Proyecto Final Hormigon

UNIVERSIDAD DE LA SALLE. Corcho1, Naranjo2 COMPORTAMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND CON PARAFINA.

I.RESUMEN

El presente artículo se hace con el fin de realizar un análisis exhaustivo acerca del comportamiento de un mortero en el cual se utilizó una adición especial como lo es la parafina, a partir de la cual se analizaran las influencias que la presencia de esta adición podría llegar a causar en el concreto relacionadas con su consistencia, tiempo de fraguado y su variación en la resistencia, además teniendo en cuenta que este material en su estado sólido es un material excelente para almacenar calor con una capacidad calorífica de 2,14–2,9 J g–

1 K–1 y un calor de fusión de 200–220 J/g.

Palabras clave: cemento, resistencia, tiempo de fraguado, parafina.

II. ABSTRACT

This item is made to conduct a thorough analysis of the behavior of a mortar in which a special addition as is the paraffin, from which was used influences the presence of this addition could be analyzed to result in concrete related to its setting time, the variation in resistance also considering this material in its solid state is an excellent material to store heat with a heat capacity of 2.14 to 2.9 J g -1 K -1 and a heat of fusion of 200-220 J / g.

III. INTRODUCCIÓN

El cemento es una de las materias primas de la construcción más populares y hoy en día. Con el avance tecnológico, y el desarrollo de estudios en los campos de la física y de la química se han venido planteando una gran cantidad de adiciones y aditivos con el fin de modificar ciertas propiedades en la masa de concreto como por ejemplo el tiempo de fraguado dentro de los cuales encontramos retardantes o acelerantes, o los cuales buscan modificar las resistencias iniciales o finales del concreto entre muchas otras propiedades modificables que han sido descubiertas a través de ensayos empíricos a través del tiempo, logrando obtener resultados significantes sobre el mortero. Teniendo en cuenta lo anterior y buscando ampliar la gran gama de productos naturales o artificiales que pueden implementarse en el diseño de mezclas con el fin de sacar provecho alguno de la

influencia de este aditivo en la mezcla, se propuso postular la parafina como un aditivo que genera ciertos efectos que pueden llegar a ser muy útiles en determinados casos.Para la implementación de este material se debe tener en cuenta sus condiciones físicas en estado sólido tal y como se utilizó en este ensayo. La cera de parafina se encuentra por lo general como un sólido ceroso, blanco, inodoro, carente de sabor, con un punto de fusión típico entre 47° Ca 64° C. Es insoluble en agua, aunque si es soluble en éter, benceno, y algunos ésteres. La parafina no es afectada por los reactivos químicos más comunes, pero se quema fácilmente. La cera pura de parafina es un muy buen aislante.Como ya se había enunciado anteriormente la parafina es un material excelente para almacenar calor, esta característica es aprovechada en la modificación de placas de material de construcción, como las de cartón yeso; la parafina es vaciada o inyectada en la placa, donde se derrite durante el día, absorbiendo calor, y se solidifica después, durante la noche, liberando calor.Cabe resaltar que este aditivo es una buena opción para adicionar al concreto debido a que no es inflamable, no es oxidante ni corrosivo, no explosivo, no toxico, no asfixiante y tampoco radioactivo.

IMAGEN 1. Parafina pura utilizada en el estudio de la influencia en el concreto.

Corcho Daniel1, Naranjo Tatiana2 [email protected]; [email protected]

UNIVERSIDAD DE LA SALLE-BOGOTÁ.

COMORTAMIENTO DEL CEMENTO PORTLAND CON PARAFINA.

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http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente

http://es.wikipedia.org/wiki/Capacidad_calor%C3%ADfica


IV. PROCEDIMIENTO

Para llevar a cabo el análisis correspondiente a la implementación de un nuevo producto industrial a nuestra mezcla de concreto se procedió como primera medida a determinar su influencia con respecto a la consistencia de la pasta de cemento, para el cual se procedió a llevar a cabo el estudio con las normas establecidas en la NTC 110, correspondiente a la utilización de 650 gr del cemento Cemex y además adicionándole un 10% de parafina pura con respecto a la cantidad de cemento utilizada, para el cual fue necesario un aumento en la cantidad de agua con respecto a un análisis hecho previamente con respecto a la consistencia de los cementos más relevante de en Colombia, para el cual en ese caso se necesitó un 31% del total de la masa de cemento; para el caso de la pasta con la adición de parafina se agregó un 34% del total de la masa de cemento para que se cumpliera con los requerimientos por la NTC anteriormente nombrada.

