2 Cemento y Materiales Cementicios 2014 Rev.00

5/26/2018 2 Cemento y Materiales Cementicios 2014 Rev.00

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CURSO DE TECNOLOGIA DELCONCRETO

Carrera de Laboratorio deSuelos, Concreto y Asfalto

Ronald Sotomayor S.


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TECNOLOGIA DELCONCRETO


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CEMENTO Y MATERIALESCEMENTICIOS


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4

El cemento es un producto en polvo hidrulicamente activo, es

decir, que genera resistencias mecnicas al hidratarse.

Se fabrica a partir de una mezcla de clnker y yeso que acta

como controlador de fraguado.

Adems se le pueden aadir otro tipo de adiciones activas como

cenizas volantes, escorias de alto horno, caliza, humo de slice o

puzolanas.

CEMENTO


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5

El cemento es el ingrediente activo que

interviene en menor cantidad, sin embargo

es el que define las tendencias del

comportamiento.

La mayora de beneficios que obtenemos

del concreto provienen del cemento y la

mayora de problemas.

Propo rcio nes tpicas en vo lum en absolu to de

los componentes del Concreto

Aire = 1 % a 3 %

Cemento = 7 % a 15 %

Agua = 15 % a 22 %

Agregados

60 % a 75 %

Aditivos = 0.1 % a 0.2 %


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Hidratacin delCemento


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La partcula de cemento en contacto con el agua tiene la capacidad de

hidratarse y formar silicatos de calcio hidratados (SCH) o gel de

cemento.


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Estos productos de hidratacin crecen de tal forma que la partcula

de cemento hidratado ocupa aproximadamente el doble del volumen

que ocupaba antes de hidratarse.


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Proceso de hidratacin del Cemento


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FABRICACIN DEL CEMENTO


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Principales Componentes de las

Materias Primas Usadas en laProduccin del Cemento

Calcio Slice

Almina Hierro


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Calcio Hierro Slice Almina Sulfato

Desechosindustriales

Aragonita

Calcita

Polvo delhorno decemento

Roca calcreaCreta

Arcilla

Greda

CalizaMrmol

Marga

Coquilla

Esquisto

Polvo de humode horno defundicin

Arcilla

Mineral dehierro

Costras de

laminadoLavaduras de

mineral

Cenizas depirita

Esquisto

Silicato de calcio

Roca calcrea

Arcilla

Ceniza volanteGreda

Caliza

Loes

MargaLavaduras demineral

Cuarcita

Ceniza de

cscara de arrozArena

Arenisca

Esquisto

Escoria

Basalto

Mineral dealuminio

Bauxita

Roca calcreaArcilla

Escoria decobre

Ceniza

volanteGreda

Granodiorita

Caliza

LoesLavaduras demineral

Esquisto

Escoria

Estaurolita

Anhidrita

Sulfato decalcio

Yeso

Escoria


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Produccin Tradicional de CementoPortland

1. La roca se reduce primero hasta un tamao de 125 mm (5

pulg.) y despus a un tamao de 20 mm (3/4 pulg.) para

entonces se almacenar.


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o

2. Las materias primas se muelen, se mezclan con el agua para formar

una lechada y se mezclan

2. Las materias primas se muelen hasta que se vuelvan en polvo y se las

mezcla


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3. La calcinacin transforma qumicamente las materias

primas en el clnker de cemento


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4. Se muele el clnker junto con el yeso para convertirlos encemento portland y se lo despacha


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Proceso Seco de Produccin de CementoPortland

1. La roca se reduce primero hasta un tamao de 125 mm

(5 pulg.) y despus a un tamao de 20 mm (3/4 pulg.) para

entonces se almacenar


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2. Las materias primas semuelen hasta que se

vuelvan en polvo y se las

mezcla


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3. La calcinacin transforma qumicamente las materias

primas en el clnker de cemento. Observe el

precalentador de cuatro etapas, el horno instantneo y

el horno con menor longitud


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4. Se muele el clnker junto con el yeso para convertirlos

en cemento portland y se lo despacha


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Clinker Yeso


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Proceso de Produccin del Clinker

(1)


24/84(2)


25/84(3)


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Compuestos Qumicos

del Cemento Portland

Reacciones de Hidratacin de los Compuestos del Cemento Portland


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Reacciones de Hidratacin de los Compuestos del Cemento Portland(Expresados en xidos)

