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Energía Mecánica Innovación y Futuro, IV Edición 2015, No.3 (13)
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Artículo Cientíco / Scientic Paper)
ENERGÍA Y MECÁNICA INNOVACIÓN Y FUTURO
No. 4 Vol. 1 / 2015 (13) ISSN 1390 - 7395 (3/13)
RESUMEN
Considerar el hormigón fresco como un uido no
newtoniano es una manera muy útil de conseguir
avances en el campo de la ingeniería. El presente
artículo presenta una comparación, utilizando
métodos reométricos, de la reversibilidad y el
tiempo de fraguado de un cemento Portland
español y un cemento Puzolánico ecuatoriano
Lafarge. Los resultados apuntan a una diferencia
en los tiempos de fraguado.
Palabras Clave: Hormigón, uido no newtoniano,
reología, cemento.
ESTUDIO REOMÉTRICO DE LA REVERSIBILIDAD Y LOS TIEMPOS DE FRAGUADO EN
CEMENTOS PORTLAND Y PUZOLÁNICOS
RHEOMETRIC STUDY OF REVERSIBILITY AND SETTING TIMES OF PORTLAND AND
POZZOLAN CEMENT
1
Lenin Abatta,
2
Christian Narváez,
3
Luis Carrión,
4
Reinaldo Delgado,
5
Alexander Ibarra
1-2-3-4-5
Universidad de Fuerzas Armadas ESPE – Departamento de Ciencias de la Energía y Mecánica, Sangolquí
E-mails:
1
lrabatta@espe.edu.ec ,
2
cpnarvaez1@espe.edu.ec ,
3
lmcarrion1@espe.edu.ec ,
4
rrdelgado1@espe.edu.ec ,
5
oaibarra@espe.edu.ec.
ABSTRACT
Consider the fresh concrete as a non-Newtonian
uid is a useful way to make progress in the eld
of engineering. This article presents a comparison,
using rheometric methods of reversibility and
the setting times, of a Spanish Portland cement
and Lafarge pozzolan cement from Ecuador. The
results show a difference in the setting times.
Keywords: concrete, non-Newtonian uid,
rheology, cement.
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1. INTRODUCCIÓN
Está bien establecido que el concreto es el material
más comúnmente utilizado en la construcción.
Existe una gran variedad de cementos que forman
parte de la formulación del concreto. Entre ellos,
están los Portland y los Puzolánicos. Estos tipos
de cementos se diferencian porque estos últimos
contienen polvo de piedra pómez (PPP), que es
un material natural que proviene de las erupciones
volcánicas.
En Ecuador existe una gran cantidad de este
material debido a la actividad volcánica durante
los últimos 3000 años. Cítese como ejemplo la
actividad volcánica frecuente del Tungurahua.
Consecuentemente es una buena estrategia
aumentar la cantidad de PPP en la composición
del cemento ecuatoriano manteniendo sus
propiedades mecánicas, contribuyendo a generar
cemento de bajo costo [3], reduciendo el impacto
medioambiental.
Se ha demostrado que la presencia de PPP inhibe
la corrosión de las barras de refuerzo de acero
embebidas debido a la mayor densicación de la
matriz de pasta de cemento por la acción puzolánica
en las mezclas de hormigón PPP [4].
El rendimiento óptimo en las estructuras de
hormigón requiere de una colocación cuidadosa
y buena consolidación del hormigón fresco. En
el estado fresco el comportamiento mecánico del
hormigón se determina mediante el uso de métodos
reométricos.
Considerar el hormigón fresco como un uido no
newtoniano es una manera muy útil de conseguir
avances en el campo de la ingeniería civil [1] [2]
[4] .
En consecuencia, como un primer paso en el
estudio de la reología de hormigón PPP se ha
estudiado el comportamiento reológico de pastas
de cemento / PPP frescas.
2. PARTE EXPERIMENTAL
Para este estudio se utilizó el cemento Armaduro
de Lafarge Cementos S.A., Ecuador, según la
Norma INEN 490, cuya composición química y
propiedades físicas de la PPP se muestran en la
Tabla 1, y un cemento II/AV 42.5R Portland de
fabricación española que se muestra en la Tabla
2. En el procedimiento se utilizó agua destilada
para preparar las pastas de cemento. Al menos
tres muestras de la misma mezcla se ensayaron
con el n de obtener resultados reproducibles. El
protocolo de mezcla consistía en añadir el agua
en el polvo de cemento y mezclar durante 300s a
75 rpm con un mezclador RZR 2102 (Heidolph
Instruments, Alemania).
Se utilizó un reómetro DHR (TA Instruments,
EE.UU.) para recopilar los datos reológicos. Este
dispositivo está equipado con una placa Peltier para
el control de la temperatura. Cada experimento
se realizó sobre una muestra nueva a 25,00 ±
0,05 ºC. Se utilizó geometría placa-placa (25
mm de diámetro y 1 mm de espesor de muestra).
El procedimiento de toma de datos para comparar
la reversibilidad entre los dos tipos de cementos es
el mostrado en la Figura 1.
Figura 1. Variación de la velocidad de cizalla con respecto al tiempo.
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El procedimiento de toma de datos para comparar
el tiempo de fraguado consiste en aplicar una
cizalla continua, tal como se muestra en la Figura
2.
Con este procedimiento se determina el tiempo
necesario para que la pasta de cemento empiece
a fraguar mediante la observación de la variación
de la viscosidad con respecto al tiempo.
Debido a la evolución química justo después del
contacto entre el cemento y el agua, es necesario
desarrollar un protocolo experimental adecuado
que minimiza el impacto de la hidratación en el
comportamiento reológico de los materiales.
Figura 2. Cizalla continua con respecto al tiempo.