Con respecto al análisis del fraguado se tuvo en cuenta las condiciones dadas en la NTC 118 correspondiente a la determinación de tiempos de fraguado por medio de la aguja de Vicat, para la cual se utilizó la pasta con las características anteriormente nombradas con relación a la cantidad de agua requerida para obtener una consistencia eficiente, después de ubicar dicha pasta en el molde tronco-cónico se procedió a tomar muestras de la penetración de la aguja cada 15 minutos hasta que dicha penetración no fuera posible, es decir, que no tuviera la capacidad de descender en la pasta de cemento.

Finalmente se realizó un análisis con respecto a la resistencia a la compresión de tres cilindros, uno de ellos que denominamos testigo, para poder tener un punto de comparación con los datos obtenidos de los otros dos cilindros, se implementó el uso de un aditivo acelerante con el fin de desarrollar resistencia iniciales tempranas. Para el otro cilindro se dispuso con las mismas características del diseño de la mezcla pero se le agrega un 5% del total de la masa de cemento utilizada, y también se le implemento el aditivo acelerante. Para el ultimo cilindro no se le agrego aditivo acelerante ya que este no alcanzo para cumplir con el modo de uso especificado en el aditivo, esta mezcla tuvo las mismas cantidad de cada uno de los materiales principales que el cilindro testigo y además se le adiciono un 10% de parafina pura con respecto a la masa total de cemento.

V. DISEÑO DE MEZCLA

ASENTAMIENTOSe elige un asentamiento de 75 mm, asumiendo que para fundir dichos cilindros estos se harían de manera manual, es decir que debemos manejar una relación agua/cemento elevada para que la fluidez sea tal que no debamos realizar un gran esfuerzo para ponerlo dentro del volumen establecido.

TAMAÑO MÁXIMOEste valor se obtiene de pasados estudios del agregado utilizado en las prácticas de laboratorio, más específicamente

la práctica de granulometría para el cual se obtuvo un tamaño máximo de 1/2 “.

CONTENIDO DE AIREComo nuestro elemento estructural no iba a ser expuesto a ningún ambiente extremo para el cual la inclusión de aire fuera mayor, esta cantidad se tomó en cuenta únicamente como el naturalmente atrapado, que para este caso corresponde a un 1% del total del volumen.

CONTENIDO DE AGUASe dispuesto de 202 kg de agua por cada m3 que fuéramos a fundir, valor que obtuvimos de la tabla en la que relación el asentamiento y el tamaño máximo del agregado.

RELACIÓN AGUA/CEMENTOSe dispuso de una relación agua/cemento del 65%.

CONTENIDO DE CEMENTOPara llegar a fundir un m3 se necesita aproximadamente 347 kg de cemento.

CONTENIDO DE AGREGADO GRUESODespués de obtener los coeficientes de las tablas con respecto a la relación de b/b0 y el valor de b0 se obtuvo que requeríamos 928 kg de agregado grueso por cada m3.

CONTENIDO DE AGREGADO FINOPara determinar el volumen necesario de agregado fino a la unidad de m3 se le resto los valores ocupados por cada uno de los otros 3 elementos principales del concreto para el cual después de realizar el producto entre el volumen y su densidad se obtuvo que requeríamos 752 kg por cada m3 que se fuera a fundir.

Imagen 2. Probetas de análisis.

NOTA: Fue necesario tener en cuenta la absorción de los agregados ya que el estado en el que estos iban a ser agregados a la mezcla iba a ser totalmente secos, además tuvo que realizarse una corrección de la cantidad de agua, ya que en el análisis de consistencia fue necesario agregar un 3% más de contenido de agua para garantizar la consistencia ideal de la pasta de cemento.

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VI. CALCULOS

A. CONSISTENCIA

GRAFICA 1 Cantidad de agua requerida para obtener una consistencia optima cuando se le adiciona parafina

B. FRAGUADO

GRAFICA 2 Tiempo requerido para que la pasta de cemento cumpla con las condiciones dadas por la NTC 118.