2 (3CaOSiO2)

Silicato triclcico

+ 11 H2O

Agua

= 3CaO2SiO28H2O

Silicato de calcio

hidratado

(C-S-H) hidratado

+ 3 (CaOH2O)

Hidrxido de calcio

2 (2CaOSiO2)

Silicato diclcico

+ 9 H2O

agua

= 3CaO2SiO28H2O

Silicato de calcio

hidratado

(C-S-H) hidratado

+ CaOH2O

Hidrxido de calcio

3CaOAl2O3Aluminato

triclcico

+ 3 (CaOSO32H2O)

Yeso

+ 26 H2O

agua

= 6CaOAl2O33SO332H2O

Etringita

2 (3CaOAl2O3)

Aluminato

triclcico

+

6CaOAl2O33SO332H2O

Etringita

+ 4 H2O

agua

= 3 (4CaOAl2O3SO312H2O)

Monosulfoaluminato de

calcio

3CaOAl2O3

Aluminato

triclcico

+ CaOH2O

Hidrxido de calcio

+ 12 H2O

agua

= 4CaOAl2O313H2O

Aluminato tretaclcico

hidratado

4CaO Al2O3Fe2O3

Ferroaluminato

+ 10 H2O

agua

+ 2 (CaOH2O)

Hidrxido de

= 6CaOAl2O3Fe2O312H2O

Ferroaluminato de calcio

C i i i %


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Tipo de

Cemento

Portland

Composicin qumica, %

SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2Oeq

I (promedio) 20.5 5.4 2.6 63.9 2.1 3.0 0.61

II (promedio) 21.2 4.6 3.5 63.8 2.1 2.7 0.51

III (promedio) 20.6 4.9 2.8 63.4 2.2 3.5 0.56

IV (promedio) 22.2 4.6 5.0 62.5 1.9 2.2 0.36

V (promedio) 21.9 3.9 4.2 63.8 2.2 2.3 0.48

White

(promedio) 22.7 4.1 0.3 66.7 0.9 2.7 0.18

Composicin potencial de los


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Tipo de Cemento

Portland

Composicin potencial de los

compuestos,%Finura

Blaine

m2

/kgC3S C2S C3A C4AF

I (promedio) 54 18 10 8 369

II (promedio) 55 19 6 11 377

III (promedio) 55 17 9 8 548

IV (promedio) 42 32 4 15 340

V (promedio) 54 22 4 13 373

White

(promedio) 63 18 10 1 482


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Cmo in fluyen los componentes

del cemento en las propiedades del

cemento?


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FASES MINERALES DEL CLINKER

C3S

C2S

C3A

C4AF

3CaO.SiO2

2CaO.SiO2

3CaO.Al2O3

4CaO.Al2O3.Fe2O3

CaO

MgO

Silicato triclcico

Silicato diclcico

Aluminatotriclcico

Ferroaluminato tetraclcico

Cal libre

Magnesia libre

ABREVIATURAFRMULADESIGNACIN


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a) Silicato triclcico (C3S):

Fase denominada alita.

Constituye del 50% al 70% del clinker.

Se hidrata y endurece rpidamente.

Responsable, en gran parte, del inicio del fraguado y la resistencia

temprana (a mayor % C3S mayor resistencia temprana). Aporta resistencia a corto y largo plazo.

b) Silicato diclcico (C2S):

Fase denominada belita.

Constituye del 15% al 30% del clinker.

Se hidrata y endurece lentamente.

Contribuye al incremento de la resistencia a edades mayores

de 7 das.


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c) Aluminato triclcico (C3A):

Constituye aprox. del 5% al 10% del clinker.

Libera una gran cantidad de calor durante los primeros das

de hidratacin y endurecimiento.

Contribuye al desarrollo de las resistencias muy tempranas y

al fraguado del cemento.

Vulnerable a la accin de los sulfatos: Cementos con bajo %C3A resisten a los suelos y aguas que contengan sulfatos.

d) Ferroaluminato tetraclcico (C4AF):

Constituye aprox. del 5% al 15% del clinker. Se hidrata con rapidez pero contribuye muy poco a la resistencia


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e) Sulfato de calcio:

Yeso: CaSO4.2H2O

Anhidrita: CaSO4

Se adiciona al cemento (aprox. 5%), durante su molienda,

para controlar el fraguado: controla la hidratacin del C3A,formando etringita.

