ES2292309B2

ES2292309B2 - Material de construccion de yeso o escayola alijerado y su uso en placas y paneles.

Info

Publication number: ES2292309B2
Application number: ES200502273A
Authority: ES
Inventors: Alfonso Garcia Santos
Original assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Current assignee: Universidad Politecnica de Madrid
Priority date: 2005-09-19
Filing date: 2005-09-19
Publication date: 2009-02-16
Anticipated expiration: 2025-09-19
Also published as: ES2292309A1

Abstract

Material de construcción de yeso o escayola aligerado y su uso en placas y paneles. La presente invención consiste en un material con el que se consigue un yeso o una escayola muy ligero para la elaboración de placas y paneles prefabricados de gran formato para su uso en construcción, que permite una considerable reducción de peso de modo que posibilite una facilidad de manipulación a la vez que reduce los sistemas de anclaje necesarios para su colocación en obra. Este material está constituido por cualquier tipo de yeso o escayola como matriz principal, con adiciones binarias de poliestireno expandido y fibras de polipropileno que permite reducir el peso en un cincuenta por ciento manteniendo los valores de resistencias mecánicas, porosidad, dureza y tiempos de fraguado.

Description

Material de construcción de yeso o escayola aligerado y su uso en placas y paneles.

Sector técnico al que se refiere la invención

Materiales de construcción.

Fabricación de placas y paneles de yeso y escayola.

Fabricación de fibras poliméricas.

Fabricación de poliestireno expandido.

Divisiones interiores de edificios.

Cielorrasos y falsos techos.

Estado de la técnica anterior

El yeso es un material de construcción utilizado desde la antigüedad, que no ha perdido vigencia debido a sus especiales características, de entre las que cabe destacar el magnífico comportamiento como regulador higrotérmico de locales, lo que lo hace idóneo para su utilización como revestimiento interior, así como su bajo precio y su abundancia en España. El yeso tiene también limitaciones para su utilización, como es el peso, que como material mineral transmite a la estructura del edificio, reduciendo la carga máxima de uso, y a los sistemas de anclaje y sujeción a otras unidades constructivas.

El yeso ha sido desde siempre un material idóneo para el acondicionamiento de espacios interiores. Su abundancia y bajo precio inicial se ven, no obstante hoy en día, comprometidos por el alto costo relativo de su puesta en obra. Sus usos tradicionales requieren el empleo de mano de obra muy especializada, cara y cada vez más escasa.

Como en tantos otros materiales la solución a este problema se intenta por la vía de la industrialización, bien sea ello desarrollando sistemas que faciliten su puesta en obra o por la prefabricación de elementos más o menos acabados que simplifiquen su aplicación.

Las actuales líneas de investigación sobre este material se centran en dos corrientes de gran importancia; la primera de ellas consiste en la investigación sobre los sistemas de aplicación industrializada del yeso en paramentos tanto verticales como horizontales; y la segunda de ellas consiste en su utilización como elementos prefabricados en la edificación.

Estas líneas de investigación pretenden reducir las limitaciones que el yeso presenta para las obras de edificación, aumentando la resistencia mecánica del yeso, reduciendo el peso de los elementos constructivos para sobrecargar menos a las estructuras sustentantes, y por último aumentando los tiempos de fraguado para lograr adaptar éstos a la necesidad requerida por el sistema de aplicación industrializada, como es el caso del yeso de proyectar.

La vía de la industrialización suele sacrificar aquellos materiales más rústicos y naturales, aunque óptimos desde el punto de vista del confort, por otros más elaborados y tecnificados pero que pueden en muchos casos, en ese aspecto, conducir a resultados distintos de los deseables. Con el fin de evitar ese problema se opta por la tecnificación del yeso, como instrumento para poder seguir utilizando un material de tan notables cualidades de confortabilidad. Estas cualidades derivan de aspectos muy variados como pueden ser la textura, porosidad, dureza, conductividad, capacidad técnica y de equilibrio higroscópico con el medio, reacción al fuego, etc., que el yeso reúne en forma notablemente equilibrada para conseguir la confortabilidad de esos ambientes. En cuanto a los sistemas de aplicación, actualmente, gran parte del yeso manual va siendo reemplazado por yeso proyectado. Con ello se mejora la calidad y uniformidad pero sigue requiriendo mucha mano de obra de acabado. Incluso el soporte tradicional de fábrica de ladrillo, es reemplazado en algunos casos por otros tipos de soporte.

