Universidad Nacional Autónoma de México
Facultad de Ingeniería División de Ingeniería Mecánica e Industrial (DIMEI) Laboratorio de Materiales No Metálicos Profesor: Profesor: Ing. Frutis Godínez Jesús Semestre 2017-1
Práctica No. 2
Ensayos en Materiales Cerámicos Grupo: ! Alumno:
"uáre# Martíne# Nicolás E$iliano
%d& 'niversitaria a !! de agosto de !
Fecha de entrega: 5 de septiembre de 2016
Laboratorio de Materiales No Metálicos
Práctica 2 Ensayos en Materiales Cerámicos Objetivo
El alumno aprenderá qué son los cerámicos, sus propiedades, su estructura y la inluencia del proceso de abricaci!n sobre éstas" En particular, identiicará a los materiales cementantes como cerámicos" Introducción
#os materiales cerámicos son compuestos inorgánicos y no metálicos de carbono, o$%geno, nitr!geno, boro y silicio, unidos de orma i!nica" &ebido a las uniones i!nicas y co'alentes, los cerámicos tienen puntos de usi!n relati'amente altos, grandes m!dulos elásticos, gran dure(a y resistencia mecánica, as% como escasa conducti'idad térmica y eléctrica) son muy rágiles" *or consiguiente, la mayor parte de los usos en ingenier%a de los cerámicos son como materiales para altas temperaturas, como reractarios en la industria de los metales y de tratamientos térmicos, y como re'estimientos y materiales en los motores de turbinas de gas para uso aéreo y terrestre" +e emplean como abrasi'os y en aplicaciones que requieren resistencia al desgaste en 'irtud de su dure(a"
Cementos"
arios materiales cerámicos amiliares son clasiicados como cementos inorgánicos: cemento, yeso y cali(a, los cuales, como grupo, son producidos en grandes cantidades" #a propiedad caracter%stica de estos materiales es que cuando se me(clan con agua, orman una pasta que ragua y se endurece" Esta propiedad es especialmente -til porque permite ormar ácilmente estructuras s!lidas y r%gidas casi de cualquier orma" &e este grupo de materiales, el cemento Portland es el que se consume en mayores cantidades" *ara su producci!n se muelen y me(clan minerales que contienen arcilla y cali(a en las proporciones adecuadas, y luego se calienta la me(cla a apro$imadamente 1.00/, en un horno giratorio) este proceso, denominado calcinación, produce cambios %sicos y qu%micos en las materias primas" El producto resultante clinker se tritura hasta obtener un pol'o muy ino al cual se le a3ade una peque3a cantidad de yeso 4a+ . 272 8 para retardar el proceso de raguado" Este producto es el cemento *ortland" #as propiedades del cemento *ortland, incluyendo el tiempo de raguado y su resistencia inal, dependen en gran medida de su composici!n En el cemento *ortland se encuentran dierentes constituyentes, siendo los principales el silicato tricálcico 49a +i 28 y el silicato dicálcico 42a+i 28" El raguado y endurecimiento de este material resultan de reacciones de hidrataci!n relati'amente complicadas que se lle'an a cabo entre los dierentes constituyentes del cemento y el agua que se a3ade"
Material y equipo a utilizar • • • • • • • • •
500g de cemento gris 500g de cemento blanco 500g de yeso 6 tubos de * ;gua
áquina de pruebas ?@+A=@
Desarrollo de la práctica
18 >edir medio Bilogramo de cada material 28 ;gregar agua en las siguientes cantidades: emento gris: 220ml emento blanco: 210ml Ceso: 900ml 98 >e(clar el agua con el material hasta que quede una pasta uniorme .8 *reparar los moldes: colocar cinta adhesi'a en los tubos de * para ormar una base 58 aciar la me(cla en los moldes 68 &eDar secar el material una semana 8 =etirar el molde 8 =e'isar si e$isten deectos en la pie(a G8 Aomar las medidas correspondientes de las probetas cil%ndricas 108 =eali(ar el ensayo de compresi!n
Resultados
#as medidas de las probetas de los tres tipos de material son las siguientes:
&iámetro H 50 ImmJ ;ltura H 105 ImmJ
Probetas de izquierda a cemento blanco,
prueba (de derecha: Yeso, cemento ris!
; continuaci!n se muestra una tabla conteniendo los resultados de los ensayos de compresi!n aplicados a las dierentes probetas:
Módulo de Young Mpa) Resistencia má*ima Ma) +s,uerzo de -luencia Ma) . de de,ormación para resistencia má*ima . de de,ormación para es,uerzo de ,luencia
Yeso (rob! "#
Yeso (rob! $#
%! &lanco (rob! "#
%! &lanco (rob! $#
%! 'ris (rob! "#
%! 'ris (rob! $#
2G0"G
1".
169"0
00"
1529"0
5"6
1"905
1"21.
16"0
11".50
"1G
"192
1"29G
1"206
16"10
11".00
"20
2"99G
0"G2.
0"1
0"GG56
1".060
1"25G0
2"26.0
0"65.
