seminarios, congresos, simposios y
experiencias adquiridas durante el
ejercicio de la profesión; además se
presentan
resultados
de
investigaciones realizadas en el
laboratorio de materiales de la
Facultad de Ingeniería Civil de la
Universidad del Cauca.
CONCRETO
SIMPLE
ING. GERARDO A. RIVERA L.
CONTENIDO
PÁGINA PRÓLOGO --- XI
CAPÍTULO 1. MATERIALES CONGLOMERANTES. 13
1.1 NOTA HISTÓRICA.--- 13
1.2 CAL.--- 14
1.2.1 CLASIFICACIÓN. --- 15
1.3 YESO.--- 16
1.3.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS YESOS.--- 18
1.4 CEMENTO.--- 18
1.5 CEMENTO PORTLAND.--- 18
1.5.1 FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND. --- 18
1.5.1.1 Proceso húmedo.--- 19
1.5.1.2 Procesos seco y semiseco. --- 21
1.5.2 COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO PORTLAND.--- 23
1.5.3 TIPOS DE CEMENTO PORTLAND.--- 25
1.5.4 PROPIEDADES DEL CEMENTO PORTLAND.--- 26
1.5.4.1 Densidad.--- 26 1.5.4.2 Finura. --- 27 1.5.4.3 Consistencia normal.--- 29 1.5.4.4 Fraguado.--- 29 1.5.4.5 Falso fraguado.--- 30 1.5.4.6 Estabilidad volumétrica.--- 32 1.5.4.7 Calor de hidratación.--- 34
1.5.4.8 Resistencia del cemento.--- 35
1.5.5 ALMACENAMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND.--- 38
1.6 REFERENCIAS.--- 39
CAPÍTULO 2. AGREGADOS PARA MORTERO O CONCRETO. 41 2.1 GENERALIDADES.--- 41
2.2 DEFINICIÓN.--- 41
2.3 CLASIFICACIÓN DE LOS AGREGADOS.--- 41
2.3.1 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU PROCEDENCIA.--- 42
2.3.1.1 Agregados naturales.--- 42
2.3.1.2 Agregados artificiales.--- 45
2.3.2 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU DENSIDAD.--- 52
2.3.3 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU TAMAÑO.--- 52
2.3.4 CLASIFICACIÓN SEGÚN SU FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL.--- 54
2.4 PROPIEDADES QUÍMICAS DEL AGREGADO.--- 55
2.4.1 EPITAXIA.--- 55
2.4.2 REACCIÓN ÁLCALI-AGREGADO.--- 55
2.5 PROPIEDADES FÍSICAS.--- 56
2.5.2 DENSIDAD.--- 64 2.5.3 ABSORCIÓN Y HUMEDAD.--- 65 2.5.4 MASA UNITARIA.--- 66 2.5.5 RESISTENCIA.--- 67 2.6 SUSTANCIAS PERJUDICIALES.--- 68 2.6.1 SUELO FINO.--- 68 2.6.2 IMPUREZAS ORGÁNICAS.--- 70 2.6.3 PARTÍCULAS DELEZNABLES.--- 71 2.6.4 PARTÍCULAS LIVIANAS.--- 71 2.6.5 PARTÍCULAS BLANDAS.--- 72 2.7 BENEFICIO DE AGREGADOS.--- 72
2.8 MANEJO Y ALMACENAMIENTO DE AGREGADOS.--- 73
2.9 REFERENCIAS.--- 73
CAPÍTULO 3. AGUA DE MEZCLA. 77 3.1 GENERALIDADES.--- 77
3.2 IMPUREZAS ORGÁNICAS.--- 78
3.3 IMPUREZAS INORGÁNICAS.--- 78
3.4 CONTAMINACIÓN POR DESECHOS INDUSTRIALES.--- 79
3.5 REQUISITOS.--- 79
3.6 TOMA DE MUESTRAS.--- 80
3.7 ENSAYOS.--- 81
3.7.1 MATERIALES.--- 81
3.7.2 PROCEDIMIENTOS.--- 81
3.8 CRITERIOS DE ACEPTACIÓN O RECHAZO.--- 81
3.9 REFERENCIAS.--- 82
CAPÍTULO 4. MANEJABILIDAD DEL CONCRETO. 83 4.1 GENERALIDADES Y DETERMINACIÓN.--- 83
4.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA MANEJABILIDAD.--- 85
4.2.1 GRADACIÓN DEL AGREGADO FINO.--- 86
4.2.2 GRADACIÓN DEL AGREGADO GRUESO.--- 86
4.2.3 FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL DE LOS AGREGADOS.--- 86
4.2.4 CANTIDADES RELATIVAS DE PASTA Y AGREGADOS.--- 87
4.2.5 FLUIDEZ DE LA PASTA.--- 87
4.2.6 CONTENIDO DE AIRE.--- 88
4.2.7 CONTENIDO DE AGUA Y AGREGADO GRUESO.--- 90
4.2.8 PORCENTAJE DE ARENA EN EL AGREGADO TOTAL.--- 91
4.2.9 ADITIVOS.--- 91
4.2.10 FACTORES EXTERNOS.--- 92
4.2.10.1 Métodos de mezclado (manual o mecánico).--- 92
4.2.10.2 Sistema de transporte (carretillas, vagonetas, bandas, cucharones, bombeo, etc).--- 95
4.2.10.3 Tipos de colocación (caída libre, canaletas, trompa de elefante, etc).--- 97
4.2.10.4 Tipos de compactación (manual, con vibración, al vacío, etc).--- 99
CAPÍTULO 5. ECONOMÍA DEL CONCRETO. 105
5.1 GENERALIDADES.--- 105
5.2 FACTORES QUE INFLUYEN EN LA ECONOMÍA.--- 105
5.2.1 GRADACIÓN, FORMA Y TEXTURA SUPERFICIAL DE LOS AGREGADOS.--- 105
5.2.2 FLUIDEZ DE LA PASTA.--- 105
5.2.3 TAMAÑO MÁXIMO DEL AGREGADO GRUESO.--- 105
5.2.4 PORCENTAJE DE ARENA EN EL AGREGADO TOTAL.--- 106
5.3 EJEMPLOS DE AJUSTE GRANULOMÉTRICO A CURVAS IDEALES.--- 109
5.4 REFERENCIAS.--- 118
CAPÍTULO 6. RESISTENCIA DEL CONCRETO. 121
6.1 GENERALIDADES.--- 121
6.2 ANÁLISIS ESTADÍSTICO.--- 121
6.3 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.--- 125
6.3.1 RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN DE DOSIFICACIÓN.--- 126
6.3.2 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN.--- 128
6.4 RESISTENCIA A LA TENSIÓN.--- 131
6.5 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN.--- 133
6.5.1 RESISTENCIA A LA FLEXIÓN DE DOSIFICACIÓN.--- 133
6.5.2 ENSAYO DE RESISTENCIA A LA FLEXIÓN.--- 135
6.6 CORRELACIONES ENTRE LA RESISTENCIA A LA FLEXIÓN Y RESISTENCIA A LA COMPRESIÓN Y TENSIÓN.--- 138
6.7 EVALUACIÓN Y ACEPTACIÓN DEL CONCRETO.--- 139
6.8 FACTORES QUE AFECTAN LA RESISTENCIA DEL CONCRETO.--- 142
6.8.1 TIPO DE CEMENTO.--- 142
6.8.2 TIPOS DE AGREGADOS.--- 143
6.8.3 TIPO DE AGUA DE MEZCLA.--- 143
6.8.4 RELACIÓN AGUA / CEMENTO (A/C).--- 143
6.8.5 TIEMPO, TEMPERATURA Y HUMEDAD.--- 146
6.8.5.1 Ensayo acelerado para la predicción de resistencias futuras.--- 148
6.8.5.2 Curado del concreto.--- 149
6.8.6 ADITIVOS.--- 151
6.9 REFERENCIAS.--- 151
CAPÍTULO 7. DURABILIDAD DEL CONCRETO. 155
7.1 GENERALIDADES.--- 155
7.2 PERMEABILIDAD.--- 155
7.3 METEORIZACIÓN.--- 156
7.3.1 ATAQUE DE LA CONGELACIÓN Y LA FUSIÓN.--- 157
7.4 ACCIÓN QUÍMICA.--- 157
7.4.1 ATAQUE DE LOS SULFATOS.--- 158
7.4.2 ATAQUE DEL AGUA DE MAR.--- 158
7.4.3 ATAQUE DE LOS ÁCIDOS.--- 159
7.6 ELASTICIDAD, CONTRACCIÓN Y FLUENCIA.--- 160
7.6.1 MÓDULO DE ELASTICIDAD ESTÁTICO.--- 161
7.6.2 MÓDULO DE ELASTICIDAD DINÁMICO.--- 164
7.6.3 RELACIÓN DE POISSON.--- 165
7.7 REQUISITOS PARA CONDICIONES ESPECIALES DE EXPOSICIÓN.--- 165
7.8 REFERENCIAS.--- 168
CAPÍTULO 8. DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO. 169
8.1 GENERALIDADES.--- 169
8.2 DATOS BÁSICOS Y PROCEDIMIENTOS DE DOSIFICACIÓN.--- 169
8.2.1 PASOS A SEGUIR.--- 170
8.2.1.1 Selección del asentamiento.--- 171
8.2.1.2 Chequeo del tamaño máximo nominal.--- 171
8.2.1.3 Estimación del agua de mezcla.--- 171
8.2.1.4 Determinación de la resistencia de dosificación.--- 171
8.2.1.5 Selección de la relación agua / cemento (A/C).--- 171
8.2.1.6 Cálculo del contenido de cemento y aditivo.--- 172
8.2.1.7 Cálculo de la cantidad de cada agregado.--- 172
8.2.1.8 Cálculo de proporciones iniciales.--- 172
