Cal

Cal viva

Óxido de calcio (CaO) obtenido por calcinación de rocas calizas con alto contenido en carbonato de calcio (CaCO₃):

$CaCO_{3}+\Delta T\ \to \ CaO+\uparrow CO_{2}$

En la cocción, la piedra caliza pierde peso y volumen y se convierte en óxido de calcio configurado como terrones esponjosos (densidad aparente 0,5 kg/dm³, densidad real 2,3 kg/dm³). En el caso de calizas puras, resulta un 56 % de CaO y un 44 % de CO₂.

• 700 °C: descomposición de los silicatos de la arcilla (SiO₄^4-), que se convierten en sílice (SiO₂).

• 800-900 °C: descomposición del carbonato de calcio. Cal aérea:

$CaCO_{3}+SiO_{2}.Al_{2}O_{3}.H_{2}O+\Delta T\ \to \ \uparrow CO_{2}+CaO+SiO_{2}+Al_{2}O_{3}+\uparrow H_{2}O$

• 1200 °C: si la caliza tiene muchas impurezas arcillosas (5, 10, 20 %), una parte del óxido de cal queda libre y otra reacciona con los elementos arcillosos. Se obtiene cal hidráulica, que fragua más rápido que la aérea y en contacto con agua:

$\uparrow CO_{2}+CaO+SiO_{2}+Al_{2}O_{3}+\uparrow H_{2}O+\Delta T\ \to \ CaO+nSiO_{2}.CaO+mAl_{2}O_{3}.CaO$

Formatos de suministro

• polvo seco (dp) (cal cálcica viva, cal cálcica hidratada, cal dolomítica semihidratada, cal dolomítica hidratada, cal hidráulica natural, cal hidráulica)
• lechada (sl) (cal cálcica hidratada)
  
• terrón (lu) (cal cálcica viva)
  
• pasta (pu) (cal cálcica hidratada)
  

Cal apagada, muerta, extinguida, hidratada

Para su manejo, la cal viva es apagada o matada con agua: tiene gran avidez por el agua y su reacción con ella es altamente exotérmica; reacciona con la humedad del medio y de los tejido orgánicos, por lo que es cáustica. Al hidratar la cal (aérea o hidráulica), el óxido de calcio se convierte hidróxido de calcio:

$CaO+H_{2}O\ \to \ Ca(OH)_{2}+\Delta V+\Delta T$

El compuesto aumenta su temperatura típicamente por encima de los 100 °C, evaporándose parte del agua añadida.

Apagado de la cal

El producto final depende de la cantidad de agua usada en el apagado (cal aérea):

• Cal apagada en polvo seco (dp): 33 % en peso agua.
• Pasta de cal (pu): 300-400 % en peso agua.
• Lechada de cal, agua de cal (sl): > 400 % en peso agua.

Velocidad de apagado: es mayor cuanto mayores son la superficie específica y la pureza de la cal.

Los fragmentos subcocidos y los sobrecocidos se hidratan peor.

Apagado al aire

Exposición de la cal viva a la intemperie y a la luvia; absorbe la humedad ambiental y se pulveriza. Proceso lento durante el cual se puede carbonatar. Se amontona la cal para que solo se carbonate la superficie.

Apagado por aspersión, hidratación seca

Se aporta la cantidad mínima de agua para obtener un producto en polvo seco. Método usado para apagar las cales hidráulicas (por debajo de 120 °C para que no se hidraten los silicatos ni los aluminatos, lo que produciría cal ahogada sin propiedades hidráulicas).

Apagado por fusión, por inmersión

Para obtener pasta de cal. introducción de la cal en fosas de agua. Se obtiene una pasta tradicionalmente de mejor calidad que la cal apagada de otra forma. La pasta se envejece en balsas al menos durante seis meses. El añejamiento le da propiedades que no se encuentran en las pastas jóvenes: la reducción de los cristales (microcristalización) proporciona más extensión, elasticidad y plasticidad, mejora la adherencia y la carbonatación ocurre antes.

Apagado en autoclave

Terrones de cal en autoclaves donde se inyecta vapor de agua. Sirve para apagar cales dolomíticas.

Apagado en hidratadores mecánicos

Dosificación de cal y agua y control de la temperatura.

Carbonatación, fraguado de la cal

En contacto con el dióxido de carbono del aire, la cal apagada se carbonata y vuelve a la forma de carbonato de calcio:

$Ca(OH)_{2}+H_{2}O\ \to \ \uparrow H_{2}O+Ca(OH)_{2}+\downarrow CO_{2}\ \to \ CaCO_{3}+\uparrow H_{2}O$

La carbonatación es una reacción lenta que se inicia 24 h después del amasado y que puede durar horas, días o años. Afectan a la misma la porosidad de la masa y su humedad y la humedad ambiental: La carbonatación se verefica en aire seco, difícilmente en aire húmedo, y no se verifica dentro del agua, que la disuelve.

La carbonatación comienza en la superficie expuesta y se propaga hacia el interior. Por la poca velocidad del proceso, la cal conserva un núcleo húmedo que le confiere elasticidad y comportamiento mecánico muy apropiados para revocos (exteriores e interiores) y morteros.

Al fraguar, la masa se retrae.

Aunque los cristales son mucho menores que los de la piedra, lo que merma las propiedades mecánicas y la resistencia, la masa carbonatada tiene la misma composición y estructura cristalina que la roca caliza, lo que cierra el ciclo de la cal. Con el tiempo el mortero de cal se convierte en una costra pétrea de carbonato de calcio de composición parecida a la piedra original con menos impurezas.

Tipos de cal

Cal aérea

Cal obtenida de las calizas más puras (hasta 5 % de arcillas).

Contiene más de un 95 % de óxido de calcio.

