Ensayo de Consistencia normal del cemento

Ensayo de Materiales II

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Facultad de Ingeniería, Ciencias Físicas y Matemática Carrera de Ingeniería Civil

JENNIFER VANESSA OCAPANA PULLUTAXI Informe N°001 , 002

Prácticas de Laboratorio


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Número 1

Número 2

Semestre y Paralelo: Número de Grupo:

Fecha de Realización: Fecha de Entrega:



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Se considera a la densidad como una medida utilizada para determinar la cantidad de masa contenida en un determinado volumen, sin embargo podemos distinguir entre dos tipos de densidades: 

La densidad absoluta o real que mide la masa por unidad de volumen, y que es la que generalmente se entiende por densidad.  =



 

La densidad relativa o gravedad específica la cual compara la densidad de una sustancia con la del agua, se define como el peso unitario del material dividido por el peso unitario del agua destilada a 4ºC.  =

 

Si analizamos la fórmula de la densidad absoluta o real, masa / volumen, se determina que ésta se puede aplicar a cualquier sustancia, siempre y cuando sea homogénea. Dado que en sustancias heterogéneas la densidad va a ser distinta en diferentes partes. Del mismo modo, la presión y la temperatura es un factor a tomar en cuenta en gases, pues influye considerablemente en la determinación de la densidad.

La densidad del cemento desempeña un papel significativo en su producción y funcionamiento, dado que los minerales crudos se calientan en hornos enormes para promover cambios químicos en éstos. De este proceso se obtiene lo que comúnmente es llamado “clinker”. Los pasos finales en la fabricación del cemento implican la molienda y el mezclado, los cuales producen precisamente ese polvo fino al que llamamos cemento. Cada paso en la fabricación del cemento es verificado por frecuentes pruebas físicas, al igual que el producto terminado, a fin de asegurar que este cumple con todas las especificaciones necesarias. El cemento se muele hasta una finura determinada puesto que la influencia del tamaño de partícula tanto en su cinética de hidratación así como en el desarrollo de la resistencia de este es bien conocida. Para un contenido de cemento dado, una reducción en los tamaños de partícula medios, produce generalmente una resistencia compresiva más alta. La densidad del cemento debe ser conocida en conexión con el diseño y control de mezclas de concreto.



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Como bien sabemos la cantidad de agua contenida en el cemento es un aspecto importante a la hora de construir, pues bien, es esa propiedad la que se conoce como consistencia normal; es decir, la cantidad de agua necesaria para que la pasta de cemento alcance una fluidez óptima y una plasticidad ideal. Por lo tanto, la determinación de la consistencia normal de los cementos se basa en la resistencia que opone la pasta de cemento a la penetración de la sonda de un aparato normalizado. Otro aspecto importante de este ensayo es que la determinación de esta consistencia sirve como referencia para la realización de otras pruebas como son la determinación de la resistencia a la tensión, tiempos de fraguado, sanidad del cemento, expansión en autoclave, etc. Los valores típicos de la consistencia normal se consideran que están entre un 23% y 33%, sin embargo este es un factor que no es índice de calidad del cemento.

El tiempo de fraguado del cemento es una de las características físicas y mecánicas de cumplimiento obligatorio en las normas de los distintos países del mundo relacionadas con el cemento como es en este caso la NTE INEN 0155-157-158. Es este el motivo por el cual hoy en día todos los profesionales de la construcción exigen que las industrias del cemento nos proporcionen un producto homogéneo, como propiedad importante de este, y que posea un tiempo considerable para su manipulación, pues si bien es cierto los profesionales están sujetos a los tiempos de fraguado a la hora de realizar una obra. Por lo que la importancia del tiempo de fraguado viene dada por la necesidad de tener elementos constructivos con resistencias mecánicas mínimas a edades tempranas, así como en periodos largos de tiempo, asegurando así el buen comportamientos de los hormigones y morteros. Este es el caso del presente ensayo en el cual se procederá a realizar el método de Vicat para determinar el tiempo de fraguado de los cementos Holcim y Chimborazo.



