Este documento presenta los resultados de una prueba para determinar el tiempo de fraguado de un cemento hidráulico utilizando el método del aparato de Vicat de acuerdo con la norma INV E-305-07. Se explican conceptos como fraguado, consistencia normal y falso fraguado. Se detalla el procedimiento realizado, incluyendo la preparación de la pasta de cemento, moldeado de las muestras y mediciones de penetración. Finalmente, se presentan los datos obtenidos y el análisis que permite establecer los tie
Este documento presenta los resultados de una prueba para determinar el tiempo de fraguado de un cemento hidráulico utilizando el método del aparato de Vicat de acuerdo con la norma INV E-305-07. Se explican conceptos como fraguado, consistencia normal y falso fraguado. Se detalla el procedimiento realizado, incluyendo la preparación de la pasta de cemento, moldeado de las muestras y mediciones de penetración. Finalmente, se presentan los datos obtenidos y el análisis que permite establecer los tie
Este documento presenta los resultados de una prueba para determinar el tiempo de fraguado de un cemento hidráulico utilizando el método del aparato de Vicat de acuerdo con la norma INV E-305-07. Se explican conceptos como fraguado, consistencia normal y falso fraguado. Se detalla el procedimiento realizado, incluyendo la preparación de la pasta de cemento, moldeado de las muestras y mediciones de penetración. Finalmente, se presentan los datos obtenidos y el análisis que permite establecer los tie
Este documento presenta los resultados de una prueba para determinar el tiempo de fraguado de un cemento hidráulico utilizando el método del aparato de Vicat de acuerdo con la norma INV E-305-07. Se explican conceptos como fraguado, consistencia normal y falso fraguado. Se detalla el procedimiento realizado, incluyendo la preparación de la pasta de cemento, moldeado de las muestras y mediciones de penetración. Finalmente, se presentan los datos obtenidos y el análisis que permite establecer los tie
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INFORME N°23
TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRÁULICO MÉTODO DEL
APARATO DE VICAT INV E – 305 - 07
DAVID ESTEBAN CASTRO FUENTES.
ANGIE LORENA FONSECA GOMEZ. IVAN DARIO HUERTAS PEDRAZA. LAURA CAMILA PAEZ NONZOQUE.
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2019 INFORME N°23 TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRÁULICO MÉTODO DEL APARATO DE VICAT INV E – 305 - 07
GRUPO 2
DAVID ESTEBAN CASTRO FUENTES. Cód. 201610242.
ANGIE LORENA FONSECA GOMEZ. Cód. 201610307. IVAN DARIO HUERTAS PEDRAZA. Cód. 201520711. LAURA CAMILA PAEZ NONZOQUE. Cód. 201610184.
Informe de Materiales Presentado a:
RICARDO OCHOA DÍAZ, Ing. Esp.
Monitor:
MIGUEL FERNANDO RODRÍGUEZ RAMÍREZ
UNIVERSIDAD PEDAGÓGICA Y TECNOLÓGICA DE COLOMBIA
FACULTAD DE INGENIERÍA ESCUELA DE TRANSPORTE Y VÍAS TUNJA 2019 TABLA DE CONTENIDO
2. MARCO TEÓRICO................................................................................................9 2.1 CONSISTENCIA NORMAL..............................................................................9 2.2 FRAGUADO.....................................................................................................9 2.3 FALSO FRAGUADO........................................................................................9 2.4 FRAGUADO RELÁMPAGO...........................................................................10 2.5 CONSIDERACIONES SOBRE LA DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO DE LOS CEMENTOS.....................................................................10
3. EQUIPOS Y MATERIALES.................................................................................12
4. PROCEDIMIENTO..............................................................................................14 4.1 PREPARACIÓN DE LA PASTA DE CEMENTO............................................14 4.2 MOLDEADO DE LA MUESTRA DE ENSAYO..............................................16 4.3 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO.......................................17
5. DATOS OBTENIDOS..........................................................................................19
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS.............................................................................21 8. CONCLUSIONES................................................................................................22 9. RECOMENDACIONES....................................................................................23 BIBLIOGRAFÍA........................................................................................................24 LISTA DE TABLAS
pág.