Como se ha comentado anteriormente, la otra línea de aplicación del yeso o la escayola, es la de los elementos prefabricados.

-: Los paneles de escayola o yeso, no han tenido gran aceptación debido a problemas relacionados con su fragilidad y comportamiento diferencial de las juntas, y su elevado peso que dificultaba su manejabilidad. Estos paneles han ido aumentando de tamaño a lo largo del tiempo, hasta dar lugar a paneles suelo-techo.

-: Las placas: se incluyen en este tipo de productos elaboradas a partir del yeso, (elementos superficiales planos de pequeño espesor), normalmente realizados con aportación de materiales que colaboran con el yeso en el mantenimiento de sus propiedades mecánicas. Las placas y paneles de yeso pueden reforzarse mediante dos sistemas diferenciados:

-: Refuerzos en la superficie de las caras.

-: Refuerzos en masa.

: Los refuerzos en la superficie de las caras se realizan normalmente mediante lo que se denominan placas laminadas, armadas con dos hojas de cartón en estructura sándwich, en todas sus variantes, que poco a poco van ampliando su cuota de mercado debido a su limpieza y facilidad de ejecución, pero siguen sin ser ampliamente aceptados por el gran público (habituado al tabique de ladrillo y yeso convencional), debido a problemas derivados de la poca resistencia del cartón ante los efectos del agua, y a la especial dificultad de ejecución de las juntas, que deben tratarse mediante vendas especiales y adhesivos sobre los encuentros de placas y paneles diseñados en forma de biseles o mediante afinamientos de la sección de la placa. Estas placas se atornillan a montantes y maestras metálicas, que se apoyan en canales metálicos.

: Los refuerzos en masa se realizan mediante la adición de aditivos y adiciones diversas normalmente fibras de origen natural y es dentro de éste tipo de refuerzos donde se inserta la invención. Estos refuerzos pueden realizarse de dos formas diferentes:

-: Compuestos con partículas, cuya fase inmersa en la matriz tenaz se componen de partículas con formas más o menos aproximadas a la esférica.

-: Compuestos fibrosos, llamados así cuando el material de refuerzo está formado por fibras, esto es, por elementos en los que una dimensión predomina notablemente sobre las otras dos. Dentro del compuesto, las fibras de refuerzo se orientan de diversas formas:

a): De forma unidireccional en el caso de fibras largas.

b): De manera aleatoria cuando son fibras cortas.

c): Con disposición ortogonal.

d): En varias capas alternadas.

: La invención incorpora conjuntamente el aligeramiento mediante compuestos de partículas (esferas de poliestireno expandido) y el refuerzo mediante compuestos fibrosos orientados de manera aleatoria (fibras cortas).

Toda esta gama de variantes no hace sino confirmar el gran interés que existe por mejorar este material para que siga formando parte de nuestro entorno próximo. Si bien el yeso es un material abundante y de amplia distribución en la naturaleza, en pocos países como en España existe tan marcado interés por este material. Ello es así por tradición, de la que no es ajena nuestra climatología y cultura mediterráneas.

Con independencia de la prefabricación, el empleo de materiales simples está dejando paso a otros más evolucionados o compuestos, donde se aprovechan al máximo las características propias de cada material en beneficio de las cualidades deseadas del producto compuesto.