http://www.quantachrome.com/materials_applications/Cement_density_spanish.htm#sthas h.mLOUFcVg.dpuf



http://concurso.cnice.mec.es/cnice2005/93_iniciacion_interactiva_materia/curso/material es/propiedades/densidad.htm



http://www.uca.edu.sv/mecanicaestructural/materias/materialesCostruccion/guiasLab/ensayoCemento/CONSISTENCIA%20N ORMAL%20DEL%20CEMENTO%20PORTLAND.pdf



http://www3.ucn.cl/FacultadesInstitutos/laboratorio/consnormT2.htm



http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/viewFile/1078/11 48 Prácticas de Laboratorio


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2.1 Determinar la densidad del cemento hidráulico utilizando el método del Picnómetro y el método del frasco de Lechatellier. 2.2 Elaborar el ensayo adecuado de densidad del cemento para su respectiva obtención. 2.3 Determinar la consistencia Normal de los cementos existentes en el laboratorio mediante la aplicación del método de Vicat. 2.4 Conocer el procedimiento necesario para la correspondiente obtención del tiempo de fraguado inicial y final del cemento hidráulico por medio de la aguja de Vicat.

2.1 Comparar las densidades obtenidas en los dos ensayos realizados con el cemento Campeón HS. 2.2 Determinar que método es el que nos ayuda en la determinación de la densidad del cemento con una mayor exactitud. 2.3 Conocer que cemento tiene mayor densidad dependiendo del método que se aplica para el ensayo. 2.4 Establecer el método para la elaboración de la mezcla de pastas de cemento hidráulico y el método del ensayo para la determinación de la consistencia del cemento hidráulica. 2.5 Conocer las Normas Técnicas Ecuatorianas que establecen el modo de aplicación del método de Vicat. 2.6 Introducir al estudiante sobre el procedimiento que se utiliza para la determinación de los tiempos de fraguado inicial y final en pastas de cemento por medio de las agujas de Vicat y de Gillmore. 2.7 Emplear e identificar los instrumentos implicados en las prácticas tales como lo son la mezcladora mecánica y el Aparato de Vicat.



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500 cm3 de Gasolina

2 porciones de 650 gr de cemento Chimborazo

150 y 64 gr de cemento Campeón HS

2 porciones de 650 gr de cemento Holcim

Porciones de agua en función al tanto por ciento que se va a añadir, y a la cantidad de cemento



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Espátula

Embudo

Picnómetro

Frasco Lechatellier (A=±0,1ml)

Capacidad: 500 cm³

Capacidad: 24cm³

Pipeta (A=±0,05cm³)

Balanza Electrónica (A=±0,1g)

Capacidad: 10 cm³

Capacidad: 3000g



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Probeta (A=±5,0 cm³)

Vaso de precipitación ( A =± 50 ml)

Capacidad: 500 cm³

Capacidad: 1000 cm³

Mezcladora mecánica ( 140 – 285 rpm)

Agujas de Gillmore

Cronómetro (A = ±0,1 s)



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1. Enceramos la balanza electrónica (A=± 0,1g) y a continuación obtenemos la masa del picnómetro vacío (capacidad de 500 ml). 2. Con el embudo vertemos 500 ml de gasolina en la probeta y posteriormente pasamos a colocarla en el picnómetro hasta su capacidad de 500 ml.

3. Una vez colocada la gasolina en el picnómetro, la regulamos con la pipeta de 10 ml de capacidad, a fin de que obtener una medida exacta de gasolina y posteriormente una lectura correcta en la balanza electrónica.

4. Vaciamos el picnómetro para luego determinar la masa de este más 150 ±1 gr de cemento Campeón HS.

5. Obtenida ya la masa del picnómetro más el cemento, añadimos gasolina hasta completar la capacidad del picnómetro (500 cm3) y posteriormente lo pesamos. En este proceso se procederá a ir sacando los vacios existentes entre la gasolina y el cemento a fin de que pueda tomarse una lectura exacta de la masa.



