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NTC33 - NTC 33
resistencia de materiales (1012)
Universidad Mariana
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NORMA TÉCNICA NTC
COLOMBIANA 33
1997 -11-
INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA.
MÉTODO PARA DETERMINAR LA FINURA DEL
CEMENTO HIDRÁULICO POR MEDIO DEL
APARATO BLAINE DE PERMEABILIDAD AL AIRE
E: CIVIL ENGINEERING AND ARCHITECTURE. STANDARD TEST METHOD FOR FINENESS OF HYDRAULIC CEMENT BY AIR PERMEABILITY APPARATUS.
CORRESPONDENCIA: esta norma es equivalente (EQV) a la ASTM C 204
DESCRIPTORES: cemento hidráulico; cemento; método de ensayo.
I.C: 91.
Editada por el Instituto Colombiano de Normas Técnicas y Certificación (ICONTEC) Apartado 14237 Santafé de Bogotá, D. - Tel. 3150377 - Fax 2221435
Prohibida su reproducción Segunda actualización
INGENIERÍA CIVIL Y ARQUITECTURA.
MÉTODO PARA DETERMINAR LA FINURA DEL CEMENTO HIDRÁULICO
POR MEDIO DEL APARATO BLAINE DE PERMEABILIDAD AL AIRE
1. OBJETO
1 Esta norma establece el método de ensayo para determinar la finura del cemento
hidráulico por medio del aparato Blaine de permeabilidad al aire, expresada, en términos de la
superficie específica, como área total en centímetros cuadrados por gramo de cemento o metros
cuadrados por kilogramo de cemento. Aunque esta norma puede emplearse y se ha empleado
para determinar la finura de otros materiales, debe entenderse que, en general, se obtienen
valores de finura relativos y no valores absolutos.
1.1 Este método de ensayo se conoce que trabaja bien para cemento Pórtland. Sin embargo,
el usuario debe desarrollar su criterio para determinar la confiabilidad del método en la medición
de finura de cementos con densidad o porosidad diferentes de aquellas asignadas al material de
referencia estándar No. 114
1 Los valores se deben regir de acuerdo con el Sistema Internacional de Unidades,
NTC 1000 (ISO 1000) “Metrología”.
1 Esta norma no pretende señalar todos los problemas de seguridad asociados con su uso.
Es responsabilidad del usuario de esta norma, establecer las prácticas de seguridad y salud, y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reglamentarias.
2. DOCUMENTOS POR CONSULTAR
2 NORMAS
Las siguientes normas contienen disposiciones que mediante la referencia dentro de este texto,
constituyen disposiciones de esta norma. En el momento de la publicación eran válidas las
ediciones indicadas. Todas las normas están sujetas a actualización; los participantes, mediante acuerdos basados en esta norma, deben investigar la posibilidad de aplicar la última
versión de las normas mencionadas a continuación.
NTC 1000: 1993, Metrología. Sistema Internacional de Unidades (ISO 1000).
ASTM C 670: 1991, Practice for Preparing Precision and Bias Statements for Test Methods for
Construction Materials
El papel de filtro debe ser del tipo de retención mediana correspondiente al tipo 1, Grado B, de
acuerdo con la Federal Specification for Paper: Filtering (UU-P-236). Su forma debe ser circular,
sus bordes regulares y debe tener el mismo diámetro (véase la nota 2) que el interior de la
cámara de permeabilidad.
Nota 2. Los discos de papel de filtro que sean muy pequeños pueden dejar parte de la muestra adherida a las paredes interiores de la cámara, en la parte superior del disco. Cuando tiene un diámetro muy grande, el papel de filtro tiende a pandearse y así producir resultados erróneos.
3 MANÓMETRO
El manómetro en forma de U debe construirse de acuerdo con el diseño de la Figura 1. Para
construirlo se emplea un tubo de vidrio de 9 mm de diámetro exterior y de pared estándar. El
extremo superior de uno de los brazos del manómetro es de forma tal que hace posible un ajuste
hermético con la cámara de permeabilidad. Dicho brazo debe tener una salida lateral para la
evacuación del aire, situada a una distancia entre 250 mm y 305 mm del fondo del manómetro,
debe tener una marca grabada, a una distancia entre 125 mm y 145 mm por debajo de la parte
superior de la salida lateral y también otras marcas por encima de la primera, a las distancias de
15 mm ± 1 mm, 70 mm ± 1 mm y 110 mm ± 1 mm, respectivamente. En la salida lateral debe
haber una válvula, que permita hacer un cierre hermético, situada a una distancia no mayor de 50 mm del brazo. Al montarse manómetro,éste debe quedar firme y con los brazos perfectamente
verticales.
