Cal

Cal viva

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

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

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).

• 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.
  
• 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 (a, b, c, d variables en función de la cantidad de arcillas y su composición):

$CaCO_{3}+(SiO_{2})_{a}(Al_{2}O_{3})_{b}(H_{2}O)_{c}+\Delta T\ \to \ CaO+(SiO_{2})_{a}(CaO)_{b}+(Al_{2}O_{3})_{c}(CaO)_{d}+CO_{2}+H_{2}O$

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:

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

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

Apagado de la cal

• Apagado en fosas: introducción de la cal en fosas de agua. Se obtiene una pasta tradicionalmente de mejor calidad que la cal apagada obtenida de otra forma. Actualmente se usan hidratadoras industriales en las que un minuto equivale al apagado en fosa durante un año.
• Apagado por aspersión: proceso industrial, se aporta solo el agua necesaria y se obtiene cal hidratada en polvo seco.
• Apagado por intemperie: exposición de la cal viva a la intemperie y a la lluvia.

Al apagar la cal viva, se desprende calor, la cal se pulveriza y su volumen aparente aumenta.

Hidratación seca: cantidad justa de agua para obtener un producto seco que se muele.

Hidratación por inmersión: se obtiene una pasta que 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.

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:

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

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 muchos 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.

Cal hidráulica:
Se admite que la cal solidifica por la cristalización del hidróxido cálcico o cal apagada, al carbonatarse con el anhídrido carbónico del aire o el disuelto en el agua de amasado, y los silicatos forman con el agua de amasado y con la cal del medio ambiente hidrosilicatos e hidroaluminatos de cal, insolubles, que cristalizan, pudiendo el agua disolver más productos anhídridos y volviendo a cristalizar, formando disoluciones sobresaturadas, cuyos cristales se entrecruzan y sueldan, constituyendo la solidificación y el posterior endurecimiento.

Adherencia: la cal apagada no es adherente, se fija mecánicamente. Para aplicarlo sobre superficies lisas, estas deben picarse.

Tipos de cal

Cales aéreas

CaO > 95 %

Los conglomerantes aéreos, para fraguar, requieren un medio aéreo con una humedad relativa dentro de parámetros determinados.

Compuestas casi completamente por hidróxido de calcio, en contacto con aire y humedad fraguan por carbonatación:

CO2 + H2O === H2CO3

2H+ + Ca(OH)2 + CO32- -> CaCO3 + H2O

Pegas: humedad relativa < 40 % o > 85 % ralentiza la carbonatación.

Humedad relativa idónea: 50-70 %

La cal aérea sin aditivos no es apta para usos constructivos.

Cal aérea grasa, cal en pasta

MgO <= 5 %

cal obtenida de las piedras calizas más puras. Para acabados. Más fina, flexible y fácil de trabajar que la hidráulica, pero menos resistente. Mejor para repeler el calor que la hidráulica. Endurecimiento por deshidratación y carbonatación por contacto con el aire. Producto sólido, blanco y aparentemente amorfo (cristaliza en el sistema regular cuando se funde). Si la caliza primitiva contiene hasta un 5% de arcilla, a la cal que se produce al calcinarse se le denomina cal grasa y al apagarse da una pasta fina trabada y untuosa, blanca, que aumenta mucho de volumen, permaneciendo indefinidamente blanda en sitios húmeros y fuera del contacto del aire, y en el agua termina por disolverse.
Rendimiento hasta 3,5 (100 l cal viva para 300 l de pasta).
Cal grasa normal: revocado final de paredes, acabado visto.
Cal grasa mineralizada: impermeable y lavable.
Mortero de cal grasa: más duro al mezclase con arena o tierra.

Agricultura: rectificación de acidez, desinfectante, plaguicida, promueve la vida microbiana del suelo.

Tratamiento de humos y desinfección de aguas (destrucción de patógenos).

Mejora y estabilización de suelos.

No es apta para fines estructurales.

Cal aérea árida o magra

MgO > 5 % con pequeña proporción de sílice (ligeramente hidráulica)

Cal dolomítica

Mucho magnesio. El hidróxido de magnesio produce expansión y fisuración de la cal.

