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• Joan David

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F) PROPIEDADES FISICAS DEL CEMENTO PORTLAND La calidad del cemento es esencial para la elaboración de un buen concreto, la fabricación del cemento requiere un estricto control. Se ha establecido un conjunto de pruebas de laboratorio para plantas de cemento con el propósito de asegurar que este tenga la calidad deseada y que se ajuste a las especificaciones de las normas nacionales pertinentes. También es recomendable realizar estas pruebas por un laboratorio independiente para examinar las propiedades del cemento que se va a emplear para un propósito especifico.

FINURA DEL CEMENTO Una de las últimas partes de fabricación del cemento es la molienda del Clinker mezclado con yeso, puesto que la hidratación comienza sobre la superficie de las partículas del cemento, el área de la superficie total del cemento representará el material disponible para hidratación.

El índice de hidratación dependerá de la finura de las partículas del cemento y para el rápido desarrollo de la resistencia será necesaria una gran finura; sin embargo debe tenerse en cuenta el costo de la molienda y el efecto de la finura en otras propiedades, como por ejemplo los requerimientos del yeso, la manejabilidad del concreto fresco y su desempeño en el largo plazo Al entrar en contacto con el agua, los granos de cemento solo se hidratan en una profundidad de 0,01 [mm], por lo que si dichos granos fuesen muy gruesos, su rendimiento seria muy pequeño, al quedar en su interior un núcleo prácticamente inerte.

Si el cemento posee una finura excesiva, su retracción y calor de hidratación serán muy altos, se vuelve más susceptible a la meteorización y disminuye su resistencia a las aguas agresivas, lo que en general resulta muy perjudicial. • La finura influye sobre las propiedades de ganancia de resistencia. • • Aun cuando las especificaciones ( ASTM C150) , la mayor parte de los cementos sobrepasan este mínimo en entre un 20 y un 40%. • Una señal práctica de que las partículas son muy pequeñas, es cuando durante el almacenamiento y manejo, una cantidad muy pequeña de humedad pre-hidrata el cemento.

• Existen dos formas o pruebas para determinar la finura del cemento, vía seca (succión) vía húmeda.  VIA SECA (SUCCIÓN) Equipo: 5 gr de cemento Malla cilindrica de acero inoxidable No. 325, de 20 cm de diam. Bascula de precisión Espatula en forma de cuchillo o con mango Brocha Vidrio de reloj de 3” de diam Alcohol Cronometro. Asphalt centrifuga extractor c/ regulador de tiempo.

• PROCEDIMIENTO: • Se pesa el cemento con ayuda del vidrio de reloj, se anota el peso inicial PI • Se coloca en la malla No. 325 • Se coloca la malla en la maquina extractora, se unta alcohol en la parte inferior de la tapa para evitar la adherencia del cemento • Se tapa la malla con la tapa anterior, se calibra a la presión de 15 psi, se enciende la maquina por 3 minutos. • Una vez transcurrido el tiempo se retira de la maquina la malla No. 325, se voltea y se limpia mediante la brocha para obtener el peso retenido de cemento, este peso se anota como PF. • Para obtener el % de finura del cemento se aplica la formula: Finura del cemento = 100 – (PF/PI)xfactor. • Factor= 127.5

2) METODO DE PERMEABILIDAD DEL AIRE. • La Norma mexicana NMX-C 056 – 1997- ONNCCE, establece el método de prueba bajo el cual es determinada la finura del cemento Portland en términos de la superficie especifica medida en centimetros cuadrados por gramo o en metros cuadrados por kg de cemento. • Se usa el aparato de permeabilidad de Blaine, aunque el método ha sido utilizado para la determinación de finura de otros materiales, la mediciones realizadas representan valores relativos de superficie especifica mas que valores absolutos de la misma.

• APARATO BLAINER: es un dispositivo que permite el paso de una cantidad definida de aire a través de una capa preparada de cemento de porosidad definida.

• El numero y tamaño de los poros esta en función del tamaño de las particulas, la cual determina la velocidad con que el aire pasa a través de la capa de cemento. • La celda de permeabilidad . Consiste de un cilindro de acero inoxidable que no se amalgama con el mercurio. • La parte superior de la celda deberá formar un angulo recto con su eje principal • La parte inferior de la celda debe estar hecha para que ajuste hermeticamente con la parte superior del manometro, de tal manera que el aire no salga entre las superficies de contacto. • Disco.- será de material corrosivo perforado con 30 a 40 agujeros de 1mm de diametro distribuidos uniformemente sobre su área. • Embolo:- Construido de acero inoxidable, que no se amalgame con el mercurio, y se ajustará al interior de la celda.

