Protocolos de Caracterización de Cemento: Vicat, Pérdida por Calcinación y Propiedades Mecánicas
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Ensayos Físicos y Químicos del Cemento
Permeabilímetro (Determinación de la Finura)
Parámetro b = 0,9 en cementos. Volumen (V) = 1902 ± 157 mm³. Se requieren tres reiteraciones y los resultados deben expresarse con tres cifras significativas.
Pérdida por Calcinación (Pérdida al Fuego)
El procedimiento requiere 15 minutos a 1000 °C. Primero se calcina el crisol, luego se añade 1 gramo de muestra y se mantiene en ambiente oxidante. Posteriormente, se deja enfriar.
H4: Componentes Volatilizados y Reacciones
Durante la calcinación, se liberan:
- CO₂ y agua (previamente absorbidas).
- Productos de la descomposición de carbonatos y bicarbonatos (este proceso permite detectar la adulteración del cemento con filler calizo).
Componentes que se oxidan durante la calcinación:
- Sulfuros pasan a sulfatos (importante en cementos siderúrgicos).
- Metales como Fe, Mn, etc. (generalmente despreciable).
Se realiza una valoración de sulfuros: $S^{2-} + 2O_2 \rightarrow SO_4^{2-}$. El sulfato se valora con $BaCl_2$, precipitando como $BaSO_4$.
Meteorización del Cemento
La meteorización es la hidratación y carbonatación prematura del cemento. Esto provoca que el material se aterrone y reduzca su capacidad resistente.
H4: Reacciones de Hidratación y Carbonatación
Hidratación del Clinker:
$SC_n + H_2O \rightarrow SC_mH_p + SH + Ca(OH)_2$
Hidratación de la Cal Libre:
$CaO + H_2O \rightarrow Ca(OH)_2$
Carbonatación del Hidróxido Cálcico:
$Ca(OH)_2 + CO_2 \rightarrow CaCO_3 + H_2O$
Aguja de Vicat (Determinación de la Consistencia y Fraguado)
H4: Molde y Agujas
El molde estándar tiene 40 mm de alto y diámetros de 80 mm (superior) y 90 mm (inferior). También se permite un molde cilíndrico de 75 mm de diámetro y 40 mm de altura.
Se utilizan tres tipos de agujas:
- Aguja de 10 mm de diámetro: Para determinar la consistencia normal.
- Aguja fina (1 mm²): Para determinar el principio y fin de fraguado.
- Aguja de pivote central (1 mm²): Sobresale 0,5 mm del borde circular anular que la rodea (uso eventual).
H4: Consistencia Normal
Condiciones ambientales: 20 °C y Humedad Relativa (HR) superior al 50%.
Se amasan 500 gramos de cemento con 125 gramos de agua durante 3 minutos. La sonda lastrada con 300 gramos se detiene tras 30 segundos. La consistencia será normal si la aguja queda a 4–8 mm de la base.
H4: Principio y Fin de Fraguado
Condiciones ambientales: 20 °C y 90% de HR, o molde sumergido en agua.
Se realizan mediciones cada 15 minutos, con una separación de 10 mm entre puntos. La aguja de 300 gramos se hunde durante 30 segundos o hasta que la penetración se estabilice, hasta que quede a 3–9 mm desde el fondo. (Al acercarse a 3 mm, se recomienda reducir los intervalos a 5 minutos).
Para el fin de fraguado, los intervalos máximos son de 30 minutos hasta que la penetración sea inferior a 0,5 mm (se puede usar la aguja modificada).
Ensayos de Resistencia Mecánica
Mortero Normalizado de Cemento
H4: Componentes
Arena Normalizada: Debe ser limpia e inerte (sin material fino o arcilloso), natural, no machacada y redondeada. Su naturaleza debe ser silícea (contenido en sílice no reactiva superior al 98%). La granulometría debe estar contenida en un huso especificado (tamaño máximo menor a 2 mm).
Agua: Potable o destilada (material de referencia para comprobación o validación).
H4: Fabricación de la Mezcla
Condiciones ambientales: 20 °C y HR superior al 50%.
Proporciones:
- Arena normalizada: 1350 ± 5 g
- Agua: 225 ± 1 g
- Cemento: 450 ± 2 g
H4: Procedimiento de Amasado
- Añadir agua y después cemento en la amasadora.
- Amasado lento: 30 segundos.
- Añadir arena: 30 segundos.
- Amasado rápido: 30 segundos.
- Reposo: 90 segundos. (En los primeros 30 segundos de reposo, limpiar las paredes del recipiente).
- Amasado rápido final: 60 segundos.
Resistencia Mecánica (Preparación de Probetas)
Se utilizan probetas prismáticas de 40 x 40 x 160 mm. Se llenan en dos capas con una compactación de 60 golpes por capa.
Curado: Las probetas se mantienen húmedas durante el fraguado, a 20 °C y 90% de HR. Se desmoldan a las 24–48 horas, conservándose sumergidas en agua a 20 °C hasta la edad del ensayo.
Nota importante: Nunca romper tres probetas del mismo molde a la misma edad.
Rotura del Mortero
H4: Ensayo a Flexión
Se incrementa la carga a razón de 50 ± 10 N/s, sobre tres probetas. Este ensayo resulta en seis pedazos para el ensayo a compresión.
Fórmula de Resistencia a Flexión ($R_f$):
$R_f = \frac{1,5 \cdot P_{max} \cdot L}{a \cdot b^2}$
H4: Ensayo a Compresión
La carga se incrementa a razón de 2400 ± 200 N/s.
Los resultados individuales deben estar en el intervalo de la media: $R_{medio} \cdot (1 \pm 0,1)$. Se permite descartar resultados hasta dos veces si no cumplen este criterio.