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FINURA DEL CEMENTO POR EL MÉTODO

DEL APARATO DE BLAINE

1.- OBJETIVO

o Este método tiene por objeto establecer el método de ensayo para

determinar la finura del cemento Portland por medio del aparato Blaine de

permeabilidad al aire (ASTM C-204).

2.- FUNDAMENTO TEÓRICO

Introducción

La finura de molido del cemento es una característica íntimamente ligado

al valor hidráulico del cemento ya que influye decisivamente en la velocidad de

las reacciones químicas que tienen lugar durante su fraguado y primer

endurecimiento.

Al entrar en contacto con el agua, los granos de cemento se hidratan solo

en una profundidad de 0.01 mm por lo que si dichos gramos fuesen muy

gruesos, su rendimiento sería muy pequeño al quedar en su interior un núcleo

prácticamente inerte.

Si el cemento posee una finura excesiva, su retracción y calor de

fraguado son muy altos (lo que en general resulta muy perjudicial); el

conglomerante resulta ser más susceptible a la meteorización (envejecimiento)

tras un almacenamiento prolongado; disminuye su resistencia a las aguas

agresivas, Pero siendo así que las resistencias mecánicas aumentan con la

finura, se llega a una situación de compromiso: el cemento Portland debe estar

finamente molido pero no en exceso.

Dicha finura se da en términos de superficie específica expresada como

área total en centímetros cuadrados por gramo (cm2/g) de cemento. A pesar de

que este método haya sido usado para determinaciones de la finura de otros

materiales, debe entenderse que, en general, se obtiene un valor de finura

relativo en lugar de uno absoluto.

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Base teórica

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.

Para la determinación de la finura del cemento se usará el aparato de

Blaine, este mismo se detalla en la siguiente gráfica:

Aplicación

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Este valor puede ser utilizado para el diseño de concretos; estableciendo

la finura de molido de los granos del cemento podemos determinar el valor de

la cantidad de agua para una dosificación.

La finura del cemento es aplicable a la elaboración de morteros,

hormigones, tratamientos superficiales y mezclas asfálticas. ambién, debido a

la finura del cemento, se puede tener diferentes resistencias y distintas

características mecánicas del hormigón, una vez que el cemento sea

dosificado.

Referencia a la norma a utilizar

En este ensayo la norma a utilizar es la ASTM C 204 AASHTO T153.

3.- DESCRIPCIÓN DEL EQUIPO

Aparato de Blaine

Consta de las siguientes partes:

o Cámara de permeabilidad. Está formada por un cilindro rígido, de diámetro

interior de 12,7 mm ± 0,10 mm construido de vidrio o de metal no

corrosible. La parte superior de la cámara está dispuesta en ángulo recto

con respecto al eje de la misma. La parte inferior de la cámara ajusta

herméticamente con la parte superior del manómetro. En el interior de la

cámara y a 50 mm ± 15 mm de la parte superior, se hace un reborde de

0,5 mm a 1 mm, de ancho para soportar un disco metálico perforado.

o Disco perforado. Debe ser construido con un metal no corrosible; su

superficie es plana y tiene un espesor de 0,9 mm ± 0,1 mm; está provisto

de 30 o 40 orificios de 1 mm de diámetro, distribuidos uniformemente

sobre su superficie. El disco debe ajustar el reborde del tubo. La porción

central de una cara del disco deberá estar marcada o inscrita en una forma

legible, de tal manera que el operador coloque siempre el lado marcado

hacia abajo cuando lo inserte en la cámara. La marca o inscripción no

deberá extenderse en los orificios, ni tocar la periferia del disco, ni

extenderse al área del disco que descansa sobre el reborde de la cámara.

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o Embolo. Debe ser fabricado con un material indeformable e inatacable por

el cemento y debe ajustar dentro del tubo con una tolerancia (holgura)

máxima de 0,1 mm. La parte inferior del émbolo es plana, tiene bordes

regulares y forma ángulo recto con su eje principal. En el centro o a un

lado del émbolo hay un desfogue para el aire. La parte superior del émbolo

tiene un reborde con el objeto de que cuando se coloque dentro de la

cámara y el reborde toque la parte superior de la misma, la distancia entre

el extremo inferior del émbolo y la parte superior del disco perforado sea

de 15 mm ±1 mm.

o Manómetro. Es en forma de U y se construye de acuerdo con la Figura

H0202_1. Para construirlo, se emplea un tubo de vidrio de 9 mm de

diámetro exterior. El extremo superior de uno de los brazos del manómetro

es de forma tal que hace posible un ajuste hermético con la cámara de

permeabilidad. Dicho brazo tiene un sistema lateral de tubos para sacar el

aire, situado a una distancia entre 250 mm y 305 mm del fondo del

manómetro y tiene, además, una marca grabada a una distancia de 125

mm a 145 mm por debajo de la parte superior del sistema lateral de tubos.

También, hay otras tres marcas por encima de la primera, a distancias de

15 mm, 70 mm y 110 mm respectivamente. En el sistema lateral de tubos

hay una válvula, que puede hacer un cierre hermético, situada a una

distancia no mayor de 50 mm del brazo. Al montarse el manómetro, debe

quedar firme y con los brazos perfectamente verticales.