• Papel filtro.- debe ser del mismo diámetro que el interior de la celda, con borde liso y de porosidad homogenea. • Manómetro.- El manómetro de tubo en U será construido de a cuerdo a los requerimientos. • Cronometro.- debe tener un mecanismo de paro y arranque, y deberá permitir que se tomen las distintas lecturas.

• Calculo del volumen ocupado por el cemento en la celda.- se debe hacer por lo menos dos determinaciones del volumen de cemento, usando diferentes compactaciones para cada una. • El valor del volumen de cemento utilizado debe ser el promedio de los dos valores obtenidos.

3) prueba de finura por vía húmeda • Equipo y material: • 1 gr de cemento • Malla cilindrica de acero inoxidable No. 325 • Bascula de precisión • Espátula en forma de cuchillo con mango • Brocha • Vidrio de reloj de 3” de diam. • Piseta chica • Esprea de 17 orificios • Cronometro • Manómetro de capacidad de 30 PSI( 1PSI=0.0703kg/cm2 =0.068 atm; 1 kg/cm2 = 14.7 PSI) de presión. • Parrilla eléctrica

procedimiento • Se pesa 1 gr de cemento con la ayuda del vidrio de reloj, se pesa en la bascula de precisión, anotándose el peso como PI (peso inicial). • Se coloca el cemento en la malla y se le agrega un poco de agua por medio de la piseta. • Se coloca la esprea en la llave de agua y se abre alcanzando una presión de 10 PSI. • Se coloca la malla con el cemento y se le dan 60 ciclos en un periodo de 1 minuto • Se quita la malla del agua y se pone a secar en la parrilla eléctrica • Un vez seco el cemento se volteara la malla sobre una superficie libre de partículas, se limpia la malla y el cemento que queda retenido en la malla se pesa en la bascula de precisión anotando el peso cono peso final PF.

• El calculo de la finura del cemento por este método se hace aplicando la siguiente formula: • % de finura del cemento = 100-(PF/PI)xFactor factor= 112.61

2) FRAGUADO. • El fraguado es la pérdida de plasticidad que sufre la pasta de cemento. • Pasa del estado plástico al estado de solido. • La velocidad de fraguado viene limitado por las normas estableciendo un periodo de tiempo, a partir del amasado, dentro del cual debe producirse el principio y fin del fraguado. • Este proceso es controlado por medio del ensayo de la aguja de Vicat (NB 063; ASTM C191), que mide el inicio y fin del fraguado en mediciones de penetraciones cada 15min, de la siguiente manera: • Inicio del Fraguado.- Cuando la aguja no penetra más de 25 mm en la pasta. Se recomienda que una vez iniciado el fraguado el cemento ya debe estar totalmente colocado y no debe moverse de su lugar, ya que se originaran fisuras. • Fin del Fraguado.- Cuando la aguja no deja marcas en la superficie de la pasta

• Como resultado del ensayo puede dibujarse un diagrama mostrando las mediciones en la escala graduada del aparato de Vicat, como se muestra en la figura 1.4:

Prueba con aparato de VICAT • Se debe determinar la consistencia normal del cemento o pasta de consistencia normal. • Equipo y material: Bascula de precisión 500 grs de cemento Agua destilada (establecer la cantidad por medio de tanteos) Mezclador o batidora Aparato de Vicat Cromometro Pala rascadora Anillo de cristal 10x10x1 cm Probeta Cuchara de albañil especial (biselada)

procedimiento • Se prepara una mezcal con los 500 gr de cemento agregándole agua, se vacía en la mezcladora o batidora. • Se deja reposar durante 30 segundos • Se enciende la batidora a primera velocidad por u tiempo de 30 seg. • Se apaga la maquina y con la ayuda de la pala rascadora se quita el material adherido a las paredes en un tiempo de 15 seg. • Se encenderá la maquina en segunda velocidad durante 60 seg. Transcurrido el tiempo se apaga la maquina y se raspa el material que se adherió al tazón. • Este material servirá para determinar la consistencia normal del cemento.

• Una vez apagada la maquina, se tomara entre las manos la pasta de cemento y se procederá a elaborar una bola de cemento y se pasará de mano a mano unas 6 veces, hasta formar una pasta alarga la cual deberá colocarse en el anillo tronco cónico, insertándolo del diámetro mayor al diámetro menor, enrasándose en dicha parte y colocándolo en el vidrio de 10x10x1 cm. • Se quitara el sobrante de la parte superior por medio de la cuchara de albañil biselada. • Todo el proceso debe ser efectuado durante 30 segundos, hasta que se inicie la penetración de la barra del aparato de VICAT; la cual deberá penetrar 10±1 mm • Si se cumple se dirá que se tiene la consistencia normal del cemento • En caso de que no se cumpla se deberá quitar o agregar agua destilada para cumplir con la norma; iniciando la prueba desde el inicio.