Ayuda a controlar la contraccin por secado y puede

influenciar la resistencia.


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f) Oxido de Magnesio (MgO)

Componente menor, > 5%problemas expansin en la pasta

hidratada y endurecida.

g) Oxidos de Potasio y Sodio (K2O,Na2O-->Alcalis)

Reacciones qumicas con ciertos agregados, solubles en agua

florescencias con agregados calcreos.

h) Oxidos de Manganeso y Titanio (Mn2O3,TiO2).-

Coloracin, resistencia a largo plazo pero en menor orden.


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37/84

Inf luencia de los compuestos en las

propiedades del cemento

Rpido y prolongado

Lento y muy prolongado

Muy rpido y de corta duracin

Lento y poco significativo

Alto (120 cal/g)

Bajo (62 cal/g)

Muy alto (207 cal/g)

Moderado (100 cal/g)

Rpida

Lenta

Muy rpida

Rpida

C3S

C2S

C3A

C4AF

DESARROLLO DERESISTENCIA

CALOR DEHIDRATACIN

VELOCIDAD DEHIDRATACIN

FASE


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Mecanismo de hid ratacin del Cemento

Fraguado In ic ial ( caso jun ta f ra )

Es tado Plstico

Endurecimiento

Fraguado Final


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Tiempos de fraguado para cementos Port land

Tipo V*

Tipo IV**

Tipo III

Tipo II

Tipo I

FraguadoinicialFraguadofinal

* Promedio de dos valores para l fraguado inicial y un valor para elfraguado final** Promedio de dos valores para el fraguado inicial

Tiempo de fraguado, minutos (Mtodo de Vicat)


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Estructu ra del cemento hidratado

Poros de gel

Gel de cemento

Agua sob rante

Poros capi lares

Cemento sin hidratar


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POR QU PARA CIERTAS RELACIONESA/C ES IMPOSIBLE MANEJAR LATRABAJABILIDAD SIN ADITIVOS?

Estructura de Hidratacin de la pasta vs Relacin Agua/Cemento


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42

Estructura de Hidratacin de la pasta vs Relacin Agua/Cemento

0

10

20

30

40

50

60

70

80

90

100

0.25 0.3 0.35 0.4 0.45 0.5 0.55 0.6 0.65 0.7 0.75 0.8 0.85 0.9

Relacin Agua/Cemento

Por

centaje

Cemento Hidratado Cemento sin hidratar Poros capilares Agua de hidratacin Agua Sobrante


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Resistencia en compresin vs Relacin Agua/Cemento

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 1 1.1 1.2 1.3

Relacin Agua/cemento en peso

Resiste

nciaencompresinfcenkg/cm2


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Tipos de Cemento Portland

I NormalIA Normal con aire incluido

II Moderada resistencia a los sulfatosIIA Moderada resistencia a los sulfatos con aire

incluidoIII Alta resistencia inicial

IIIA Alta resistencia inicial con aire incluidoIV Bajo calor de hidratacinV Alta resistencia a los sulfatos

ASTM C 150 (AASHTO M 85)


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46/84

Cementos

Resistentes a los

Sulfatos

Ensayo de Resistencia a los Sulfatos en


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Ensayo de Resistencia a los Sulfatos en

Ambiente Externo

Cemento tipo V (ASTM)Relacin A/C= 0.65

Cemento tipo V (ASTM)Relacin A/C= 0.39


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Cemento de Bajo y Moderado

Calor de Hidratacin


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Tipo II (ASTM)

Cementos deAlta Resistencia

Inicial


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0%

20%

40%

60%

80%

100%

120%

140%

160%

180%

200%

Desarrollo de la resistencia en compresin en % de la resistencia a 28 das

Tipo I

Tipo II

Tipo III

Tipo IV

Tipo V

28das 90das 180das 1ao 2 aos 5 aos7d as 14d as 21d as


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Cementos Adicionados

Clinker Yeso Cemento

Portland Ceniza volante Escoria Humo de slice

Arcilla calcinada


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52

Clasificacin de las Adiciones Minerales


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POR QU LAS ADICIONESMINERALES PERMITENREEMPLAZAR AL CEMENTO?


