Fraguado, caracterización física y química del cemento. PDF

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería División de Ciencias Básicas Laboratorio de Sistemas Químicos en Ingeniería (6450) Profesor(a): Lic. Miguel Alejandro Maldonado Gordillo Semestre 2019-2 Práctica No. __11__ Nombre de la práctica _Fraguado, caracterización física y químic...

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Universidad Nacional Autónoma de México Facultad de Ingeniería División de Ciencias Básicas Laboratorio de Sistemas Químicos en Ingeniería (6450)

Profesor(a): Lic. Miguel Alejandro Maldonado Gordillo Semestre 2019-2

Práctica No. __11__ Nombre de la práctica _Fraguado, caracterización física y química del cemento

Grupo: ___7____ Brigada: ____5___

Integrantes: Mendoza Salazar Mariana Barbosa González Osvaldo Joan Vázquez Mendoza Jared Eduardo

Cd. Universitaria a __23___ de ____Abril_______de 2019

Objetivos El ALUMNO: 1. Comprenderá las diferencias en el uso de diferentes disoluciones en el proceso de fraguado al preparar muestras con dos tipos de cemento. 2. Determinará el pH de diferentes muestras de cemento. 3. Identificará la presencia de hierro, calcio, carbonatos y cloruros en las muestras de cemento. 4. Estimará la apariencia, la dureza, la conductividad térmica y la fragilidad de las muestras de cemento fraguado. 5. Comparará los resultados obtenidos y determinará qué tipo de disolución de fraguado, de las que se estudiaron es la mas adecuada para la construcción. Resultados PARTE I ACTIVIDAD 1 Fraguado con diferentes disoluciones acuosas y agua potable. Se etiquetaron 12 moldes de poliestireno, seis de ellos del 1P a 6P, el resto de 1B a 6B, donde P indica el cemento portland y B el cemento blanco Se pesó 10 gramos de cada tipo de cementos para colocar en cada vaso de acuerdo al tipo que corresponda. En el vaso 1P y 1B se añadió 3 ml de agua mineral peñafiel. Se mezcló hasta formar una pasta manejable y homogénea, se anotó la hora y se dejó fraguar. Para revisar la consistencia de la pasta, se dejó caer un palillo de manera vertical a una altura aproximada de 30 cm cada 15 min, cuando el palillo no entre en la superficie entonces habrá fraguado, los datos obtenidos se muestran en la Tabla A2 y A3 de acuerdo a la Tabla A1. Molde Disolución Tiempo de revisión de consistencia (min) HCl 10% 5 2P, 2B NaCl 3 3P, 3B CaCO3 3 4P, 4B Agua potable 2 5P, 5B Agua destilada 2 6P, 6B Tabla A 1 disolución para el molde específico y tiempo de revisión correspondiente

Molde 1P 2P 3P 4P 5P 6P

Tiempo de fraguado (aproximado, en minutos) 15 10 20 17 13 8

Tabla A 2 Tiempo de fraguado para las muestras de cemento Portland

Molde 1B 2B 3B 4B 5B 6B

Tiempo de fraguado (aproximado, en minutos) 6 15 30 40 30 32

Tabla A 3 Tiempo de fraguado para las muestras de cemento blanco

Se guardaron los moldes con la mezcla de cemento y se cubrieron con una hoja de periódico De acuerdo a los datos obtenidos se observa que en general el cemento blanco tarda mas en fraguar, también observamos que el agua destilada o potable también disminuye su tiempo de fraguado. PARTE II ACTIVIDAD 1 El profesor explicó el procedimiento y cuidados que se requieren en la realización de la práctica. ACTIVIDAD 2 Determinación del pH. Se etiqueto cada vaso de precipitado de acuerdo al tipo de cemento, se peso 1 gramo del respectivo cemento y se añadió 10 ml de agua destilada a cada vaso. Se agito con ayuda de la parrilla y un agitador magnético durante 15 minutos.

Ilustración 1 Vasos de precipitado

Con ayuda de un medidor de pH se determinó para cada muestra de cemento, los resultados se muestran en la Tabla 1.

Ilustración 2 A la izquiera la muestra de cemento gris, a la derecha la muestra de cemento blanco

ACTIVIDAD 2 Filtrado de disoluciones. Se armaron dos sistemas de filtración, se humedeció algodón para realizar el filtrado de la mezcla como se muestra en la ilustración 3 .

