Materiales de ConstrucciónICI 4051

Daniel Abudinen I.C. M. Sc. (c)

Daniel Abudinen I.C

Comportamiento de los compuestos

• El conocimiento de la composición del cementoPortland hace posible la predicción de propiedades delcemento.

• La manipulación de las composiciones puede ser usadapara mejorar las propiedades del cemento para ciertasaplicaciones particulares buscando mejorar elcomportamiento.

• Los silicatos, C3S y C2S, son los componentes masimportantes y los causantes de la resistencia de la pastahidratada de cemento

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• Cuando el cemento es mezclado con el agua, segeneran una serie de reacciones químicas que sonresponsables del endurecimiento de la mezcla.

• Hidratación se denomina a la reacción de laspartículas de cemento con el agua de mezclado.

• Durante la hidratación, los silicatos de calcioforman hidróxido de calcio Ca (OH)2y silicato decalcio hidratado (C-S-H) -gel.

Hidratación del cemento

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• Un grano de cemento (~ Φ= 50 micras) al entrar encontacto con el agua, reacciona químicamente yaparecen cristales que van creciendo lentamentehasta formar una sustancia gelatinosa que losenvuelve llamada gel.

• Durante la hidratación, los silicatos de calcioforman hidróxido de calcio Ca (OH)2 y silicato decalcio hidratado (C-S-H) –gel, llamados: Productosde Hidratación.

Hidratación del cemento

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• El entendimiento de la hidratación del cemento y lacreación de C-S-H son criticas para elentendimiento de las propiedades del concreto:endurecimiento, resistencia, durabilidad.

• La hidratación de los compuestos del cemento esexotérmica. La cantidad de calor (J) por gramo decemento no hidratado, desarrollada hasta unahidratación total a una temperatura dada, se definecomo calor de hidratación.

Hidratación del cemento

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Aluminato tricálcico (C3A)

Libera gran cantidad de calor y contribuye a laresistencia a temprana edad (1 día). Gypsum (yeso)es adicionado al cemento para reducir la hidratacióndel C3A. Sin esta adición la hidratación de C3A podríacausar la pasta de cemento portland endurecerinmediatamente (fraguado instantáneo) al adicionarel agua.

Hidratación del cemento

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• Ferro aluminato tetra cálcico (C4AF). Hidrataciónrápida pero contribuye poco al desarrollo de laresistencia. El color del cemento portland se debeen su mayoría al contenido de C4AF.

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Propiedades Físicas del Cemento

Ensayos para cementos sin adiciones:

• Peso Específico

• Superficie Específica (finura)

• Consistencia Normal

• Tiempos de Fraguado

• Falso fraguado del cemento

• Estabilidad de Volumen

• Resistencia Mecánica

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Propiedades Físicas del Cemento

• Peso Específico: NTC 221

• Frasco de Le Chatelier o el picnómetro.

• No hay un valor estándar pero si comunes.

• Su principal utilidad está relacionada con el diseño y control de las mezclas de concreto.

OcupadoVolumen :V

Cemento del Masa :M

V

M

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Propiedades Físicas del Cemento

• El cemento portland consiste en partículasangulares individuales, con una variedad detamaños resultantes de la pulverización del Clinkeren el molino. La distribución total del tamaño de laspartículas del cemento se llama “finura”.

• Superficie Específica (Finura): NTC 33• Característica importante que afecta:

• Velocidad de hidratación• Desprendimiento de calor (fisuración)• Tiempo de molienda (deterioro más rápido)• Deterioro más rápido

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• La finura del cemento afecta el calor liberado y lavelocidad de hidratación. La mayor finura del cemento(partículas menores) aumenta la velocidad o tasa dehidratación del cemento y, por lo tanto, acelera eldesarrollo de la resistencia. Los efectos de la mayorfinura sobre la resistencia de las pastas se manifiestan,principalmente, durante los primeros siete días.

• A principio del siglo XX, la finura del cemento seexpresaba como masa del cemento por fracción detamaño (porcentaje de la masa retenida en tamaños detamices específicos).

Propiedades Físicas del Cemento

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• Índice de hidratación dependerá de la finura de laspartículas de cemento.

• Método indirecto: Caso Colombia: 3400-4500 cm2/g (NTC121)

Propiedades Físicas del Cemento

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Propiedades Físicas del Cemento

• Superficie Específica (Finura): NTC 33• Método directo: el tamiz de 45

micrómetros (No. 325) o lostamices de 150 μm (No. 100) y75 μm (No. 200)

• Método indirecto: permeabilímetro de Blaine (NTC 33)• Paso de una corriente de aire a

través de cemento compactado(manómetro: implicacalibraciones por pérdidas)

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• Hoy en día, la finura normalmente se mide por elensayo de permeabilidad al aire Blaine que mideindirectamente el área superficial de las partículasde cemento por unidad de área.

• Cementos con partículas más finas tienen mayorárea superficial en metros cuadrados por kilogramode cemento.

• Se puede utilizar en los ensayos de finura: el ensayodel turbidímetro de Wagner , y el analizadorelectrónico de tamaño de partículas (Rayos X oláser) .

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Propiedades Físicas del Cemento

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Efecto del modulo de finura (ejemplo):

Propiedades Físicas del Cemento

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• Consistencia Normal: NTC 110• Relativo a la viscosidad.

• “Este método de ensayo se debe usar para determinar la cantidad de agua requerida para preparar pastas de cemento hidráulico para ensayo.”

• Aparato de Vicat (Video Vicat)

• Consistencia normal: penetración 10 ± 1 mm

Propiedades Físicas del Cemento

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Propiedades Físicas del Cemento

• Tiempos de Fraguado: NTC 118 y NTC 109• Se usa para describir el cambio del estado plástico al

endurecido.

• Indica el inicio de la rigidez y adquisición de resistencia mecánica.

• Aguja de Vicat (Vicat p1)(Vicat p2) o agujas de Gillmore

• Tiempos de fraguado en el hormigón: f(agregados, ambiente)

• Tiempo de fraguado inicial (penetración < 25 mm)

• Tiempo de fraguado final (solo una huella)

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Propiedades Físicas del Cemento

• Falso fraguado del cemento: NTC 225 y NTC 297• Debido a presencia accidental de yeso

en forma semihidratada

• Formación de cristales de yeso (rigidez similar al fraguado)

• No hay gran desprendimiento de calor instantáneo.

• Se rompe con remezclado.

• Se mide utilizando la aguja de vicat

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• “Un falso fraguado muy marcado en un cemento 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.”

• “Un fraguado instantáneo de suficiente intensidad puede causar dificultades, desde el punto de vista de la colocación y manipulación”

Propiedades Físicas del Cemento

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Propiedades Físicas del Cemento

• Estabilidad de Volumen: NTC 107 y NTC 1514• Evitar una expansión perjudicial o destructiva por

componentes hidratados.

• Morteros y concretos se contraen al endurecer (retracción): 2 – 3 meses.

• Agujas de Le Chatelier: cambios de diámetro de cilindros de pasta a temperatura ambiente y de ebullición.

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Propiedades Físicas del Cemento

• Resistencia Mecánica: NTC 220, NTC 120• Ensayos sobre pasta: sin utilidad

• Ensayos sobre morteros (cemento + arena)

• Mezcla 1:3 (3 de arena por 1 de cemento)

• NTC 220: ensayo a compresión en cubos: 5.08 cm. A/C= 0.486 (ASTM)

• NTC 120: ensayo a flexión vigas: 40x40x160 mm

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