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6. Se registran los datos obtenidos en la práctica y se procede a limpiar el equipo con gasolina.

1. Colocar la gasolina en el frasco Lechatellier sin topar las paredes con el líquido hasta colocarse entre el 0 y 1 cm³, a continuación procedemos a pesar el frasco más la gasolina en la balanza electrónica. 2. Con la masa ya tomada del frasco más la gasolina, medimos 65 gr de cemento Campeón HS y a continuación lo vertemos en el frasco Lechatellier con la ayuda de un embudo de papel, evitando que el cemento se pegue en los lados de este.

3. Procedemos a mover el frasco de Lechatellier hasta sacar todos los vacios existentes entre la gasolina y el cemento CAMPEÓN HS (65g) . 4. Finalmente se limpian los materiales empleados en el ensayo y se toman los respectivos datos.

7. Determinar la cantidad de agua aproximada que se necesita para una mezcla de 650 g de cemento Holcim y Chimborazo, a continuación pesar, en la balanza eléctrica, la cantidad de agua necesaria del vaso de precipitación (A ± 50 ml). 8. Colocar el agua previamente masada y los 650 g de cemento en el tazón de mezcla respectiva. Prácticas de Laboratorio


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9. Poner en marcha el cronómetro durante 15 segundos en los cuales el ayudante debe colocar el tazón con la mezcla en la mezcladora mecánica. 10. Acabados los 15 segundo poner en marcha la mezclador a una velocidad baja de 140 rpm ± 5 rpm y mezclar durante 30 segundos. Detener la mezcladora y durante 15 segundos remover la mezcla de los bordes del tazón y de la paleta. A continuación continuar mezclando a una velocidad media de 285 rpm ± 10 rpm durante 60 segundos.

11.Una vez hecha la mezcla retirarla del recipiente y posteriormente formada una bola lanzarla de mano en mano 6 veces con una separación aproximada de 15 cm.



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12.Introducir la bola de la mezcla por la parte más ancha del anillo cónico hasta que no queden restos por la parte inferior. Posteriormente, quitar el sobrante y enrazar con la ayuda de la espátula.

13.Colocar el molde bajo el aparato de Vicat (A ± 1mm), dejar caer la columna y medir si la aguja de Vicat penetra 10 mm ± 1mm en 30 segundos para que la mezcla se encuentre en consistencia normal.

14.Repetir el mismo procedimiento tres veces más, una con el cemento Holcim y otras dos con el cemento Chimborazo. 15.Se registran los datos obtenidos en la práctica y se procede a limpiar el equipo.

5. La masa a realizar para determinar el tiempo de fraguado sigue el mismo procedimiento que el la determinación de la consistencia normal. (Ver apartado 4.3) 6. Una vez obtenida la masa procedemos a colocarla debajo del aparato Vicat A ± 1mm, y se deja caer la aguja y observar si la masa esta en fraguado inicial, cuando una aguja de 1mm de diámetro penetra 25 mm en 30 segundos, y en fraguado final, cuando transcurrido el Prácticas de Laboratorio


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tiempo la aguja de 1mm deja una ligera huella en la pasta. (Este proceso se dio por supuesto en comparación a ensayos hechos anteriormente, por la falta de tiempo) 7. Observar las agujas de Gillmore atendiendo a la explicación teórica del ayudante, sobre su funcionamiento.

