12 TECNOLOGA DEL HORMIGN - LABORATORIOTiempo de Fraguado

TIEMPO DE FRAGUADO

1.- OBJETIVO Establecer el mtodo de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidrulico mediante el aparato de Vicat.

2.- FUNDAMENTO TERICO IntroduccinLa pasta del hormign se forma mezclando cemento y agua debiendo humedecer totalmente a los ridos. La principal cualidad de esta pasta es que fragua y endurece progresivamente, tanto al aire como bajo el agua.El proceso de fraguado y endurecimiento es el resultado de reacciones qumicas de hidratacin entre los componentes del cemento. La fase inicial de hidratacin se llama fraguado y se caracteriza por el paso de la pasta del estado fluido al estado slido. Esto se observa de forma sencilla por simple presin con un dedo sobre la superficie del hormign. Posteriormente continan las reacciones de hidratacin alcanzando a todos los constituyentes del cemento que provoquen el endurecimiento de la masa y que se caracterice por un progresivo desarrollo de resistencias mecnicas. El fraguado y endurecimiento no son ms que dos estados separados convencionalmente; en realidad solo hay un nico proceso de hidratacin continuo.

Base tericaAl mezclar el cemento con el agua, se forma una pasta en estado plstico, en el cual la pasta es trabajable y moldeable, despus de un tiempo que depende de la composicin qumica del cemento, la pasta adquiere rigidez; es conveniente distinguir entre el fraguado y el endurecimiento, pues este ltimo se refiere a resistencia de una pasta fraguada. El tiempo que transcurre desde el momento que se agrega el agua, hasta que la pasta pierde viscosidad y eleva su temperatura se denomina tiempo de fraguado inicial, e indica que la pasta esta semidura y parcialmente hidratada. Posteriormente la pasta sigue endureciendo hasta que deja de ser deformable con cargas relativamente pequeas, se vuelve rgida y llega al mnimo de temperatura; el tiempo trascurrido desde que se echa el agua hasta que llega al estado descrito anteriormente se denomina tiempo de fraguado final, e indica que el cemento se encuentra aun mas hidratado (no totalmente) y la pasta ya esta dura. A partir de este momento empieza el proceso de endurecimiento y la pasta ya fraguada va adquiriendo resistencia.La determinacin de los tiempos de fraguado es arbitraria y da una idea del tiempo disponible para mezclar, trasportar, colocar, vibrar y apisonar los concretos y morteros de una obra as como el tiempo necesario para transitar sobre ellos y el tiempo para empezar el curado.La medida de los tiempos de fraguado se hace en el laboratorio siguiendo los mtodos de la norma ICONTEC 109 mediante las agujas de Gillmore y la norma ICONTEC 118 mediante el aparato de Vicat.La pasta del hormign se forma mezclando cemento artificial y agua debiendo embeber totalmente a los ridos. La principal cualidad de esta pasta es que fragua y endurece progresivamente, tanto al aire como bajo el agua. En el cemento portland, el ms frecuente empleado en los hormigones, el primer componente en reaccionar es el aluminato triclcico con una duracin rpida y corta (hasta 28 das). Despus el silicato triclcico, con una aportacin inicial importante y continua durante bastante tiempo. A continuacin el silicato biclcico con una aportacin inicial dbil y muy importante a partir de los 28 das. El fenmeno fsico de endurecimiento no tiene fases definidas. El cemento est en polvo y sus partculas o granos se hidratan progresivamente, inicialmente por contacto del agua con la superficie de los granos, formndose algunos compuestos cristalinos y una gran parte de compuestos microcristalinos asimilables a coloides que forman una pelcula en la superficie del grano. A partir de entonces el endurecimiento contina dominado por estas estructuras coloidales que envuelven los granos del cemento y a travs de las cuales progresa la hidratacin hasta el ncleo del grano. El hecho de que pueda regularse la velocidad con que el cemento amasado pierde su fluidez y se endurece, lo hace un producto muy til en construccin. Una reaccin rpida de hidratacin y endurecimiento dificultara su transporte y una cmoda puesta en obra rellenando todos los huecos en los encofrados. Una reaccin lenta aplazara de forma importante el desarrollo de resistencias mecnicas. En las fbricas de cemento se consigue controlando la cantidad de yeso que se aade al clinker de cemento. En la planta de hormign, donde se mezcla la pasta de cemento y agua con los ridos, tambin se pueden aadir productos que regulan el tiempo de fraguado. En condiciones normales un hormign portland normal comienza a fraguar entre 30 y 45 minutos despus de que ha quedado en reposo en los moldes y termina el fraguado trascurridas sobre 10 12 horas. Despus comienza el endurecimiento que lleva un ritmo rpido en los primeros das hasta llegar al primer mes, para despus aumentar ms lentamente hasta llegar al ao donde prcticamente se estabiliza. En el cuadro siguiente se observa la evolucin de la resistencia a compresin de un hormign tomando como unidad la resistencia a 28 das, siendo cifras orientativas: Evolucin de la Resistencia a compresin de un Hormign Portland normal

