MAESTRÍA EN VÍA STERRESTRESTECNOLOGÍA DEL CONCRETO

CARACTERIZACIÓN DE COMPONENTES DEL CONCRETO HIDRÁULICO

Cemento portland

El cemento portland o hidráulico es un material finamente pulverizado llamado clinker, proveniente de materias primas diversas que contienen cal, alúmina, fierro y sílice en proporciones establecidas para lograr las características deseables. Se le llama hidráulico porque tiene la propiedad de reaccionar en presencia de agua, para formar una pasta aglutinante.

Algunas propiedades físicas del cemento

Las especificaciones del cemento limitan las propiedades físicas de acuerdo con el tipo de cemento. Como principales propiedades tenemos:

La finura es una propiedad de los cementos que tiene que ver con el desarrollo de la resistencia y con el desarrollo de calor. La densidad del cemento es una propiedad que se obtiene en los laboratorios de las empresas fabricantes, dependiendo del tipo de cemento, sus valores están entre 2.9 y 3.2 grs/cm3. Para determinar el tiempo de fraguado y la estabilidad volumétrica de la pasta, se presenta en los cementos otra propiedad conocida como consistencia. En el concreto endurecido se puede observar un cambio en su volumen, generalmente después del fraguado, tiene relación también con el proceso de hidratación del cemento. A esta propiedad se le conoce como estabilidad volumétrica. Otra propiedad de los cementos es el tiempo de fraguado, o sea, es el paso de la pasta del estado fluido a un estado sólido. El calor de hidratación es otra propiedad del cemento donde interviene su composición química, la finura y la temperatura de curado. Se conoce que la resistencia de un mortero o concreto depende de factores tales como la cohesión de la pasta, su adhesión a las partículas de los agregados y en cierto grado de la resistencia del agregado mismo. Esta propiedad se le conoce como resistencia del cemento. La masa unitaria o densidad aparente del cemento es otra de sus propiedades definida por la masa de sus partículas más el aire entre dichas partículas por unidad de volumen. Esta masa unitaria depende del manejo y almacenamiento del cemento. Si el cemento está suelto, puede pesar sólo 830 kg/m3, si está consolidado, ya sea por vibración u otro medio, el mismo cemento puede pesar hasta 1650 kg/m3.

Normatividad para los cementos La Norma Mexicana NMX-C-414-ONNCCE-2004 establece las especificaciones y métodos de prueba aplicables a los diversos tipos de cemento hidráulico de fabricación nacional o extranjera que se destinen a los consumidores en México.

NMX-C-059-ONNCCE Determinación del tiempo de fraguado.

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NMX-C-061-ONNCCE Determinación de la resistencia a la compresión.

NMX-C-062-ONNCCE Determinación de la sanidad.NMX-C-031-ONNCCE Determinación del análisis químico de

cementos hidráulicos.NMX-C-151-ONNCCE Determinación del calor de

hidratación.NMX-C-180-ONNCCE Determinación de la reacción álcali-

agregados.NMX-C-185-ONNCCE Determinación de la expansión

potencial debida a la acción de los sulfatos.

NMX-C-273-ONNCCE Determinación de la actividad puzolánica de las adiciones cemento portland ordinario.

NMX-C-418-ONNCCE Cambio de longitud de morteros con cemento hidráulico expuesto a una solución de sulfato de sodio.

NOM-002-SCFI Contenido neto (expansión por ataque de sulfatos).

NOM-030-SCFI Declaración de la cantidad en la etiqueta.

NOM-050-SCFI Disposiciones generales para productos.

Propiedades físicas y químicas del agregado

El conocimiento de las propiedades físicas y químicas de los agregados es de suma importancia para un diseño de mezclas adecuado, que permita pronosticar lo mejor posible, el comportamiento del concreto fresco y endurecido. Estas propiedades se determinan mediante pruebas de laboratorio, cuyos resultados nos permiten conocer que tanto los materiales pétreos nos pueden garantizar un diseño para un concreto resistente, durable y económico. Se contemplan dentro de las principales propiedades físicas: La granulometría, se refiere a la distribución de los tamaños de las partículas que constituyen una masa de agregados. Se determina a través del análisis granulométrico de la arena y la grava. Normalmente los resultados se representan en una tabla o por medio de una gráfica, donde se dibuja una curva granulométrica. Los tamices y mallas usadas para el agregado fino y grueso son adecuados a la designación de la ASTM y las normas mexicanas.