8.2.1.9 Primera mezcla de prueba. Ajuste por humedad del agregado.--- 173
8.2.1.10 Ajuste a la mezcla de prueba.--- 173
8.2.1.10.1 Ajuste por asentamiento.--- 173
8.2.1.10.2 Ajuste por resistencia.--- 173
8.3 EJEMPLO DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE CONCRETO (PARÁMETRO DE DISEÑO F’c).--- 174
8.3.1 SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO.--- 175
8.3.2 CHEQUEO DEL TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DEL AGREGADO.--- 175
8.3.3 ESTIMACIÓN DEL AGUA DE LA MEZCLA.--- 176
8.3.4 RESISTENCIA DE DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA (F’cr.).--- 177
8.3.5 SELECCIÓN DE LA RELACIÓN AGUA / CEMENTO (A/C).--- 178
8.3.5.1 Por resistencia.--- 178
8.3.5.2 Por durabilidad.--- 179
8.3.6 CÁLCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO.--- 180
8.3.7 AGREGADOS.--- 180
8.3.8 PROPORCIONES INICIALES EN MASA (masa seca de agregados).--- 180
8.3.9 PRIMERA MEZCLA DE PRUEBA.--- 181
8.3.10 AJUSTE POR ASENTAMIENTO.--- 182
8.3.11 SEGUNDA MEZCLA DE PRUEBA.--- 182
8.3.12 AJUSTE POR RESISTENCIA.--- 183
8.3.13 TERCERA MEZCLA DE PRUEBA.--- 184
8.3.14 CANTIDADES DE MATERIAL A UTILIZAR POR CADA 50 kg. DE CEMENTO.--- 184
8.3.15 COSTO DE 1m3 DE CONCRETO SIMPLE.--- 185
8.4 EJEMPLO DE DOSIFICACIÓN DE MEZCLAS DE
CONCRETO (PARÁMETRO DE DISEÑO F’r).--- 187
8.4.1 SELECCIÓN DEL ASENTAMIENTO.--- 187
8.4.2 CHEQUEO DEL TAMAÑO MÁXIMO NOMINAL DE AGREGADO.--- 187
8.4.3 ESTIMACIÓN DEL AGUA DE LA MEZCLA.--- 188
8.4.4 RESISTENCIA DE DOSIFICACIÓN DE LA MEZCLA (F’rr).--- 188
8.4.5 SELECCIÓN DE LA RELACIÓN (A/C).--- 188
8.4.6 CÁLCULO DEL CONTENIDO DE CEMENTO.--- 190
8.4.7 AGREGADOS.--- 190
8.4.8 PROPORCIONES INICIALES EN MASA (masa seca de agregados).--- 190
8.4.9 PRIMERA MEZCLA DE PRUEBA.--- 190
8.4.10 AJUSTE POR ASENTAMIENTO.--- 192
8.4.11 SEGUNDA MEZCLA DE PRUEBA.--- 192
8.4.12 AJUSTE POR RESISTENCIA.--- 193
8.4.13 TERCERA MEZCLA DE PRUEBA.--- 194
8.4.14 CANTIDADES DE MATERIAL A UTILIZAR POR CADA 50 kg. DE CEMENTO.--- 194
8.4.15 COSTO DE UN 1m3 DE CONCRETO SIMPLE.--- 195
8.4.16 COSTO DE 1m2 DE LOSA PARA PAVIMENTO RÍGIDO (sin pasadores), Espesor (18 cm.).--- 196
8.5 REFERENCIAS.--- 197
CAPÍTULO 9. DOSIFICACIÓN DE MORTEROS. 199
9.1 INTRODUCCIÓN.--- 199
9.2 PROCEDIMIENTO.--- 199
9.2.1 DATOS DE LA OBRA.--- 199
9.2.2 DATOS DE LOS MATERIALES.--- 200
9.2.3 PASOS A SEGUIR.--- 200
9.2.3.1 Selección de la fluidez.--- 201
9.2.3.2 Determinación de la resistencia de dosificación.--- 201
9.2.3.3 Selección de la relación agua / cemento.--- 203
9.2.3.4 Estimación del contenido de cemento.--- 204
9.2.3.5 Cálculo de la cantidad de agua.--- 205
9.2.3.6 Cálculo del contenido de agregado.--- 205
9.2.3.7 Cálculo de las proporciones iniciales.--- 205
9.2.3.8 Primera mezcla de prueba. Ajuste por humedad del agregado.--- 206
9.2.3.9 Ajustes a la mezcla de prueba.--- 206
9.2.3.9.1 Ajuste por fluidez.--- 206
9.2.3.9.2 Ajuste por resistencia.--- 206
9.3 EJEMPLO DE DOSIFICACIÓN.--- 206
9.3.1 SELECCIÓN DE LA FLUIDEZ. --- 207
9.3.2 DETERMINACIÓN DE LA RESISTENCIA DE DOSIFICACIÓN.--- 207
9.3.3 SELECCIÓN DE LA RELACION AGUA / CEMENTO (A/C).--- 207
9.3.3.1 Resistencia.--- 207
9.3.3.2 Durabilidad.--- 208
9.3.4 ESTIMACIÓN DEL CONTENIDO DE CEMENTO.--- 208
9.3.6 CÁLCULO DEL CONTENIDO DE AGREGADO.--- 210
9.3.7 CÁLCULO DE LAS PROPORCIONES INICIALES.--- 210
9.3.8 PRIMERA MEZCLA DE PRUEBA. AJUSTE POR HUMEDAD DEL AGREGADO.-- 210
9.3.8.1 Volumen de mortero a preparar.--- 210
9.3.8.2 Ajuste por humedad del agregado.--- 211
9.3.9 AJUSTES A LA MEZCLA DE PRUEBA.--- 212
9.3.9.1 Ajuste por fluidez.--- 212
9.3.9.2 Ajuste por resistencia.--- 213
9.3.10 CANTIDADES DE MATERIAL A UTILIZAR POR CADA 50 kg. DE CEMENTO.--- 214
9.3.11 COSTO DE 1m3 DE MORTERO.--- 215
9.3.12 COSTO DE UN m2 DE MURO EN LADRILLO TOLETE COMÚN, PARA CONSTRUCCIÓN DE MAMPOSTERÍA ESTRUCTURAL (espesor = 12cm).--- 216
9.4 REFERENCIAS.--- 217
CAPÍTULO 10. PROPORCIONES EN VOLUMEN SUELTO. 219
10.1 INTRODUCCIÓN.--- 219
10.2 PROPORCIONES EN VOLUMEN SUELTO PARA CONCRETOS.--- 220
10.2.1 CANTIDADES DE MATERIAL POR METRO CÚBICO DE CONCRETO SIMPLE.--- 221
10.2.2 CANTIDADES DE MATERIAL POR METRO CÚBICO DE CONCRETO CICLÓPEO.--- 221
10.2.3 EJEMPLOS DE ESTIMACIÓN DE CANTIDADES DE MATERIAL PARA UNA DETERMINADA CANTIDAD DE OBRA.--- 222
10.3 PROPORCIONES EN VOLUMEN SUELTO PARA MORTEROS.--- 225
10.3.1 CANTIDADES DE MATERIAL POR METRO CÚBICO DE MORTERO.--- 225
10.3.2 EJEMPLO DE ESTIMACIÓN DE CANTIDADES DE MATERIAL PARA UNA DETERMINADA CANTIDAD DE OBRA.--- 226
10.4 REFERENCIAS.--- 229
CAPÍTULO 11. ADITIVOS PARA MORTERO Y CONCRETO. 231
11.1 DEFINICIÓN Y GENERALIDADES.--- 231 11.2 RESEÑA HISTÓRICA.--- 233 11.3 CLASIFICACIÓN.--- 234 11.3.1 TIPO A – PLASTIFICANTES.--- 235 11.3.2 TIPO B – RETARDADOR.--- 237 11.3.3 TIPO C – ACELERANTE.--- 239
11.3.4 TIPO D – PLASTIFICANTE – RETARDADOR.--- 240
11.3.5 TIPO E – PLASTIFICANTE – ACELERANTE.--- 242
11.3.6 TIPO F – SUPERPLASTIFICANTE.--- 242
11.3.7 OTROS ADITIVOS. (Incorporadotes de aire, Impermeabilizantes, Anticongelante, Expansivos, Larga vida, Colorantes, etc.).--- 243
11.4 RECOMENDACIONES DE EMPLEO Y PRECAUCIONES.--- 251
11.5 NOMBRES COMERCIALES DE ALGUNOS ADITIVOS.--- 252
CAPÍTULO 12. CONCRETOS ESPECIALES. 257
12.1 INTRODUCCIÓN.--- 257
12.2 CONCRETOS ESPECIALES MÁS UTILIZADOS.--- 258
12.2.1 CONCRETO PREMEZCLADO.--- 258 12.2.2 CONCRETO BOMBEADO.--- 259 12.2.3 CONCRETO LANZADO.--- 260 12.2.4 CONCRETO INYECTADO.--- 262 12.2.5 CONCRETO LIGERO.--- 262 12.2.6 CONCRETO PESADO.--- 264
12.2.7 CONCRETO COMPACTADO CON RODILLO (CCR).--- 264
12.2.8 CONCRETO CON FIBRAS.--- 265
12.2.9 CONCRETO MADERA, CON CÁSCARA DE ARROZ O DE TRIGO.--- 265
12.2.10 CONCRETO CON INCLUSORES DE AIRE.--- 265
12.2.11 CONCRETO REFRACTARIO.--- 266
12.2.12 - CONCRETO COLOREADO.--- 266
12.2.13 CONCRETO MASIVO.--- 266
PRÓLOGO
El concreto simple (piedra artificial que tiene la ventaja de dejarse moldear), es un material muy utilizado en las obras civiles; por esta circunstancia ha sido objeto de un estudio cuidadoso tanto cada uno de sus componentes como sus propiedades, lo anterior ha originado numerosas publicaciones en forma de artículos o libros, sin embargo, en nuestra región no es fácil tener acceso a dicha documentación. Debido a esto, el presente libro pretende llenar el vacío que se tiene en este campo.