Desde tiempo inmemorial con el yeso han venido utilizándose fibras naturales con el fin de modificar las cualidades finales del producto resultante. La oportunidad que hoy en día las fibras de productos de síntesis nos brindan, abre la posibilidad de un nuevo campo de investigación y desarrollo de nuevos materiales compuestos. La disminución de pesos se consigue aumentando la cantidad de agua de amasado, de modo que se consigue una estructura más porosa y menos compacta, y adicionando materiales que posean un peso específico inferior al del yeso. Las fibras adicionadas de bajo coste, tanto naturales como poliméricas poseen menos densidad que el yeso. Por último el aumento de los tiempos de fraguado se consigue mediante la adición de materiales que posean características bien de retención del agua o de
modificación de la tensión interfacial existente entre los componentes del yeso durante los fenómenos de fraguado.

El acertado uso y combinación de aditivos que faciliten la elaboración, manipulación o propiedades de las pastas en relación con las fibras empleadas es otra de las aplicaciones de las que trata de sacarse el máximo partido en beneficio del producto final.

Últimamente se está extendiendo el uso de adiciones y aditivos poliméricos para mejorar las propiedades de los yesos y las escayolas.

Aunque existe una extensísima documentación sobre los efectos de los polímeros sintéticos como aditivos con efectos fluidificantes sobre yesos y escayolas, y sobre los efectos mecánicos que producen las fibras de polímeros sintéticos, no ocurre lo mismo sobre los efectos que sinérgicamente produce el comportamiento conjunto de ambos aditivos. Esta falta de grandes vías documentales es debido a la escasa preocupación por los efectos que producen los aditivos con estados polares en su superficie (como son los materiales que utilizan polímeros sintéticos), en los fenómenos de hidratación del yeso y la escayola.

La utilización de adiciones unitarias de aditivos sintéticos para yesos y escayolas están muy estudiadas tanto desde el punto de vista teórico, como de su aplicación por las empresas fabricantes de estos productos que utilizan diferentes tipos de polímeros (en forma de diversos tipos de fibras, dispersiones, emulsiones, etc.) para lograr propiedades específicas (aligeramiento, aumento de resistencias mecánicas, modificación de los tiempos de fraguado, etc.). Sin embargo, no se ha estudiado el comportamiento que las mezclas binarias de fibras y aligeramientos producen en los yesos y las escayolas, debido a la carga polar superficial que poseen los polímeros.

La novedad principal de esta invención es que es posible alcanzar, con el nuevo material, valores de rotura a flexotracción del mismo orden de magnitud que un yeso o escayola sin aditivar reduciendo el peso a la mitad aproximadamente, mediante el empleo de adiciones binarias de poliestireno expandido y fibras de polipropileno, (pero sin perder por ello muchas de las cualidades sobresalientes del yeso). Lo que se ha logrado es un material compuesto que consta de diversos agregados que se incorporan a una matriz para lograr producir una reducción del peso, logrando la generación de un efecto sinérgico que provoca una mayor efectividad de las características individuales a favor del trabajo conjunto. Para lograr este objetivo es fundamental un buen comportamiento de las interfases, donde se produce una considerable adherencia y una buena interacción de las propiedades individuales de los agregados. Todos los factores que esto implica, están relacionados entre sí de una forma compleja, que se explica a continuación.

Explicación de la invención

Consiste la invención en un material con el que se consigue un yeso o una escayola muy ligera, para la elaboración de placas y paneles prefabricadas para su uso en la construcción. Este material está constituido por cualquier tipo de yeso o escayola, como matriz principal, preferiblemente escayola E-35 o similar con relación agua/yeso de (0,7-1) y adiciones binarias de poliestireno expandido de alrededor de 5 mm de diámetro y fibras cortadas de polipropileno de alrededor de 25 mm de longitud.

Los porcentajes de los componentes del material, calculados con respecto al peso de la escayola o yeso son:

-: (1,5-2,5%) de poliestireno expandido (alrededor de 5 mm de diámetro).