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ADICIN MINERAL:

Materiales inorgnicos que se incorporan al cemento o alconcreto, con el fin de mejorar sus propiedades.

PRINCIPALES ADICIONES:a) Puzolanas

b) Escoria de Alto Horno

c) Fillers

CEMENTOS PORTLAND ADICIONADOS:

CL INKER + YESO + ADICIN MINERAL


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Contribuyen en mejorar las propiedades del concretoendurecido, debido a sus propiedades puzolnicas,hidrulicas o ambas.

El uso de los materiales cementantes suplementarios en elconcreto viene creciendo desde la poca del 70, la mayorade estos materiales son subproductos de procesosindustriales.

C t Hid li


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Cementos HidrulicosAdicionados

Tipo IS Cemento porltand de alto horno

Tipo IP Cemento portland puzolnicoTipo P Cemento portland puzolnico

Tipo I(PM) Cemento portland modificado con puzolana

Tipo S Cemento de escoria o siderrgico

Tipo I(SM) Cemento portland modificado con escoria

ASTM C 595 (AASHTO M 240)


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Cemento Po rtland Puzoln ico Tipo IP:

Produc ido mediante mol ienda con junta de cl inker y puzolana

(15% - 40%).

Cemen to Port land Puzolnic o Modif ic ado

Tipo I(PM): Produ cido mediante mol ienda conjun ta de cl inker ypu zolana (con tenido de pu zolana: menor del 15%).

Cemen to Port land Puzolnic o Tipo P:

Para su us o en la cons trucc in c uando no se requieran al tos

valores de resistencia.

TIPOS DE CEMENTOS PORTLAND PUZOLNICOS (ASTM C 595)


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CEMENTOS PORTLAND DE ESCORIA (ASTM C 595)

Cemento Port land de Esco ria Tipo IS:

Producido mediante mo l ienda co njunta de cl inker y escor ia

(con tenido d e escor ia: 25% - 70%).

Cemento Port land d e Esco ria Modif icado Tipo I(SM):

Producido mediante mo l ienda co njunta de cl inker y escor ia

(con tenido de escoria < 25%).


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CEMENTO PORTLAND COMPUESTO TIPO Ico

(ASTM C 1157)

Cemento Port land obtenido por pu lver izac in con junta de

cl in ker Por t land , materias c al izas y/o inertes h asta un mxim o

de 30%.


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Tipo GU Uso general

Tipo HE Alta resistencia inicial

Tipo MS Moderada resistencia a los sulfatos

Tipo HS Alta resistencia a los sulfatos

Tipo MH Moderado calor de hidratacin

Tipo LH Bajo calor de hidratacin

Cementos Hidrulicos

ASTM C 1157

Aplicaciones


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Especificacindel cemento

Usogeneral

Moderado

calor dehidratacin

Alta

resisten

ciainicial

Bajo calor

de

hidratacin

Moderada

resistencia

a lossulfatos

Alta

resistencia

a lossulfatos

Resistencia

a la

reaccin

lcali-slice(RAS)

ASTM C 150

(AASHTO M 85)

Cementos

portland

I

II Opcin de

moderado

calor de

hidratacin

III IV II VOpcin de

bajo lcali

ASTM C 595

(AASHTO M 240)

Cementoshidrulicos

adicionados

IS

IP

I(PM)

I(SM)

S, P

IS(MH)

IP(MH)

I(PM)(MH)I(SM)(MH)

P(LH)

IS(MS)

IP(MS)

P(MS)

I(PM)(MS)

I(SM)(MS)

Opcin de

baja

reactividad

ASTM C 1157

Cementos

hidrulicos

GU MH HE LH MS HS Opcin R

Cementos especiales Tipo Aplicacin


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Cemento Blanco, ASTM C150

I, II, II, V Concreto blanco o colorido,mampostera, mortero, lechada,

revoque y estuco

Cemento blanco dealbailera, ASTM C 91

M, S, N Mortero blanco entre las unidadesde mampostera

Cementos de Albailera,ASTM C 91

M, S, N Mortero entre las unidades demampostera, revoque y estuco

Cementos mortero, ASTM C1329

M, S, N Mortero entre las unidades demampostera

Cementos plsticos, ASTM

C 1328

M, S Revoque y estuco

Cementos expansivos,ASTM C 845 E-1(K), E-1(M), E-1(S) Concreto de contraccincompensada