Líquido para llenar el manómetro

El manómetro debe llenarse hasta la mitad, con un aceite mineral ligero o

con un líquido que no sea volátil ni higroscópico y que tenga viscosidad y

densidad bajas, tal como el ftalato dibutilo (dibutil 1.2 bencendicarboxilato). Es

aconsejable colorear el líquido para facilitar las lecturas.

Papel de filtro

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Debe ser del tipo de mediana retención. Su forma tiene que ser circular, sus

bordes regulares y debe tener el mismo diámetro que el interior de la cámara

de permeabilidad.

Nota 1: los discos de papel de filtro son muy pequeños, pueden dejar que parte

de la muestra se adhiera a la pared interior de la cámara por encima del disco

superior. Si por el contrario son muy grandes, tenderán a doblarse y a causar

resultados errados.

Cronómetro

Debe permitir lecturas con aproximación de 0,5 segundos o menos. Su

tolerancia debe ser de 0,5 segundos o menos en intervalos de tiempo hasta 60

segundos, y de 1,0% ó menos para intervalos de 60 a 300 segundos.

Balanza electrónica

Es un instrumento para pesar cuya capacidad va desde un gramo hasta

algunos kilogramos con una precisión comúnmente de una cienmilésima de su

capacidad máxima. La precisión y exactitud de muchas balanzas modernas

superan de una parte en 106 a su capacidad completa. Las más comunes tienen

una capacidad que se ubica dentro de un intervalo de 160 a 200 g.

4.- PREPARACIÓN DE LA MUESTRA

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Con ayuda de la balanza electrónica, se determinan 2,80 gr de cemento

portland, esta muestra patrón deberá estar temperatura ambiente para la

realización de la práctica.

5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRÁCTICA

En los ensayos de laboratorio, el primer paso siempre es inspeccionar los

instrumentos a utilizar, comprobando que estos estén en un buen estado

para que los errores debido a estos sean los más mínimos posibles.

Se coloca dentro de la cámara de permeabilidad uno de los dos discos de

papel de filtro de igual diámetro al de ella, haciendo presión con una varilla

de longitud ligeramente inferior al diámetro de la cámara, hasta que se

asiente bien sobre el disco perforado. Encima se coloca los 2,80 g de

cemento de manera cuidadosa, evitando perder peso, y luego se golpea

ligeramente las paredes del embolo para que la superficie del cemento

quede nivelada. Sobre ésta, se coloca el segundo disco de papel de filtro. Se

baja el émbolo hasta que su reborde toque el extremo superior de la

cámara. Se levanta un poco el émbolo en forma lenta, se rota 90° y se

vuelve a bajar.

La cámara de permeabilidad se conecta con el manómetro, cerciorándose

que haya una conexión hermética y cuidando que la capa de cemento no se

altere.

El aire contenido en el brazo del manómetro que tiene las marcas, se

elimina lentamente hasta que el líquido alcance la marca más alta y luego

se cierra herméticamente la válvula. Se hace funcionar el cronómetro en el

momento en que el menisco del líquido llegue a la segunda marca (la que

sigue a la más alta) y se detiene en el momento en que el menisco llegue a

la tercera marca. El intervalo de tiempo observado se anota en segundos.

Se realizaron tres determinaciones del tiempo de flujo.

6.- CÁLCULOS E INFORME

Descripción y datos de la muestra

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La muestra usada es cemento Fancesa IP 30 seca 24 horas en el horno, en

una cantidad de 2,80 gramos.

El tipo IP 30 corresponde a la categoría resistente media (30 Mpa de

resistencia mínima a compresión, a 28 días según la Norma Boliviana NB-011).

Cuenta con el Sello de Calidad de IBNORCA.

Sus principales propiedades son: resistencia mecánica media, bajo calor de

hidratación, menor retracción y endurecimiento algo más lento. Entre las

características tenemos: Resistencia mecánica media, bajo calor de hidratación,

menor fisuración y retacción química, mejor trabajabilidad, mayor resistencia a

ataques químicos, mayor impermeabilidad, mayor durabilidad.

Peso de la muestra

W=2,80grf

Cálculos

La superficie específica se calcula mediante las siguientes fórmulas:

S=SP√T√T P

(1)

S=SP√N P√T√T P√N

(2)

Datos de la muestra patrón:

Superficie específica

SP=3240cm2

g

Tiempo

T p=60 s

Viscocidad del aire

N P=0,0001808 pois e

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Porosidad del cemento

eP=0 ,5

Peso específico del cememento

δ=3.15 grcm3

Constante b

b=0 ,9

Porosidad de la capa de la muestra patrón

e=0 ,5

o Tiempos determinados:

T 1=25,5 s

T 2=24,9 s

T 3=26,1 s

T prom=25.5 s

o Superficie específica:

Se utiliza la fórmula (1) ya que no se tomaron en cuenta otros factores

S=3240√25,5√60

c m2

g

Observaciones

o No se cuentan con resultados precisos, ya que no se realizo calibración

alguna del aparato de Blaine.

o En la conexión de la cámara de permeabilidad con el manómetro debería

haberse usado un poco de grasa, vaselina o alguna otra sustancia que

permita que sea una conexión hermética, ya que es una conexión

esmerilada. Por tal motivo, no existió mucha eficiencia en la conexión.