Cales hidráulicas naturales NHL

Los conglomerantes hidráulicos pueden fraguar con humedad relativa alta o sumergidos. Contienen silicatos cálcicos y una pequeña cantidad de aluminatos cálcicos además de la fase aérea que fraguará por carbonatación.

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 externos

Las cales hidráulicas naturales NHL son aptas para usos constructivos sin aditivos.

Proceden de la calcinación de calizas con más del 5 % de arcillas ricas en sílice, aluminio y hierro; dan un producto que reúne, además de las propiedades de las cales grasas, la de poderse endurecer y consolidar en sitios húmedos y debajo del agua por su contenido en silicatos y aluminatos de calcio. ¿Menos transpirable y menos impermeable?Cal hidráulica natural: cal obtenida de margas (piedras calizas arcillosas) ricas en sílice, que le confiere el carácter hidráulico, y otras impurezas (20-25 %: aluminatos, arcillas, silicatos, etc.). Es más resistente que la cal aérea, que para usos constructivos debe mezclarse con aditivos puzolánicos (cemento, escoria, etc.).

La cal hidráulica natural es apropiada los usos constructivos propios del superadobe:

Morteros y argamasas

Enfoscados

Soleras

• Cal Hidráulica Natural NHL 5: la mas común y la cal hidráulica natural mas resistente (contenido de arcilla entre 15-20 %). Color beige-gris, para morteros y revestimientos de alta resistencia, cimentaciones, exteriores. La más resistente al agua (más hidráulica), puede fraguar incluso bajo el agua. Ideal para exteriores y estructuras sólidas (cimientos, suelos, paredes). Se puede usar en todos lo usos del cemento Pórtland.
• Cal Hidráulica Natural NHL 3,5 (contenido de arcilla 8-15 %). Color beige claro. Ideales para acabados y revocos de paredes. Se puede usar con arenas coloreadas para dar un color especifico.
• Cal Hidráulica Natural NHL 3.5 blanca Ideales para acabados finos y acabados con pigmentos. Es la más pegajosa. Para segundas o terceras capas de enlucido, para el revoco final quedando la pared blanca.
• Cal Hidráulica Natural NHL 2: la menos común, con un contenido muy bajo de arcilla y una resistencia final a la compresión poco superior a la de una cal aérea.

Morteros de cal hidráulica natural: gran plasticidad y elevada trabajabilidad, fuerte adherencia en diversos materiales y superficies, gran poder de retención de agua, poca tendencia a fisuración, buena durabilidad, buena impermeabilidad frente al agua, permeabilidad al vapor de agua, transpirabilidad y buen aspecto. Índice de radiación mucho más bajo que el cemento.

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

< 3 ºC: problemas de secado
> 30 ºC: secado rápido, agrietamiento. Sombrear y humedecer en las primeras 72 h.

Humedecer la mampostería a enfoscar 12 h antes.

Cales hidráulicas artificiales NHL-Z, HL

Cales hidráulicas con aditivos:

NHL-Z: elementos puzolánicos o cemento hasta 20 %.

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

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).

Comportamiento bioclimático de la cal

Las lechadas, revocos, enfoscados, estucos, etc. de cal aérea apagada, al transpirar, mantienen las estancias frescas en verano y cálidas en invierno (efecto botijo).

Enlaces externos

• Fórum Ibérico de la Cal
• Ancade. Asociación Nacional de Fabricantes de Cales y Derivados de España
• http://es.wikipedia.org/wiki/%C3%93xido_de_calcio
• http://www.redverde.es/blogs/post/que_diferencia_hay_entre_una_cal_aerea_y_una_cal_hidraulica/18
• http://html.rincondelvago.com/cal-aerea.html
• http://es.wikipedia.org/wiki/Mortero_de_cal
• http://www.luzrasante.com/el-ciclo-de-la-cal/
• http://www.permaculturasureste.org/articulos/16-tipos-de-cal.html
• http://www.documentalesetnograficos.es/documentales/la_construccion_tradicional/el_horno_de_cal.php