El texto recopila una serie de información extractada de: libros, artículos especializados, seminarios, congresos, simposios y experiencias adquiridas durante el ejercicio de la profesión; además se presentan resultados de investigaciones realizadas en el laboratorio de materiales de la Facultad de Ingeniería Civil de la Universidad del Cauca.
Este trabajo, susceptible de ser ampliado, mejorado y corregido en sus diversos temas, pretende servir de texto guía a las personas dedicadas a la enseñanza de esta área académica.
Espero que este libro, tal como sucedió con la primera versión, tenga la facilidad de ser adquirido y puesto en práctica por los estudiantes de pre y post-grado, así como por todas aquellas personas que están vinculadas en una u otra manera con el concreto o sus componentes, con lo cual se estaría mejorando en gran parte la calidad de la construcción y realizando obras económicas.
GERARDO ANTONIO RIVERA LÓPEZ
MAGISTER EN INGENIERIA CIVIL CON ESPECIALIDAD EN VÍAS PROFESOR UNIVERSIDAD DEL CAUCA
CAPÍTULO 1
MATERIALES CONGLOMERANTES
1.1
NOTA HISTÓRICA.
El uso de materiales de cementación es muy antiguo. Los egipcios ya utilizaban yeso calcinado y puro. Los griegos y romanos empleaban caliza calcinada y posteriormente, aprendieron a mezclar cal con agua, arena y piedra triturada o ladrillo y tejas quebradas; éste es conocido como el primer concreto de la historia. Un mortero de cal no endurece con el agua y para la construcción con agua, los romanos mezclaban cal con ceniza volcánica o con tejas de arcilla quemada, finamente trituradas. La sílice activa y la alúmina que se encuentran en las cenizas y en las tejas se combinaban con la cal para producir lo que fue conocido como cemento puzolánico, proveniente del nombre del pueblo de Puzzuoli, cerca del Vesubio, donde se encontraron por primera vez esas cenizas volcánicas. El nombre de cemento puzolánico se utiliza hasta nuestros días para describir cementos obtenidos de moler materiales naturales a temperatura normal. Algunas de las estructuras romanas en las cuales la mampostería se unía con morteros, tales como el Coliseo de Roma y el "Pont du Gard", cerca de Nimes (sur de Francia), han sobrevivido hasta esta época, con su material de cementación aún duro y firme.
En la edad media hubo una disminución general en la calidad y el uso del cemento, y solamente en el siglo XVIII se encuentra un adelanto en el conocimiento de los cementos. En 1756, JOHN SMEATON fue comisionado para reconstruir el faro de Eddyston, en la costa de Cornwall, y encontró que el mejor mortero se obtenía cuando se mezclaba "puzolana" con caliza que contenía una alta cantidad de material arcilloso. (Puzolana: Material silíceo o sílico-aluminoso que posee propiedad puzolánica, es decir, el material una vez pulverizado tiene la aptitud de reaccionar químicamente en presencia de agua con hidróxido de calcio a la temperatura ambiente, formando compuestos que poseen propiedades hidráulicas, o sea, que el material finamente dividido tiene la propiedad de fraguar y endurecer en presencia de agua y formar compuestos estables).
Al reconocer el papel de la arcilla, que hasta entonces se consideraba indeseable, SMEATON fue el primero en conocer las propiedades químicas de la cal hidráulica. A partir de esto, se desarrollaron otros tipos de cementos hidráulicos, como el "cemento romano" que obtuvo JOSEPH PARKER por calcinación de nódulos de caliza arcillosa, que vinieron a culminar en la patente del "cemento Portland" efectuada en 1824 por Joseph Aspdin, un constructor de Leeds (Inglaterra). Este cemento se preparaba calentando una mezcla de arcilla finamente triturada y caliza dura en un horno, hasta eliminar CO2, esta temperatura era mucho más baja que la necesaria para la formación de clinker, Aspdin llamó su cemento "CEMENTO PORTLAND" debido a la semejanza de color y calidad entre el cemento fraguado y la piedra Portland - una caliza obtenida en una cantera de DORSET (INGLATERRA)-.
A ASPDIN se le reconoce como el inventor del "cemento Portland", aunque su método de fabricación fue conservado en secreto (su patente se escribió en forma tan confusa y oscura que durante algún tiempo, nadie pudo imitar su producto).
El prototipo del cemento moderno fue obtenido en 1845 por ISAAC JOHNSON, quien quemó una mezcla de arcilla y caliza hasta la formación de clinker, con la cual se produjo la reacción necesaria para la formación de un compuesto fuertemente cementoso.
JOHNSON describió claramente sus experimentos y encontró que la temperatura de calcinación debía elevarse hasta el máximo que pudiera lograrse, claro está, con los métodos y equipos de ese tiempo.
Tomando como base los experimentos de JOHNSON, la fabricación del cemento Portland se inició en varias factorías, no solo en Inglaterra, sino en algunos países de Europa. La cantidad producida fue muy pequeña y únicamente cerca del año de 1900, empezó el crecimiento notable de la industria del cemento, debido a dos factores: a) Experimentos realizados por los franceses VICAT y LE CHATELIER y el alemán MICHAELIS, con los cuales se logró producir cemento de calidad uniforme de modo que pudiera ser usado en la industria de la construcción y b) Dos invenciones mecánicas muy importantes los HORNOS ROTATORIOS para la calcinación y el MOLINO TUBULAR para la molienda, con esas dos máquinas pudo entonces producirse el cemento Portland en cantidades comerciales, induciendo así el rápido crecimiento de ésta industria.
1.2
CAL
Cal aérea es el producto resultante de la descomposición por el calor de las rocas calizas. Si éstas son puras y se calientan a temperatura superior a 900oC se verifica la siguiente reacción:
CaCO3 + calor = CaO + CO2↑
El carbonato de calcio (CaCO3) se descompone, dando anhídrido carbónico (CO2) que es gaseoso y se desprende junto con los humos del combustible y óxido de calcio o cal viva (CaO).
La cal viva (CaO) es un producto sólido, de color blanco, amorfo aparentemente, pues cristaliza en el sistema regular, cuando se funde a 2570oC. La cal viva es inestable, pues presenta una gran avidez por el agua reaccionando de la siguiente manera:
CaO + H2O = Ca(OH)2 + 15100 calorías
Produciendo hidróxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada, desprendiendo calor, elevándose la temperatura a unos 160oC, pulverizándose y aumentando considerablemente el volumen aparente. Esta avidez por el agua es tan grande que el CaO absorbe el vapor de agua de la atmósfera y la de las substancias orgánicas, produciendo efectos cáusticos.
El hidróxido de calcio Ca(OH)2 o cal apagada es un cuerpo sólido, blanco, amorfo, pulverulento, algo soluble en el agua, a la que le comunica un color blanco. En mayor cantidad forma con el agua una pasta llamada masilla de cal, la cual tiene la propiedad de endurecerse lentamente en el aire, enlazando los cuerpos sólidos, por lo cual se emplea como aglomerante. Este endurecimiento recibe el nombre de fraguado y es debido primeramente a una desecación por evaporación del agua con la cual se formó la pasta, y después, a una carbonatación por absorción del anhídrido carbónico del aire, formándose carbonato de calcio y agua, reconstituyendo la caliza de cual se partió.
Ca(OH)2 + CO2 = CaCO3 + H2O
Esta reacción es muy lenta, pues empieza aproximadamente a las 24 horas de amasar la pasta y termina al cabo de unos 6 meses, por lo que las obras en que se emplea tardan mucho en secarse y adquirir la solidez definitiva. La reacción se verifica solo en aire seco; en el húmedo con mucha dificultad y no se realiza dentro del agua, pues la disuelve, no sirviendo en obras hidráulicas. La cal apagada al fraguar experimenta una contracción volumétrica, que unida al peso propio de la obra, produce fisuras o grietas.
1.2.1 CLASIFICACIÓN.
Las calizas naturales casi nunca son la especie química carbonato de calcio, pues la acompañan otros cuerpos como: arcilla, magnesio, hierro, azufre, álcalis y materias orgánicas, las cuales al calcinarse, de no volatilizarse, comunican a la cal propiedades que dependen de la proporción en que entran a formar parte en la piedra caliza y clasifican a las cales en:
1) Cal grasa: Si la caliza primitiva contiene hasta un 5% de arcilla, la cal que produce al calcinarse se le denomina cal grasa, y al apagarse da una pasta fina blanca y untuosa, que aumenta mucho de volumen, permaneciendo indefinidamente blanda en sitios húmedos y fuera del contacto del aire, y en el agua termina por disolverse.
