¿Cuáles son y cómo se determinan las propiedades físicas del cemento?

El proceso de fabricación de cemento es bastante delicado, razón por la cual se hace necesario que los productores de cemento ejecuten una serie de ensayos que les permita conocer que su material cumple con todas las normas de calidad exigidas. Así mismo, los consumidores deben llevar a cabo ensayos de laboratorio que les permita tomar decisiones sobre aceptación o rechazo del cemento que emplean. Dentro de las propiedades físicas más importantes del cemento, contempladas en la NTC 121 están:

 

Densidad: Es la relación entre la masa de una cantidad dada y el volumen absoluto de esa masa. Su valor varía muy poco, y en un cemento normal suele estar muy cercano a 3,15 g/cm³. En el caso de los cementos adicionados, es menor porque el contenido de clínker por tonelada de cemento es inferior, y su valor normalmente es del orden de 2,90 g/cm³, dependiendo del porcentaje de acciones. Esta medida es indispensable en el diseño y control de mezclas de concreto, en donde se requiere conocer cuánto espacio ocupa determinada masa de cemento. La determinación de la densidad del cemento se puede hacer por varios métodos, pero el más conocido en nuestro medio es el que utiliza el frasco de Le Chatelier especificado en la norma NTC 221 y en la ASTM C188. Este frasco permite medir el volumen correspondiente a una cierta masa de cemento, por medio del desplazamiento de un líquido que no reacciona con él (generalmente Kerosene), aprovechando el principio de Arquímedes.

 

Crédito: ©institutodeensayoseingenieriaaca

 

Finura: El proceso de molienda de clínker y yeso determina la finura del cemento, que mide el tamaño de las partículas de cemento. La finura es una de las propiedades físicas más importantes, ya que está íntimamente ligada con la velocidad de hidratación, desarrollo de calor, retracción y aumento de la resistencia. Debido a que la hidratación de los granos de cemento se inicia desde la superficie hacia el interior, el área superficial total de las partículas de cemento constituye un parámetro determinante para regular la velocidad de hidratación. Así, un cemento con partículas de mucha área específica, es decir, que poseen una alta finura, endurece con mayor velocidad y tiene desarrollo rápido de resistencia. La finura se puede medir por métodos directos e indirectos y se expresa por el área superficial de las partículas contenidas en un gramo del material, lo cual se denomina “superficie específica” y se mide en cm²/gr.

 

• Finura por tamizado: Dentro de los métodos directos se tienen los procedimientos de tamizado. La norma ASTM C184 describe el procedimiento, que consiste en tamizar 50 gr de cemento por un tamiz de 75 micras (#200), o por un tamiz de 149 micras (#100) y determinar el porcentaje que pasa por este.
• Finura por métodos indirectos: Dentro de los métodos indirectos se tiene el procedimiento del turbidímetro de Wagner, el cual se fundamenta en la velocidad con que se sedimenta una suspensión de cemento en un fluido (kerosene), ya que existe una dependencia directa entra la velocidad de caída de las partículas y su diámetro, expresada en la ley de Stoke. En nuestro medio, el más empleado es el del permeabilimetro de Blaine, descrito en la norma NTC33 y ASTM C204.

 

Crédito: Archivo Asocreto

 

Consistencia normal: Es la propiedad que indica el grado de fluidez o la dificultad con que la pasta puede ser manejada. Es medida empleando el aparato de Vicat; cada cemento puede diferir entre sí en cuanto al requerimiento de agua. La cantidad de agua que se le agrega al cemento, le proporciona una determinada fluidez. Esta propiedad aumenta al incrementarse el contenido de agua. Existe una determinada fluidez para la cual debe agregarse cierta cantidad de agua; es lo que se llama consistencia normal.

 

Crédito: ©ingetest

 

Tiempos de fraguado: Este término es utilizado para describir la rigidez de la pasa, es decir para especificar el cambio de estado fresco a endurecido. El fraguado inicial es el tiempo que transcurre desde que la pasta plástica que se forma cuando el cemento se mezcla con agua va perdiendo su fluidez, hasta llegar a un momento en que ya no tiene toda su viscosidad y se eleva su temperatura, lo cual indica que el cemento se encuentra parcialmente hidratado. El fraguado final se define como el tiempo que transcurre hasta que la pasta de cemento deja de ser deformable con cargas relativamente pequeñas, se vuelve rígida y llega a la máxima temperatura, lo cual indica que el cemento se encuentra aún más hidratado (aunque no totalmente) y la pasta ya esta dura. A partir de ese momento empieza el proceso de endurecimiento de la pasta y la estructura de cemento fraguado va adquiriendo resistencia mecánica. Los parámetros que afectan de mayor manera el tiempo de fraguado son la composición química del cemento, la finura del cemento, el agua de amasado y la temperatura ambiente.

 

Falso fraguado: Es el  fenómeno que ocurre a la pasta de cemento cuando adquiere una rigidez prematura y anormal, dentro de los primeros minutos después de mezclar el cemento y el agua. Este fenómeno se debe a que en algunas ocasiones, cuando las temperaturas en los molinos de fabricación de cemento son superiores a 100 °C, se puede presentar deshidratación total o parcial del yeso, que como ya se dijo es el regulador del fraguado del cemento. Esta rigidización es producto de la hidratación del yeso y para regresar la pasta de cemento a su estado de trabajabilidad inicial, simplemente se prolonga el tiempo de mezclado sin adicionar agua, porque esta altera la relación agua/cemento y por consiguiente disminuiría la resistencia.

 

Crédito: ©Savunisevilla

 

Expansión en autoclave: Para que un cemento sea estable, es necesario que ninguno de sus componentes, una vez hidratados, sufra expansión perjudicial o destructiva. Los cuatro componentes principales del cemento no pueden producir inestabilidad, ya que sus volúmenes después de hidratados, aunque son mayores que los compuestos anhídridos, son inferiores a los volúmenes de éstos más el volumen de agua necesaria para la hidratación. Por eso la pasta de cemento al endurecer disminuye de volumen, fenómeno denominado retracción. La casi totalidad de la retracción ocurre en los primeros 2 ó 3 meses de hidratación del cemento. La posible expansión del cemento proviene de otras fuentes distintas a sus componentes principales, tales como la periclasa (MgO cristalino), de la cal libre (CaO) y el CaSO₄. Las normas limitan la expansión potencial de un cemento por medio del ensayo de autoclave contemplado en la NTC 107 y ASTM C151, que consiste en medo el cambio de longitud de una barras de 2,5 x 2,5 x 25,4 cm hechas de pasta de cemento y sometidas durante tres horas a alta temperatura y presión. El cambio de longitud en porcentaje es la expansión.

 

Conclusión

 

La determinación de las propiedades físicas del cemento es de vital importancia para el desempeño del material en una obra. Así, por ejemplo, conocer los tiempos de fraguado inicial y final es muy importante porque con ellos se puede estimar el tiempo disponible para mezclar, transportar y afinar concreto en obra, así como para curarlo y colocarlo en servicio.