Tabla 1. Materiales y equipos..................................................................................12
Tabla 2: Continuación materiales y equipos...........................................................13
Tabla 3. Datos obtenidos.........................................................................................19
LISTA DE FIGURAS
pág.
Figura 1. Resistencia a la penetración de una pasta de cemento portland............11
Figura 2. Pesando el cemento.................................................................................14
Figura 3. Pesado del agua.......................................................................................14
Figura 4. Mezcla de agua y cemento......................................................................15
Figura 5. Mezclando la pasta...................................................................................16
Figura 6. Modelado de las esferas..........................................................................16
Figura 7. Enrasado de la pasta...............................................................................17
Figura 8. Penetración inicial....................................................................................18
Figura 9. Mediciones de penetración cada 30 min..................................................18
Figura 10. Grafica Tiempo vs Penetración..............................................................20
INTRODUCCIÓN
El cemento como agente conglomerante, necesita del agua para poder formar la reacción química que permita el desarrollo de sus propiedades las cuales son muy importantes en el ámbito de la ingeniería. Una de esas propiedades del cemento es el tiempo de fraguado la cual indica el tiempo en que una mezcla de mortero tarda en pasar de su estado plástico a estado sólido. El método usado por el aparato de Vicat propio del ensayo de tiempo de fraguado radica en la determinación del estado de consistencia normal de una mezcla, así como el tiempo en que este dura en fraguar, para ello se estandarizaron unas penetraciones a un tiempo determinado.
Aunque existen muchos métodos, durante el desarrollo del presente ensayo se
siguieron los procesos establecido por la norma INVIAS INVE E 305 – 07 en la cual se establece cada uno de los criterios que hay que seguir para poder determinar el tiempo de fraguado del cemento. El tiempo de fraguado inicial es el tiempo transcurrido entre el contacto inicial del cemento con el agua y el momento en que la aguja inicial de Gillmore no deja una impresión circular completa en la superficie de la pasta. El tiempo de fraguado final es el tiempo transcurrido entre el contacto inicial del cemento con el agua y el momento en que la aguja final de Gillmore no deja una impresión circular completa en la superficie de la pasta.
7 1.OBJETIVOS
1.1OBJETIVO GENERAL Determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante el aparato de Vicat, siguiendo la norma INV E – 305 – 07
1.2 OBJETIVO ESPECIFICO
Conocer la función del aparato de Vicat y aprender a operar este equipo. Determinar el tiempo en que la pasta se demora en pasar de un estado plástico a un estado sólido. Aplicar el procedimiento descrito en la norma INV E – 305 – 07 para establecer el tiempo de fraguado del cemento
8 2. MARCO TEÓRICO
2.1 CONSISTENCIA NORMAL
Es el ensayo usado para establecer el contenido de agua que el cemento necesita para adquirir una consistencia normal, es decir, una consistencia estandarizada. El contenido de agua de la pasta estándar se expresa como porcentaje en peso de cemento seco, y el valor varía entre 23 y 33%, es decir entre 130 y 165 ml para 500 gramos de cemento.
2.2 FRAGUADO Es el proceso de endurecimiento y perdida de plasticidad del mortero de cemento producido por la desecación y recristalización de los hidróxidos metálicos, procedentes de la reacción química del agua de amasado, con los óxidos metálicos presentes en el Clinker que compone el cemento. 1
2.3 FALSO FRAGUADO
Consiste en una rigidez prematura y anormal del cemento, que se presenta dentro de los primeros minutos de haberlo mezclado con agua. El falso fraguado se pone en evidencia por una gran pérdida de plasticidad, sin generar mucho calor después de haberse realizado la mezcla. Cuando esta pasta endurecida se mezcla sin adicionar agua, su plasticidad se recupera y fragua normalmente sin pérdida de resistencia. El falso fraguado es motivado generalmente por deshidratación del yeso cuando se mezcla con Clinker demasiado caliente.