3 LÍQUIDO PARA LLENAR EL MANÓMETRO
El manómetro se debe llenar hasta la mitad, con un aceite mineral ligero o con un líquido que no
sea volátil ni higroscópico y que tenga viscosidad y densidad bajas, tal como el ftalato de dibutilo (dibutil 1 bencendicarboxilato). Para facilitar la lectura se puede añadir un colorante al líquido
manométrico siempre que no afecte sus propiedades.
3 CRONÓMETRO
Debe permitir lecturas con aproximación de 0,5 s, o menos. Su tolerancia debe ser menor o igual
que 0,5 s en intervalos de tiempo hasta de 60 s, y menor o igual que el 1,0 % para intervalos
entre 60 s y 300 s.
4. CALIBRACIÓN DEL APARATO
4 MUESTRA PATRÓN
La calibración del aparato de permeabilidad al aire debe realizarse empleando muestras patrón
certificadas, tales como la No. 114 del National Institute of Standards and Technology-NIST. En el
momento del ensayo la muestra debe estar a la temperatura ambiente.
Figura 1. Aparato Blaine de permeabilidad al aire
4 DETERMINACIÓN DEL VOLUMEN DE LA CAPA COMPACTADA DE CEMENTO
Se determina el volumen de la capa compactada de cemento mediante el método de
desplazamiento del mercurio de la siguiente forma:
4.2 Se colocan dentro de la cámara de permeabilidad dos discos de papel de filtro de
diámetro igual, ejerciéndoles presión con una varilla de diámetro ligeramente inferior al diámetro
de la cámara, hasta que se asienten bien sobre el disco perforado. Se llena luego la cámara con
mercurio y se eliminan las burbujas de aire adheridas a las paredes. Durante la realización del
ensayo se debe manejar la cámara de permeabilidad con pinzas. Si la cámara está hecha de un metal que pueda amalgamarse, su interior se debe proteger con una película muy fina de aceite,
que se coloca justo antes de agregar el mercurio. Se enrasa el mercurio cuidadosamente con
una placa de vidrio, teniendo cuidado de no dejar burbujas o vacíos entre la superficie de ambos
elementos. Se saca el mercurio, se pesa y se anota el peso obtenido. Se saca de la cámara de
permeabilidad uno de los discos de papel de filtro. Se colocan en ella 2,80 g de cemento (véase
la nota 3) y sobre éste, el mismo disco de papel de filtro que se había sacado; luego se hace
presión sobre el cemento, (véase la nota 4) de acuerdo con el numeral 4, con un disco de papel
arriba y otro abajo de la muestra. Se acaba de llenar con mercurio la cámara, se elimina el aire y se enrasa nuevamente. Se saca el mercurio, se pesa y se anota este valor.
4 MASA DE LA MUESTRA
La masa de la muestra patrón empleada en el procedimiento de calibración debe ser tal que,
permita obtener una capa de cemento, que tenga una porosidad de 0,500 ± 0,005. Dicha masa
se debe calcular con la siguiente fórmula:
M = d * V * (1 - e) (2)
Donde:
M = masa requerida de la muestra, con una aproximación de 0,001 g, en g
d = densidad de la muestra de ensayo (para cemento Pórtland), se debe usar
un valor de 3,15 g/cm 3 )
V = volumen total ocupado por el cemento, que se determina de acuerdo con
lo expuesto en el numeral 4, en cm 3
e = porosidad deseada de la capa de cemento (0,500 ± 0,005) (véase la nota 5).
Nota 5. La porosidad es la razón entre el volumen de vacíos en una capa de cemento y el volumen total de la capa, V.
4 PREPARACIÓN DE LA CAPA DE CEMENTO
Se coloca el disco perforado en el reborde de la cámara de permeabilidad con la cara marcada
hacia abajo. Se pone un disco de papel de filtro sobre el disco metálico y se presiona con una
varilla de diámetro ligeramente menor que el diámetro de la cámara. Se añade cemento a ella, de
acuerdo con el numeral 4 y se dan unos ligeros golpes en sus paredes para que la capa de
cemento quede nivelada. Se coloca un disco de papel de filtro sobre el cemento y se compacta,
haciendo bajar el émbolo hasta que su reborde toque el extremo superior de la cámara. Por último, se saca el émbolo lentamente a una distancia corta, se gira aproximadamente 90°, se
baja nuevamente hasta que haga contacto y se saca lentamente. Para cada determinación es
necesario utilizar nuevos discos de papel de filtro.
