Finura
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Finura del Cemento
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
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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