-: (1,5-2,5%) (misma proporción que el poliestireno expandido), de fibra de polipropileno (alrededor de 25 mm de longitud, diámetros de 6 a 10 deniers)

-: Relación agua/yeso (0,7 -1)

Características de los componentes

-: Yeso o escayola: se recomienda la escayola E-35 o E 35-L. La escayola E-35 es una escayola especial constituida por sulfato cálcico semihidrato SH_{\beta} (SO_{4}Ca\cdot½H_{2}O), con la posible incorporación de aditivos reguladores de fraguado, con mayor pureza que la E-30 y con una resistencia mínima a flexotracción de 3.5 N/mm^{2}. Se utiliza para la ejecución de elementos prefabricados para tabiques y techos y en la puesta en obra de éstos. La escayola E-35-L es un producto de fraguado lento.

-: Fibra de polipropileno: el polipropileno por ser polarmente simple facilita la adherencia entre compuestos, siendo más resistente que los celulósicos y por no reaccionar con los plastificantes como los vinílicos, presenta: una buena resistencia química, siendo inalterable a la fibra de la acción del agua; excelente resistencia a la intemperie; resistencia al rozamiento; bajo coste y posibilidad de mecanización, que facilita la transformación del polímero en fibras. Como limitaciones presentan poca resistencia a los rayos ultravioletas y a la intemperie y fragilidad a bajas temperaturas.

-: Poliestireno expandido. El poliestireno expandido interactúa con las fibras de polipropileno, a la vez que logra una disminución importante de la densidad, que da como resultado una disminución del peso del producto final.

Comportamiento del compuesto

Las propiedades mecánicas del material compuesto son el resultado de la complementariedad de funciones entre el aligeramiento, las fibras y la matriz, así como de las relaciones que se establecen entre ellas, permitiendo un trabajo conjunto.

- Influencia de cada componente

: Las fibras absorben las tensiones de tracción que se generan en el interior del material, siempre que exista una buena adherencia entre ellas y la matriz. La matriz absorbe las tensiones de compresión que se generan en el interior del material, siempre que exista un buen anclaje global de la estructura de la escayola o yeso. Las fibras poliméricas, debido a las características polares de su superficie, producen modificaciones del equilibrio dipolar que se forma entre los componentes de los conglomerantes cuando se disuelven en agua y en el momento de su hidratación, atrayendo hacia su superficie moléculas de agua con los conglomerantes que estén disueltos en ella.

: El aligeramiento polimérico produce una reducción del peso del compuesto a la vez que debido a su carga polar permite la interacción de su superficie con la matriz dando lugar a adherencias que contribuyen al comportamiento final del conjunto.

- Influencia conjunta

: Al mezclar conjuntamente el aligeramiento con las fibras de polipropileno en la matriz de escayola o yeso, aparecen unos efectos combinados, además de los producidos individualmente. Estos efectos combinados son los responsables de los comportamientos del conjunto con efectos sinérgicos, produciendo una disminución del peso respecto a las que poseen las matrices de escayola o yeso, sin aditivar, sin producir disminuciones de su comportamiento a flexotracción dureza superficial o tiempos de fraguado.

Características del compuesto

El efecto, observado en las probetas ensayadas, produce importantes disminuciones de los valores de densidad del material y por con secuencia del peso del elemento constructivo:

-: La disminución de densidad es de aproximadamente el 50% con respecto a los valores obtenidos con la escayola o yeso, sin aditivar.

-: Ante esfuerzos de flexotracción, produce aumentos porcentuales de la tensión de rotura de algo menos del 3% para probetas prismáticas.

-: Ante absorción de tensiones internas producidas por impacto sobre placas, el efecto sinérgico produce aumentos porcentuales de la tensión de rotura, de alrededor de un 900% con respecto a los valores obtenidos con escayola o yeso, sin aditivar.

Las roturas frágiles que posee la matriz de yeso o escayola se evitan, ya que las fibras de polipropileno producen un efecto de cosido que evita que se separen las zonas del material que se hubieran fisurado,

La textura del material es análoga a la de la escayola o yeso comercial hidratado, y puede controlarse regulando la relación agua/yeso, aumentando la porosidad cuando ésta aumenta, y disminuyendo cuando ésta disminuye.