Sólido blanco que al apagarse da una pasta fina blanca, trabada y untuosa.

Fraguado por carbonatación en contacto con aire y humedad:

$CO_{2}+H_{2}O\rightleftharpoons H_{2}CO_{3}$
$2H^{+}+Ca(OH)_{2}+CO{_{3}^{2-}}\to CaCO_{3}+H_{2}O$

Fraguado: humedad relativa 40-85 %. Fuera de este rango la carbonatación se ralentiza. Condiciones idóneas: humedad relativa 50-70 %.

Para acabados.

No apta para usos constructivos ni estructurales: más fina, flexible, repelente del calor y fácil de trabajar que la hidráulica, pero menos resistente.

Cal aérea grasa, cal aérea cálcica (CL)

Óxido de magnesio (MgO) de dolomías (carbonatos dobles de calcio y magnesio —CaMg(CO₃)₂—) hasta 5 %.

Rendimiento hasta 3,5 (350 l pasta/100 l cal viva).

Usos:

• revocado final de paredes, acabados vistos
• rectificación de acidez y potenciador de la vida microbiana de suelos, desinfectante, plaguicida
• tratamiento de humos y desinfección de aguas (destrucción de patógenos).
• mejora y estabilización de suelos

Cal aérea árida, cal aérea magra, cal aérea dolomítica (DL)

Caliza primitiva hasta 5% de arcilla con óxido de magnesio de dolomías 5-30 %.

$CaMg(CO_{3})_{2}+2H_{2}O+2CO_{2}\rightleftharpoons 4HCO_{3}^{-}+Ca^{2-}+Mg^{2-}\rightleftharpoons CaCO_{3}+MgCO_{3}+2H_{2}O+2CO_{2}$

Cal hidráulica natural (NHL)

Procede de la calcinación de margas (calizas con más de 5 % y hasta 20 % de arcillas ricas en sílice, aluminio y hierro). Las cales hidráulicas naturales, además de las propiedades de las cales grasas (fase aérea, fraguado por carbonatación), poseen la hidraulicidad que le aportan los silicatos y aluminatos de calcio (fase hidráulica): endurecen y consolidan con humedad relativa alta y sumergidas.

Fase hidráulica

Permite que fragüen sin que les afecte la humedad relativa, por lo que endurecen más rápido y más resistentes contra agentes erosionantes y esfuerzos mecánicos (aptas en ambientes marítimos, lluviosos, fríos).

Fase aérea

De fraguado lento, aporta al mortero plasticidad para que se adapte a los esfuerzos internos y externo.

Las cales hidráulicas naturales NHL son aptas para usos constructivos sin aditivos (morteros, enfoscados, soleras).

Propiedades de los morteros de cal hidráulica natural:

• gran plasticidad
  
• fáciles de trabajar
  
• fuerte adherencia sobre materiales y superficies diversos
• poca fisuración
• durables
  
• higroscópicos
  
• impermeables al agua, permeables al vapor de agua
  
• transpirables
• índice de radiación menor que el cemento

Cal Hidráulica Natural NHL 5

Arcilla 15-20 %. La mas común y la más resistente. Color beige-gris, para morteros, revestimientos, estructuras, exterior (cimientos, suelos, paredes). La más resistente al agua (más hidráulica), puede fraguar incluso bajo el agua. Equivale para su uso al cemento portland ordinario (CPO).

Cal Hidráulica Natural NHL 3,5

Arcilla 8-15 %. Color beige claro. Acabados y revocos de paredes. Se puede usar con arenas coloreadas.

Cal Hidráulica Natural NHL 3,5 blanca

La más adherente. Acabados finos y acabados con pigmentos: segundas y terceras capas de enlucido, revocos finales.

Cal Hidráulica Natural NHL 2

Arcilla 5-8 %. Poco corriente, resistencia final a la compresión poco superior a la de una cal aérea.

NHL 5	NHL 3,5	NHL 3,5 blanca
60-90 min	180 min	229 min

Problemas del secado

• t < 3 °C secado lento y dificultoso
• t > 30 °C secado rápido, agrietamiento; sombrear y humedecer en las primeras 72 h

Cal hidráulica artificial (HL)

Cal hidráulica con aditivos pre o postcocción (clinker —silicatos y aluminatos hidratados—, puzolanas naturales —piedra volcánica— o artificiales —sílice, aluminio y óxido de hierro—, cenizas, escorias siderúrgicas, filleres calizos).

Cales formuladas (FL): elementos puzolánicos o cemento hasta 20 %. Nomenclatura: NHL-Z.

HL: más de 20 % de varios productos (cemento, cal aérea, cargas, etc.).

Enlaces externos

• Fórum Ibérico de la Cal
• Ancade. Asociación Nacional de Fabricantes de Cales y Derivados de España
• UNE-EN 459-1:2011 Cales para la construcción. Parte 1: Definiciones, especificaciones y criterios de conformidad http://www.aenor.es/aenor/normas/normas/fichanorma.asp?tipo=N&codigo=N0048016&pdf=
  
• UNE-EN 459-2:2011 Cales para la construcción. Parte 2: Métodos de ensayo http://www.aenor.es/aenor/normas/normas/fichanorma.asp?tipo=N&codigo=N0048341&pdf=
  
• UNE-EN 459-3:2012 Cales para la construcción. Parte 3: Evaluación de la conformidad. http://www.aenor.es/aenor/normas/normas/fichanorma.asp?tipo=N&codigo=N0048820&pdf=
  
• http://www.redverde.es/blogs/post/que_diferencia_hay_entre_una_cal_aerea_y_una_cal_hidraulica/18
• http://www.luzrasante.com/el-ciclo-de-la-cal/
• http://www.permaculturasureste.org/articulos/16-tipos-de-cal.html