4 ENSAYO DE PERMEABILIDAD
4.6 La cámara de permeabilidad se conecta al manómetro, cerciorándose que haya una
conexión hermética (véase la nota 6) y cuidando que la capa de cemento no se altere.
4.6 El aire contenido en el brazo del manómetro que tiene las marcas, se elimina lentamente
hasta que el líquido alcance la marca más alta, luego la válvula se cierra herméticamente. Se
hace funcionar el cronómetro en el momento en que el menisco del líquido llegue a la segunda
marca (la que sigue a la más alta) y se detiene en el momento en que el menisco llegue a la
tercera marca. Se registra el intervalo de tiempo observado en segundos y también la
temperatura en que se realiza el ensayo en grados Celsius.
4.6 Para la calibración del aparato se realizan como mínimo tres determinaciones del tiempo
de flujo en cada una de tres capas diferentes de la muestra patrón (véase la nota 7).
Preferiblemente la calibración debe realizarla la misma persona que va a efectuar las determinaciones de finura.
Notas:
Una pequeña válvula engrasada puede utilizarse como conexión. La eficiencia de esta puede apreciarse al tapar la parte superior de la cámara (después de haber colocado el manómetro), haciendo salir aire parcialmente, de uno de los brazos del mismo y cerrando luego la llave. Un descenso continuo del menisco es indicio de falla en el sistema.
Se puede volver a usar la misma muestra patrón para preparar las capas de cemento, volviéndola a aflojar siempre que se mantenga seca y se hagan los ensayos dentro de las 4 h siguientes a la apertura de la muestra.
4 RECALIBRACIÓN
El aparato se debe recalibrar en los casos siguientes (véase la Nota 8):
4.7 A intervalos periódicos, cuya frecuencia no debe exceder los 2 ½ años, para corregir
posibles desgastes en el émbolo o en la cámara de permeabilidad.
4.7 Si se produce alguna pérdida de líquido del manómetro. Se debe recalibrar empezando
en el numeral 4.
4.7 Si se efectúa algún cambio en el tipo o en la calidad del papel de filtro o del liquido
manométrico empleados en los ensayos.
Nota 8. Se sugiere preparar una muestra secundaria para que se use en las verificaciones rutinarias del instrumento; éstas se deben realizar entre las calibraciones regulares, en las cuales se debe usar la muestra patrón.
5. PROCEDIMIENTO
5 TEMPERATURA DEL CEMENTO
La muestra del cemento debe estar a la temperatura ambiente en el momento de realizar el
ensayo.
5 CANTIDAD DE MUESTRA
La muestra debe tener la misma masa que la muestra patrón, utilizada para la calibración, con
las siguientes excepciones: cuando se vaya a determinar la finura de un cemento tipo 3, u otros
cementos finamente molidos, cuyo volumen para esta masa sea tan grande que la presión
normal del dedo pulgar no hace que el reborde del émbolo toque el extremo superior de la cámara. La masa de la muestra en este caso, debe ser la necesaria para obtener una capa con
porosidad de 0,530 ± 0,005.
Cuando se vaya a determinar la finura de materiales diferentes al cemento Pórtland puro, o si
para una muestra de cemento Pórtland puro no pueden alcanzarse las porosidades requeridas, la
masa de la muestra se debe ajustar de tal forma que del proceso de compactación se obtenga
una capa firme y dura. Sin embargo, en ningún caso se debe emplear una presión mayor que la
producida por el dedo pulgar, para obtener una capa con porosidad adecuada, ni dicha presión
debe producir un rebote o resalto del émbolo fuera del extremo superior de la cámara, cuando se libere esta presión.
5 PREPARACIÓN DE LA CAPA DE CEMENTO
La capa de cemento para el ensayo debe prepararse de acuerdo con el método descrito en el
numeral 4.