Gasolina

Cantidad: 500 cm3 Marca: Campeón HS Cantidad: 150 y 64 gr

Cemento

Marca: Holcim Cantidad: 2 x 650 gr Marca: Chimborazo Cantidad: 2 x 650 gr

Agua

Cantidad: f (cemento)



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picnómetro vacío

159.00

picnómetro + 500 cm3 de gasolina

526.90

picnómetro + Cemento

309.00

picnómetro + Cemento + Gasolina

636.70

Volumen del líquido desplazado

54.63 cm3

Densidad del cemento

2.74 g/cm3

Frasco LeChatellier + Gasolina

323.90 g

Lecura del Volumen inicial

0.70 ml

Frasco LeChatellier + Gasolina + Cemento

387.00 g

Lectura del volumen final

24.40 ml

Densidad del Cemento

2.66 g/cm3



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picnómetro vacío

152.20


520.60


302.50


629.70


55.92 cm3


2.69 g/cm3


325.90 g


0.40 ml


388.60 g


22.00 ml


2.90 gr/cm3

picnómetro vacío

173.00


542.00


323.00


654.00 Prácticas de Laboratorio


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51.49 cm3


2.91 g/cm3


324.00 g

Lectura del Volumen inicial

0.40 ml


385.00 g


22.00 ml


2.82 g/cm3

picnómetro vacío

172


540


281


622


36.68 cm3


2.97 g/cm3



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283 g


0.6 ml


347g


22.5 ml


2.93 g/cm3

Cantidad de agua añadida

188.2 g

201.5 g

195.0 g

175.5 g

Porcentaje de agua añadida

29 %

31 %

30 %

27 %

Penetración de aguja de Vicat

7.0 mm

14.0 mm

19.0 mm

6.0 mm

Hora Inicial del Ensayo

8:15 am

Hora Inicial del Fraguado del Cemento

9:00 am

Hora Final del Fraguado del Cemento

12:45 pm Prácticas de Laboratorio


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CONSISTENCIA NORMAL DEL CEMENTO 20

30, 19

18 16 31, 14 14

) m m12 ( n ó i 10 c a r t e 8 n e P

Holcim 29, 7

Chimborazo

27, 6

6 4 2 0 26

27

28

29

30

31

32

% de Agua

Horizontal: 1cm r 0.5% Vertical: 1cm r 2.5 mm

A → Masa del picnómetro vacío [g] B →Masa del picnómetro + Cemento CAMPEÓN HS [g] C → Masa del picnómetro + Cemento CAMPEÓN HS + Gasolina [g] D →Masa del picnómetro + 500 cm³ Gasolina [g]



 =  −   = 323.00 − 173.00  =   Prácticas de Laboratorio


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

ú  í    = ú   =

ú  í   =

5 0 0 ∗ [( − ) − ( − )] −

500  ∗ [(542.00  − 173.00 ) − (654.00  − 323.00 )] 542.00  − 173.00 

ú  í   =

500  ∗ [(369.00 ) − (331.00 )] 369.00 

ú  í   =

19000.00  ∙  369.00 

 = . 



=

=

  150.00  51.49 

 = .  ⁄

A →Masa del frasco de Lechatellier + Gasolina [g] B→ Lectura del Volumen Inicial [cm³] C→ Masa del frasco de Lechatellier + Gasolina +Cemento [g] D→ Lectura del Volumen Final [cm] 

=

=

 

=

− −

385.00  − 324.00  22.00  − 0.40  Prácticas de Laboratorio


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 = .  ⁄



 (%) =

 

× 100

188.2 

 (%) =

650.0 

× 100

 (%) =  % 

 (%) =

 (%) +  (%)

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2 29 % + 31% 650.0

 (%) =  %

Sistema Internacional (SI)  → :  → : 1 = 1³  → : /

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 () 

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Sistema Internacional (SI) Prácticas de Laboratorio


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 →      ()  →      ()  →     (%)

 (%) =

 ()  ()