Edad del hormign en das372890360

Resistencia a compresin0,400,651,001,201,35

AplicacinEl cemento requiere de rigurosos controles cuando sale de su fabricacin, por lo tanto se realizan diversas pruebas en los laboratorios de las fabricas de cemento para asegurar que este posee la calidad deseada y est dentro de las normas, uno de estos controles es el inicio y final de fraguado del cemento fraguado.

Referencia a la norma a utilizarEn este ensayo la norma a utilizar es la ASTM C 191. Tambin es posible hacer uso de la norma AASHTO T131.

3.- DESCRIPCIN DEL EQUIPO Aparato de VicatEl aparato de Vicat consiste en un soporte (A) que tiene un vstago mvil (B), que pesa 300 g. Uno de sus extremos (C) el de sondeo, tiene 10 mm de dimetro y una longitud mnima de 50 mm; el otro extremo tiene una aguja (D) de 1 mm de dimetro y 50 mm de longitud. El vstago (B) es reversible; puede sostenerse en la posicin deseada por medio de un tornillo (E) y tiene un ndice ajustable (F) que se mueve sobre una escala graduada en milmetros, rgidamente unida al soporte.El aparato de Vicat tambin puede estar construido con vstago no reversible, pero en este caso debe tener un dispositivo de compensacin de su peso que permita cambiar el mbolo por la aguja. Las secciones terminales de la aguja y del mbolo deben ser planas y perpendiculares al eje del vstago.El molde en el cual se coloca la pasta debe ser de forma tronco-cnica y su base mayor debe reposar sobre una placa de vidrio. El molde debe ser de material no absorbente que resista fsica y qumicamente al ataque de las pastas de cemento.El aparato de Vicat y el molde deben cumplir con los siguientes requisitos: Peso del mbolo 300 0.5 g (0.661 lb 8 gramos) Dimetro del mbolo 10 0.05 mm (0.394 0.002") Dimetro de la aguja 1 0.05 mm (0.039 0.002") Dimetro interior de la base mayor del molde 70 3 mm (2.75 0.12") Dimetro interior de la base menor del molde 60 3 mm (2.36 0.12") Altura del molde 40 1 mm (1.57 0.04")La escala graduada, comparada con una escala patrn de exactitud de 0.1 mm en todos sus puntos, no debe indicar en ninguna parte una desviacin mayor de 0.25 mm.

Aparato de Vicat

Balanza electrnicaEs un instrumento para pesar cuya capacidad va desde un gramo hasta algunos kilogramos con una precisin comnmente de una cienmilsima de su capacidad mxima. La precisin y exactitud de muchas balanzas modernas superan de una parte en 106 a su capacidad completa. Las ms comunes tienen una capacidad que se ubica dentro de un intervalo de 160 a 200 g. Probeta Vaso precipitado Cronmetro Termmetro Esptula

4.- PREPARACIN DE LA MUESTRA Primero, con la balanza electrnica, se determinan 500 gr de cemento portland; seguidamente se controla que la temperatura ambiente oscile entre 2 y 27 C. En una superficie pulida y no absorbente, colocar una muestra de 500 g en forma de cono y se le hace un hoyo en el centro. Se vierte en el hoyo una cierta cantidad de agua para conseguir una consistencia del 30%, es decir 150 ml de agua para nuestros 500 g de cemento. Remover durante los siguientes 30 segundos, mientras se permite la absorcin del agua, el cemento que an permanece seco en el exterior del cono. Despus por el lapso de 90 segundos debe mezclarse suavemente con la pasta hmeda para reducir las prdidas por evaporacin y facilitar la completa absorcin del agua.