Tabla 1. Características del cemento puzolánico Lafarge Armaduro.
Tabla 2. Características del cemento Portland II/AV 42.5R
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3. RESULTADOS Y DISCUSIÓN
Reversibilidad. Se ha realizado un análisis y
comparación de reversibilidad de las muestras
(pasta de cemento portland y puzolánico),
hasta una velocidad de 200 s-1. Este límite está
justicado por los valores típicos de velocidad de
cizalla correspondientes a las aplicaciones usuales
del hormigón, tal como se muestra en la Figura 3.
Se observa en la Figura 3, que la velocidad máxima
de aplicación del hormigón es aproximadamente
80 s-1, sin embargo se hicieron mediciones con
velocidades de hasta 200 s-1 para comparar
resultados con el cemento español, al cual se le
aplicó el mismo tipo de ensayo en la Universidad
de Málaga [5]. En aquel caso se obtuvo el resultado
mostrado en la Figura 4.
Figura 3. Rango de velocidades de cizalla a los que se ve sometido el
hormigón.
Figura 4. Prueba de reversibilidad Pasta de cemento II/AV
42.5R-España [5].
Los datos obtenidos en el laboratorio de reología
de la Universidad de las Fuerzas Armadas ESPE,
con el uso del reómetro DHR para el análisis del
cemento de Lafarge, se muestran en la Figura 5.
Tal como se observa en las Figuras 4 y 5
ambas pastas de cemento son reversibles hasta
los 300 s-1. Por lo tanto podemos armar que
dentro de estos valores no hay problemas de
segregación en los respectivos hormigones.
Tiempo de fraguado. El resultado
correspondiente al cemento Portland
español es el mostrado en la Figura 6.
Se observa que el C100 (pasta de cemento
Portland), presenta un tiempo aproximado
de fraguado de 12 minutos, mientras que al
Figura 5. Prueba de reversibilidad Pasta de Cemento Lafarge
Armaduro – Ecuador.
Figura 6. Tiempo de fraguado C100 Pasta de cemento II/AV 42.5R-Espa-
ña [Rubio Hernández y col. 2013].
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analizar la pasta de cemento puzolánico de
Lafarge, el tiempo de fraguado supera las dos
horas, tal como se muestra en la Figura 7.
4. CONCLUSIONES
Las pastas de cemento son reversibles hasta
los 200 s-1. Dentro de estos valores no hay
problemas de segregación en el cemento
portland ni el cemento puzolánico, es decir
que no existe separación de los agregados.
El tiempo promedio de fraguado del cemento II/AV
42.5R-España es de 12 minutos aproximadamente,
mientras que el cemento puzolánico de
Lafarge – Ecuador supera las dos horas.
REFERENCIAS
[1] Farris RJ. Prediction of the viscosity of multi
modal suspensions from viscosity data.
Transactions of the society of rheology 12
(1968) 281–301.
[2] Ferraris C. Concrete Rheology: What is it and
why do we need it. Proc. of the 1st Int. Symp.
On Design, Performance and Use of SCC –
SCC’2005. China, May 26-28 2005, Changsha,
Hunan, China pp. 229-236.
Figura 7. Tiempo de fraguado Pasta de cemento Lafarge – Ecuador.
[3] Hossain K.M.A. Properties of volcanic pumice
based cement and lightweight concrete. Cement
and Concrete Research 34 (2004) 283-291.
[4] Hossain K.M.A. Chloride induced corrosion
of reinforcement in volcanic ash and pumice
based blended concrete. Cement & Concrete
Composites 27 (2005) 381-390..
[5] Rubio-Hernández F.J., Cerezo-Aizpún I.,
Velázquez-Navarro J.F. Mineral additives
geometry inuence in cement pastes ow.
Advances in Cement Research 23 (2011) 55-
60.
[6] Rubio-Hernández F.J., Morales-Alcalde J.M.,
Gómez-Merino A.I. Limestone ller/cement
ratio effect on the ow behavior of a SCC
cement paste. Advances in Cement Research
25 (2013) 262-272.
BIOGRAFÍA
1 Lenin Abatta, Ingeniero Mecánico, Universidad
de las Fuerzas Armadas-ESPE, Asistente de
Investigación del Departamento de Ciencias de la
Energía y Mecánica de la Universidad de Fuerzas
Armadas ESPE.
2 Christian Narváez, Máster en Ingeniería
Aeroespacial, Universidad de Manchester, Docente
Tiempo Completo del Departamento de Ciencias
de la Energía y Mecánica de la Universidad de
Fuerzas Armadas ESPE.
3 Luis Carrión, Máster en Ciencias de la Ingeniería
Mecánica, Universidad Federal de Río de Janeiro,
Docente Tiempo Completo del Departamento
de Ciencias de la Energía y Mecánica de la
Universidad de Fuerzas Armadas ESPE.
4 Reinaldo Delgado, Doctor en Ciencias de la
Ingeniería, Universidad Politécnica Estatal de
San Petersburgo, Docente Tiempo Completo,
del Departamento de Ciencias de la Energía y
Abatta L., Narváez C., Carrión L., Delgado R., Ibarra A. / ESTUDIO REOMÉTRICO DE LA REVERSIBILIDAD Y LOS TIEMPOS DE FRAGUADO EN CEMENTOS PORTLAND Y PUZOLÁNICOS
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Mecánica de la Universidad de Fuerzas Armadas
ESPE.
5 Alexander Ibarra, Magíster en Energías
Renovables, Universidad de las Fuerzas
Armadas - ESPE, Docente Tiempo Completo,
del Departamento de Ciencias de la Energía y
Mecánica de la Universidad de Fuerzas Armadas
ESPE.
Registro de publicación:
Fecha de recepción 22 de julio 2015
Fecha aceptación 05 noviembre 2015
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