Cemento hidráulico. Determinación de la expansión en autoclave

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NTE INEN 0200 (2009) (Spanish): Cemento
hidráulico. Determinación de la expansión en
autoclave
INSTITUTO ECUATORIANO DE NORMALIZACIÓN
Quito - Ecuador
NORMA TÉCNICA ECUATORIANA
NTE INEN 200:2009
Segunda revisión
CEMENTO
HIDRÁULICO.
DETERMINACIÓN
EXPANSIÓN EN AUTOCLAVE.
Primera Edición
STANDARD TEST METHOD FOR AUTOCLAVE EXPANSION OF HYDRAULIC CEMENT.
First Edition
DESCRIPTORES: Materiales de construcción y edificación, cemento, expansión en autoclave, ensayo.
CO 02.02-306
CDU: 666.94:620.1:666.9.015.82
CIIU: 3692
ICS: 91.100.10
DE
LA
CDU: 666.94:620.1:666.9.015.82
ICS: 91.100.10
Instituto Ecuatoriano de Normalización, INEN – Casilla 17-01-3999 – Baquerizo Moreno E8-29 y Almagro – Quito-Ecuador – Prohibida la reproducción
Norma Técnica
Ecuatoriana
Voluntaria
CIIU: 3692
CO 02.02-306
CEMENTO HIDRÁULICO.
DETERMINACIÓN DE LA EXPANSIÓN EN AUTOCLAVE
NTE INEN
200:2009
Segunda revisión
2009-07
1. OBJETO
1.1 Esta norma establece el método de ensayo para la determinación de la expansión del cemento
hidráulico en autoclave por medio de un ensayo sobre una muestra prismática elaborada únicamente
con cemento.
2. ALCANCE
2.1 El ensayo de expansión en autoclave provee un índice de la expansión potencial retardada
causada por la hidratación del CaO o del MgO, o ambos, cuando están presentes en el cemento
hidráulico (ver nota 1).
2.2 Esta norma no tiene el propósito de contemplar todo lo concerniente a seguridad, si es que hay
algo asociado con su uso. Es responsabilidad del usuario de esta norma establecer prácticas
apropiadamente saludables y seguras y determinar la aplicabilidad de las limitaciones reguladoras
antes de su uso.
3. DISPOSICIONES GENERALES
3.1 Se ha informado que las puzolanas que contienen cuarzo de grano fino, causan excesiva
expansión bajo las condiciones del ensayo de autoclave, debido a reacciones álcali sílice que no
ocurren bajo las condiciones normales de servicio (ver nota 2). Cuando ocurre la expansión excesiva
de una pasta que contenga puzolanas, es recomendable que el espécimen sea examinado (ver norma
ASTM C 856) para evidencias de reacción álcali – sílice (ver nota 3).
3.2 Cuarto de moldeo. Mantener la temperatura del cuarto de moldeo, los materiales secos y el agua
de mezclado y la humedad relativa del cuarto, dentro de los límites indicados en la norma ASTM C
490.
3.3 Instalaciones para almacenaje húmedo. Mantener la temperatura y humedad de la cámara de
curado de acuerdo con los requisitos de la norma ASTM C 511.
4. MÉTODO DE ENSAYO
4.1 Resumen. Para determinar la expansión del cemento hidráulico se debe fabricar una barra de
longitud normalizada y dosificada con una proporción indicada en esta norma y curada mediante un
procedimiento normalizado por lo menos 20 horas. A una edad de 24 horas, se mide su longitud.
____________
NOTA 1. Gonnerman, H. F., Lerch, W. and Whiteside, T. M., “Investigations of the Hydration Expansion Characteristics of
Portland Cements,” Boletín N° 45 del Departamento de Investigaciones de la Portland Cement Association, 1953, pags. 1168.
NOTA 2. Wang, H., “Autoclave Soundness Test Mischaracterizes Cement – Fly Ash Blends By Introducing Álcali-Quartz
Reaction”, Cement, Concrete and Aggregates, Vol 24, N° 2, 2002, pags. 68 – 72.
