Las características físicas y mecánicas mas importantes son: fraguado, expansión, finura de molido y resistencia a compresión.
a) Fraguado
La velocidad de fraguado de un cemento viene limitada por las normas estableciendo un período de tiempo, a partir del amasado, dentro del cual deben producirse el principio y el fin de fraguado. Ambos conceptos se definen de un modo convencional, mediante la aguja de Vicat, ya que el fraguado es un proceso continuo que se inicia al amasar el cemento y se prolonga por el endurecimiento sin solución de continuidad.
Las penetraciones de la aguja de Vicat sobre una probeta de pasta normal de cemento, en función del tiempo, dan una idea del proceso de fraguado. Como resultado del ensayo puede dibujarse un diagrama como el indicado en la figura 1.1, que corresponde a un cemento portland medio (Norma europea EN 196-3).
El límite inferior que marcan las normas para el comienzo de fraguado, es pequeño y puede resultar insuficiente para muchas obras de hormigón, en las que la distancia de transporte sea grande. Debe comprobarse, en tales casos, que el principio de fraguado del cemento se aleja del mínimo admitido, especialmente si la temperatura ambiente supera a la normalizada del ensayo, que es de 18 °C a 22 °C para el agua de amasado.
La influencia de la temperatura en los tiempos de fraguado puede verse en la tabla 2.7 (apartado 2.3 del capítulo 2).
Para obras de pavimentos de hormigón ejecutadas en verano conviene utilizar cementos cuyo principio de fraguado, en ensayo efectuado a 30°C, tenga lugar no antes de una hora.
El fraguado es tanto más corto y rapido en su comienzo cuanto más elevada es la finura del
cemento. La meteorización de éste (almacenamiento prolongado) aumenta la duración del fraguado. La presencia de materia orgánica (que puede provenir del agua o de la arena) retrasa el fraguado y puede llegar a inhibirlo. A menor cantidad de agua de amasado, así como a mayor sequedad del aire ambiente, corresponde un fraguado más corto.
b) Expansión
Los ensayos de estabilidad de volumen tienen por objeto manifestar, a corto plazo, el riesgo de expansión tardía que puede tener un cemento fraguado debida a la hidratación del óxido de calcio y/o del óxido magnésico libres.
El método de ensayo que se utiliza, tanto en España como en el resto de Europa, es el de las agujas de Le Chatelier (Norma europea EN 196-3). Consiste en un pequeño molde cilíndrico abierto por una generatriz y terminado por dos agujas para amplificar la expansión. Una vez relleno con la pasta de cemento, se mantiene 24 horas en la cámara húmeda. El aumento de la distancia de las dos puntas de las agujas después de sumergido el molde en agua en ebullición, durante tres horas, mide la expansión.
Según la Instrucción RC-97, la expansión de cualquier tipo de cemento no debe ser superior a 10 milímetros.
c) Finura de molido
Es una característica íntimamente ligada al valor hidráulico del cemento, ya que influye decisivamente en la velocidad de las reacciones químicas que tienen lugar durante su fraguado y primer endurecimiento.
Al entrar en contacto con el agua, los granos de cemento se hidratan sólo en una profundidad de 0,01 mm, por lo que, si dichos granos fuesen muy gruesos, su rendimiento sería muy pequeño al quedar en su interior un núcleo prácticamente inerte.
Si el cemento posee una finura excesiva, su retracción y calor de fraguado son muy altos (lo que, en general, resulta perjudicial), el conglomerante resulta ser más susceptible a la meteorización (envejecimiento) tras un almacenamiento prolongado, y disminuye su resistencia a las aguas agresivas. Pero siendo así que las resistencias mecánicas aumentan con la finura, se llega a una situación de compromiso: el cemento portland debe estar finamente molido, pero no en exceso.
Lo deseable es que un cemento alcance sus debidas resistencias, a las distintas edades, por razón de calidad del clínker más bien que por razón de finura de molido. La nueva normativa, tanto europea como española, no incluye en sus Pliegos prescripciones para la finura de molido.
Para la determinación de la finura de molido existen varios métodos de ensayo siendo el más conocido el de la superficie especifica Blaine (Norma UNE 80.122). Consiste en determinar la superficie de un gramo de cemento cuyas partículas estuviesen totalmente sueltas, expresándose en centímetros cuadrados. La superficie específica Blaine de los distintos cementos está comprendida, generalmente, entre 2.500 y 4.000 cm2/g.
Otros métodos para determinar ¡a finura de molido son por tamizado en seco (Norma UNE 80.107) y por tamizado húmedo (Norma UNE 80.108).
d) Resistencias mecánicas
Como resistencia de un cemento se entiende la de un mortero normalizado, amasado con arena de características y granulometría determinadas, con relación agua/cemento igual a 05, en las condiciones que especifica la Norma UNE 80-101, que es análoga a la Norma europea EN 196-1.
Las probetas son prismáticas de 4 x 4 x 16 cm3. Se rompen primero a flexotracción con carga centrada y luego, cada uno de los trozos resultantes, se rompe a compresión sobre superficie de 4 x 4 cm^2 . Las roturas se efectúan normalmene a 2,7 y 28 días.
La resistencia mecánica de un hormigón será tanto mayor cuanto mayor sea la del cemento empleado. Pero esta característica no es la única que debe buscarse, ya que por sí sóla no garantiza otras igualmente necesarias, o incluso más, como por ejemplo la durabilidad.
En la tabla 1.2 se dan las prescripciones mecánicas de los cementos, según la Instrucción española RC-97.
Recuérdese que el número que identifica la clase de un Cemento corresponde a la resistencia mínima a compresión, a 28 días, expresada en N/mm2 (excepto en cementos para usos especiales, en que dicha resistencia se refiere a 90 días). Ni la Instrucción española ni la Norma europea especifican valores para la resistencia a flexotracción.