Ilustración 3 Sistemas de filtrado para cada tipo de cemento, a la izquierda cemento gris, a la derecha ,cemento blanco

ACTIVIDAD 4 Identificación de la presencia de especies químicas en las muestras de cemento. Se realizó el siguiente procedimiento de acuerdo a la tabla 2. Cemento gris Con la ayuda de 4 tubos de ensayo, se colocó en 3 de ellos, 1 ml de disolución filtrada y se añadieron las siguientes sustancias como se muestra en la tabla 2. Tabla 1 Se muestra la reacción final para cada tubo de ensayo con cemento gris

Tubo 1

Identificación de: Hierro

Adicione 5 gotas de ácido clorhídrico 10% + 3 gotas de tiocianato de potasio

Resultado

Se confirma la presencia de hierro dada la coloración rojiza-naranaja

2

Calcio

5 gotas de oxalato de amonio

Se observa la presencia de calcio debido a la coloración blanca 3

Cloruros

5 gotas de ácido nítrico + 3 gotas de nitrato de plata

Apenas es notorio la presencia de cloruros debido a la presencia de un precipitado blanco grumoso 4

carbonatos

Pequeña cantidad del cemento + 10 gotas de disolución de ácido clorhídrico concentrado

Se confirma la presencia de carbonatos, esta reacción se dio de forma poco violenta, se liberó burbujas y se formo espuma

Cemento blanco Con la ayuda de 4 tubos de ensayo, se coloco en 3 de ellos, 1 ml de disolución filtrada y se añadieron las siguientes sustancias como se muestra en la tabla 3.

Tabla 2 Se muestra la reacción final para cada tubo de ensayo con cemento blanco

Tubo 1

Identifcación de: Hierro

Adicione

Resultado

5 gotas de ácido clorhídrico 10% + 3 gotas de tiocianato de potasio

Se descarta la presencia de hierro dada la falta de coloración roja 2

Calcio

5 gotas de oxalato de amonio

Se observa la presencia de calcio debido a la coloración blanca 3

Cloruros

5 gotas de ácido nítrico + 3 gotas de nitrato de plata

Apenas es notoria la presencia de cloruros debido a la presencia de un precipitado blanco grumoso 4

carbonatos

Pequeña cantidad del cemento + 10 gotas de disolución de ácido clorhídrico concentrado

Se confirma la presencia de carbonatos, esta reacción se dio de forma uniforme, con liberación de pequeñas burbujas.

El ion carbonato en polvo con la disolución ácida produce efervescencia, según la reacción siguiente

Tabla 3 Se muestran las observaciones de las reacciones y actividades anteriores para cada tipo de cemento

Muestra de cemento Portland Observaciones

Blanco Observaciones

pH 8.5

√

√

10

-

√

√ La reacción fue exotérmica √ Apenas visible, menor cantidad al cemento portland

√ Coloración café √ Coloración amarilla

ACTIVIDAD 5. Cemento Portland Apariencia: color y consistencia Se identificó cada muestra de cemento Portland y se liberó cada una de su respectivo molde, se anotaron sus características en apariencia de acuerdo a la siguiente tabla4

Ilustración 4 muestras de cemento Portland fuera de su envase

Tabla 4 Apariencia de muestras de cemento Portland

Disolución Agua mineral HCl NaCl CaCO3 Agua potable Agua destilada

Cemento blanco Se siguió el mismo procedimiento anterior.

Ilustración 5 Muestras de cemento blanco

NOTA* se anotaron dos muestras 6B

Apariencia Homogeneidad Consistente- ligeros agrietamientos Gris-ligeramente consistente oscuro Gris consistente Gris-ligeramente consistente blanco Gris-ligeramente consistente blanco Gris-ligeramente consistente oscuro Color Gris

Tabla 5 Apariencia de las muestras de cemento blanco

Disolución Agua mineral HCl

Color Blanco Blanco

NaCl CaCO3 Agua potable Agua destilada

Blanco Blanco Sin datos Sin datos

Apariencia Homogeneidad Consistente Consistente - ligeros agrietamientos consistente No consistente Sin datos Sin datos

Dureza Se rayó cada muestra de cemento con la punta de la espátula y se anotaron los resultados en la tabla 6. Conductividad térmica Se encendió la parrilla de calentamiento al nivel 3, se dejó así durante 10 minutos. Se dejó caer sobre la muestra de cemento dos gotas de parafina líquida, cuando estas se solidificaron, se colocó la muestra en la superficie de la parrilla. Se contabilizo el tiempo para el inicio y termino cuando la parafina se encontraba líquida, este tiempo indica la capacidad conductora de calor para cada muestra. Se anotaron los resultados obtenidos en la tabla 6.

Ilustración 6 Prueba de conductividad térmica para muestras de cemento blanco

Fragilidad Se colocó una hoja blanca en la mesa, sobre ella, con la ayuda de un tubo de cartón de dejo caer dentro de él cada muestra de cemento. Se anotaron los resultados en la tabla 6 de acuerdo a la siguiente figura, observaciones y rangos.

Figura 1. Prueba de fragilidad.

Rangos de fragilidad Fragilidad ++++ +++ ++ +

Evento en el que ocurre fraccionamiento 1 2 3 0 (no ocurre fractura)

Cemento Portland Tabla 6 A Propiedades físicas de las muestras de cemento Portland.