Granulometría fina: Tamiz N° 4, 8, 16, 30, 50, 100 y 200. Granulometría gruesa: Mallas 3/8”, ½”, ¾”, 1”, 1 ½”, 2”, 2 ½”, 3”, 3 ½”. La ASTM considera además las mallas 4”, 4 ½”, 5” y 6”

Módulo de finura: es un factor empírico que permite estimar que tan fino o grueso es un material. Está definido como la centésima parte del número que se obtiene al

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sumar los porcentajes detenidos acumulados en los tamices 150 mm (N° 100), 300 mm (N° 50), 600 mm (N° 30), 1.19 mm (N° 16), 2.38 mm (N° 8) y 4.76 mm (N° 4).

Es más recomendable obtener el módulo de finura sólo para el agregado fino, pues el del agregado grueso casi no tiene utilidad en el diseño de mezclas de concreto. Para el agregado grueso se obtiene el tamaño máximo del agregado (TMA). El cual se define como la menor abertura del tamiz que permita el paso de la totalidad del agregado. De manera práctica representa el tamaño de la partícula más grande que tiene el material. Es importante mencionar que no siempre es posible que la distribución granulométrica del agregado cumpla con las especificaciones granulométricas dadas; por lo tanto, se aconseja combinar los agregados disponibles a modo que la granulometría resultante garantice un mínimo de vacíos.

Masa volumétrica o masa unitaria. En un agregado, es la masa o el peso necesario para llenar un recipiente con un volumen unitario específico. Se refiere al volumen ocupado por los agregados y por los vacíos entre las partículas de los agregados.

Los agregados de peso normal, tienen una masa volumétrica aproximada de 1200 a 1750 kg/m3. La cantidad de vacíos entre las partículas afecta la demanda de pasta en el diseño de mezcla. La determinación de esta masa viene determinada por la norma NMX-C-073.

Densidad relativa o gravedad específica. También recibe otros nombres como densidad aparente o volumen aparente absoluto. En los agregados es la relación entre su masa y la masa de agua con el mismo volumen absoluto. El dato de esta propiedad de los agregados es útil para cálculos de proporcionamiento y control de mezclas, para conocer el volumen ocupado por agregado (s) en el método de volumen absoluto de diseño de mezclas de concreto (ACI-211).

La mayoría de los agregados naturales tiene masa específica relativa entre 2.4 y 2.9, con masa específica correspondiente de las partículas de 2400 a 2900 kg/m3 (Kosmatka, 2004).

Absorción y humedad superficial. Estas propiedades se dan en base a que la estructura interna de las partículas de agregado contienen materia solida y vacíos que pueden o no contener agua.

Los agregados grueso y fino tienen niveles variables de absorción que van del 0.2% al 4% y del 0.2% al 2% respectivamente. El agua libre o humedad varían del 0.5% al 2% para el agregado grueso y del 2% al 6% para el agregado fino. El desconocimiento de estos porcentajes de humedad y absorción en los agregados, puede alterar las condiciones del concreto, tanto fresco como endurecido; por tanto, dentro del diseño de mezclas se tiene que hacer un ajuste en agua inicial. Existen otras propiedades físicas importantes como la resistencia a la congelación y deshielo, propiedades de humedecimiento y secado, de abrasión y resistencia al derrapamiento, resistencia y contracción, resistencia a ácidos y sustancias corrosivas,

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entre otras. Para los propósitos de este texto, solo consideramos y explicamos brevemente las relacionadas con las prácticas que se efectúan en el laboratorio.