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C. RESISTENCIA A LA COMPRESION

GRAFICA 3 Relación de las curvas esfuerzo Vs. deformación de los tres cilindros fallados.

VII. ANÁLISIS DE RESULTADOS

Para empezar con el análisis de los resultados obtenidos de los diferentes tipos de mezclas diseñadas se debe tener en cuenta un aspecto importante en el método de Vicat y los tiempos de fraguado normales de cada una de las probetas expuestas. se debe tener en cuenta un parámetro importante puesto que el laboratorio en el que se desarrolló la práctica no tiene las condiciones ambientales establecidas por la NTC-118 la cual dice que “el método de ensayo para determinar el tiempo de fraguado del cemento hidráulico mediante el aparto de Vicat” se establece que la temperatura ambiente en la zona de mezclado y a su vez la temperatura de los elementos utilizados debe mantenerse entre un rango de 20 y 27 °C, lo cual no se logró suplir ya que no se cuenta con los espacios adecuados para mantener la pasta de cemento bajo las condiciones establecidas; además otro factor influyente en el tiempo de fraguado es la humedad relativa a la cual es sometida la pasta de cemento que debe estar en un rango superior del 50%, condición que no pudo ser garantizada ya que no se tuvo los elementos para determinar qué porcentaje de humedad relativa había en el momento exacto de la realización de la práctica.

Al hacer la mezcla de cemento según la práctica de “consistencia” realizada en el semestre, presento una diferencia considerable en cuanto a la cantidad de agua de mezclado para hallar la consistencia requerida para el diseño

de una pasta de concreto óptima, como se puede observar en la gráfica (A. Consistencia), la mezcla a la cual se le agrego parafina requirió una cantidad de agua más alta que la mezcla normal sin este agregado, esto ocurre ya que la parafina tiene en sus propiedades químicas este tiene una absorción alta en comparación que el cemento portland debido a esto se vio a necesidad de agregar 21ml mas de agua, para tener una mezcla consistente y manejable.Para el diseño de esta mezcla se usó el método de Vicat, del cual ya se habló de unas especificaciones técnicas al principio de este análisis; en cuanto a los resultados obtenidos en la gráfica (B. Fraguado); las diferencias se siguen presentando en ambas mezclas en cuanto al tiempo de fraguado, en un principio al hacer el mezclado y al ver que se debió agregar más agua a la que tenía parafina se esperaba tener un tiempo de fraguado más alto a comparación del que no tenía este agregado, pero no fue así, como se ve en las barras de los resultados el fraguado inicial tardo menos tiempo en terminar fue el de la mezcla con parafina ya que este término a los 120 minutos (2 horas) de terminada la mezcla y un fraguado final de 94 minutos (1 hora y 34 minutos) , y la muestra que no contiene parafina tubo un tiempo de fraguado inicial de 160 minutos (2 horas y 40 minutos) y un fraguado final de 140 minutos (2 horas y 20 minutos), lo cual deja unos resultados sorprendentes ya que no se esperaba tener esta reacción en las mezclas, pero en los aspectos químicas es normal obtener estos resultados debido a que la parafina es un material

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excelente para almacenar calor, que tiene una capacidad calorífica de [2,14–2,9] J g–1 K–1 y un calor de fusión de [200–220] J/g. [1], esto permitio que el calor interno de la mezcla aumentara desprendiendo mas calor de lo comun y la humedad tambien lo hiciera, acortando asi los tiempos de fraguado.Finalmente se definieron las probetas para el analisis de resistibidad que mas nos interesa, dividiendolos en 3 muestras con diferencias en la cantidad de agregado (imagen 3).

Imagen3. Probetas de análisis ya curadas.

Las curvas de esfuerzo Vs. Deformación presentada en la tabla de resultados (C. Deformación) ya presentan los efectos que tiene la parafina en una mezcla de cemento. El cilindro testigo que tiene acelerante en su mezcla obtuvo una resistencia mucho mayor en relaciona los otros dejando como respuesta una resistencia a la compresión de 11,7 Mpa, presentando solamente pocas fisuras en la parte inferior de su cuerpo tal como se observa en la imagen 4.

Imagen 4. Cilindro Testigo Fallado.

