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PROPIEDADES CEMENTO PORTLAND

Profesor Cristian C. Guerrero Departamento de Geotecnia 1

PROPIEDADES FÍSICAS DEL CEMENTO PORTLAND • • • • • • •

Densidad Finura Consistencia normal Fraguado Falso fraguado Estabilidad volumétrica Calor de hidratación

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MUESTREO DEL CEMENTO HIDRÁULICO (INV E – 301) Muestra simple: Se obtiene en una sola operación durante un intervalo de 10 minutos. Muestra continua: Representa una corriente de cemento en un periodo de tiempo mayor al simple.

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MUESTREO DEL CEMENTO HIDRÁULICO (INV E – 301) La norma especifica diversas formas de muestreo, entre ellas tenemos: • De la banda transportadora que alimenta los silos de material a granel: Tomar una muestra simple de al menos 5 kg en intervalos de 6 horas.

• En operaciones de transferencia: Tomar una muestra simple por cada 360 Ton. • De silos de material a granel en sus puntos de descarga: Tomar 2 muestras del tubo de descarga por cada 360 Ton. • De los silos de material a granel y de los depósitos de transporte a granel con tubo sacamuestras ranurado: Si la altura del cemento en el depósito no supera 2.1 m. Profesor Cristian C. Guerrero Departamento de Geotecnia 4

MUESTREO DEL CEMENTO HIDRÁULICO (INV E – 301) • Del cemento empacado con tubo muestreador: Insertar tubo diagonal, evitando contacto cemento – aire. Se toma una muestra por cada 4.5 Ton.

• De vehículos de transporte de material: Tomar una muestra de 5 kg en caso de que provenga de un solo cargamento y una muestra por cada 90 Ton, pero no menos de dos si proviene de varios cargamentos. La muestra extraída se tamiza por el tamiz No 20 para eliminar grumos, antes de cualquier ensayo. Se almacena en recipiente sellado, lejos del sol y humedad. Profesor Cristian C. Guerrero Departamento de Geotecnia 5

DENSIDAD DEL CEMENTO PORTLAND (INV E – 307) La densidad del cemento Portland varía entre 2.90 y 3.20 g/cm³ dependiendo del material puzolánico. La densidad del cemento no influye en su calidad, su principal uso esta en dosificación y control de mezclas. El ensayo para determinar densidad del cemento lo reglamentan NTC 221 e INV E – 307.

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DENSIDAD DEL CEMENTO PORTLAND (INV E – 307) Equipo: • Frasco de Le Chatelier • Kerosene libre de agua o nafta

• Termómetro • Embudo • Baño de agua

• Balanza

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DENSIDAD DEL CEMENTO PORTLAND (INV E – 307) Procedimiento: • Se llena el frasco con uno de los dos líquidos (nafta o kerosene) hasta nivel entre 0 y 1.

• Se secan las paredes del frasco, se tapa y se lleva al baño de agua a una temperatura que no deberá variar en más de 0.2° C durante todo el ensayo. Se anota volumen inicial después del baño. Profesor Cristian C. Guerrero Departamento de Geotecnia 8

DENSIDAD DEL CEMENTO PORTLAND (INV E – 307) Procedimiento: • Luego se adicionan 64 g de cemento, eliminando burbujas de aire haciendo girar el frasco y dando golpes leves.

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• Se lleva el frasco nuevamente al baño y cuando se estabilice temperatura se toma lectura de volumen final.

DENSIDAD DEL CEMENTO PORTLAND (INV E – 307) Además del cemento se puede obtener la densidad de la Cal, Yeso y Cemento blanco. Densidad = Masa (g)/volumen desplazado (cm³)

Gravedad Específica = Densidad/Densidad del agua T°C

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND La finura se mide en términos de superficie específica (términos relativos y no absolutos), en unidades de área sobre unidades de masa (m2/kg), la finura me dice qué tan finas o gruesas son las partículas del cemento. La importancia de la finura radica en que a mayor finura el cemento desarrolla mayor resistencia pero desprende más calor. Los granos gruesos pueden durar varios años en hidratarse, e inclusive no llegar jamás a realizarlo totalmente. Mientras más fino sea el cemento, mayor será la cantidad de material que se hidrata, ya que la superficie en contacto con agua es mayor.

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Existen tres ensayos para evaluar la finura del cemento Portland: • Finura del cemento por tamizado No 200 (NTC 226) • Finura del cemento por tamizado y lavado No 325 (44µm) (NTC 294) • Finura por Blaine (INV E – 302 07) • Finura con turbidímetro de Wagner (INV E – 303 07)

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura del cemento por tamizado No 200 (NTC 226): • Colocar 50 g de cemento en tamiz No 200, se debe colocar el fondo e iniciar tamizado por cerca de 3 a 4 minutos.

• Prueba del minuto: Aplicar 150 golpes por minuto, cada 25 golpes girar hasta completar 6 vértices • La prueba del minuto se repetirá cuantas veces sea necesario hasta que no pase más de 0.05 g de cemento en un minuto. • Finalmente se halla el retenido y el pasante.

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura del cemento por tamizado No 200 (NTC 226): Cálculos: 2𝑅𝑠(100 ± 𝑐) 𝑅𝑐 = 100

𝐹 = 100 − 𝑅𝑐

𝑅𝑠: Residuo de la muestra retenido en el tamiz No 200 𝑐: Factor de corrección del tamiz (~ 0)

𝑅𝑐: Residuo corregido en porcentaje 𝐹: Finura del cemento expresada en porcentaje (> 95% generalmente) Profesor Cristian C. Guerrero Departamento de Geotecnia 15

FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura del cemento por tamizado y lavado No 325 (44µm) (NTC 294): • Colocar 1 g de muestra en el tamiz No 325. Lavar durante un minuto con chorro de agua. • Luego lavar con 50 ml de agua destilada. • Se seca parte inferior y se coloca tamiz sobre placa caliente donde pase el aire libremente. • Se halla la masa retenida.