× 100%

 (%) = %   

1. La densidades obtenidas por el método del picnómetro y del frasco LeChaterllier arrojaron densidades tales como 2.91 y 2.82 g/cm 3 respectivamente las cuales a pesar de no aproximarte en su totalidad entre ellas, si se encuentran dentro del rango de 2.7 – 3.1 g/cm3 de la densidad entre la que varía el cemento. 2. La densidad de un determinado cemento variara en función del tamaño de sus partículas permitiendo a su vez que en función de esta propiedad el cemento presente mayor o menor resistencia compresiva. 3. Del mismo modo concluimos que la gasolina es un elemento que no reacciona ante la presencia de cemento como es el caso del agua, permitiendo su análisis no dejando que la mezcla fragüe. 4. De acuerdo a lo mencionado anteriormente, concluimos que los cementos con mayor densidad poseen una resistencia a la compresión menor que los que poseen una baja densidad. Ese es el caso del Cemento Holcim GU, el cual posee una densidad de 2.66 g/cm3 inferior a los demás, considerándolo como uno de los mejores del mercado. 5. Con referente a lo anterior se toma en cuenta que las comparaciones realizadas se hicieron con las densidades de 2,66 (Holcim GU), 2.90 (Chimborazo IP), 2.82 (Campeón HS) y 2.92 g/cm3 (Selva Alegre) obtenidas a partir del método del Frasco LeChatellier el cual se rige a la NTE INEN 0156, al contrario que la del picnómetro, por lo que se consideran más fiables sus resultados. 6. Atendiendo a los datos recolectados en el ensayo de la consistencia normal y a la norma respectiva, la cual enuncia que una pasta de cemento se considerará que tendrá consistencia normal cuando la aguja de Vicat de 10mm de diámetro la penetre 10mm en 30 segundos; podemos concluir que la consistencia normal tanto del cemento Holcim como el Prácticas de Laboratorio


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Chimborazo utilizados en el ensayo, no está dentro del rango establecido, por lo que la muestra de 650 gr de cemento no alcanzará una plasticidad ideal ni una fluidez óptima cuando se mezcle con cantidades de agua como 188.2 g y 201.5 g en el primer caso, 195.o g y 175.5 g en el segundo. 7. Concluimos que aparentemente hubieron pequeños errores en el ensayo debido a que en la obtención de la consistencia normal el tiempo juega un papel muy importante, dado que el cemento reacciona inmediatamente al ponerse en contacto con el agua. Por lo que al realizar el presente ensayo se encontró consistencias normales tales como del cemento Holcim igual a 30 % y Chimborazo igual a 28 %. 8. En lo que respecta al ensayo de tiempos de fraguado concluimos que este es importante dado que es el principal aliado de un ingeniero civil, pues dependemos de este para calcular el tiempo necesario para trabajar en una obra, así como la posibilidad de poder o no transportar morteros antes de que estos fragüen. 9. Al igual, con los datos proporcionados por el ayudante en lo que respecta a los tiempos de fraguado del cemento establecemos que nos encontramos frente a un cemento el cual tiene un tiempo de fraguado inicial aproximado de 45 minutos, y unas 4 horas y media desde la hora de inicio del Ensayo para el fraguado final. 10.Como antes se mencionó, el fraguado es una propiedad física y mecánica a tener en consideración en las obras civiles, generándose una estrecha relación con el ensayo de consistencia normal del cemento, ya que de este se desprende el ensayo antes mencionado. En este punto se entiende que la adquisición de una alta o baja resistencia dependerá en su gran mayoría de la cantidad de agua necesaria para que el cemento alcance una fluidez óptima para que puede ser manipulado, siempre en relación con el tiempo que tarda la mezcla en “secarse”. 11.En lo que respecta al campo de la Ingeniería civil, este tipo de ensayos nos permiten elegir un cemento con las mejor propiedades posibles que se adapten a nuestro proyecto, a fin de conseguir una mejor resistencia a la compresión en las diferentes obras civiles dado que el cemento es el elemento más importante de un mortero.