Disolución

Dureza

Agua mineral

Dura

Conductividad térmica 45 s

HCl NaCl

Poco suave Suave

48 s 37 s

CaCO3 Agua potable Agua destilada

Poco suave Suave Dura

47 s 49 s 45 s

Fragilidad 3 (se fractura en 2 partes) 2 1 ( se fractura en 4 partes) 2 2 0

mento Blanco Tabla 7 B Propiedades físicas de las muestras de cemento Blanco.

Disolución

Dureza

Agua mineral

Suave

Conductividad térmica 70 s

HCl

Muy poco suave

60 s

Fragilidad 1 ( se fractura en tres partes) 2 ( se fractura en tres partes)

Ce

NaCl CaCO3

suave Suave

62 s 63 s

Agua potable

Duro

56 s

Agua destilada

Duro

41 s

0 3 ( se fractura en tres partes) 3 (se fractura en esquinas pero sin fractura completa) 1 (se fractura en dos partes)

Tabla 8 Tiempo de fraguado de muestra de cemento con diferente disolucion obtenidas de todas las brigadas del salon

Disolución Coca-cola Jugo Cola-cola light Agua mineral Sprite

Cemento Portland 44 min 34 min 65 min 15 min 59 min

Cemento Blanco 39 min 32 min 51 min 6 min 23 min

ACTIV IDAD 6. Describa si la disolución empleada afecta de manera relevante la consistencia de las muestras de cemento endurecidas. De acuerdo a nuestra disolución, que fue el agua mineral, del cual se compone de sodio principalmente, afecta directamente a ambos tipos de cemento, acelerando su tiempo de fraguado en comparación a otros, tiene buena consistencia pero en la prueba de fragilidad resulto bastante débil. ¿Hay diferencias físicas entre el cemento blanco y el Portland? De existir, mencione cuáles. La diferencia más relevante es la presencia de hierro en el cemento Portland, el cual le da ese color gris y más resistencia a su vez, en pruebas de fragilidad resulta durar más caídas en comparación al cemento blanco, que incluso se fracturaba en la primera caída y en bastantes partes. Mencione cual es la mejor disolución de fraguado, cuál es la peor y por qué. En el cemento Portland resulto mejor el agua destilada, ya que soporto la prueba de fragilidad, el cual no resulto fracturado, su consistencia fue homogénea y sin agrietamientos, mientras que en el cemento blanco, el agua potable fue la mejor disolución, presentando mejor resistencia en pruebas de fragilidad y dureza de la muestra aunque en todas sus características tiene un menor rendimiento que el cemento Portland.

¿Cuáles son las diferencias químicas entre el cemento blanco y el cemento Portland? Explique su respuesta. Difieren en la cantidad de Óxido de Hierro, en el cemento Portland se presenta desde un 3%, mientras que en el blanco es, entre más blanco, menor, aproximadamente de un 0.2%, así , el cemento blanco posee mayor cantidad de óxido de calcio. Análisis de resultados Debido a que en nuestra brigada somos tres personas, se dificulto la toma de tiempos de fraguado, así, se revisó si estas mezclas ya habían fraguado tiempo después en que tenían que revisarse, ya que estábamos mezclando las muestras y el tiempo transcurría, alterando así los datos en el tiempo de fraguado para cada muestra, al momento de nombrarlas y sacarlas del molde también se cometió el error de nombrar dos muestras con el mismo número, lo que llevo a una confusión de ambas muestras, las cuales están se pueden encontrar invertidas en los datos, alterando la compresión del efecto y propiedades que presenta de acuerdo a la disolución contenida.

Conclusiones. La disolución que nos toco fue la de agua mineral, cuyo contenido principal es el sodio, este reacciona provocando un falso fraguado (aumentando el tiempo de fraguado en la mezcla) que genera mayores fisuras en las muestras. En general se observó, independientemente del tipo de cemento, el efecto fue el mismo, entre mayor cantidad de azúcar presente en la mezcla, se retardaba considerablemente más en fraguar. En relación a la mejor disolución, de acuerdo a sus propiedades físicas, se terminó por decidir entre agua en sus dos formas, destilada y potable.

Referencias. Shackelford, James. (2005). Introducción a la Ciencia de materiales para ingenieros. 6 Edición. Pearson. Madrid. España. Cemento Portland. (2019). En Wikipedia. Recuperado el 22 de Abril de 2019 de https://es.wikipedia.org/wiki/Cemento_Portland Cemento Blanco. (2017). En Wikipedia. Recuperado el 22 de Abril de 2019 de https://es.wikipedia.org/wiki/Cemento_blanco Barrios Cotera (2015). Bebida gaseosa como aditivo en el concreto fresco. Universidad Continental de ciencias e ingenieria. Lima, Perú....