2) Cales áridas o magras: Son las que proceden de calizas que aún teniendo menos del 5% de arcilla, contiene además magnesio en proporción superior al 10%. Al añadirle agua forma una pasta gris que endurece menos y desprende más calor que las cales grasas. Al secarse en el aire se reduce a polvo y en el agua se deslíen y disuelven. Por estas malas cualidades no se usan en construcción.
3) Cales hidráulicas: Proceden de la calcinación de calizas que contienen más del 5% de arcilla; dan un producto que reúne, además de las propiedades de las cales grasas, la de poderse endurecer y consolidar (fraguar) en sitios húmedos y debajo del agua. Esto es debido a que en la cocción, en primer lugar, se produce una evaporación del agua de cantera hasta 110oC; hacia los 700oC empiezan a descomponerse los silicatos que forman las arcillas, y a los 900oC se descompone el carbonato de calcio. A temperatura más elevada reaccionan los productos resultantes: óxido de calcio CaO, óxido de sílice SiO2 y alúmina AL2O3, formándose silicatos y aluminatos de calcio lo cual constituye el aglomerante llamado cal hidráulica.
La composición química de la cal hidráulica varía según su hidraulicidad entre los siguientes límites: SiO2 15-26% CaO 51-66% Al2O3 2-10% Fe2O3 0,5-5%
Las cales débilmente hidráulicas tienen una masa unitaria suelta comprendida entre 500 y 600 kg/m3; las medianamente hidráulicas de 600-800 kg/m3 y las eminentemente hidráulicas de 800-900 kg/m3; la densidad por lo general varía de 2600 a 2900 kg/m3 según su índice hidráulico. Sobre la malla #70 estas cales dejan un residuo del 3 al 5% y de 20-25% en la malla #170. El mortero 1:3 amasado con arena normal y conservado en agua, alcanza a los 28 días de 15 a 80 kg/cm2 de resistencia a la compresión según su hidraulicidad.
1.3 YESO
Es el producto resultante de la deshidratación parcial o total del algez o piedra de yeso. Reducido a polvo y amasado con agua, recupera el agua de cristalización, endureciéndose. El yeso se encuentra muy abundante en la naturaleza, en los terrenos sedimentarios, presentándose bajo dos formas: cristalizado, anhidro (CaSO4) llamado anhidrita, y con dos moléculas de agua (CaSO4.2H2O) denominado piedra de yeso o algez.
CLASIFICACIÓN
Anhidrita : es incolora o blanca, cuando está pura, y coloreada en azul, gris, amarillo o rojiza,
cuando contiene arcilla: óxido de hierro, sílice, etc. Cristaliza en el sistema rómbico, su densidad es aproximadamente 2,46 g/cm3 y su dureza igual a 3 en la escala de Mohs. De estructura compacta y sacaroidea, absorbe el agua rápidamente, convirtiéndose en yeso o algez, aumentando su volumen de 30 a 50%, y esta dilatación produce grandes trastornos en los estratos que los contienen. En estado puro tiene una composición de:
SO3 58,82%
CaO 41,18%
Algez o piedra de yeso: se presenta cristalizado en el sistema monoclínico, formando rocas
muy abundantes, y se puede clasificar, ya sea según su estructura, o de acuerdo con su nivel de hidratación.
La piedra de yeso o algez en cualquiera de sus variedades, cuando está pura, es incolora o blanca, pero generalmente contiene impurezas adquiriendo coloraciones: amarilla, gris o rojiza, etc., debidas a la arcilla, óxido de hierro, sílice, caliza, etc., en pequeñas proporciones.
El algez tiene una densidad que por lo general varía de 2,28-2,32 g/cm3 y una dureza en la escala de mohs de 2, su composición es:
SO3 46,51%
CaO 32,56%
H2O 20,93%
Teniendo en cuenta su estructura podemos encontrar las siguientes variedades:
YESO FIBROSO, formado por el CaSO4.2H2O puro, cristalizado en fibras sedosas confusamente. Con él se obtiene un buen yeso para mezclas.
YESO ESPEJUELO, cristaliza en voluminosos cristales, que se exfolian fácilmente en láminas
delgadas y brillantes. Proporciona un buen yeso para estucos y modelados.
YESO EN FLECHA, cristalizado en forma de punta de lanza formando macla; con él se obtiene
un yeso excelente para el vaciado de objetos muy delicados.
YESO SACARINO, o de estructura compacta; cuando es de grano muy fino, recibe el nombre
de alabastro y es usado para decoración y escultura. Este alabastro se diferencia del calizo por no producir efervescencia con los ácidos.
YESO CALIZO, o piedra ordinaria de yeso; contiene hasta un 12% de carbonato de calcio. Da
un buen yeso endureciéndose mucho después de fraguado.
El calor actúa sobre la piedra de yeso deshidratándola, de tal forma que hace que se pueda obtener las distintas variedades que se usan en construcción.
Por lo tanto, podemos clasificarlo de la siguiente forma:
YESO NEGRO O GRIS, es un yeso semihidratado 60% que se obtiene del algez que presenta
gran cantidad de impurezas, directamente calcinado; por lo que se ennegrece con los humos y cenizas de los combustibles. Sobre el tamiz #70 deja retenido entre el 30-50%. Se emplea en obras como bóvedas, tabiques, etc.
YESO BLANCO, es el que contiene un 80% de semihidratado y está bien molido, dejando del 1
al 10% de residuo sobre el tamiz #70. Se emplea para enlucir paredes, estucos y blanqueos.
ESCAYOLA, es el yeso blanco de la mejor calidad; contiene 90% de semihidratado, finura del
1% sobre el tamiz #70; está formado casi exclusivamente por semihidratado de fraguado rápido y se emplea para vaciados, molduras y decoración.
1.3.1 CARACTERÍSTICAS TÉCNICAS DE LOS YESOS
CARÁCTERÍSTICAS YESO NEGRO YESO BLANCO ESCAYOLA Composición química CaSO4 . ½H2O ≥50% ≥66% ≥80% Finura (residuo) Tamiz #70 (210 µm) ≤20% ≤10% ≤2% Tamiz #170 (88 µm) ≤50% ≤20% ≤16% Fraguado
Inicio 2-5 min ** 2-5 min ** 4-15 min 5-15 min * 5-15 min *
Fin < 30 min <15 min ** <30 min < 30 min * Resistencia Flexión ≥30 kg/cm2 ≥40 kg/cm2 ≥ 70 kg/cm2 Compresión ≥ 75 kg/cm2 ≥ 100 kg/cm2 ≥ 150 kg/cm2 * Yeso Lento ** Yeso Rápido
Tabla No. 1.1 Características técnicas de los yesos. 1.6.1
1.4 CEMENTO
Es un material pulverizado que además de óxido de calcio contiene: sílice, alúmina y óxido de hierro y que forma, por adición de una cantidad apropiada de agua, una pasta conglomerante capaz de endurecer tanto en el agua como en el aire. Se excluyen las cales hidráulicas, cales aéreas y yesos.
1.5 CEMENTO PORTLAND
Producto que se obtiene por la pulverización del clinker Portland con la adición de una o más formas de sulfato de calcio. Se admite la adición de otros productos siempre que su inclusión no afecte las propiedades del cemento resultante. Todos los productos adicionales deben ser pulverizados conjuntamente con el clinker.
1.5.1 FABRICACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND
El cemento Portland está compuesto principalmente por materiales calcáreos tales como caliza, alúmina y sílice que se encuentran como arcilla o pizarra; también se utiliza marga, que es un material calcáreo-arcilloso, por yeso y en los últimos años la adición de material puzolánico, que puede ser en estado natural como tierra de diatomeas, rocas opalinas, esquistos, cenizas volcánicas, o material calcinado (los nombrados anteriormente y algunos como las arcillas y esquistos más comunes), o de material artificial (óxido de silicio precipitado y cenizas volantes).
El proceso de fabricación del cemento consiste en moler finamente la materia prima, mezclarla minuciosamente en una cierta proporción y calcinarla en un horno rotatorio de gran dimensión, a una temperatura de 1300 a 1400 oC, a la cual el material se sintetiza y se funde parcialmente, formando bolas conocidas como clinker. El clinker se enfría y a continuación, se adiciona un poco de yeso y en los últimos tiempos, material puzolánico, que se tritura hasta obtener un polvo fino; el producto comercial resultante es el cemento Portland, utilizado a gran escala en todo el mundo.
La mezcla y la trituración de materias primas pueden efectuarse tanto en húmedo como en seco, de donde provienen los nombres de proceso "húmedo" o "seco". El método de fabricación a seguir depende, de la naturaleza de las materias primas usadas y principalmente de factores económicos.
Estos dos procesos son los más usados a nivel comercial, pero existen otros métodos empleados en la fabricación del cemento a pequeña escala, que son, entre otros, el semiseco, la fabricación con horno vertical y fabricación con horno de parrilla de preparación (Lepol).
Figura 1.1. Horno Rotatorio en una Fábrica Productora de Cemento.
Fàbrica Lamali – Olavarría . Provincia de Buenos Aires
(Argentina)
1.5.1.1 Proceso húmedo
Cuando se emplea marga, este material se tritura finamente y se dispersa en agua en un molino de lavado, el cual es un pozo circular con brazos revolvedores radiales con rastrillos, los cuales rompen los aglomerados de materias sólidas. La arcilla también se tritura y se mezcla con agua, generalmente es un molino de lavado semejante al anterior.
