continua entre granos a medida que las temperaturas suben en horno durante la cocción hasta sinterización, lo que finalmente le confiere propiedades mecánicas”. Además puede observarse en las microfotografías que el grano mayor envuelve a otros granos más pequeños y que estos también lo envuelven externamente.

Fotografías: 39 a 41: Muestras de ladrillos M1 de la zona de Villa Hayes a temperaturas crecientes, a 400ºC y 500ºC, pueden verse las partículas más grandes envolviendo a las más pequeñas, por otro lado al aumentarse la temperatura disminuyen el tamaño de las más grandes quedando las partículas algunas adentro de las arenas y otras por afuera que al aumentar la temperatura a 850ºC quedan adheridas y vínculadas más pequeñas y próximas mejorando la densidad y aportando mejores resistencias mecánicas.

Fotografías 42 a 44: Muestras de ladrillos M3 de la zona de Tobatí, el comportamiento similar a los anteriores, estas micrografías fueron tomadas de ladrillos extraídos a las temperaturas de 700, 850 y 1000ºC.

Fotografías 45 a 47: Muestras de ladrillos M5 de la zona de Tobatí, puede observarse a temperaturas de 700, 800 y 1000ºC, comportamientos similares pero a diferentes temperaturas que los ladrillos M1.

Figuras 22 y 23: Estructuras elementales de la Caolinita y de la Illita.

Fotografías 48 y 49: La densificación en sinterización a temperaturas 744ºC y 950ºC. pueden verse claramente en las siguientes microfotografías.

Posteriormente fueron analizados los resultados de la muestra de Tobatí a 700ºC, producto de la mezcla de 3 materias primas seleccionadas para la producción industrial de ladrillos cerámicos, microscoscopía MEB, fueron los siguientes:

Imágenes MEB realizadas en la Universidad de TULSA, Oklahoma, EE.UU, 2019.

Figura 50 a 56: Se puede observar la serie de granos de diferentes tamaños entre cavidades y protuberancias, teniendo en cuenta los tamaños originales de las arenas entre 0,06 mm a 2 mm, limos 0,002 a 0,06 mm y arcillas menores a 0,002 mm, los cuales quedaron algo compactados en sus medidas originales.

Figura 57: XRD resultados de las muestras de ladrillos realizados con materia prima de Tobatí a 800ºC.

6. CONCLUSION

Se ha logrado identificar cristalográficamente a las materias primas. Los resultados de la microscopía de los ladrillos cocinados durante el proceso de humectación confirmaron lo observado durante el proceso de humectación y amasado en el cual se hinchan las arenas absorbiendo limos y arcillas por dentro y quedando también estos afuera por lo que la unión es interna y externa de los diferentes tamaños de partículas componentes. Se observó durante la variación de temperatura los enlaces, variaciones de límites de granos observados en microscopio metalográfico, de las arenas, limos y arcillas. El proceso complejo pero a la vez simple permite modificar la composición de arcillas fuertes, flojas, suelos de distintos estratos, mezclarlos y lograr resultados como eficiencia energética, mejor resistencia y menor absorción con buena densidad.

El flujo de difusión de partículas es minúsculo en escala pero aporta una mayor solución para el producto requerido. Se da durante la compactación, durante el secado en el horno en escalas más reducidas. Es importante evitar el shock térmico entre la temperatura del horno y la temperatura ambiente a fin de evitar fisuras en el producto final. Finalmente logró observarse no solo durante la observación microscópica extraídas a diferentes temperaturas del horno, de las muestras de ladrillos cerámicos, sino que anteriormente en su proceso durante el tamizado de las muestras primero con el tamiz nº40 (40 cuadrados/cm²), luego al amasar y tamizar al tamíz nº8(8 cuadrados/cm²) de abertura 2,36 mm, lo siguiente: Al humectarse la arena sin pasar el punto de humectación en este caso de 5%, se observó que al pasar el amasado el tamíz de abertura 2,36 mm que la arena se había hinchado y era pinchada por las partículas de limos y arcillas más pequeñas, logrando algunas de estas insertarse en la arena, otras se semi-insertaron y quedaron recubriendo y uniendo externamente los demás granos, siendo fundamental para esto la arcilla en buen porcentaje. Posteriormente durante la cocción los granos fueron vinculados más estrechamente, quedándose así el Modelo de adherencia en base al tamaño de los componentes.

Luego de la uniformización de la distribución de partículas durante el amasado, se consolidan los granos con la compactación de la muestra y al sinterizar los granos se cosen y/o sueldan los mismos disminuyendo radicalmente los vacíos y volviéndose a incrementar el tamaño de los granos a partir de los núcleos.

“En una primera etapa de humectación y amasado, la arena recibe el aporte en su interior e incrustaciones en su exterior de arcillas y limos, al compactarse estos se mezclan más íntimamente formando granos fundamentales. Durante la cocción dichos granos crecen debido a la termodinámica ocurriendo expansiones de los granos fundamentales que se unen con sus similares, reduciendo o casi eliminando los vacíos y formando granos más grandes microscópicos y nanoscópicos”.