MATERIALES I

UNIDAD 1: YESOS

Tema 1. Generalidades. Fabricación de yesos

UNIVERSIDAD DE BURGOS

ÍNDICE DE CONTENIDOS

1. Definiciones
2. Tipos de yeso
3. El yeso como material tecnológico: capacidad conglomerante
4. Fabricación

1. Definiciones

• AGLOMERANTE: Compuesto capaz de unir materiales de construcción entre sí o a una base y que endurece por medios físicos. Ejemplos incluyen los betunes, que endurecen mediante la evaporación de su fase disolvente. Estos también se conocen como CONGLOMERANTES HIDROCARBONADOS.
• CONGLOMERANTE: Compuesto capaz de unir materiales de construcción entre sí o a materiales con un soporte, que fragua y endurece por medios químicos.
• Conglomerante aéreo: Conglomerante que fragua y endurece exclusivamente al aire, como los yesos o las cales aéreas, y no son estables cuando están en contacto con el agua.
• Conglomerante hidráulico: Conglomerante que fragua y endurece al aire, en atmósferas húmedas y en contacto con el agua. Los productos endurecidos son estables frente al agua, como los cementos y las cales hidráulicas.

2. Tipos de yeso

• FORMA NATURAL
    - Piedra de yeso o aljez: Mineral encontrado en la naturaleza, compuesto principalmente de sulfato cálcico dihidratado, $ext{CaSO}_4 \bullet 2 ext{H}_2 ext{O}$.
    - ANHIDRITA: Mineral que acompaña al yeso, aunque se encuentra en menor proporción, y puede ser producido por deshidratación total del aljez, representado como $ext{CaSO}_4$.

• FORMA INDUSTRIAL
    - Yeso cocido o bassanita: Forma obtenida por deshidratación parcial de la piedra de yeso o aljez. Se conoce como sulfato cálcico hemihidratado, $ext{CaSO}_4 \bullet \frac{1}{2} ext{H}_2 ext{O}$.

Formación Natural

En el estado natural, el yeso es una roca sedimentaria evaporítica. Su formación inicial consiste en la precipitación química tras la evaporación de aguas ricas en sulfatos y cloruros en ambientes marinos cálidos, lo que puede datar de épocas antiguas, específicamente en el Cretácico, hace aproximadamente 65-150 millones de años. Al retirarse los mares, el sulfato de calcio dihidratado precipitado (known as YESO PRIMARIO) puede deshidratarse cuando queda confinado bajo nuevos sedimentos, formándose macizos de anhidrita.
En zonas continentales, si los sedimentos sobre las anhidritas son erosionados y el macizo aflora hasta la superficie, la rehidratación puede ocurrir a través de aguas continentales o invasiones marinas, resultando en YESO SECUNDARIO, que es el más común en depósitos superficiales.

Principales Orígenes de los Yesos Naturales

Adicionalmente, los yesos pueden formarse a partir de procesos hidrotermales, donde se crean depósitos masivos de sulfuros volcanogénicos (VHMS) debido a la circulación de agua marina a través de la litosfera oceánica recién formada (dorsales meso-oceánicas o zonas de subducción).

3. El yeso como material tecnológico: capacidad conglomerante

• Conglomerante yeso: Es un conglomerante aéreo cuyo mineral esencial es el sulfato cálcico hemihidratado, que se obtiene al deshidratar parcialmente la roca natural conocida como yeso o aljez. Este material fragua y endurece mediante una reacción de hidratación al recuperar el agua que perdió durante la cocción.
• Reacciones químicas durante la deshidratación y rehidratación:
    1. ext{Ca(SO}_4 ext{) 2(H}_2 ext{O)} + ext{calor}
  ightarrow ext{Ca(SO}_4 ext{) }rac{1}{2} ext{(H}_2 ext{O)} +rac{3}{2} ext{H}_2 ext{O}
    2. ext{Ca(SO}_4 ext{) 2(H}_2 ext{O)} + ext{calor}
  ightarrow ext{Ca(SO}_4 ext{)} + 2 ext{H}_2 ext{O}
    3. ext{Ca(SO}_4rac{1}{2} ext{(H}_2 ext{O)} + rac{3}{2} ext{H}_2 ext{O}
  ightarrow ext{Ca(SO}_4 ext{) 2(H}_2 ext{O)} + ext{calor}
    4. ext{Ca(SO}_4 ext{)} + 2 ext{H}_2 ext{O}
  ightarrow ext{Ca(SO}_4 ext{) 2(H}_2 ext{O)} + ext{calor}
• El sulfato cálcico rehidratado tiene una densidad inferior a la del aljez, con valores de $0.5 ext{ t/m}^3$ en comparación con los $2.3 ext{ t/m}^3$ del aljez.

4. Fabricación

Proceso de Fabricación de Yesos Sintéticos

1. Extracción:
     - Yacimientos: Obtención de yeso desde canteras a cielo abierto o minas subterráneas.
     - Métodos de extracción: Utilización de voladuras o excavación mecánica para extraer el material.
2. Trituración:
     - La trituración se realiza en fases primaria y secundaria, utilizando machacadoras de mandíbulas y molinos de rodillos, para alcanzar un tamaño de grano de 5 a 40 mm.
3. Deshidratación:
     - Cocción: El objetivo es obtener hemihidrato y formas anhidras mediante deshidratación a través del calor. Dependiendo de la temperatura, se puede realizar a $125^{ ext{o}}C$ hasta $180^{ ext{o}}C$.
     - La deshidratación puede involucrar contacto directo con gases de combustión o sin contacto, utilizando diferentes tipos de hornos, tales como:
       - Calderas o marmitas (sin contacto).
       - Hornos rotatorios (con o sin contacto).
       - Hornos flash (con contacto, donde la descomposición ocurre rápidamente).
       - Autoclaves (sin contacto, en atmósfera húmeda).
4. Molienda final y distribución/envasado: Se realiza después de la cocción, donde el yeso es molido finamente, mezclado y envasado para su distribución.

Datos Interesantes sobre Productos de Yeso

1. **Yesos de construcción y conglomerantes a base de yeso:
      - *Uso directo:* Incluyendo yeso de construcción, morteros de yeso, y versiones aligeradas.
      - Aplicaciones especiales: Yesos acústicos, con propiedades de aislamiento térmico, resistentes al fuego, entre otros.
2. Elementos fabricados: Placas de yeso laminado, paneles de yeso, y placas de escayola para techos reforzadas con fibras.

Historia de Fabricación

• Antecedentes históricos de hornos utilizados en la fabricación de yeso, incluyendo:
    - Horno de planta elíptica y sección troncocónica en Súria, Barcelona.
    - Hornos con planta rectangular y sección cerrada en San Esteban de Litera, Huesca, entre otros.

Factores que Influyen en la Temperatura de Deshidratación

• La eficacia de la cocción se puede mejorar reduciendo el tamaño de los granos, triturando después de la cocción, y agitando la masa en el proceso.