Enseguida se bombean las dos mezclas de forma tal que se mezclen en proporciones determinadas y pasen a través de una serie de Cribas. La lechada resultante fluye a estanques de almacenamiento. Si se emplea caliza, debe barrenarse, triturarse, generalmente en dos trituradoras, una más pequeña que la otra, y luego depositarse en un molino de bolas, con arcilla dispersa en agua. Allí se continúa el molido de la caliza hasta el grado de finura de harina, y la lechada resultante se bombea a estanques de almacenamiento.
Generalmente hay varios tanques de almacenamiento en los cuales se guarda la lechada; la sedimentación de los sólidos suspendidos se impide mediante la agitación mecánica o por burbujeo de aire comprimido. El contenido de cal de la lechada está determinado por la proporción de materiales calcáreos o arcillosos.
Un ajuste final para obtener la composición química requerida puede efectuarse mezclando lechadas de diferentes tanques de almacenamiento, utilizando a veces un sistema complicado de tanques de mezclado.
De aquí en adelante, el proceso es el mismo, sin importar la naturaleza original de las materias primas.
Finalmente, la lechada con contenido de cal deseado pasa a un horno rotatorio. Se trata de un cilindro de acero de gran tamaño recubierto de material refractario, con diámetro interior hasta de 5 m, y una longitud que a veces alcanza 150 m, el cual gira lentamente alrededor de su eje, levemente inclinado respecto a la horizontal. La lechada se deposita en el extremo superior del horno mientras se añade carbón pulverizado mediante la insuflación de un chorro en el extremo inferior, donde la temperatura alcanza 1300 a 1500 oC.
El carbón no debe tener un contenido demasiado alto de cenizas y merece una mención especial puesto que se consume hasta 350 kg para fabricar una tonelada de cemento.
Cuando la lechada desciende dentro del horno, encuentra progresivamente mayores temperaturas. Primero se elimina el agua y se libera CO2; posteriormente, el material seco sufre una serie de reacciones químicas hasta que, finalmente, en la parte más caliente del horno, un 20 a 30 por ciento del material se vuelve líquido y la cal, la sílice y alúmina vuelven a combinarse. Después la masa se funde en bolas de diámetros que varían entre 3 y 25 mm, conocidas como clinker. El clinker cae dentro de enfriadores de diferentes tipos que a menudo favorece un intercambio de calor con el aire que después se usa para la combustión del carbón pulverizado. Un horno de grandes dimensiones puede producir más de 700 toneladas de cemento al día.
El clinker frío, que es característicamente negro, reluciente y duro, se mezcla con yeso para evitar un fraguado relámpago del cemento. La mezcla se efectúa en un molino de bolas compuesto de diversos compartimientos, los cuales tienen bolas de acero cada vez más pequeñas. En algunas plantas se emplea un sistema de circuito cerrado de mezcla donde el cemento descargado por el molino pasa a través de un separador, y las partículas finas se trasladan a un silo de almacenamiento por medio de una corriente de aire, mientras que las partículas mayores vuelven a pasar por el molino.
El circuito cerrado de mezcla evita la producción de una gran cantidad de material excesivamente fino o de una pequeña cantidad de material demasiado grueso, fallas que a menudo se presentan en sistemas de molido de circuito abierto.
Una vez que el cemento se ha mezclado satisfactoriamente, cuando alcanza a tener hasta partículas por kg, está en condiciones para empacarse en los conocidos sacos de papel (por lo general de 50 kg), en tambores o para transporte a granel.
12
10
1
,
1
×
1.5.1.2 Procesos seco y semiseco
En los procesos seco y semiseco, las materias primas se trituran y adicionan en las proporciones correctas en un molino de mezclado, donde se secan y se reduce su tamaño a un polvo fino.
El polvo seco llamado grano molido crudo, se bombea al silo de mezclado y se hace un ajuste final en la proporción de materiales requeridos para la manufactura del cemento.
Para obtener una mezcla íntima y uniforme, se mezcla el grano crudo, generalmente mediante aire comprimido, induciendo un movimiento ascendente del polvo y reduciendo su densidad aparente. El aire se bombea por turnos sobre cada cuadrante del silo y esto permite al material aparentemente más pesado de los cuadrantes no aireados, moverse lateralmente hacia el cuadrante aireado.
De este modo, el material aireado tiende a comportarse como un líquido y por aireado sucesivo de todos los cuadrantes, que se completa en un período y alrededor de una hora, se obtiene una mezcla uniforme. En algunas plantas de cemento se emplean sistemas de mezclado continuo.
El grano molido y mezclado se pasa por un tamiz y se deposita en una cuba rotativa llamada granulador. Simultáneamente, se agrega agua en una cantidad correspondiente a un 12 por ciento de la masa del grano molido adicionado. De esta forma, se obtienen pastillas duras de alrededor de 15 mm de diámetro interior. Esto es conveniente, si se introdujera directamente el polvo en el horno, se impediría el flujo en el aire y el intercambio de calor necesarios para las reacciones químicas de la formación del clinker del cemento. Enseguida, las pastillas se meten al horno y las operaciones posteriores son las mismas que en el proceso de fabricación en húmedo. Sin embargo, como el contenido de humedad de las pastillas es sólo del 12 por ciento, comparado con el 40 por ciento de la lechada empleada en el proceso húmedo, el horno utilizado en el proceso seco tiene dimensiones considerablemente menores. La cantidad de calor requerida es mucho más baja puesto que hay que eliminar alrededor de sólo un 12 por ciento de humedad, aunque ya se ha utilizado previamente calor adicional para remover la humedad original de las materias primas (generalmente del 6 al 10 por ciento). El proceso es, por lo tanto, bastante económico, pero sólo si las materias primas están relativamente secas. En tal caso, el consumo total del carbón puede ser tan pequeño como 100 kg por tonelada de cemento.
En las figuras Nos. 1.1 y 1.2 se muestra un bosquejo de cada uno de los procesos de fabricación del cemento.
Figura No. 1.2 Fabricación del cemento – Proceso húmedo 1.6.13
1.5.2 COMPOSICIÓN QUÍMICA DEL CEMENTO PORTLAND
Se ha visto que las materias primas utilizadas en la fabricación de cemento Portland consisten principalmente de cal, sílice, alúmina e hierro (tabla No. 1.2).
ÓXIDO CONTENIDO (%) CaO 60 – 67 SiO2 17 – 25 Al2O3 3 – 8 Fe2O3 0,5 – 6,0 MgO 0,1 – 4,0 Álcalis 0,2 – 1,3 SO3 1 – 3
Tabla No. 1.2 Límites de composición aproximados para
cemento Portland (Tipo 1). 1.6.8
Estos compuestos interactúan en el horno, para formar una serie de productos más complejos, hasta alcanzar un estado de equilibrio químico, con la excepción de un pequeño residuo de cal no combinada (CaO), que no ha tenido suficiente tiempo para reaccionar. Sin embargo, el equilibrio no se mantiene durante el enfriamiento, y la velocidad de éste afecta el grado de cristalización y la cantidad de material amorfo, conocido como vidrio, difieren considerablemente de las de compuestos cristalinos de una composición química nominal similar. Otra complicación aparece debido a la interacción de la parte líquida del clinker con los compuestos cristalinos ya presentes.
No obstante, se puede considerar que el cemento se encuentra en un estado de equilibrio congelado, es decir, que los productos congelados reproducen el equilibrio existente durante la temperatura de formación del clinker. De hecho, se hace esta suposición para calcular la composición de compuestos de los cementos comerciales; la composición "potencial" se calcula a partir de las cantidades medibles de óxidos que están presentes en el clinker, como si se hubiera producido una cristalización completa de los productos en equilibrio.
Se suelen considerar cuatro compuestos como los componentes principales del cemento; se enumeran en la tabla No. 1.3, junto con sus símbolos de abreviación. Esta anotación abreviada, utilizada por los químicos del cemento, describe cada óxido con una letra, a saber:
CaO = C ; SiO2 = S ; Al2O3 = A ; y Fe2O3 = F. Análogamente, el H2O del cemento hidratado se indica por una H.
Nombre del Compuesto Fórmula Abreviatura Silicato dicálcico 2CaO . SiO2 C2S
Silicato tricálcico 3CaO . SiO2 C3S
Aluminato tricálcico 3CaO . Al2O3 C3A
Aluminoferrito tretacálcico 4CaO . Al2O3 . Fe2O3 C4AF
En realidad los silicatos que se encuentran en el cemento no son compuestos puros, pues contienen pequeñas cantidades de óxidos en soluciones sólidas. Estos óxidos tienen efectos importantes en los ordenamientos atómicos, las formas cristalinas y las propiedades hidráulicas de estos silicatos.
El silicato dicálcico (C2S) endurece lentamente y contribuye en gran parte al aumento de resistencia a edades mayores de una semana, se considera que a los 180 días ha reaccionado aproximadamente un 50% únicamente.
El silicato tricálcico (C3S) endurece rápidamente y es el factor principal del fraguado inicial y del rápido endurecimiento. En general, la resistencia prematura (durante el primer mes) del cemento es mayor al aumentar los porcentajes de C3S.