1 GUERRERO, Carmen. Colombia: Laboratorio de tiempo de fraguado, aparato de VICAT., 2014. p. 2
9 2.4 FRAGUADO RELÁMPAGO Es cuando la mezcla tiene un verdadero fraguado, pero en tiempo muy corto si después de remezcla sin adicionar agua, esta no recupera su plasticidad y despende calor en forma apreciable. Este fenómeno se debe principalmente a la falta de yeso al molerse el Clinker y el yeso. 2
2.5 CONSIDERACIONES SOBRE LA DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE
FRAGUADO DE LOS CEMENTOS. El método normalizado para determinar el tiempo de fraguado en todos los países del mundo utiliza, prácticamente, la aguja de Vicat. Dicho método, junto con el de Gillmore que se emplea en algunos países como comparativo, trata de fijar, a efectos de utilización práctica de los cementos, el intervalo de tiempo durante el cual se pueden trabajar los hormigones o los morteros antes de que se inicie el fraguado. Se ha probado, desde un punto de vista experimental, que cuando se mezcla un cemento con una cantidad apropiada de agua, de tal modo que se obtenga una consistencia definida (consistencia normal), se obtiene una masa plástica que conserva su plasticidad durante un tiempo determinado; a continuación se produce un aumento brusco de su viscosidad, a la vez que un incremento de la temperatura de la pasta, que se pone de manifiesto por la resistencia que la masa ejerce a la penetración de una aguja (principio del fraguado). A partir de este momento la masa va adquiriendo mayor rigidez y su resistencia a la penetración va aumentando, hasta que cesa su deformabilidad y se transforma en un bloque rígido (final del fraguado); su determinación es convencional ya que la reacción de hidratación continúa a lo largo del tiempo y las resistencias mecánicas del bloque (endurecimiento) crecen regularmente. En la figura 1 se ha representado la resistencia a la penetración (en mm) de la aguja de Vicat a lo largo del tiempo (en horas) de una pasta fabricada con un cemento portland; en ella se puede apreciar que existen tres zonas perfectamente 2 GUERRERO, Carmen. Colombia: Laboratorio de tiempo de fraguado, aparato de VICAT., 2014. p. 3
10 diferenciadas. La primera, zona AB, corresponde al período plástico del sistema cemento-agua; la segunda, zona BC, al período del fraguado y la tercera, a partir del punto C, al período de endurecimiento. Loa puntos B y C corresponden al principio y final del fraguado, respectivamente.
Figura 1. Resistencia a la penetración de una pasta de cemento portland
Fuente: Normalización del cemento; Tiempo de fraguado: algunos comentarios
sobre el método de ensayo. Demetrio Gaspar Tebar.
11 3. EQUIPOS Y MATERIALES
Tabla 1. Materiales y equipos
EQUIPO Y/O DESCRIPCIÓN IMAGEN MATERIAL
Son utilizadas para
determinar la masa a utilizar del cemento y del agua. La Balanzas sensibilidad reciproca no debe ser mayor del doble del error admisible.
Es el encargado de medir la penetración del mortero de Aparato de Vicat cemento.
Usada para realizar la mezcla
homogéneamente del Batidora mecánica cemento con el agua.
Empleado para almacenar la
mezcla del cemento con el Recipiente agua.
Fuente: Los autores.
12 Tabla 2: Continuación materiales y equipos
Material empleado en la fabricación del mortero de cemento al cual se le va a Cemento determinar el tiempo de fraguado.
Es empleada para realizar la
mezcla con el cemento, para agua que este pueda reaccionar.