5.- PROCEDIMIENTO DE LA PRCTICA En los ensayos de laboratorio, el primer paso siempre es inspeccionar los instrumentos a utilizar, comprobando que estos estn en un buen estado para que los errores debido a estos sean los ms mnimos posibles. A la pasta preparada rpidamente se debe darle forma esfrica, pasndola de mano en mano 6 veces; la separacin de las manos debe ser 15 cm aproximadamente, una encima de otra. Luego se coloca una parte de la esfera de pasta de cemento en el molde del aparato de Vicat con ayuda de las manos y con una esptula metlica se enrasa la pasta de cemento hasta ajustarla bien al molde. Seguidamente se posiciona el molde con la pasta de cemento bajo la aguja del aparato de Vicat y sobre una base de vidrio, y con el manipuleo de los tornillos de ajuste se mueve a la aguja hasta que est al ras de la superficie de la pasta de cemento. Esta ser la posicin inicial de la aguja. Se deja caer la aguja sobre la pasta durante 30 segundos y luego se determina la altura de penetracin durante ese tiempo. Este proceso es repetido cada 15 minutos, manteniendo siempre la misma pasta en el molde, sin que sufra alteracin alguna. Si la aguja no penetra el plano horizontal situado a 5 mm de la superficie de vidrio en los 30 segundos, se considera que la pasta ha entrado en el proceso de fraguado inicial; cuando no se observe penetracin alguna despus de soltar la aguja, esta habr adquirido su fraguado final. Se debe registrar la hora exacta en todas las lecturas.

6.- CLCULOS E INFORME Descripcin y datos de la muestraLa muestra consiste en cemento Fancesa IP 30 completamente seca.El cemento de Tipo IP 30, corresponde a la categora resistente media (30 Mpa de resistencia mnima a la compresin a 28 das segn la Norma Boliviana NB-011). Cuenta con el Sello de Calidad de IBNORCA.Sus principales propiedades son: resistencia mecnica media, bajo calor de hidratacin, menor retraccin y endurecimiento algo ms lento. Entre las caractersticas tenemos: Resistencia mecnica media, bajo calor de hidratacin, menor fisuracin y retaccin qumica, mejor trabajabilidad, mayor resistencia a ataques qumicos, mayor impermeabilidad, mayor durabilidad.

Peso de la muestra

Tabla de datosLos datos proporcionados para la prctica son:NHoraTemperatura[C]Tiempo de medicin [min]Tiempo acum. [min]Penetracin[mm]

110:3315000

210:481515150

311:031515300

411:331530601

511:551522821

614:141513922114

716:071511333437

816:22151534938

916:37151536439

1016:52151537939,5

1117:15152340239,7

1217:30151541740

Grfica

ClculosDe la grfica obtenemos los tiempos de fraguado inicial y el fraguado final, estos son respectivamente:

Referencia a la norma base de controlEl proceso para detectar el tiempo de fraguado es gradual aunque el fraguado se define en un tiempo preciso. Eso obliga a establecer parmetros de validez universal como el usual procedimiento de la aguja de Vicat, ensayo establecido en la norma COVENIN 493 Cemento Portland. Determinacin del tiempo de fraguado por la aguja de Vicat.El tiempo de fraguado puede ser medido tambin en morteros y en concreto, empleando un penetrmetro apropiado tal como el que se establece en la norma COVENIN 352, Mtodo de ensayo para determinar el tiempo de fraguado de mezclas de concreto para resistencias a la penetracin y ASTM C403. Segn la norma COVENIN 28, para cementos Portland tipo I, II, III y IV el tiempo inicial de fraguado debe ser mayor a 45 minutos y el tiempo final menor a 8 horas o sea 480 minutos

Observaciones No se cont con las condiciones ambientales recomendadas; la temperatura ambiente se encontr debajo de lo mnimo recomendado. Por cada penetracin de la aguja del aparato de Vicat deber existir un punto nuevo de penetracin en la superficie de la muestra, caso contrario marcara lecturas defectuosas. No debe alterarse la muestra del molde.

7.- CUESTIONARIO Qu se entiende por falso fraguado y cul es el procedimiento para evitar el mismo?Con este nombre se conoce al endurecimiento prematuro y anormal del cemento, que se presenta dentro de los primeros minutos que sigue a la adicin del agua y difiere del fraguado relmpago porque no presenta desprendimiento de calor; adems, al volver a mezclar la pasta sin agregarle agua se restablece la plasticidad y fragua normalmente sin prdida de resistencia. Este fenmeno se debe a las temperaturas altas (mayores de 100C) en la molienda, que ocasionan deshidratacin parcial o total del retardador que es el yeso. Si la operacin de falso fraguado se presenta en la mezclada del concreto, se debe prolongar el tiempo de mezclado y no debe agregarse ms agua, porque se altera la relacin agua-cemento.Los Factores que ms inciden en los Tiempos de Fraguado Composicin qumica del cemento. Finura del cemento; entre ms fino sea, es mayor la velocidad de hidratacin. Mientras mayor sea la cantidad de agua de amasado, dentro de ciertos lmites, mas rpido es el fraguado. A menor temperatura ambiente, las reacciones de hidratacin son ms lentas.Para evitar estos efectos desfavorables, un procedimiento efectivo consiste en aumentar el tiempo de amasado, lo que permite romper la cristalizacin producida y devolver al hormign la plasticidad perdida sin necesidad de adicin de agua.

