CONICET | Buscador de Institutos y Recursos Humanos

Resumen Debido a las buenas propiedades termomecánicas y resistencia al choque térmico, los materiales de cordierita son ampliamente empleados en aplicaciones de alta temperatura, como por ejemplo en recubrimientos y moblaje de hornos, quemadores de gas, soportes de catalizadores, intercambiadores de calor, bujías, etc. Generalmente estos materiales se obtienen por reacción en estado sólido a alta temperatura (liga cerámica), a partir de mezclas de materias primas que contienen sílice, magnesia y alúmina en las proporciones adecuadas (óxidos puros, hidróxidos, carbonatos, arcillas, talco). En este trabajo se prepararon diversos hormigones refractarios empleando la liga por reacción química entre la magnesia y varios fosfatos en solución para lograr el fraguado del material a temperatura ambiente y en pocos minutos, generando luego la cordierita por calentamiento a alta temperatura. La liga química magnesia-fosfato ha sido principalmente aplicada en cementos (llamados MPC) para reparaciones rápidas de estructuras de hormigón (carreteras, puentes, muelles, pistas de aterrizaje, pisos industriales, sellado de perforaciones, etc.) donde importa que el tiempo fuera de servicio sea el menor posible, horas en vez de días. Los productos de las reacciones son inicialmente un gel de fosfatos de magnesio hidratados que luego cristalizan parcialmente como fosfatos insolubles. Por lo general la fase cementante presenta un exceso de magnesia, resultando un producto en el cual las partículas de óxido no reaccionadas son embebidas en una matriz de hidratos. Las reacciones de hidratación son exotérmicas y el tiempo de fraguado puede ser controlado por el tipo de magnesia, la concentración de fosfato, la relación magnesia/fosfato y por el uso de diversos tipos y cantidades de retardadores y rellenos. Debido al alto punto de fusión de varios fosfatos, la liga magnesia-fosfato también puede aplicarse a materiales cerámicos. Los hormigones refractarios de liga química se prepararon empleando áridos de cordierita-mullita (provenientes de material de desecho de la industria cerámica), una mezcla de alúmina calcinada, óxido de magnesio y microsílice (en la proporción estequiométrica de la cordierita) y una solución acuosa de ácido fosfórico, fosfato de monoaluminio o fosfato de monoamonio. La reacción ácido-base entre la magnesia y los diversos fosfatos produjo el fraguado del material dentro de los 30 minutos. Después del secado, el calentamiento a 1350 ºC generó las fases cordierita-mullita. Se estudió el comportamiento frente al choque térmico de los tres hormigones de liga química en comparación con el de un material cordierítico similar obtenido por el método tradicional de colado en molde de yeso (con liga cerámica, sin fosfato). Los parámetros de resistencia al choque térmico, R (relacionado con la iniciación de la fractura) y R´´´ y R´´´´ (relacionados con la propagación del daño) fueron calculados y correlacionados con valores experimentales obtenidos del ensayo de quenching en agua (tres ciclos de calentamiento-enfriamiento brusco por inmersión en agua con DT@1000ºC). La resistencia relativa residual de los distintos materiales fue calculada a partir de las medidas de resistencia a la tracción indirecta antes y después del choque térmico. También se presentan valores de módulo de rotura, energía específica de fractura, módulo de elasticidad, coeficiente de expansión térmica y porosidad aparente. Los hormigones de liga magnesia-fosfato (liga química) presentaron mayor resistencia mecánica pero menor resistencia al choque térmico que el material obtenido por la vía tradicional (liga cerámica). La menor porosidad y la mayor proporción de fase vítrea presente en los hormigones fosfáticos justifica este comportamiento. Considerando la severidad del ensayo de choque térmico al que fueron sometidos estos materiales y que ninguna probeta colapsó, puede concluirse que la respuesta al choque térmico de los hormigones cordieríticos de liga química fue satisfactoria.