S=2255,64 cm2

g

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o No se tomo en cuenta la temperatura en la que se llevo a cabo el

experimento.

7.- CUESTIONARIO

Investigue en qué porcentaje debe estar la finura del cemento con el

método del tamiz 200.

El valor admisible que debe tener un cemento para la dosificación de un

buen concreo es del 95 %, con el método del tamiz 200.

Investigue qué es superficie específica del ensayo de Blaine y a que

se refiere con muestra patrón.

La superficie específica del ensayo de Blaine es el área total en

centímetros cuadrados por gramo (cm2/g) de cemento; es decir, cuantos

gramos contiguos puedan entrar en un centímetro cuadrado.

La muestra patrón es aquella que sirve para comparar a las siguientes

producciones o experimentaciones, esta no deberá tener desviaciones

significativas. Así en nuestro caso se selecciono una muestra patrón de

cemento de marca Fancesa IP 30, completamente seca.

Indique en qué rango debe estar la finura del cemento mediante el

método de Blaine. Compare con el resultado obtenido.

El rengo establecido por norma para la finura del cemento dada por la

superficie especifica mediante el aparato de Blaine está comprendido entre

2500 y 4000 cm2/gr.

Indique los procedimientos para determinar la finura del cemento

por los siguientes métodos:

Tubidímetro de Wagner.

Consiste fundamentalmente en una fuente de luz de intensidad

constante, ajustada de tal manera que produce un haz de rayos paralelos

que pasa a través de una muestra de cemento en suspensión y llega a una

fotocelda. La corriente generada por la fotocelda se debe medir con un

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microamperímetro cuya lectura indica la medida de la turbidez de la

suspensión.

En forma general, la turbidez es una medida del área superficial de la

muestra de cemento en suspensión.

Formula de Carman.

Para la determinación de la finura del cemento hidráulico requiere el uso

de un determinado valor de porosidad del cemento empaquetado. Esto se

debe a que la ecuación de Carman-Kozeny (en la que se basa el aparato de

Blaine´s) es sólo válida dentro de un determinado e imitado valor de

porosidad. Por lo tanto es crítico para el usuario trabajar en un rango de

porosidad típico de 0,5_+ 0,005.

Indique los qué efectos produce un mal y prolongado

almacenamiento en la finura y la resistencia.

Este tipo de material produce una resistencia baja a su resistencia

nominal y un aumento en el tiempo de fraguado. Por tanto este material no

debe ser utilizado en estructuras relevantes, pero si puede ser usado es

partes de estructuras que no requieran grandes esfuerzos.

El almacenamiento del cemento, por lo general, no debe sobrepasar al

mes de conservación; si esto sucedería deberán comprobarse las

características de este.

Investigue que sucede cuando la finura es excesiva en el cemento y

cuando esta debajo de lo normal.

Si el cemento posee una finura excesiva, su retracción y calor de

fraguado son muy altos (lo que en general resulta muy perjudicial); el

conglomerante resulta ser más susceptible a la meteorización

(envejecimiento) tras un almacenamiento prolongado; disminuye su

resistencia a las aguas agresivas, Pero siendo así que las resistencias

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mecánicas aumentan con la finura, se llega a una situación de compromiso:

el cemento Pórtland debe estar finamente molido pero no en exceso

8.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES

Conclusiones

o Se concluyo con el objetivo central de la práctica, determinando el valor de

la superficie específica para una muestra de cemento Fancesa del tipo

IP30. Dicho valor es:

S=2255,64 cm2

g

o El valor hallado no se encuentra dentro del rango admisible, que está

comprendido entre 2500 y 4000 centímetros cuadrados por cada gramo,

ya que no se tomó en cuenta la calibración del aparato de Blaine y otros

factores más de importancia.

Recomendaciones

o Se requiere de mucha precisión para la realización del ensayo, por lo tanto

se recomienda tener mucho cuidado en todos los aspectos para tener

resultados satisfactorios.

o Se deberá usar siempre alguna sustancia como la grasa o vaselina para

permitir una optima conexión hermética entre la cámara de permeabilidad

y el manómetro.

o Deberá registrarse la temperatura ambiente en el momento de la

realización de la práctica.

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9.- BIBLIOGRAFÍA

o MANUAL DE ENSAYOS DE SUELOS Y MATERIALES * HORMIGONES

A.B.C.

o GUÍA DE LABORATORIO DE TECNOLOGÍA DEL HORMIGÓN

U.A.T.F.

Páginas web:

o http://ing.unne.edu.ar

o http://www.fancesa.com/3.1.2.html

o http://ingevil.blogspot.com/

o http://upcommons.upc.edu/pfc/bitstream/2099.1/3438/12/55861-12.pdf