0"9.
0"G2
1".00
0"51.1
0"9900
;simismo, se muestra una gráica arga &espla(amiento del cemento blanco y cemento gris 4no se muestra la gráica del yeso8"
"rá#ica Cara $ %esplazamiento del C& blanco ('spcimen ) * 2! * del C& ris ('spcimen + * ! -otos de las probetas despus de los ensa*os
Cemento blanco
Cemento "ris Yeso
%omentarios y conclusiones
bser'ando los datos registrados en la tabla, nos podemos dar cuenta que el material que posee mayor esuer(o de resistencia má$ima es el cemento blanco, algo que se not! de manera muy clara durante las pruebas ya que ue el material que soport! más carga antes de comen(ar a deormarse plásticamente" +in embargo, 'ale la pena destacar como, para todos los materiales, el esuer(o de luencia es muy parecido al esuer(o de resistencia má$ima, siendo este -ltimo mayor s!lo por unos cuantos Bilopascales, lo cual tiene mucho sentido debido a que los materiales cerámicos soportan poca deormaci!n antes de llegar al punto de ruptura 4son muy rágiles8" #a -nica e$cepci!n en la tabla es la segunda probeta del cemento gris, ya que su esuer(o de resistencia má$ima ue de "192 I>*aJ, mientras que su esuer(o de luencia ue de 2"99G I>*aJ"
;simismo, el yeso es el material cuyo esuer(o de resistencia má$ima y de luencia es el más baDo comparado con los demás materiales de la tabla, demostrándose e$perimentalmente ya que ue el material que soport! menos carga antes de racturarse" =especto del m!dulo de Coung, de acuerdo con la página ...&mat.eb&com, el m!dulo de elasticidad para un cemento *ortland es de 2"G2 IK*aJ apro$imadamente, mientras que los m!dulos obtenidos en el laboratorio para el cemento blanco y gris son de 1"69 IK*aJ y 1"529 IK*aJ, respecti'amente" El error porcentual para el cemento blanco es del 96"1GL y para el cemento gris es del .".L" +e debe de tomar en cuenta que estos ensayos se reali(aron baDo las condiciones de 50L de humedad relati'a y a una temperatura de 25I/J" En conclusi!n, es necesario hacer hincapié que tanto las condiciones en las que se reali(aron los ensayos como el método del preparado de las muestras inluyen en los resultados de las pruebas, ya que, por eDemplo, una 'e( terminado el ensayo, tanto en las probetas de cemento gris como de yeso se percib%a un olor a humedad, lo cual inluye inminentemente en la prueba de compresi!n ya que eso nos está indicando que las probetas no se deDaron secar el tiempo suiciente, o bien, que se agreg! agua en e$ceso durante el preparado de la me(cla" ;simismo, las probetas de estos dos -ltimos materiales 4cemento gris y yeso8 estaban bastante porosas, lo cual pro'oca una concentraci!n de esuer(os en la probeta causando lecturas err!neas durante las pruebas) la porosidad puede deberse a que en el momento de hacer la me(cla del cemento o yeso con el agua, no se re'ol'i! de tal manera que quedara una me(cla homogénea, permitiendo la e$istencia de burbuDas o precipitados que, e'entualmente, ormarán poros en el material" Mstas son las principales ra(ones por las cuales los resultados e$perimentales diieren en un porcentaDe considerable respecto de los 'alores registrados en tablas" &e igual manera se tienen que considerar las condiciones atmoséricas, de humedad y de temperatura al momento de hacer las probetas, datos que desgraciadamente no tomamos nota de ellos" tro detalle que aecta en los resultados de los ensayos es la medici!n, correcta o incorrecta, de las propiedades geométricas de las probetas 4diámetro, altura, etc"8, ya que se cometi! el error de generali(ar el diámetro y la
altura para todas las muestras, sin tomar en cuenta que no todos los tubos de * ten%an e/actamente el mismo diámetro ni e/actamente la misma altura " #as -nicas probetas que mostraron resultados más o menos acordes a lo registrado en tablas ueron las de cemento blanco, ya que además de ser el material que más carga soport!, éste era el -nico que no ol%a a humedad ni ten%a tanta porosidad) a decir 'erdad, la porosidad en las probetas de cemento blanco eran prácticamente nulas"
&ibliogra,/as •
Ciencia de Materiales: 0elecci1n * %iseo , *at #" >angonon, Editorial
*rentice 7all •
3ntroducci1n a la Ciencia e 3nenier4a de los Materiales , Nilliam &" allister,
+egunda Edici!n, Editorial #imusa Niley •
•
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http:OOmatPeb"comOsearchO&ata+heet"asp$Q >atKR?&Hbe6d6a5eG.cG1b2900ed12e2a1. http:OOmatPeb"comOsearchO&ata+heet"asp$Q >atKR?&Hdac5569c2.2a25d6cc016e25 http:OOmatPeb"comOsearchO&ata+heet"asp$Q >atKR?&H1a2a15a1ea.G5dGc99b5595e5.c2d