NOTA 3. Si la expansión excesiva se da como resultado de la reacción álcali – sílice bajo las condiciones del autoclave, la
puzolana puede ser evaluada para reactividad alcalina utilizando el procedimiento descrito en la norma de cementos por
desempeño NTE INEN 2 380.
(Continúa)
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CDU: 666.94:620.1:666.9.015.82
ICS: 91.100.10
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DESCRIPTORES: Materiales de construcción y edificación, cemento, expansión en autoclave, ensayo.
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4.2 Equipo
4.2.1 Balanzas y masas. Para determinar la masa de los materiales, deben estar en conformidad con
los requisitos de la norma ASTM C 1 005.
3
4.2.2 Vasos graduados, de 200 cm o 250 cm³ de capacidad. Deben cumplir con los requisitos de la
norma ASTM C 490.
4.2.3 Moldes, de 25,4 mm por 25,4 mm de sección transversal. Deben cumplir con los requisitos de la
norma ASTM C 490.
4.2.4 Espátula plana. Debe tener una hoja de acero de borde recto de 100 mm a 150 mm de longitud.
4.2.5 Autoclave, consistente de un vaso capaz de contener vapor de agua a alta presión provisto con
un termómetro. El autoclave debe estar equipado con controles automáticos y un disco de ruptura con
una presión de estallido a 2,4 MPa ± 5 %. En los lugares en donde el uso del disco de ruptura no esté
permitido, el autoclave debe estar equipado con una válvula de seguridad. Adicionalmente el
autoclave debe estar equipado con una válvula de ventilación para permitir el escape del aire durante
los momentos iniciales del período de calentamiento y para dejar escapar la presión del vapor
sobrante al final del período de enfriamiento. La válvula de presión debe tener una capacidad nominal
de 4,1 MPa, un dial con un diámetro nominal de 114 mm y estar graduado desde 0 hasta 5,1 MPa con
divisiones de la escala que no excedan los 0,03 MPa. El error en la válvula no debe exceder de ± 0,02
MPa a la presión de operación de 2 MPa. La capacidad del calentador debe ser tal que, con la
máxima carga (agua más especimenes) la presión del vapor saturado en el autoclave pueda ser
elevada a una presión de 2 MPa, en 45 a 75 minutos, desde el momento en que se enciende el
calentador. El control automático debe ser capaz de mantener la presión de la válvula a 2 MPa ± 0,07
MPa durante por lo menos 3 horas. Una presión de válvula de 2 MPa ± 0,07 MPa corresponde a una
temperatura de 216 °C ± 2 ºC. El autoclave debe est ar diseñado para permitir que la presión de la
válvula caiga desde 2 MPa a menos de 0,07 MPa en 1 ½ horas después que el calentador ha sido
apagado.
4.2.5.1 Disco de ruptura. El disco de ruptura debe estar fabricado de un material que sea resistente a
la tensión, que sea relativamente insensible a la temperatura en el rango de 20 °C a 216 ºC y que sea
compatible electroquímicamente con el tubo que llega hasta este y con su soporte (ver nota 4).
4.2.6 Comparador de longitudes. El comparador usado para medir los cambios de longitud de las
muestras debe cumplir con los requisitos de la norma ASTM C 490.
4.3 Precauciones de seguridad
4.3.1 El manómetro de presión debe tener una capacidad de 4,1 MPa. Manómetros con una
capacidad muy pequeña o muy grande pueden ser peligrosos, ya que para presiones sobre la máxima
de trabajo especificada, con un manómetro de menor capacidad, la presión puede estar fuera de la
escala; con un manómetro de mayor capacidad el arco recorrido por la aguja puede ser muy pequeño
para que se le preste atención. El operador debe estar seguro de que la manecilla del manómetro no
ha pasado la máxima graduación de la escala.
4.3.2 Verificar que el manómetro de presión esté operando apropiadamente. Usar siempre un
termómetro junto con el manómetro de presión de manera que se disponga de un medio de detectar
cualquier falla de la válvula de presión para operar adecuadamente y para indicar cualquier condición
inusual.