Fuente: Autores.
13 4. PROCEDIMIENTO
4.1 PREPARACIÓN DE LA PASTA DE CEMENTO
Se pesan 500 gramos de cemento, en seguida se le adiciona el porcentaje de agua establecida mediante el ensayo de consistencia del cemento.
Figura 2. Pesando el cemento.
Fuente: Los Autores.
14 Figura 3. Pesado del agua.
Fuente: Los Autores.
Se mezclan los 500 g de cemento con el porcentaje requerido de agua de amasado (26.8%), para dar la consistencia normal, siguiendo el procedimiento descrito en la norma INV E – 321 "Mezcla mecánica de pastas y morteros de consistencia plástica". En dicha norma se dice como debe ser el proceso para que el cemento y el agua queden homogéneamente mezclados al momento de obtener la pasta a la cual se le va a determinar el tiempo de fraguado.
Para este procedimiento primero se debe poner en la mezcladora primero 134 g
de agua y luego los 500 g de cemento, para este procedimiento tenemos un tiempo estimado de 30 segundos.
15 Figura 4. Mezcla de agua y cemento
Fuente: Los Autores.
Encender la mezcladora en velocidad baja durante 30 segundos, parar la
mezcladora y recoger todo el material que se esparce por la paleta y la olla de la mezcladora, para este procedimiento tenemos un tiempo estimado de 15 segundos. Encender nuevamente la mezcladora en velocidad media durante 60 segundos. Parar la mezcladora y recoger todo el material retirando la paleta.
Figura 5. Mezclando la pasta.
16 Fuente: Los Autores.
4.2 MOLDEADO DE LA MUESTRA DE ENSAYO.
Una vez preparada la pasta, debe dársele rápidamente forma esférica con las manos enguantadas, y lanzarla de una mano a la otra por seis veces estando éstas a una distancia de 15 cm aproximadamente.
Figura 6. Modelado de las esferas
Fuente: Los Autores
Se toma el molde en una mano y con la otra se presiona la bola hasta llenar el molde completamente por la base mayor. Se quita el exceso en esta base con un solo movimiento de la palma de la mano. El molde se debe colocar con su base mayor sobre la placa de vidrio y el exceso de pasta que aparezca en la base menor se debe retirar pasando el palustre oblicuamente, de modo que forme un ángulo pequeño con el borde superior del molde. La parte superior de la muestra se debe alisar, si es necesario, con una o dos pasadas del borde del palustre. Durante las operaciones, para retirar el exceso de pasta y alisarla, se debe tener cuidado de no ejercer presión alguna sobre ésta.
17 Figura 7. Enrasado de la pasta
Fuente: Los autores
Inmediatamente después de terminado el moldeado, se debe colocar la muestra
en el cuarto húmedo, de donde se debe sacar únicamente para las determinaciones del tiempo de fraguado. La muestra debe permanecer en el molde, soportada por la placa de vidrio, durante todo el período de ensayo.
4.3 DETERMINACIÓN DEL TIEMPO DE FRAGUADO.
La muestra usada para determinar el tiempo de fraguado, se le mide una penetración inicial al tiempo cero (0), después se esperan 30 minutos después del modelado sin que sufra ninguna alteración. Se determina la penetración de la aguja de 1 mm de diámetro en ese tiempo.
18 Figura 8. Penetración inicial.
Fuente: Los Autores.
A continuación, se hacen mediciones cada 30 minutos, durante 300 minutos, hasta
que se observe una penetración de 0 mm. Los datos obtenidos de tiempo y penetración se grafican y se obtienen el tiempo de fraguado inicial y el tiempo de fraguado final.
20 Se graficó el tiempo vs la penetración para establecer el tiempo en que se penetro los 25 mm y la penetración que se obtuvo a los 300 minutos. La grafica obtenida fue la siguiente:
Figura 10. Grafica Tiempo vs Penetración.