Exposición detallada de su realización

En la aplicación del material compuesto para la prefabricación de particiones interiores, se define a continuación las características de las placas o paneles en una realización preferida y su modo de fabricación:

Preparación de las cantidades de cada componente para un kilo de escayola

Escayola E-35

\dotl

1.000 g.

Agua relación agua/yeso 0.7

\dotl

0,7 litros de agua.

Poliestireno expandido 2%

\dotl

20 g.

Fibras de polipropileno 2%

\dotl

20 g.

: Las fibras deberán estar sueltas, para lo cual se procederá a realizar un desfibrado, que puede realizarse bien a mano o de modo mecánico, hasta lograr que éstas se encuentren sueltas.

: Una vez dispuestas las cantidades de cada material, se procede a la mezcla de los mismos, que puede realizarse bien manualmente o de modo mecánico. Posteriormente se vierte el agua mezclada con el fin de comenzar el amasado, que se realizará mecánicamente.

: Una vez homogeneizada la mezcla, se vierte sobre los moldes colocados sobre mesa horizontal, de las dimensiones especificadas, que deberán estar revestidos con un desencofrante para facilitar el desmolde.

: Posteriormente debe extenderse de la mezcla sobre el molde, con el fin de homogeneizarla lo máximo posible.

: Una vez extendida se procederá al alisamiento de la cara superior para garantizar el espesor constante del elemento constructivo.

: Una vez fraguado el compuesto y cuando se estima que posee resistencia suficiente para poder manipularlo (treinta minutos), se procede a desmoldarlo.

\newpage

: Una vez desmoldados los elementos constructivos se apilan verticalmente para que se produzca un secado de éstos.

: Aunque se puede realizar el amasado manualmente, se consiguen mejores resultados de comportamiento ante esfuerzos de flexotracción y compresión (incremento de resistencias, disminución de la deformación) mediante un amasado mecánico realizado con maquinaria.

Características de las placas y de los paneles

Las placas y paneles basadas en éste material reducen el peso sin disminuir la resistencia mecánica a flexotracción del yeso o escayola, (sin necesidad de refuerzos en superficie realizados mediante láminas de celulosa), presentando al exterior la textura del yeso o la escayola, de modo que las terminaciones exteriores que puedan aplicarse a las placas o paneles, puedan ser las mismas que las que se apliquen sobre soportes tradicionales.

El acabado exterior de la placa o del panel (tanto de la cara como del dorso), deberá ser perfectamente liso de modo que facilite la colocación al atornillarse a los rastreles metálicos, quedando perfectamente enrasada en su cara exterior, para facilitar la realización de las juntas y la aplicación de cualquier terminación en superficie (pintura empapelado etc.).

Las placas o paneles presentan una linealidad de comportamiento entre tensiones y deformaciones, presentando un comportamiento similar al de un material elástico, con un módulo de elasticidad claramente determinado.

Una vez sometidas a ensayo de flexotracción, en las placas o paneles se observa lo siguiente:

-: No existe una línea única de rotura.

-: Se observa una dispersión de las líneas de rotura de la placa o del panel, apareciendo unas microfisuras dispersas de pequeño espesor, responsable del alto valor de la tensión de rotura.

-: Los resultados de los ensayos de densidad presentan los siguientes porcentajes de disminución de peso:

\bullet: 50.88% con respecto a una placa o panel de escayola o yeso, con un 2% de adición de fibra de vidrio.

\bullet: 32.88% con respecto a una placa de cartón - yeso.

Montaje de placas o paneles y realización de juntas

Las placas o paneles admiten cualquier tipo de soporte, aunque se recomienda el más utilizado, que es el que se basa en la perfilería ligera de chapa plegada galvanizada. Esta estructura está totalmente industrializada, es ligera y de rápido montaje. Los sistemas de fijación mecánica se encuentran totalmente industrializados y extensamente comercializados.