4.3.3 Mantener el control automático en buen estado de funcionamiento en todo momento.
4.3.4 Regular la válvula de seguridad para que libere la presión cuando esta se encuentre entre el 6 y
10 % sobre el valor máximo especificado en esta norma (2,1 MPa), esto es a alrededor de 2,3 MPa. A
menos que el fabricante haya dado instrucciones específicas relacionadas con el mantenimiento de la
válvula de seguridad, verificar la válvula dos veces cada año (ver nota 5). Comprobar con un
__________
NOTA 4. En la sede de ASTM, se mantiene en una lista de proveedores de discos de ruptura y empaques.
NOTA 5. En la sede de ASTM, se mantiene en una lista de instalaciones para válvulas de seguridad en el ensayo del
autoclave.
(Continúa)
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dispositivo para verificar válvulas o ajustando los controles automáticos para permitir que el autoclave
alcance una presión de alrededor de 2,3 MPa, presión a la cual la válvula de seguridad se abre o debe
ser ajustada para que se abra. Dirigir la descarga de la válvula de seguridad lejos del operador (ver
nota 6).
4.3.5 Usar guantes de cuero para trabajo pesado para evitar quemaduras en las manos al quitar la
tapa del autoclave al final del ensayo. Dirigir el escape de la válvula lejos del operador. Al quitar la
cubierta del autoclave, inclínelo de manera que cualquier vapor que esté acumulado debajo de la tapa,
sea descargado lejos del operador. Se deben tomar precauciones para evitar quemaduras por
cualquier líquido que haya sido utilizado en el vaso del autoclave.
4.3.6 El operador debe estar advertido que para muchas válvulas de presión de autoclave, el regreso
de la manecilla de la válvula a su punto inicial o punto de partida no necesariamente indica cero de
presión dentro del recipiente; puede aún permanecer una presión apreciable y peligrosa.
4.4 Número de muestras de ensayo. Elaborar por lo menos una muestra de ensayo.
4.5 Preparación de los moldes para muestras. Preparar los moldes para los especimenes de
acuerdo con los requisitos de la norma ASTM C 490, excepto que los moldes no necesitan ser
sellados.
4.6 Preparación de las muestras de ensayo
4.6.1 Mezclado de la pasta de cemento. Preparar la mezcla normal, consistente de 650 gramos de
cemento y suficiente agua para obtener una pasta con consistencia normal de acuerdo con el
procedimiento descrito en la norma NTE INEN 157. Mezclar esta amasada de acuerdo con el
procedimiento descrito en la norma NTE INEN 155. Se pueden fabricar con la misma mezcla una
muestra para tiempo de fraguado y una barra para el autoclave. Si la pasta a ser empleada para
determinar el tiempo de fraguado proviene de la misma muestra ya utilizada para determinar la
consistencia normal, entonces la barra para autoclave puede ser elaborada inmediatamente de la
mezcla sobrante.
4.6.2 Moldeo de especimenes. Inmediatamente después de la preparación de la muestra para tiempo
de fraguado o de completar el mezclado, moldear la muestra de ensayo en dos capas
aproximadamente iguales, compactando cada capa con los dedos pulgares o los índices, presionando
la pasta en las esquinas, alrededor de los bornes de medida y a lo largo de la superficie del molde
hasta que se haya obtenido un espécimen homogéneo. Compactar la capa superior, cortar la pasta al
ras de la parte superior del molde con una espátula de borde delgado y alisar la superficie con unas
pocas pasadas de la espátula. Durante las operaciones de mezclado y moldeado, debe protegerse las
manos con guantes de caucho.
4.6.3 Almacenaje de las muestras de ensayo. Después de llenado el molde, colocarlo en la cámara
de curado. Almacenar los especimenes en los moldes, en la cámara de curado, durante por lo menos
20 horas. Si se retiran de los moldes antes de las 24 h, deben mantenerse en la cámara de curado
hasta el momento del ensayo.
4.7 Procedimiento
4.7.1 A las 24 h ± 30 minutos después de moldeados, retirar los especimenes de la cámara de
curado, inmediatamente obtener una lectura del comparador de longitud para cada espécimen y
colocarlo en el autoclave a temperatura ambiente en un soporte de modo que todos los lados del
espécimen estén expuestos al vapor saturado. Para mantener una atmósfera saturada de vapor de
agua durante todo el ensayo, el autoclave debe contener suficiente agua a una temperatura inicial de
20 °C a 28 ºC. Normalmente de 7 % a 10 % del volume n del autoclave debe ser ocupado por el agua.