Donde:
S = superficie específica de la muestra en ensayo, en cm²/g ó m 2 /kg
Sp = superficie específica de la muestra patrón, empleada en la calibración del
aparato, en cm²/g ó m 2 /kg
T = intervalo de tiempo observado en el descenso del manómetro para la
muestra en ensayo, en s (véase la Nota 9)
Tp = intervalo de tiempo observado para la muestra patrón empleada en la
calibración del aparato, en s (véase la Nota 9)
n = viscosidad del aire a la temperatura del ensayo, en μPa (véase la Nota 9)
np = viscosidad del aire a la temperatura en que se efectúa la calibración del
aparato, en μPa (véase la Nota 9)
e = porosidad de la capa de la muestra ensayada (véase la nota 9)
ep = porosidad de la capa de muestra patrón empleada en la calibración del
aparato (véase la Nota 9)
d = densidad de la muestra ensayada, en g/cm
3
dp = densidad de la muestra patrón empleada en la calibración del aparato, en
g/cm 3
b = constante, apropiada para la muestra de ensayo (para cemento hidráulico
se debe usar un valor de 0,9)
bp = 0,9, constante apropiada para la muestra patrón empleada en la
calibración del aparato
Nota 9. Los valores de n, e 3 y T se toman de las Tablas 1, 2 y 3, respectivamente.
6.1 Las fórmulas (3) y (4) se deben emplear para cemento Pórtland puro, cuando las
porosidades de la muestra en ensayo y de la muestra patrón sean las mismas. En particular, se
debe emplear la (3), si las temperaturas de dichas muestras no difieren en más de 3 °C entre sí;
y la (4), si ocurre lo contrario.
6.1 Las fórmulas (5) y (6) se deben emplear para cemento Pórtland, cuando las porosidades
de la muestra en ensayo y de la muestra patrón sean distintas. La (5) se debe utilizar cuando las
temperaturas no difieran en más de 3 °C entre sí; y la (6) cuando la diferencia sea mayor.
Tabla 2. Valores de la porosidad de la capa de cemento
Porosidad de la capa
6.1 Las fórmulas (7) y (8) se deben emplear para materiales distintos del cemento hidráulico.
La (7) en los casos en que las temperaturas de la muestra en ensayo y la muestra patrón no
difieran en más de 3 °C entre sí; y la (8) en caso contrario.
6.1 Se recomienda que los valores de "b" sean determinados en mínimo tres muestras del
material en cuestión. Se debe ensayar cada muestra empleando cuatro porosidades diferentes
sobre un rango de porosidad de mínimo 0,06. Se debe elaborar una gráfica indicando el valor de
( e 3 T) en la abscisa y el de (e) en la ordenada. El valor de porosidad, "b", es el valor de (e),
donde una línea recta que pasa por todos los puntos, intersecta el valor de ( e 3 T) igual a cero.
Los coeficientes de correlación de las líneas rectas anteriores deben ser mayores de 0,9970.
(Véase el anexo A)
6 Para calcular la superficie específica en m²/kg, se multiplica el valor en cm²/g por el factor 0,1.
6 Se pueden aproximar los valores en cm²/g a la siguiente decena por ejemplo, 3 447 cm²/g
Tabla 3. Tiempo de fluo del aire S; T = factor para usar en las ecuaciones
6,
7,
####### 9,
####### 12,
####### 13,
####### 14,
Anexo A (Informativo)
Método ilustrativo para la determinación de los valores de la constante “b” (Para
e = porosidad deseable de ensayo W = gramos de muestra requerida = pV(1-e) T = intervalo de tiempo medido de ensayo en s.
T - e e
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
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- T T T T T T T T T T T T
- 26 ½
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- 5, 50 ½
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- 70 ½
- 71 ½
- 72 ½
- 73 ½
- 74 ½
- 7, 75 ½
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- 7,7
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- 8,
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- 76 ½
- 77 ½
- 78 ½
- 79 ½
- 80 ½
- 81 ½
- 82 ½
- 83 ½
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- 8, 100 ½
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- 10, - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 10, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11,4 - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 11, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 12, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13,3 - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - 13, - - 13, - 13, - 13, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 14, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 15, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16, - 16,
- p = densidad de la muestra de ensayo = 2,65 mg/m usarse en el cálculo de la finura de materiales diferentes al cemento Pórtland)
- V = volumen de la capa de la muestra = 1,887 cm
- Muestra 1 b = 0,863 (coeficiente de correlación) =0, Valores calculados de b por regresión lineal.
- Muestra 2 b = 0,869 (coeficiente de correlación) = 0,
- Muestra 3 b = 0,879 (coeficiente de correlación) = 0,
- Promedio b = 0,
- muestra e W
- 0, e 3 T
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 0,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,
- 2,8
- muestra
- muestra
- 29,
- 42,
- 57,
- 82,
- 39,
- 55,
- 79,
- 108,
- 51,
- 73,
- 104,
- 141, - 2, - 2, - 2, - 2, - 2, - 2, - 2, - 3, - 2, - 3, - 3, - 3,
- 108,
NTC33 - NTC 33
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