Por otro lado los cilindro que tienen parafina mostraron un comportamiento resistente bajo sin importar que uno de ellos tenga acelerante en un 5% dejando como resultado una resistencia a la compresión aproximada de 8,2 Mpa haciendo

presencia de fracturas en la parte superior e inferior del cuerpo del cilindro como se observa en la imagen 5.

En el caso del cilindro que solo tiene como adición la parafina presento unos resultados un poco decepcionantes ya que su resistencia no fue tan alta como se esperaba y la gráfica da a entender que comenzó a fallar a los 6 Mpa con un resultado final de resistencia a la compresión de 6,5 Mpa, pero solo con desgaste en la parte inferior y no en todo el cuerpo, esto se puede observar en la imagen 6.

Imagen 5. Cilindro con acelerante y parafina.

Imagen 6. Cilindro Con Parafina.El comportamiento de los cilindro que tenían como agregado la parafina le dio una baja resistencia a los cilindro ya que este material plástico sirve como aislante de calor y posiblemente no permitió la homogenización de partículas entre los agregados y el cemento bajando así sus propiedades mecánicas aportando sus propiedades plásticas a la mezcla.

Por otro lado el acelerante aumento la resistencia del cilindro permitiendo así que sus propiedades mecánicas fueran más apropiadas para este tipo de material cementante dejando claro una vez más que este aditivo es de gran aporte para las estructuras civiles en cuanto a la resistencia con la que se

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http://es.wikipedia.org/wiki/Calor_latente




diseñe; inclusive el cilindro que tenía parafina demuestra que el acelerante no permitió que la resistencia bajara tanto.

VIII. APENDICE

ContenidoI. Resumen..........................................................................1II. Abstract...........................................................................1III. INTRODUCCIÓN..........................................................1IV. PROCEDIMIENTO.......................................................2V. DISEÑO DE MEZCLA..................................................2VI. CALCULOS....................................................................3

A. CONSISTENCIA......................................................3B. FRAGUADO..............................................................3C. RESISTENCIA A LA COMPRESION...................4

I. Análisis de resultados.....................................................4II. APENDICE.....................................................................6III. AGRADECIMIENTOS...................................................6IV. REFERENCIAS...............................................................6

IX. AGRADECIMIENTOS.

Le agradecemos a todas nuestras familias las cuales han hecho un esfuerzo grande para apoyarnos en nuestra decisión de carrera profesional también a la Universidad de La Salle por el gran grupo de ingenieros los cuales nos han abierto las puertas al conocimiento universidad en nuestra profesión.

X. REFERENCIAS.

[1]

Cemex colombia, «Cemex Colombia soluciones constructor,» 1 Febrero 2014. [En línea]. Available: http://www.cemexcolombia.com/SolucionesConstructor/files/CatalogoDeSoluciones.pdf. [Último acceso: 2 Octubre 2014].

[2]

Itacanet, «Itacanet,» 5 1 2013. [En línea]. Available: http://itacanet.org/esp/construccion/concreto/dise%C3%B1o%20de%20mezclas.pdf. [Último acceso: 2 Octubre 2014].

[3]

A. S.A, «Cemento Gris De Uso General,» Cementos Argos S.A, 1 Enero 2013. [En línea]. Available: http://argos.co/Media/Panama/images/01%20CEMENTO%20USO%20GENERAL.pdf. [Último acceso: 2 Octubre 2014].

[4]

Cemex, «Catalogo Soluciones Cemex,» Cementos Cemex, 21 Mayo 2014. [En línea]. Available: http://www.cemexcolombia.com/SolucionesConstructor/files/CatalogoDeSoluciones.pdf. [Último acceso: 2 Octubre 2014].

[5 Holcim, «Certificado de Producto,» Holcim, 4 Octubre

] 2011. [En línea]. Available: http://www.holcim.com.ec/fileadmin/templates/EC/doc/Septiembre2011-2380-TIPO_GU-LT.pdf. [Último acceso: 2 Octubre 2014].

[6]

I. d. C. P. Argentino, «Relacion agua / cemento,» Traducción del Bulletin du Ciment, 1 Julio 1978. [En línea]. Available: http://www.icpa.org.ar/publico/files/relacion%20agua%20cemento.pdf. [Último acceso: 2 Octubre 2014].

[7]

Slideshare, «Slideshare.com,» 2012. [En línea]. Available: http://es.slideshare.net/KATHARobles/parafina.

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Documents

Proyecto Final Hormigon