Calculo de la consistencia normal del cemento (C.N) • C.N. =(cantidad de agua destilada/cantidad de cemento)x100 • El resultado nos indica el porcentaje de agua que necesitamos para que sea manejable el cemento. • Fraguado inicial. Es el tiempo que transcurre desde que se le incorpora el agua hasta que la aguja de Vicat penetre la pasta de consistencia normal 25± 1 mm durante 30 seg. • La prueba para el tiempo de fraguado consiste en: • Equipo y material • Aparato de Vicat (con aguja) • Material de la prueba de consistencia normal del cemento. • Cuarto húmedo a una temperatura de 23 ±1.7 C con humedad relativa del 95.

• Obtenida la pasta de consistencia normal del cemento, se colocará dentro del cuarto húmedo dicha pasta dentro del molde tronco cónico, iniciando la medición del tiempo desde que se inicia el mezclado. • Después de 30 mim. se saca la muestra y se colocará en el aparato de Vicat, colocándole la aguja, la cual se soltara y se medirá la ó de la aguja en la pasta, que deberá ser de 25 mm para que este sea el fraguado inicial ( registrándose el tiempo FI) • Si no se cumple con esto se deberá meter nuevamente la pasta en el cuarto húmedo, verificándose cada 15 min si se logra esta condición. • Fraguado final. Se registrará cuando la aguja del aparato de Vicat ya no penetre en la muestra o dejando una marca de media luna en la pasta del cemento, con la cual se determina el fraguado final (registrándose el tiempo FF) y el tiempo para todos los cementos no es menor de 10 horas.

Fraguado falso • Se da cuando en un termino de 2 a 4 minutos la pasta de cemento fragua y si se le agrega un poco de agua, esta pasta recobrará su estado plástico inicial. • Se debe a que el producto de calcinación no se dejo enfriar y al agregarle el yeso, este se deshidrato por la alta temperatura. • Al hidratar el cemento el yeso adquiere el agua necesario adquiriendo rigidez y al mezclarse con mas agua desaparece la rigidez. • Se efectúa el mismo procedimiento para muestreo en laboratorio (consistencia normal del cemento) , solo que se deberá incrementar la cantidad de agua. • Se coloca en el aparato de Vicat y la penetración en la pasta en 30 segundo deberá ser de 32±4 mm. • Si no se cumple se incrementará la cantidad de agua iniciando nuevamente le proceso.

• Una vez obtenida las dos lecturas (inicial y final), se utiliza la siguiente formula para obtener el falso fraguado • F. Falso = (PF/PI)*100 • Si el valor obtenido es • 50% no tiene falso fraguado. • Se debe anotar la cantidad de agua adicional en cada caso.

Fraguado Relámpago. • Se presenta cuando la pasta adquiere una rigidez ( fragua) a los 2 – 4 minutos con adición de poca agua.

• Se da de una forma rápida no logrando su plasticidad inicial: Fraguado Relámpago. • Se debe a que el porcentaje de yeso es menor al 4% y esto provoca que el C3A (aluminato tricalcico) actúe solo iniciando el fraguado rapidamente • Estos cementos no deben ser empleados en concretos estructurales.

• Otro ensayo que establece el tiempo de fraguado del cemento es el de las agujas de Gillmore (ASTMC266). • Factores que influyen en el tiempo fraguado: • 1. Finura del cemento.- cuanto mayor sea la finura, menor será el tiempo de fraguado. • 2. Temperatura.- a mayor temperatura, menor tiempo de fraguado • • 3. Meteorización.- causado por el almacenamiento prolongado, aumenta la duración del tiempo de fraguado • 4. Materia orgánica.- que puede provenir del agua o de la arena, retrasa el fraguado y puede llegar a inhibirlo. • 5. Agua de amasado.- a menor cantidad corresponde un fraguado mas corto. • 6. Humedad ambiente.- a menor humedad menor tiempo de fraguado.

SANIDAD DEL CEMENTO. • Es considerado de acuerdo a la cantidad de cal libre, yeso y magnesio; los cuales influyen en los cambios volumétricos. • Si se tiene un gran porcentaje de cal libre, este aumentará de volumen provocando la desintegración del cemento o en su caso del concreto endurecido; a si ismo la gran cantidad de yeso o magnesio. • Para determinar la sanidad del cemento existen las siguientes pruebas: A) Prueba de Le Chatalier (prueba inglesa) Equipo que se necesita: Cilindro Le Chatalier (camisa con dos brazos indicadores) Vidrios planos Recipiente con agua a 20 ±1 grados centigrados Estufa o parrilla.