Cementos para pozos

petroleros, API 10

A, B, C, D, E, F, G, H Cementacin o selladura de pozos

Cementos repelentes al

agua

Mortero para baldosas y azulejos,

pintura y revestimiento final de estuco

Cementos especiales Tipo Aplicacin


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Cementos de fraguado

reguladoResistencia temprana y reparos

Cemento con adicionesfuncionales, ASTM C 595

(AASHTO M 240), ASTM C 1157

Construccin de concreto en general

que necesite de caractersticasespeciales, tales como reductor de

agua, inclusor de agua, control de

fraguado y propiedades aceleradas

Cemento molido finamente

(ultra fino)Selladura geotcnica

Cemento de aluminato decalcio

Reparacin, resistencia qumica,exposicin a altas temperaturas

Cemento de fosfato de

magnesioReparacin y resistencia qumica

Cemento de geopolmeroConstruccin general, reparo,

estabilizacin de desechos***

Cemento de etringita Estabilizacin de desechos***

Cemento hidrulico de

endurecimiento VH, MR, GC

Pavimentacin general donde sea

requirido desarrollo rpido deresistencia (aproximadamente 4 horas)


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Como elegir el tipo de cemento ?

1) Donde vamos a construir?

2) En que condicin de exposicinvamos a construir?

3) Que tipo de estructura y/o que

proceso constructivo vamos a usar?


65/84

1) Donde vamos a construir?


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En clima clido :Cemento con bajo calor de hidratacin Menor a mayor

En clima fro :Cemento con alto calor de hidratacin Menor a mayor

V, IP,II,IPM,IMs,ICo,I

I, II,IPM,IMs,Ico,V


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2) En que condicin deexposicin vamos a construir?


68/84

Ambiente marino :Cloruros + sulfatos Ms resistente a menos resistente

Suelo con sulfatos :Ms resistente a menos resistente

IP,V, IPM,II,IMs,Ico,I

V,IP,II,IPM,IMs,Ico,I


69/84

3) Que tipo de estructura y/oque proceso constructivo

vamos a usar?


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Vaciados de gran volumen y poca rea de disipacin de calor :Ms favorable a menos favorable

Desencofrado rpido :Ms favorable a menos favorable

V,IP,II, IPM,IMs,Ico,I

I,IPM,IMs,ICo,IP,V


71/84

Finura del Cemento


72/84

Finura del Cemento


73/84

Distribucin del Tamaode las Partculas


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Consistencia de la Pastade Cemento

Aguja de VicatASTM C 187

(AASHTO T 129)COVENIN 494

IRAM 1612

Nch151

NMXC0571997ONNCCE

NTC 110

NTE 0157

NTP 334.074

UNIT-NM 43


75/84

Consistencia delMortero

ASTM C 230

ASTM C 1437 AASHTO M

152 COVENIN 0485

Nch 2257/1

NMX-C-144

NTC 111

NTP 334.057Mesa de Fluidez

Ti d


76/84

Tiempo deFraguado

ASTM C 191

AASHTO T 131

COVENIN 0493

NCh152NMX-C-059-1997-ONNCCE

NTC 118

NTE 0158

NTP 334.006

IRAM 1619

UNIT-NM 65

Aguja de Vicat


77/84

ASTM C 266

AASHTO T 154

NMX C 58-67

NTC 109

NTE 0159

NTP 334.056

Aguja de Gillmore

Tiempo de

Fraguado

Ti d F d


78/84

Tiempo de Fraguado para

Cementos Portland


79/84

Cubos de mortero

ASTM C 109

(AASHTO T 106)

Desarrollo de la Resistencia de


80/84

Desarrollo de la Resistencia deCubos de Concreto


81/84

Masa Especfica delCemento

Frasco de Le Chatelier (ASTM

C 188 or AASHTO T 133)

Picnmetrode Helio


82/84

Masa Unitaria

La masa unitaria del cemento

vara entre

830 kg/m3 (52 lb/pie3)

y

1650 kg/m3 (103 lb/pie3)


83/84

Transporte delCemento

E


84/84

Envase y

Almacenamiento

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