El aluminato tricálcico (C3A) libera una gran cantidad de calor durante los primeros días de endurecimiento, en la primera semana se hidrata casi completamente contribuyendo ligeramente con la resistencia temprana. Su principal función es facilitar la reacción de la sílice con la cal. Los cementos con un bajo contenido de C3A son especialmente resistentes a los suelos y aguas que contengan sulfatos.
La formación del aluminoferrito tetracálcico (C4AF) reduce la temperatura de calcinación en el horno rotatorio, ayudando, por tanto, a la fabricación del cemento. Se hidrata con relativa rapidez (a los tres días casi en su totalidad), pero contribuye muy poco a la resistencia.
Los cálculos de composición potencial del cemento Portland basados en el trabajo de R.H. Bogue y otros investigadores, se denominan generalmente como "composición Bogue". Existen además otros métodos para calcular la composición, pero el tema queda fuera del alcance del presente capítulo.
Fuera de los compuestos principales citados en la tabla No. 1.3, existen algunos "compuestos menores" como: MgO, TiO2, Mn2O3, K2O y Na2O, que generalmente no sobrepasan de un pequeño porcentaje de la masa del cemento. Dos de los componentes menores revisten especial interés: Los óxidos de sodio y potasio, Na2O y K2O, conocidos como "álcalis" (aunque en el cemento existen también otros álcalis). Se ha encontrado que estos componentes reaccionan con algunos agregados y que los productos de esa reacción ocasionan una desintegración del concreto, además de afectar la rapidez con que el cemento adquiere resistencia. Debido a esto, se debe destacar que el término "compuesto menor" se refiere principalmente a la cantidad, pero no necesariamente a su importancia. La cantidad de álcalis y Mn2O3 puede determinarse rápidamente utilizando un espectrofotómetro.
Dos conceptos importantes que son indicativos de la calidad de un cemento son:
- El residuo insoluble, determinado por el tratamiento con ácido clorhídrico, es una medida de la adulteración del cemento, que proviene principalmente de las impurezas del yeso. La NTC 321 limita el residuo insoluble al 3,0% de la masa del cemento, para cementos Portland tipos 2, 3, 4 y 5.
- La pérdida al fuego muestra la medida de carbonatación e hidratación de la cal libre y el magnesio libre, debido a la exposición del cemento a la atmósfera. La máxima pérdida al fuego (a 1000 oC) del cemento, permitida por la NTC 321, es de 4,0 % para cementos Portland tipos 2, 3 y 5; para cemento Portland tipo 4 máximo 3,5%.
1.5.3 TIPOS DE CEMENTO PORTLAND
A medida que varían los contenidos de C2S, C3S, C3A, C4AF se modifican las propiedades del cemento Portland, por lo tanto se pueden fabricar diferentes tipos con el fin de satisfacer ciertas propiedades físicas y químicas para situaciones especiales.
CEMENTO PORTLAND TIPO 1: Es el destinado a obras de hormigón en general, al que no se le exigen propiedades especiales.
CEMENTO PORTLAND TIPO 1-M: Es el destinado a obras de hormigón en general, al que no se le exigen propiedades especiales pero tiene resistencias superiores a las del tipo 1.
CEMENTO PORTLAND TIPO 2: Es el destinado en general a obras de hormigón expuestas a la acción moderada de sulfatos y a obras donde se requiera moderado calor de hidratación. CEMENTO PORTLAND TIPO 3: Es el que desarrolla altas resistencias iniciales.
CEMENTO PORTLAND TIPO 4: Es el que desarrolla bajo calor de hidratación.
CEMENTO PORTLAND TIPO 5: Es el que ofrece alta resistencia a la acción de los sulfatos. CEMENTO PORTLAND CON INCORPORADORES DE AIRE: Son aquellos a los que se les adiciona un material incorporador de aire durante la pulverización; para identificarlos se les coloca una "A" así por ejemplo cemento Portland tipo 1-A o tipo 3-A, etc.
CEMENTO PORTLAND BLANCO: Es el que se obtiene con materiales debidamente seleccionados que le confieren una coloración blanca; prácticamente cumple las especificaciones del cemento Portland tipo 1 (NTC 1362).
En Colombia se produce cemento Portland tipo 1; algunas fábricas producen otros tipos de cemento Portland generalmente son destinados para obras específicas.
Tipos de Cemento Portland Composición ( % )
C2S C3S C3A C4AF
1 – Normal 24 50 11 8
2 – Moderado 33 42 5 13
3 – Alta resistencia inicial 13 60 12 8
4 – Bajo calor de hidratación 50 26 5 12 5 - Resistencia a los sulfatos 40 40 4 9
Tabla No. 1.4 Composición típica calculada de los diferentes
La resistencia relativa de los concretos hechos con los diferentes tipos de cemento Portland, tomando como base para la comparación el cemento Portland tipo 1, se muestra a continuación. Estos valores son característicos para los concretos con curado húmedo hasta el momento en que se prueban.
Tipos de Cemento Portland % Resistencia a la compresión
1 DÍA 7 DÍAS 28 DÍAS 3 MESES
1 – Normal 100 100 100 100
2 – Moderado 75 85 90 100
3 - Alta resistencia inicial 190 120 110 100 4 – Bajo calor de hidratación 55 55 75 100 5 - Resistencia a los sulfatos 65 75 85 100 Tabla No. 1.5 Resistencia relativa aproximada del concreto según
el tipo de cemento Portland.1.6.10
1.5.4 PROPIEDADES DEL CEMENTO PORTLAND
La mayor parte de las especificaciones para cemento Portland establecen límites a la composición química y algunas propiedades físicas (NTC 121 y 321),1.6.7 por lo tanto, el conocimiento de algunas de estas propiedades es provechoso para interpretar los resultados de las pruebas del cemento.
1.5.4.1 Densidad
La densidad del cemento Portland varía generalmente entre 2,90 y 3,20 g/cm3 dependiendo básicamente de la cantidad y densidad del material puzolánico que se adicione. La densidad de un cemento no indica la calidad del mismo; su uso principal radica en dosificación y control de mezclas.
La densidad del cemento se determina generalmente con el frasco de LE CHATELIER (NTC 221). Este frasco permite determinar el volumen correspondiente a una cierta masa de cemento (64 g), por el desplazamiento de un líquido colocado dentro del frasco. El líquido empleado es kerosene libre de agua o nafta con una gravedad no inferior a 62o A.P.I., ya que no es posible emplear agua pues el cemento iniciaría sus reacciones de hidratación.
Figura 1.4. Equipo utilizado en el ensayo de
Densidad del Cemento. Frasco de Le Chatelier y Baño María
1.5.4.2 Finura
La importancia de la finura en el cemento radica en que a mayor finura el cemento desarrolla mayor resistencia pero desprende más calor; esto es debido principalmente, a que granos gruesos pueden durar varios años en hidratarse, e inclusive no llegar jamás a realizarlo totalmente, mientras que, cuanto más fino sea el cemento, mayor será la cantidad de material que se hidrata, ya que la superficie total en contacto con el agua es mucho mas grande. Al hidratarse un mayor porcentaje de la masa total del cemento, ésta masa reacciona, logrando un desarrollo mas alto de resistencia, pero como desprende calor al realizar este proceso, también será mayor la cantidad de calor desprendido.
La medida de la finura se expresa por el área de las partículas contenidas en una masa unitaria del material, lo cual se denomina "Superficie Específica" y sus unidades de medida son unidades de área por unidades de masa así por ejemplo cm2/g o m2/kg. La finura del cemento se puede medir por tamizado (NTC 226 o 294) o con el permeámetro de Blaine (NTC 33) o con el turbidímetro de Wagner (NTC 597).
El ensayo de tamizado (Figura No. 1.5), consiste en hacer pasar una cantidad de material (50 g por el tamiz 74µm (#200) o 1 g por el método de lavado por el tamiz 44 µm (#325)); se determina la cantidad de partículas en porcentaje por masa que queda retenido en el tamiz.
100 ) 100 (
2Rs c
Rc= ± (con el tamiz 74 µm) o Rc = Rs(100 ± c) (con el tamiz 44 µm) Siendo: Rc: Porcentaje retenido
Rs: Masa del material retenido c: Factor de corrección del tamiz
Si el porcentaje retenido es mayor a un 10% sobre el tamiz 44 µm, se recomienda realizar otros ensayos de control de calidad como por ejemplo determinar el tiempo de fraguado y la resistencia a la compresión con el fin de definir si este cemento puede ser usado en una obra. Como con este ensayo no podemos conocer realmente la granulometría (tamaño de las partículas) del cemento que pasa el tamiz, este ensayo es simplemente de chequeo.
Figuras 1.5 Equipo utilizado en la determinación de la finura, por el Método del Tamizado
El ensayo que determina la finura del cemento con el permeámetro de BLAINE, sirve de control de calidad del cemento y se basa en la medida de la permeabilidad que ofrece una capa de cemento, colocada en determinadas condiciones de compactación, al paso del aire.
La muestra se coloca en forma estandarizada en el aparato de Blaine y se determina el tiempo en que un líquido normalizado se demora en pasar por dos marcas intermedias. La superficie específica se calcula:
T
Tp
Sp
S
=
S
=
K
T
(1.1) Donde:S = Superficie específica de la muestra en ensayo (m2/kg).
Sp = Superficie específica de la muestra patrón (m2/kg).
T = Tiempo determinado para la muestra en ensayo (s). Tp = Tiempo determinado para la muestra patrón (s). K = Constante de calibración del aparato de Blaine.