Indique la funcin del sulfato de calcioEl sulfato de calcio se aade durante la fabricacin del cemento para controlar el fraguado.El sulfato de calcio puede ser yeso (sulfato de calcio dihidratado, CaSO4 2H2O), hemihidratado (CaSO4 1/2H2O) o anhidrita (sulfato de calcio anhidro CaSO4) o cualquier mezcla de ellos. El yeso y la anhidrita se encuentran en la naturaleza. Adems, el sulfato de calcio tambin puede obtenerse como subproducto de ciertos procesos industriales.

Indique los diferentes aditivos que se usan como reguladores de fraguadoLos aditivos son sustancias o productos que se incorporan al hormign, antes o durante el amasado, produciendo la modificacin de alguna de sus caractersticas, de sus propiedades habituales o de su comportamiento. La EHE establece una proporcin no superior a los 5% del peso del cemento y otros condicionantes.Los aditivos permiten obtener hormigones de alta resistencia; la inclusin de monmeros y adiciones para hormign aportan mltiples mejoras en las propiedades del hormign.Cuando se proyecta un elemento de hormign armado se establecen las dimensiones, el tipo de hormign, la cantidad, calidad, aditivos, adiciones y disposicin del acero que hay que aportar en funcin los esfuerzos que deber resistir cada elemento.Un diseo racional, la adecuada dosificacin, mezcla, colocacin, consolidacin, acabado y curado, hacen del hormign un material idneo para ser utilizado en construccin, por ser resistente, durable, incombustible, casi impermeable, y requerir escaso mantenimiento. Como puede ser moldeado fcilmente en amplia variedad de formas y adquirir variadas texturas y colores, se utiliza en multitud de aplicaciones.

Indique los tiempos en la que debe desencofrar las diferentes estructuras como las vigas, columnas, losas, muros de pantalla, etc.Los tiempos que se necesitan para desencofrar diferentes tipos de estructuras ms conocidas son:

EstructuraTiempo (das)

Zapatas10

Cimentos3-4

Sobrecimientos5

Columnas28

Vigas28

Loza llena maciza28

Describa con sus propias palabras el ensayo de tiempo de fraguado con el aparato de la agujas d Gillmore Despus de obtener la pasta de cemento, se coloca a esta en una placa de vidrio formando una especie de disco de 76 mm de dimetro y 13 mm de altura. El mtodo consiste en colocar la muestra debajo de los dispositivos de penetracin y luego bajar stos suavemente hasta que descansen sobre ella. Se repite el mtodo hasta que las agujas de los dispositivos de penetracin no dejen huella sobre la muestra. Los extremos de las agujas deben ser planos y perpendiculares a su eje. Entre cada determinacin y la siguiente, la muestra de ensayo debe permanecer en la cmara hmeda.Se toman como tiempo inicial y final de fraguado, los transcurridos entre el momento en que se le agrega agua al cemento y aquellos en que los dispositivos de penetracin inicial y final respectivamente, no dejan huella sobre la muestra.

8.- CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES Conclusiones Se pudo llegar a los objetivos trazados para este ensayo, lo cual era encontrar el tiempo de fraguado de cemento por el mtodo de la aguja del aparato de Vicat. Se pudo encontrar grficas referenciales del ensayo tomando en cuenta el tiempo de fraguado de la muestra y la penetracin de la aguja del aparato de Vicat.

Recomendaciones Se requiere de mucha precisin para la realizacin del ensayo, por lo tanto se recomienda tener mucho cuidado en todos los aspectos para tener resultados satisfactorios. El aparato no debe estar sometido a vibraciones durante la penetracin. La aguja, de 1 mm de dimetro, debe ser recta y estar limpia, pues la acumulacin de pasta en su periferia puede retardar la penetracin, as como la pasta en la punta puede aumentar la misma. Esta determinacin es slo aproximada, puesto que no slo la temperatura y la cantidad de agua de amasado influyen en el resultado, sino tambin la temperatura y humedad del aire.

9.- BIBLIOGRAFA MANUAL DE ENSAYOS DE SUELOS Y MATERIALES * HORMIGONESA.B.C. GUA DE LABORATORIO DE TECNOLOGA DEL HORMIGN U.A.T.F.Pginas web: http://www.es.wikipedia.org/wiki/hormig%C3%.B3n.com http://www.fancesa.com http://ingevil.blogspot.com/2008/15/fraguado-del-cemento.html

Julio Ruiz