__________
NOTA 6. Pueden ocurrir combinaciones de condiciones inesperadas. Por ejemplo, en una ocasión el control automático ha
fallado, la válvula de seguridad se ha atascado y la manecilla de la válvula que a primera vista parecía estar en alrededor de
cero, ha pasado la máxima graduación y ha parado en el lado equivocado de la clavija. Esta condición de la válvula fue
finalmente detectada y la presión, entonces de magnitud desconocida, fue liberada antes de que ocurra una falla del aparato
(Continúa)
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4.7.2 Para permitir al aire escapar del autoclave durante la primera parte del período de
calentamiento, dejar la válvula de aire abierta hasta que el vapor empiece a escapar. (Advertencia –
Ver la sección sobre Precauciones de Seguridad). Cerrar la válvula y aumentar la temperatura del
autoclave a un ritmo que lleve la presión del vapor en la válvula a 2 MPa entre 45 a 75 minutos desde
que se enciende el calentador. Mantener la presión de 2 MPa ± 0,07 MPa durante 3 horas. Al final del
período de 3 horas apagar el calentador y enfriar el autoclave a un ritmo tal que la presión llegue a
menos de 0,07 MPa después de 1 ½ horas. Al final del período de 1 ½ horas, lentamente liberar
cualquier presión remanente abriendo parcialmente la válvula de aire hasta que se obtenga la presión
atmosférica. Abrir el autoclave y colocar la muestra de ensayo en agua a una temperatura sobre los
90 ºC. Enfriar el agua que rodea las barras a una velocidad uniforme, añadiendo agua fría de modo
que la temperatura del agua disminuya a 23 ºC en 15 minutos. Mantener el agua que rodea las
muestras a 23 ºC durante 15 minutos adicionales, luego retirar los especimenes del agua, uno a la
vez, secar los bornes pero no la muestra y obtener una lectura del comparador de longitud.
4.8 Cálculos. Calcular el cambio de longitud de las muestras de ensayo restando la lectura obtenida
en el comparador de longitud antes del ensayo en autoclave de aquella registrada después del ensayo
en autoclave y reportarlo como porcentaje de la longitud inicial de la barra al 0,01 % más cercano.
4.9 Informe de resultados. Se debe elaborar un informe de resultados que contenga los siguientes
datos:
a)
b)
c)
d)
marca y tipo de cemento,
fecha de fabricación, muestreo y ensayo,
nombre del laboratorista que efectuó el ensayo
El cambio de longitud de las muestras de ensayo, con una aproximación al 0,01%. Informar el
porcentaje de aumento en longitud como la expansión en autoclave. Indicar una disminución en la
longitud mediante un signo menos antes del valor en porcentaje.
e) otros detalles necesarios para la completa identificación de la muestra.
4.10 Precisión y desviación
4.10.1 Precisión. La desviación estándar para un solo operador (en un mismo laboratorio) se ha
encontrado que es 0,024 % en el rango de expansiones de 0,11 % a 0,94 %. Por lo tanto, los
resultados de dos ensayos apropiadamente realizados por el mismo operador para expansión de
mezclas similares no deben diferir entre ellas en más de 0,07 % de expansión. La desviación estándar
multilaboratorio (entre laboratorios) se ha encontrado que es 0,030 % en el rango de expansiones de
0,11 % a 0,94 %. Por lo tanto, los resultados de dos ensayos apropiadamente realizados en dos
laboratorios diferentes para expansión de mezclas similares no deben diferenciarse en más de 0,09 %
de expansión.
4.10.2 Desviación. Ya que no hay material de referencia aceptable, adecuado para determinar la
desviación, esta no ha sido determinada.
(Continúa)
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APÉNDICE Z
Z.1 DOCUMENTOS NORMATIVOS A CONSULTAR
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 155
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 157
Norma Técnica Ecuatoriana NTE INEN 2 380
Norma ASTM C 490
Norma ASTM C 511
Norma ASTM C 856
Norma ASTM C 1 005
Cementos. Preparación de pastas y morteros de
consistencia plástica. Método mecánico.