La superficie específica por permeámetro de Blaine en m2/kg debe ser como mínimo 280, de acuerdo con la NTC 121, para todos los diferentes tipos de cemento.
El método del turbidímetro de Wagner, para medir la finura del cemento, 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 mínimo 1600 cm2/g para cualquier tipo de cemento.
Figuras 1.6. Equipo utilizado en la determinación de la finura,
1.5.4.3 Consistencia normal
Con el propósito de poder determinar algunas propiedades del cemento como tiempos de fraguado o estabilidad volumétrica, se debe realizar una mezcla de cemento y agua llamada pasta; puesto que las propiedades de la pasta se ven afectadas por las cantidades de cada uno de los componentes que entran a formar parte de la mezcla, 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.
La pasta de consistencia normal se determina mediante la NTC 110; el ensayo consiste en averiguar la cantidad de agua en porcentaje con respecto a la masa de cemento usada (500 g) que debe tener la pasta de tal manera que al colocarla en el aparato de "Vicat" (Figura No. 1.7.) la penetración de una sonda de diámetro 1 cm 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%.
Figura 1.7. . Aparatos de Vicat utilizados en la Determinación de la Pasta de Consistencia
Normal para los Ensayos relacionados con el Fraguado.
1.5.4.4 Fraguado
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.
El fraguado es causado por una hidratación selectiva de los componentes principales. El C3A puro al entrar en contacto con agua presenta una reacción muy violenta y lleva a un inmediato endurecimiento, esto produce un aspecto desfavorable en el cemento debido a que las mezclas endurecerían a muy corto plazo y no podrían ser transportadas y colocadas sino con muchos problemas. Para prevenir esto, al clinker se le agrega yeso (CaSO4.2H2O); el C3A y el yeso reaccionan para formar un compuesto inestable e insoluble llamado sulfoaluminato de calcio (3CaO.AL2O3.3CaSO4.31H2O). Posteriormente, los silicatos empiezan a hidratarse y comienza por consiguiente a fraguar formando una pasta de consistencia semisólida (fraguado inicial); luego el sulfoaluminato de calcio se descompone lentamente dejando libre al C3A que se hidrata conjuntamente con el C4AF dándole a la pasta una consistencia sólida produciendo de esta forma el fraguado final.
En la práctica se utilizan los términos de fraguado inicial y fraguado final para describir etapas del fraguado elegidas arbitrariamente. Los tiempos de fraguado de la pasta, se emplean como control de calidad del cemento (NTC 121), y se pueden determinar con las agujas de GILLMORE (NTC 109) o con el aparato de VICAT que es el método más utilizado (NTC 118). El ensayo empleando las agujas de GILLMORE consiste en someter una pasta de consistencia normal a la penetración de unas agujas. Cuando la aguja de diámetro 1/12" (2,12 mm) y de masa 1/4 lb (113,4 g) no penetra en la pasta, sino que deja una ligera huella, se dice que se ha producido el fraguado inicial; el tiempo total transcurrido desde que se agregó agua al cemento hasta cuando no penetró la aguja se denomina "tiempo de fraguado inicial" y no debe ser menor de 60 minutos para cualquier tipo de cemento. Posteriormente, la pasta se lleva a la penetración de otra aguja de diámetro 1/24" (1,06 mm) y masa 1 lb (454 g), cuando la aguja no penetre se dice que se ha producido el fraguado final. El tiempo total transcurrido, desde que se preparó la pasta, se llama "tiempo de fraguado final" el cual no debe ser mayor a 10 horas para cualquier tipo de cemento.
El ensayo más utilizado para determinar los tiempos de fraguado y que sirve de control de calidad del cemento, es empleando el aparato de VICAT (Figura No. 1.7.). El ensayo consiste en someter una pasta de consistencia normal a la penetración de una aguja de 1 mm de diámetro y masa 300 g (todo el conjunto), a diferentes intervalos de tiempo. Cuando la penetración de la aguja de diámetro 1mm en 30 s es de 25mm se dice que ha transcurrido el tiempo de fraguado inicial el cual no debe ser menor de 45 minutos para cualquier tipo de cemento. Cuando la aguja (diámetro 1mm) no penetra, sino que deja una ligera huella se dice que ha transcurrido el tiempo de fraguado final el cual no debe ser mayor a 8 horas para cualquier tipo de cemento.
1.5.4.5 Falso fraguado
Se da el nombre de falso fraguado a una rigidez prematura y anormal del cemento, que se presenta dentro de los primeros minutos después de haberlo mezclado con agua.
El falso fraguado se pone en evidencia por una gran pérdida de plasticidad, sin generar mucho calor poco después de haberse realizado la mezcla. Cuando esta pasta endurecida se remezcla, sin adicionar agua, su plasticidad se recupera y fragua normalmente sin pérdida de resistencia.
Si por el contrario, la mezcla no recupera su plasticidad y desprende calor en forma apreciable se dice que lo que ocurrió fue un fraguado relámpago, o sea un verdadero fraguado pero en muy corto tiempo.
Un falso fraguado muy marcado puede causar dificultades desde el punto de vista de la colocación y manipulación, pero esto no es probable donde el concreto se mezcla generalmente por un tiempo largo, como ocurre en un camión mezclador, o cuando éste es remezclado antes de colocarlo o transportarlo, como sucede en operaciones de concreto bombeado. Esto debe ser más digno de atención cuando se mezcla por un tiempo corto en mezcladoras fijas y se transporta en equipos sin agitador, como sucede en algunos tipos de obras.
El falso fraguado es motivado generalmente por deshidratación del yeso cuando se mezcla con un clinker demasiado caliente (mayor a 120oC), se produce hemihidrato (CaSO4.½2H2O) o anhidrita (CaSO4) y cuando se mezcla el cemento con el agua, estos compuestos se hidratan para formar yeso. Para evitar la deshidratación del yeso, en la práctica normal se enfría el clinker antes de la molienda.
Otra causa del falso fraguado puede asociarse con los álcalis del cemento; al almacenarse el cemento, los álcalis pueden carbonatarse y los carbonatos alcalinos reaccionan con Ca(OH)2 liberado por la hidrólisis del C3S para formar CaCO3, este precipita e induce a una rigidización de la pasta.
El fraguado relámpago se debe principalmente a falta de yeso al molerse clinker y yeso; el C3A presente en el clinker, al no haber yeso entra en contacto con el agua reaccionando rápidamente, produciendo el endurecimiento de la pasta.
Una prueba para determinar si un cemento puede presentar falso fraguado se describe en la NTC 297. El ensayo consiste en preparar una pasta con una consistencia tal que al someterla a la penetración de una sonda de diámetro 1 cm y masa 300 g, dicha penetración sea de 34±4 mm en 30 s; este valor se toma como penetración inicial (Pi). Después de realizada la lectura inicial se deja la pasta 5 minutos en reposo y se repite el proceso efectuado para la penetración inicial; la lectura obtenida corresponde a la penetración final (Pf).
Pf
% de penetración final = * 100 (1.2) Pi
La norma NTC 121 especifica, como requisito opcional, que el porcentaje de penetración final mínimo debe ser 50% para cualquier tipo de cemento.
1.5.4.6 Estabilidad volumétrica
El cemento que muestra grandes expansiones luego de fraguado se conoce con el nombre de cemento expansivo; este es el peor defecto que puede presentar un cemento pues las obras hechas con él quedan seriamente amenazadas.
Es esencial que la pasta de cemento, una vez fraguada, no sufra un gran cambio en volumen en particular no debe de haber una expansión apreciable, la cual, bajo condiciones de esfuerzo, podría ocasionar un rompimiento de la pasta de cemento endurecida. Tal expansión puede tener lugar debido a una hidratación retardada o lenta o a otra reacción de algún compuesto presente en el cemento endurecido, particularmente CaO, MgO o CaSO4 (yeso). Si las materias primas adicionadas al horno contienen más cal de la que puede combinarse con los otros óxidos, el exceso permanecerá en estado libre. Esta cal fuertemente calcinada se hidrata solo en forma muy lenta y puesto que la cal apagada ocupa un volumen más grande que el óxido de calcio original, se produce una expansión. Un cemento también puede tener variaciones de volumen debidas a la presencia de MgO, el cual reacciona con el agua en forma similar al CaO. El sulfato de calcio es el tercer compuesto capaz de causar expansión; si el contenido de yeso sobrepasa la cantidad que puede reaccionar con el C3A durante el fraguado, se presentará una variación de volumen en forma de expansión lenta. Por esta razón, las norma NTC 321 especifica la cantidad máxima de SO3, en porcentaje, que debe tener un determinado tipo de cemento, así por ejemplo, para cemento Portland tipo 1 se admite hasta un 3,5%.
Puesto que la variación de volumen del cemento no se manifiesta, sino hasta después de un período de meses o años, es esencial probar aceleradamente la variación de volumen del cemento. Las pruebas más utilizadas para determinar si un cemento es expansivo o no, son: "Expansión al autoclave" (norma NTC 107) y "Determinación de la expansión por el método de las agujas de LE CHATELIER" (norma NTC 1514).