40
35
30 penetración (mm)
25
20
15
10
0 0 50 100 150 200 250 300 350 Tiempo (min)
Fuente: Los Autores.
Se hace necesaria una interpolación para poder obtener el dato exacto del tiempo para la penetración de los 25 mm.
Tiempo para penetración de 25 mm=180+ ¿= 187.27 min
El tiempo para la penetración de 25 mm fue de 187 minutos aproximadamente.
La penetración para el tiempo de 300 minutos de este ensayo fue de cero (0) según los datos suministrados.
7. ANÁLISIS DE RESULTADOS
21 El porcentaje de agua para lograr la consistencia normal del cemento varía según teoría de 26 a 33 %, donde el resultado obtenido del ensayo de consistencia fue de 26.8%, esta cantidad de agua necesaria que se le debió agregar al cemento es suficiente para mezclas de su tipo. Por otro lado, el valor esta por el límite inferior, por lo cual se puede afirmar que el cemento usado necesita una cantidad de agua ligeramente baja para su hidratación.
Como se pudo observar del tiempo de fraguado para la penetración de 25 mm y la
penetración de la pasta de cemento a los 300 minutos se puede deducir que el fraguado de la mezcla que se elaboro tiene un fraguado relativamente rápido, además ya que la penetración en el minuto 300 fue de cero indica que en ese momento de los 300 minutos que se le iba a medir la penetración a la pasta, está ya se encontraba totalmente fraguada, lo que indica que la pasta ya se encontraba rígida.
8. CONCLUSIONES
22 En el proceso de fraguado hay diversos factores que pueden influir en dicho proceso, algunos de ellos son:
Temperatura, a mayor temperatura, menor tiempo de fraguado. Así mismo el agua
también tiene un papel fundamental, ya que a menor cantidad de agua corresponde a un fraguado más corto. La finura del cemento también es importante, cuanto mayor sea la finura, menor será el tiempo de fraguado.
Para efectos prácticos de la ingeniería es importante conocer el tiempo de
fraguado para poder estimar el tiempo disponible para mezclar, transportar, colocar y afirmar concretos en obra, así como para curarlo y colocarlo en servicio.
La pasta de cemento que fue empleada para el ensayo tuvo un fraguado
relámpago ya que su penetración para el tiempo 210 ya era cero, por tal motivo tampoco fue necesario realizar mas penetraciones en los demás tiempos.
9. RECOMENDACIONES
23 Para poder obtener los resultados más precisos es fundamental seguir el procedimiento indicado en la norma INV E – 305 – 07 en cada uno de los pasos que fueron establecidos para la determinación del tiempo de fraguado de una pasta de cemento - agua.
La experiencia del laboratorista, en nuestro caso el monitor, es imprescindible para
la realización de la práctica, ya que un amplio conocimiento de los posibles resultados, agiliza los procedimientos y evitan errores en el procedimiento y obtención de los datos.
Para el éxito en el ensayo de tiempo de fraguado es importante realizar
correctamente el ensayo de consistencia del cemento ya que de este se obtiene la cantidad de agua que se le debe adicionar al cemento para el proceso de determinación del tiempo de fraguado.
BIBLIOGRAFÍA
24 INVIAS. Normas de ensayo de materiales para carreteras. INV E – 305 – 07. TIEMPO DE FRAGUADO DEL CEMENTO HIDRÁULICO MÉTODO DEL APARATO DE VICAT. Bogotá D. C., Colombia 2007.
INVIAS. Normas de ensayo de materiales para carreteras. INV E – 310 – 07.
CONSISTENCIA DEL CEMENTO. Bogotá D. C., Colombia 2007.
GUERRERO, Carmen. Colombia: Laboratorio de tiempo de fraguado, aparato de
VICAT., 2014. p. 3. [En línea]. Disponible en: https://es.slideshare.net/cguerrerocastro/consistencia-normal-cemento