Cemento Hidráulico. Determinación de la
consistencia normal. Método de Vicat.
Cementos hidráulicos. Requisitos de desempeño.
Norma para Uso del Equipo para la
Determinación del Cambio de Longitud en Pasta
de Cemento, Mortero y Hormigón Endurecidos.
Norma para Cuartos de Mezclado, Gabinetes
húmedos, Cuartos Húmedos y Tanques de
Almacenamiento en Agua, Usados en los
Ensayos de Cemento y Hormigón Hidráulicos.
Norma para el Examen Petrográfico del Hormigón
Endurecido.
Especificaciones para Masas y Aparatos para
Determinar Masa y Volumen Usados en los
Ensayos Físicos de Cemento Hidráulico.
Z.2 BASE DE ESTUDIO
ASTM C 151 – 05 Standard Test Method for Autoclave Expansion of Hydraulic Cement. American
Society for Testing and Materials. Philadelphia, 2005.
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INFORMACIÓN COMPLEMENTARIA
Documento:
TÍTULO: CEMENTO HIDRÁULICO. DETERMINACIÓN DE Código:
NTE INEN 200
LA EXPANSIÓN EN AUTOCLAVE
CO 02.02-306
Segunda revisión
ORIGINAL:
REVISIÓN:
Fecha de iniciación del estudio:
Fecha de aprobación anterior del Consejo Directivo 1987-09-07
Oficialización con el Carácter de Obligatoria
por Acuerdo Ministerial No. 614 del 1987-09-30
publicado en el Registro Oficial No. 797 del 1987-10-23
Fecha de iniciación del estudio: 2008-01-21
Fechas de consulta pública: de
Subcomité Técnico: Cementos
Fecha de iniciación: 2008-02-15
Integrantes del Subcomité Técnico:
a
Fecha de aprobación: 2008-03-14
NOMBRES:
INSTITUCIÓN REPRESENTADA:
Ing. Raúl Camaniero (Presidente)
FACULTAD DE INGENIERÍA. UNIVERSIDAD
CENTRAL DEL ECUADOR.
INSTITUTO ECUATORIANO DEL CEMENTO Y
DEL CONCRETO - INECYC
HOLCIM ECUADOR S.A. (CEMENTOS)
HOLCIM ECUADOR S.A. (AGREGADOS)
LAFARGE CEMENTOS S.A.
INDUSTRIAS GUAPÁN S.A.
CEMENTO CHIMBORAZO C.A.
HORMIGONES HÉRCULES S.A.
FACULTAD DE INGENIERÍA. UNIVERSIDAD
CENTRAL DEL ECUADOR.
FACULTAD DE INGENIERÍA. PONTIFICIA
UNIVERSIDAD CATÓLICA DEL ECUADOR.
HORMIGONERA EQUINOCCIAL
MIDUVI
HORMIGONERA QUITO CIA. LTDA.
CÁMARA DE LA CONSTRUCCIÓN DE QUITO
INECYC
Ing. Jaime Salvador
Ing. Patricia Moreno
Ing. Hugo Egüez
Sr. Carlos Aulestia
Ing. Patricio Ruiz
Ing. Luis Quinteros
Ing. Raúl Ávila
Ing. Washington Benavides
Ing. Guillermo Realpe
Ing. Verónica Miranda
Ing. Carlos Proaño
Ing. Xavier Herrera
Ing. Patricio Villena
Ing. Carlos Castillo (Pro Secretario Técnico)
Otros trámites: Esta norma sin ningún cambio en su contenido fue DESREGULARIZADA, pasando de
OBLIGATORIA a VOLUNTARIA, según Resolución de Consejo Directivo de 1998-01-08 y oficializada mediante
Acuerdo Ministerial No. 235 de 1998-05-04 publicado en el Registro Oficial No. 321 del 1998-05-20
El Directorio del INEN aprobó este proyecto de norma en sesión de
Oficializada como: Voluntaria
Registro Oficial No. 645 de 2009-07-30
2009-04-24
Por Resolución No. 040-2009 de 2009-06-30
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