Procedimiento: • Con la pasta que se elaboro en la consistencia normal se llena totalmente el cilindro colocando los vidrios en cada extremo del mismo. • Se introduce en el recipiente con agua a la temperatura indicada durante 24 horas. • Una vez transcurrido el tiempo se saca del agua y se mide la separación máxima de los brazos tomando la lectura como a • Se introducirá nuevamente en el agua, al cual deberá calentarse hasta que hierva (en 30 minutos). • Se retira del agua el cilindro dejándolo enfriar a temperatura ambiente para lego medir la separación que tengan los brazos, anotando esta como lectura b • Se calcula la sanidad del cemento con la siguiente expresión:

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X= b – a Si X< 10 mm se dice que el cemento es sano. Si X > 10 mm se efectuara una segunda prueba. Esta segunda prueba se hará con el mismo cemento, el cual deberá estar durante 7 días al medio ambiente y airado. • Elaborando con este la pasta de consistencia normal y efectuando el mismo procedimiento antes mencionado. • Solamente que el valor de X deberá ser < 5 mm para poder determinar que el cemento este sano. • Si no cumple, no se deberá emplear para concretos estructurales.

Prueba de Autoclave • Prueba americana empleada también en México • También se le conoce como prueba de expansión del cemento. • Equipo y material. • Bascula de precisión • 650 grs de cemento (dos barras) • Agua destilada • Cronometro • Batidora o mezcladora • Pala rascadora • Aceite desmoldante • Cuchara de albañil especial (biselada) • Probeta de 250 ml

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Sujetador de barras de cemento Recipiente con agua para calentar a 90 grados Moldes para elaboración de las barras de cemento. Varilla inoxidable de 10” de longitud y ¼” de diámetro para calibrar tornillos • Autoclave • Compactador de longitudes. • PROCEDIMIENTO: • Se aceitan los moldes y tornillos, se sujetan los moldes • Una vez calibrados se llenan los moldes con el material que fue preparado con los datos obtenidos de la C.N. • Preparación de la pasta para elaborar las barras 650 grs de cemento % de agua de consistencia Normal.

• Se coloca en el tazon de la mezcladora, se deja reposar durante 30 segundos, después se prende la maquina durante 30 seg en velocidad 1, transcurrido este tiempo se apaga la maquina y con ayuda de la placa se quita el material adherido • Se pondrá a funcionar la maquina nuevamente a velocidad 2 durante 60 seg. • Ya obtenida la mezcla se coloca en los moldes, se coloca en forma manual, comprimiendo la pasta hasta llenar los moldes • Se levanta el molde a una altura de 2.5 cm y se deja caer de 4 a 5 veces para eliminar el aire atrapado en la pasta • Se lleva al cuarto de curado por un periodo de 24 hrs • Después de transcurrido el tiempo se retiran las barras del molde, procurando que no se rompan o se agrieten. • Se tendrá una barra Patrón, para medir las barras obtenidas con referencia la barra Patrón

• Se anotarán las medidas como referencia Inicial (RI) • Se colocan las Barras en el Autoclave • Una vez alcanzada la presión en el Autoclave, se deberá tener en un periodo de 3 hrs, teniendo cuidado que no ascienda o baje la presión • Después se apaga y se libera la presión. • Se sacan las barras y se introducen en un recipiente con agua destilada a una temperatura de 90 C para su enfriado gradual. • Una vez a temperatura ambiente se medirán en el comparador de longitudes anotando la lectura como (RF) Referencia final. • Se emplea la siguiente formula para el caculo de expansión % de expansión =( (RF-RI)/10) x 100 El porcentaje de expansión debe ser de 0.80% como máximo • Si se tiene un valor superior, el % de cal libre es superior al normal (CaO) y Oxido de magnesio (MgO), los cuales no se combinaron adecuadamente.

Calor de Hidratación del cemento • Se llama calor de hidratación al calor que se desprende durante la reacción que se produce entre el agua y el cemento al estar en contacto, • el contacto se puede llevar a cabo aún si el agua está en forma de vapor, por lo que es muy importante que el cemento esté protegido del medio ambiente ya sea en sacos o en silos • hasta el momento en que se le mezcle con el agua. • El calor de hidratación que se produce en un cemento normal es del orden de 85 a 100 cal/g. (calor especifico).

Almacenamiento del cemento. • El almacenamiento debe efectuarse en zonas totalmente libres de humedad, estibando los bultos de cemento sobre bases de madera o tarimas de madera. • Se debe evitar el contacto con el piso, además de no pegarse a los muros, con el fin de que el cemento no se hidrate a consecuencia de la humedad que pueda existir en estos elementos. • El tiempo de almacenamiento puede ser de 20 días hasta un mes, dependiendo del tipo de cemento. • Algunas normas marcan que el cemento Portland con resistencia 20 podrá almacenarse hasta por tres meses.