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura del cemento por tamizado y lavado No 325 (44µm) (NTC 294): Cálculos:

𝑅𝑐 = 𝑅𝑠(100 − 𝑐)

𝐹 = 100 − 𝑅𝑐

𝑅𝑠: Residuo de la muestra retenido en el tamiz No 325 𝑐: Factor de corrección del tamiz (~ 0) 𝑅𝑐: Residuo corregido en porcentaje

𝐹: Finura del cemento expresada en porcentaje (> 90% generalmente)

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura del cemento por Blaine (INV E – 302 07) • Consiste en hacer pasar una cantidad determinada de aire a través de una capa de cemento de porosidad definida. • La cantidad y el tamaño de los poros existentes en dicha capa, son función del tamaño de las partículas y determinan el gasto del aire a través de la capa. • La muestra se introduce en frasco y se agita por 2 minutos para deshacer grumos.

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura del cemento por Blaine (INV E – 302 07) • Se debe sacar el aire contenido en el manómetro, hasta que el líquido quede por encima de la marca más alta, y se cierra la válvula. Se debe activar el cronómetro cuando el líquido pase por la segunda marca, y se detiene cuando haya pasado por la tercera.

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura del cemento por Blaine (INV E – 302 07): Cálculos: 𝑆=

𝑆𝑠 𝑇 𝑇𝑠

𝑆 : Superficie específica de la muestra de ensayo en cm2/s 𝑆𝑠 : Superficie específica de la muestra patrón en cm2/s 𝑇 : Tiempo en segundos determinado para la muestra de ensayo. 𝑇𝑠 : Tiempo en segundos determinado para la muestra patrón. El 𝑇𝑠 y 𝑆𝑠 en la muestra patrón, se determina de la misma manera como en la muestra.

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND

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ESPECIFICACIONES INVÍAS PARA FINURA BLAINE Ver especificaciones INV para cemento (Artículo 501, ASTM C150)

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FINURA DEL CEMENTO PORTLAND Finura con turbímetro de Wagner (INV E – 303 07)

Se fundamenta en la variación de la turbidez de una suspensión de cemento en un líquido (kerosene), en función del tiempo y basados en la Ley de STOKES que relaciona este tiempo con la sedimentación de las partículas en suspensión. El resultado que arroja este ensayo que determina la superficie específica, debe ser como valor mínimo 160 y máximo 220, de acuerdo con INV artículo 501 (ASTM C150). Profesor Cristian C. Guerrero Departamento de Geotecnia 23

CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO PORTLAND Con el propósito de poder determinar algunas propiedades del cemento, se debe realizar una mezcla de cemento y agua llamada pasta, se debe preparar una pasta "normalizada", con la cantidad de agua necesaria para que la hidratación del cemento sea lo más exacta posible; ésta pasta se denomina de consistencia normal.

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CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO PORTLAND (INV E – 310 07, NTC 110) Procedimiento Conocer la cantidad de agua en porcentaje con respecto a la masa de cemento usada (650 g INV) que debe tener la pasta de tal manera que al colocarla en el “Aparato de Vicat" la penetración de una sonda de diámetro 10 mm y masa 300 g (todo el conjunto) sea en 30 s de 10±1 mm.

Por lo general, el porcentaje de agua varía entre 23 y 33% (en peso).

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FRAGUADO DEL CEMENTO PORTLAND Fraguado se refiere al paso de la mezcla del estado fluido o plástico al estado sólido. Aunque durante el fraguado la pasta adquiere alguna resistencia, para efectos prácticos es conveniente distinguir el fraguado del endurecimiento, pues este último término se refiere al aumento de resistencia de una pasta de cemento fraguada.

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FRAGUADO DEL CEMENTO PORTLAND • El aluminato tricálcico al entrar en contacto con el agua presenta una gran hidratación lo que conlleva a un endurecimiento prematuro, para controlar este fenómeno se le adiciona Yeso al Clinker en donde se forma un compuesto inestable que retarda la hidratación. • Después los silicatos comienzan a hidratarse y comienza el proceso de fraguado inicial.

• El sulfoaluminato de calcio se descompone lentamente dejando libre al 𝐶3 𝐴 que se hidrata conjuntamente con el 𝐶4 𝐴𝐹 dándole a la pasta una consistencia sólida produciendo de esta forma el fraguado final. Profesor Cristian C. Guerrero Departamento de Geotecnia 27

FRAGUADO DEL CEMENTO PORTLAND

Los ensayos para determinar el tiempo de fraguado del cemento son: • Tiempo de fraguado Aparato de Vicat (INV E – 305 07) • Tiempo de fraguando con las agujas de Gillmore (INV E – 306 07)

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TIEMPO DE FRAGUADO DE CEMENTO PORTLAND (INV E – 305 07) Procedimiento: • 500 gramos de cemento con el agua requerida para la consistencia normal • 30 minutos al cuarto húmedo • Se determina la penetración de la aguja de diámetro 1mm en ese tiempo, la penetración se realiza durante 30 segundos (Aparato de Vicat) • Se realizan lecturas cada 15 minutos • Tiempo de fraguado inicial = Penetración 25 mm o menos • Se grafica tiempo vs penetración y se encuentra el tiempo de fraguado Inicial, cuando penetración es de 25 mm • Tiempo de fraguado final = Cuando la aguja no penetra (