Determinación de la Finura del Cemento Hidráulico por el Método de Permeabilidad al Aire (Método Blaine)

1. Alcance (Scope)

El método ASTM C204 establece la determinación de la finura del cemento hidráulico mediante el aparato de permeabilidad al aire Blaine, expresada como superficie específica en $cm²/g o m²/kg.$
El método funciona especialmente bien para cementos Portland, aunque puede emplearse en otros materiales, entendiendo que los valores obtenidos son relativos y dependen de la densidad y porosidad del material respecto al estándar NIST SRM 114.

2. Aparatos (Apparatus)

El equipo Blaine consta de los siguientes componentes principales:

2.1 Célula de permeabilidad

• Cilindro rígido de acero inoxidable austenítico.
• Diámetro interno: 12.70 ± 0.10 mm.
• Acabado interior: 0.81 μm.
• Ledge interno para soportar el disco perforado.

2.2 Disco perforado

• Metal no corrosivo.
• Espesor: 0.9 ± 0.1 mm.
• 30–40 perforaciones de 1 mm distribuidas uniformemente.

2.3 Émbolo (Plunger)

• Acero inoxidable austenítico.
• Holgura máxima: 0.1 mm.
• Ventilación lateral de 3.0 ± 0.3 mm.
• Distancia fija entre émbolo y disco: 15 ± 1 mm.

2.4 Papel filtro

• Tipo 1, Grado B según ASTM E832.
• Diámetro igual al de la célula.

2.5 Manómetro en U

• Tubo de vidrio de 9 mm.
• Marcas de referencia a distancias específicas (125–145 mm, 15 mm, 70 mm, 110 mm).
• Conexión hermética a la célula.

2.6 Líquido manométrico

• Aceite mineral ligero o dibutil ftalato.
• No volátil, no higroscópico.

2.7 Cronómetro

• Lectura mínima: 0.5 s.
• Exactitud: 0.5 s hasta 60 s; 1% hasta 300 s.

3. Calibración del aparato (Calibration)

3.1 Material de referencia

Se utiliza el NIST SRM 114, a temperatura ambiente.

3.2 Determinación del volumen del lecho compactado

Se realiza mediante desplazamiento de mercurio, midiendo:

• Masa de mercurio con la célula vacía.
• Masa de mercurio con el lecho compactado.
  Con ello se calcula el volumen del lecho V.

3.3 Masa del estándar

La masa necesaria para obtener una porosidad e = 0.500 ± 0.005 se calcula como:

$[ W = \rho V (1 - e) ]$

donde ρ = 3.15 g/cm³ para cemento Portland.

3.4 Preparación del lecho estándar

• Disco perforado + papel filtro.
• Colocación de la masa exacta.
• Compactación con el émbolo hasta contacto con el collar.

3.5 Ensayo de permeabilidad para calibración

• Evacuar aire hasta la marca superior.
• Medir el tiempo entre marcas intermedias del manómetro.
• Realizar tres determinaciones en tres lechos distintos.

3.6 Recalibración obligatoria

• Cada 2.5 años.
• Si cambia el papel filtro.
• Si se pierde líquido manométrico.
• Si los resultados no cumplen la precisión del método.

4. Procedimiento (Procedure)

4.1 Condición del cemento

El cemento debe estar a temperatura ambiente.

4.2 Masa del ensayo

• Igual a la usada en la calibración.
• Para cementos muy finos (Tipo III), usar porosidad 0.530 ± 0.005.
• Para otros materiales, ajustar masa para obtener un lecho firme sin sobrecompactar.

4.3 Preparación del lecho de ensayo

Igual al procedimiento de calibración.

4.4 Ensayo de permeabilidad

• Conectar la célula herméticamente.
• Evacuar hasta la marca superior.
• Medir el tiempo entre las marcas definidas.
• Solo una medición por lecho para cementos Portland.

5. Cálculos (Calculation)

La superficie específica S se calcula comparando el tiempo del ensayo con el tiempo del estándar:

$[ S = S_s \frac{T}{T_s} ]$

o usando correcciones por temperatura, viscosidad del aire y porosidad según ecuaciones 3–8 del estándar.

Para convertir a m²/kg:

$[ S_{m^2/kg} = 0.1 , S_{cm^2/g} ]$

Redondeo:

• cm²/g al 10 más cercano.
• m²/kg a la unidad más cercana.

6. Informe (Report)

Para cementos Portland

• Reportar un único valor de finura por cama de ensayo.

Para materiales muy finos

• Reportar el promedio de dos ensayos que concuerden dentro del 2%.
• Si no concuerdan, repetir.

7. Precisión y Sesgo (Precision and Bias)

7.1 Repetibilidad (Single-Operator)

• Coeficiente de variación: 1.2%.
• Dos resultados no deben diferir más de 3.4%.

7.2 Reproducibilidad (Multilaboratorio)

• Coeficiente de variación: 2.1%.
• Diferencia máxima entre laboratorios: 6.0%.

7.3 Sesgo

No existe material de referencia aceptado para determinar sesgo.