Dentro de las propiedades químicas de los agregados, considero que la más importante es la resistividad álcali-agregado (RAA). Esta reactividad (RAA) se debe a que los agregados contienen ciertos constituyentes que pueden reaccionar con los hidróxidos alcalinos es el concreto, manifestándose principalmente en una expansión en el concreto, en un cambio de color, grietas o fisuras. La RAA se presenta en dos formas: como reacción álcali- sílice (RAS) y como reacción álcali-carbonato (RAC). La primera es más preocupante ya que se considera como una fuente de deterioro potencial del concreto. Dentro de los factores que inciden en la ocurrencia del RAS tenemos: 1. Una forma reactiva de sílice en el agregado. 2. Una solución en el poro altamente alcalina (PH). 3. Humedad suficiente. La ocurrencia del RAL es menos común.

De lo anterior, podemos concluir que es de suma importancia una selección adecuada de los agregados pétreos para el concreto; así como también un manejo y almacenamiento acordes con la importancia de la obra o proyecto. Si fuese necesario, darles un beneficio a dichos agregados para incrementar la calidad de los mismos, a través de un tamizado, lavado y triturado complementarios.

Normatividad para los agregados Algunas normas relacionadas con el estudio y análisis de los agregados aparecen a continuación.

NMX-C-30-ONNCCE-2004 Agregados. Muestreo.NMX-C-71-ONNCCE-2004 Agregados. Determinación de terrones

de arcilla y partículas deleznables.NMX-C-72-1997-ONNCCE Agregados. Determinación de

partículas ligeras.NMX-C-73-ONNCCE-2004 Agregados para concreto. Masa

volumétrica, método de prueba.NMX-C-75-ONNCCE-2006 Agregados. Determinación de la

sanidad por medio de sulfato de sodio.NMX-C-76-ONNCCE-2002 Agregados. Efectos de las impurezas

orgánicas en los agregados finos.NMX-C-77-1997-ONNCCE Agregados para concreto. Análisis

granulométrico, método de prueba.NMX-C-84-ONNCCE-2006 Agregados. Partículas más finas que la

criba 0.075 por medio de lavado, método de prueba.

NMX-C-88-ONNCCE-1997 Determinación de las impurezas orgánicas en agregado fino.

NMX-C-111-ONNCCE-2004 Agregados. Especificaciones.NMX-C-164-ONNCCE-2002 Agregados. Determinación de la masa

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específica y absorción de agua del agregado grueso.

NMX-C-165-ONNCCE-2004 Agregados. Determinación de la masa específica y absorción de agua del agregado fino.

NMX-C-166-ONNCCE-2006 Agregados. Contenido total de humedad del secado, método de prueba.

NMX-C-170-1997-ONNCCE Agregados. Reducción de muestras del agregado obtenidas en campo, al tamaño requerido por las pruebas.

NMX-C-180-ONNCCE-2001 Agregados. Determinación de la reactividad potencial de los agregados con los álcalis del cemento por medio de barras de mortero.

NMX-C-196-1984 Agregados. Resistencia a la degradación por abrasión e impacto de agregado grueso usando la máquina de los ángeles, método de prueba.

NMX-C-244-1986 Agregado ligero termoaislante para concreto.

NMX-C-265-1984 Agregados para concreto. Examen petrográfico, método de prueba.

NMX-C-270-1985 Agregados. Resistencia al rayado de las partículas del agregado grueso, método de prueba.

NMX-C-271-ONNCCE-1999 Agregado para concreto. Determinación de la reactividad potencial, método químico.

NMX-C-282-ONNCCE-2004 Agregados para concreto. Cambio de volumen de combinaciones cemento agregado, método de prueba.

NMX-C-299-1987 Agregados ligeros. Especificaciones.NMX-C-305-1980 Agregados para concreto. Descripción

de sus componentes minerales naturales.

NMX-C-329-ONNCCE-2002 Método de prueba para la determinación de la granulometría de la arena sílice.

NMX-C-330-1964 Arena sílice.NMX-C-331-1964 Método de prueba para la

determinación de sílice en arena de sílice.

NMX-B-131-1990 Cribas de laboratorio para clasificación de materiales granulares. Especificaciones.

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