1. Se recomienda evitar el aglutinamiento durante la realización del ensayo, a fin de obtener una mejor perspectiva de lo que se está haciendo en el laboratorio. 2. Recomiendo proporcionar una mejor visibilidad de la realización del ensayo, al igual que un mejor ambiente acústico, dado que algunas indicaciones no podían ser percibidas debido a la bulla. 3. Sería recomendable proporcionar una explicación más detallada que venga del ayudante de cátedra para evitar confusiones y datos errores en las prácticas, al momento de utilizar los equipos. Prácticas de Laboratorio


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



– Cemento hidráulico. Mezclado mecánico de pastas y morteros de consistencia plástica. (Última revisión 2009) – Cemento hidráulico. Determinación de la densidad. (última revisión 2009)



– Cemento hidráulico. Determinación de la consistencia normal. Método de Vicat. (Última revisión 2009)



– Cemento hidráulico. Determinación del tiempo de fraguado. Método de Vicat. (Última revisión 2009)



http://www.cemex.es/content/publica/cemento/index.asp?subm=4&ns=dgeneral4_3.html& nsDer=gdralderecha4.html&submenu=submenu41.html



http://www.arqhys.com/blog/densidad-relativa-del-cemento.htm



http://materconstrucc.revistas.csic.es/index.php/materconstrucc/article/viewFile/1078/11 48



http://www.uca.edu.sv/mecanicaestructural/materias/materialesCostruccion/guiasLab/ensayoCemento/Fraguado%20incial% 20y%20final%20del%20cemento.pdf

NORMA NTE INEN 0155: 

https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0155.2009.pdf




https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0157.2009.pdfpdf


https://law.resource.org/pub/ec/ibr/ec.nte.0158.2009.pdf Prácticas de Laboratorio


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Holcim Marino A.R.S (El Salvador) es un tipo de cemento diseñado para construcciones en ambientes marinos evitando la corrosión causada por agua de mar o humedad constante, garantizando máxima protección contra el ataque de sulfatos, cloruros y álcalis. Además de obras en zonas costeras, también puede ser usado en pozos para agua, drenajes industriales, túneles, retención de diques, pisos industriales y estructuras de concreto expuestas a ambientes agresivos. También plataformas industriales, obras para aguas servidas, subterráneas y plantas de tratamiento de aguas, entre otras.

El cemento Holcim Marino A.R.S. es un cemento puzolánico desarrollado sin yeso, utiliza la puzolana para regular su tiempo de fraguado haciendo dentro de sus características químicas un cemento de alta resistencia a los sulfatos y ambientes de ataques químicos severos, como agua con alto contenido de álcalis y agua con alto contenido de azufre, agua de mar, ríos y lagos; por su alto contenido de puzolana hace una acción de dilución de aluminato tricálcico, logrando así incrementar su resistencia a los sulfatos y reduciendo la expansión en los concretos por efectos de sulfatos, álcalis y cloro. El cemento Holcim Marino A.R.S. bajo la V de la normativa C150.

es el cemento sustituto del cemento Tipo

La actual norma NTE INEN 2380, a diferencia de normas en donde se establecían límites en la composición química, tiene como requisito prioritario el desempeño de los cementos hidráulicos al ser usados en hormigón, es decir, una norma moderna, con tipos de cementos tales como:      

Tipo GU (Uso General) Tipo HE (Alta Resistencia Temprana) Tipo HS (Alta Resistencia a los Sulfatos) Tipo MS (Moderada Resistencia a los Sulfatos) Tipo MH (Mediano Calor de Hidratación) Tipo LH (Bajo Calor de Hidratación)

Estos cementos colaboran con el medio ambiente debido a que, entre otras ventajas, su producción genera menos cantidad de CO2; adicionalmente, su mayor ventaja es que sus usos y aplicaciones van encaminados a los modernos conceptos de durabilidad.



NORMA NTE INEN 2380 (Equivalente de la ASTM C 1157) 




http://www.holcim.com.ec/fileadmin/templates/EC/doc/folletos/Evolucion_normasHEC. pdf



http://www.holcim.com.sv/productos-y-servicios/productos/cemento/holcim-marinoars.html Prácticas de Laboratorio

Ensayo de Consistencia normal del cemento

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