Las placas y paneles se pueden cortar, taladrar, clavar, atornillar, raspar, lijar o fresar y admiten cualquier tipo de preparación o pintura de acabado compatible con la escayola o el yeso. El material de las juntas es el mismo material base que el utilizado para fabricar las placas y paneles, lo que garantiza el comportamiento uniforme de todo el paramento obtenido por unión de placas y paneles.

El montaje es rápido y limpio y se presta tanto para su utilización en obra nueva como en obras de acondicionamiento interior y reforma. La propia naturaleza del material que conforma la placa permite su combinación con elementos artesanales de yeso o escayola.

En caso de necesidad resulta fácilmente desmontable, sus materiales pueden ser reutilizables y en caso de demolición genera poco escombro.

Las placas se pueden utilizar para la realización de los siguientes Sistemas Constructivos con paramentos lisos y continuos sin juntas aparentes: divisiones interiores, tabiquería interior, trasdosados de fachada, cielorrasos y falsos techos, y suelos flotantes.

Los paneles se pueden utilizar para la realización de los siguientes Sistemas Constructivos con paramentos lisos y continuos sin juntas aparentes: divisiones interiores, tabiquería interior, trasdosados de fachada y suelos flotantes.

Todos los Sistemas Constructivos con paramentos lisos y continuos sin juntas aparentes, realizados con las placas y paneles de escayola o yeso aligeradas y reforzada con fibras de polipropileno deben finalizar con la realización de las uniones entre placas y paneles y entre éstas y otros elementos de obra de manera que exista esa continuidad.

Las placas deberán estar firmemente sujetas a la estructura sustentante mediante tornillos. Las cabezas de los tornillos estarán todas rehundidas por debajo de la superficie de las placas.

Las juntas de las placas y paneles no estarán separadas más de 3 mm, ya que en éste caso será necesario su plastecido previo al tratamiento.

Se repasarán las superficies de posibles deterioros producidos durante el montaje o por el paso de las diferentes instalaciones.

El orden de ejecución del tratamiento puede ser variable, si bien se recomienda el siguiente después siempre del repaso obligado de las superficies:

1.: Ejecución de juntas de rincón en techos y paredes.

2.: Ejecución de juntas planas de techos.

3.: Juntas planas en paredes.

4.: Colocación de guardavivos.

5.: Manos de terminación siguiendo el mismo orden.

Las manos necesarias de terminación dependerán del tipo de decoración posterior.

El tratamiento de juntas podrá realizarse de manera manual o mecánica. Es imprescindible que debajo de cada junta exista siempre un elemento portante.

Las placas y paneles cortadas "in situ" por corte, deberán mojarse inmediatamente antes de dar la primera mano de pasta.

Se aplicará una primera mano de pasta y se esperará hasta que se seque. En caso de que sea necesario podrá darse una segunda y tercera mano, una vez seca la anterior.

Si fuera necesario (dependiendo de la decoración final) se deberá lijar la superficie tratada para eliminar posibles "escalonamientos" entre la zona del tratamiento y el resto de la placa.

Aplicación industrial

La aplicación industrial de la patente es evidente, al fundamentarse en la industrialización de las placas y paneles para su utilización en elementos prefabricados, en divisiones interiores, tabiquería interior, trasdosados de fachada, cielorrasos y falsos techos y suelos flotantes.

Claims

1. Material de construcción de yeso o escayola aligerado caracterizado porque consiste en una matriz de yeso o escayola y adiciones binarias en las siguientes proporciones: (1,5-2,5%) para el aligeramiento de poliestireno expandido y la misma proporción para las fibras de polipropileno, con relación agua/yeso o escayola de (0,7-1) en el proceso de fabricación.

2. Uso del material de construcción, según reivindicación anterior para placas y paneles en divisiones interiores y trasdosados y para placas en cielorrasos y falsos techos, y suelos flotantes, todos ellos de cualquier dimensión de anchura, longitud o espesor.