El ensayo de "Expansión al autoclave" (Figura No. 1.8.), consiste en someter a hidratación acelerada una muestra de cemento fraguada (después de 24 horas en cámara húmeda); lo cual se logra sometiendo unas barras de 1"x1"x10" (25,4 x 25,4 x 254 mm) hechas de pasta de consistencia normal a la acción de un hervidor (presión manométrica del vapor de agua saturado 20,7 kg/cm2) durante 3 horas; antes y después del ensayo las longitudes de las barras se miden exactamente con un comparador. El aumento expresado en porcentaje de la longitud inicial se denomina Expansión al autoclave, el cual debe ser como máximo 0,8% para todos los tipos de cemento (norma NTC 121).
long. final - long. inicial
% Expansión al autoclave = * 100 (1.3) long. inicial
Si el ensayo da un resultado desfavorable, se puede hacer un reensayo usando muestras nuevas, dentro de los 28 días siguientes al del ensayo. En este caso se deben ensayar tres muestras distintas y el promedio de los resultados obtenidos con ellas será la expansión del cemento al autoclave, la cual no debe ser mayor al 0,8% para poder utilizar el cemento.
Figura 1.8. Equipo de Expansión al Autoclave
La prueba con las "agujas de LE CHATELIER" consiste en llenar 6 pares de agujas con pasta de consistencia normal, luego se colocan placas de vidrio sujetándolas firmemente contra las bases de las agujas con pinzas metálicas y se mide la separación en mm de las agujas, después se introducen en agua a temperatura de 21±2oC durante 24 horas. Al cabo de este tiempo se sacan las agujas del agua se separan las placas de vidrio y se comprueba que la separación es la misma. Posteriormente se mantienen 3 pares de agujas, ya sin placas de vidrio, en la misma agua, durante 6 días al cabo de los cuales se vuelve a medir y anotar la separación en mm. La diferencia entre esta lectura y la inicial es la expansión en frío, probablemente debida a exceso de yeso o cal libre fácilmente hidratable por el cemento, o ambos. Los otros 3 pares de agujas, se colocan sin las placas de vidrio, en agua hirviendo durante 3 horas, al cabo de este tiempo se suspende la ebullición y se dejan enfriar los moldes dentro del agua, hasta que alcancen la temperatura de 21±2oC. Se mide de nuevo la separación de las agujas en mm, la diferencia entre esta lectura y la inicial (a las 24 horas) es la expansión en caliente, probablemente debida a exceso de cal libre o de óxido de magnesio libre fácilmente hidratable.
La expansión del cemento se toma como el mayor valor entre la expansión en frío y en caliente, esta expansión está limitada para cementos Portland a máximo 10 mm. Si la expansión excede este valor, se repite la prueba con una muestra de cemento aireado durante 7 días, la expansión en este caso no debe exceder de 5 mm. Un cemento que no satisfaga por lo menos uno de estos dos criterios no debe usarse.
1.5.4.7 Calor de hidratación.
El calor de hidratación es el calor generado cuando reaccionan el cemento y el agua. La cantidad de calor generado depende principalmente de la composición química del cemento; a tasa de generación de calor la afecta la finura y temperatura de curado, así como la composición química.
De acuerdo con las reacciones químicas, la hidratación de compuestos del cemento es exotérmica, y pueden liberar hasta 500 joules por gramo (120 calorías/gramo). Puesto que la conductividad del concreto es relativamente baja, actúa como aislante, y en el interior de una masa grande de concreto, la hidratación puede producir un fuerte aumento en temperatura. Al mismo tiempo, la masa exterior del concreto pierde algo de calor, de modo que se produce un fuerte gradiente de temperatura y durante el enfriamiento posterior del interior, pueden producirse graves agrietamientos. Esto es especialmente importante en estructuras como aquellas de gran masa, donde la rapidez y la cantidad de calor generado son importantes; si no se disipa este calor rápidamente, puede ocurrir una importante elevación de temperatura en el concreto, lo cual puede resultar inconveniente al ir acompañada de una dilatación térmica. El enfriamiento posterior del concreto endurecido a la temperatura ambiente puede crear contracciones en la masa conocidas como retracción de fraguado, y originar esfuerzos perjudiciales. En el otro extremo, el calor producido por hidratación puede impedir el congelamiento del agua en los capilares de concreto recientemente aplicado, en aguas heladas y es, por lo tanto, ventajoso que haya una fuerte dispersión de calor. Sin duda, es aconsejable conocer las propiedades productoras de calor de diferentes cementos para poder elegir el cemento más adecuado para cada finalidad.
Para efectos prácticos no importa necesariamente el calor total de hidratación sino la velocidad de desarrollo del calor. La misma cantidad total de calor producida en un período mayor, puede dispersarse en mayor grado, con menor aumento consecuente de la temperatura. Para variedades usuales del cemento Portland, Bogue observó que aproximadamente una mitad de calor total se libera entre uno y tres días; aproximadamente 3/4 en 7 días y 83 al 91 por ciento del total del calor en 6 meses. De hecho el calor de hidratación depende de la composición química del cemento, y el calor de hidratación del cemento es aproximadamente igual a la suma de los calores de hidratación de los compuestos individuales, hidratados por separado. El calor de hidratación es la cantidad de calor en calorías por gramo de un cemento deshidratado, dispersado por una hidratación completa a una temperatura dada. El método más común para medir el calor de hidratación consiste en determinar el calor de solución de cemento deshidratado e hidratado en una mezcla de ácido nítrico y fluorhídrico; la diferencia entre estos dos valores representa el calor de hidratación (norma NTC 117).
En la tabla No. 1.6 se muestra la cantidad de calor de hidratación, liberado por cada uno de los compuestos principales puros, a diferentes edades. En la tabla No. 1.7 se consigna el calor de hidratación, generado por los diferentes tipos de cemento Portland, expresado en porcentaje respecto al cemento Portland tipo 1 que se ha tomado como base.
CALOR LIBERADO (Calorías / g) COMPUESTO
7 DÍAS 28 DÍAS 6 MESES TODO HIDRAT.
C2S 20 45 60 62
C3S 110 120 120 120
C3A 185 205 207 207
C4AF 40 50 70 100
Tabla No.1.6 Calor de hidratación de los compuestos principales puros.1.6.8
TIPO DE CEMENTO % A LOS 7 DÍAS
1 100 2 80-85
3 Hasta 150
4 40-60 5 60-65
Tabla No.1.7 Calor de hidratación para los diferentes tipos de cemento, expresado como un
porcentaje de la cantidad de calor liberado por el cemento Portland tipo 1, a los 7 días.1.6.8
1.5.4.8 Resistencia del cemento
La resistencia mecánica del cemento endurecido es la propiedad del material que posiblemente resulte más obvia en cuanto a los requisitos de usos estructurales. Por lo tanto no es sorprendente que las pruebas de resistencia estén indicadas en todas las especificaciones del cemento.
La resistencia de un mortero o concreto depende de la cohesión de la pasta de cemento, de su adhesión a las partículas de los agregados y en cierto grado, de la resistencia del agregado mismo.
No se efectúan pruebas de resistencia en pasta de cemento puro, debido a las dificultades experimentales de moldeo, que originarían una gran variación en los resultados. Para determinar la resistencia del cemento se utilizan morteros, es decir, mezcla de agua, cemento y agregado fino; de proporciones determinadas, hechos con materiales específicos en condiciones estrictamente controladas.
Figura 1.9. Equipo utilizado en la determinación de las
Existen varias formas de prueba de resistencia: tensión directa, compresión directa y flexión. Esta última determina en realidad la resistencia a la tensión por flexión, porque, como es bien sabido la pasta de cemento es considerablemente más resistente a la compresión que a la tensión.
La prueba para determinar la resistencia a la tensión del cemento se realiza de acuerdo con la norma NTC 119. El ensayo se hace empleando, generalmente, un mortero que tenga una parte de cemento por tres de agregado fino seco. El agregado fino debe ser de sílice natural, normalizado para el ensayo, que pase el tamiz #20 (841µm) y quede retenido en el tamiz #30 (595µm).
La cantidad de agua que se utiliza en la mezcla está en función del agua para consistencia normal. El mortero se coloca en moldes especiales en forma normalizada y durante las primeras 24 horas los moldes con el mortero se mantienen en cámara húmeda y el resto del tiempo, hasta el día del ensayo, las briquetas sueltas se colocan en agua. Por lo general, se elaboran 9 briquetas, de las cuales 3 se ensayan a los 3 días, 3 se ensayan a los 7 días y 3 se ensayan a los 28 días.
Las muestras defectuosas o las que den resistencias que difieran en más del 15 % del promedio de las hechas con la misma mezcla y ensayadas al mismo tiempo, no se tienen en cuenta para determinar la resistencia a la tensión. Si una vez descartadas las muestras y los valores obtenidos de la resistencia o ambos se dispone de un solo valor para determinar la resistencia, debe repetirse el ensayo.
La resistencia a la compresión del cemento se determina de acuerdo con la norma NTC 220 y es la resistencia que se emplea como control de calidad del cemento. El ensayo se hace preparando un mortero hecho de una parte de cemento y 2,75 partes de arena natural de sílice, normalizada para el ensayo y cuya gradación se muestra en la tabla No. 1.8.
Tamiz % Acumulado retenido 149µ (#100) 98 ± 2
297µ (#50) 75 ± 2 595µ (#30) 2 ± 2
1.19 mm (#16) 0
Tabla No. 1.8 Gradación de la arena normalizada para el ensayo
de resistencia a la compresión del cemento.1.6.7
La cantidad de agua de amasado, para los cementos Portland sin adiciones, debe ser aquella que produzca una relación mínima de agua/cemento de 0,485 (a/c=0,485) y para efecto de comparación, sobre cementos Portland con adiciones, se emplea la mesa de flujo (% fluidez entre 100 y 115%).
