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ACTIVACIÓN DE ARENAS FINAS, 
SUBPRODUCTO DE LA PRODUCCIÓN DE 
MATERIAS PRIMAS PARA EL CONCRETO DE 
CEMEX COLOMBIA 
 
 
 
 
 
Autor: 
Alejandro Gómez Gutiérrez 
 
 
 
 
 
Asesor: 
Edgar Mauricio Vargas 
 
 
 
 
 
 
 
 
UNIVERSIDAD DE LOS ANDES 
FACULTAD DE INGENIERIA 
DEPARTAMENTO DE INGENIERIA QUÍMICA 
ENERO DE 2005 
IQ-2004-II-08 
 
A mis papas, mis abuelos y mi familia. 
 
Alejandro Gómez Gutiérrez 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
IQ-2004-II-08 
 
 
AGRADECIMIENTOS 
El autor expresa su agradecimiento a: 
 
Edgar M. Vargas Solano, Ingeniero Químico, profesor de la Universidad de los 
Andes, y asesor de este proyecto, por su gran apoyo durante la realización de 
esta investigación, y orientación para lograr los objetivos propuestos. 
 
Al Ingeniero Jhon Jario Giraldo Ramírez Jefe de Asistencia Técnica del 
Laboratorio de Investigación y Desarrollo de CEMEX CONCRETOS DE 
COLOMBIA, por su ayuda y colaboración con el desarrollo de este proyecto 
 
Al Dr. Charles De Wilde Grillo Director del Laboratorio de Investigación y 
Desarrollo de Cemento en la Planta Santa Rosa de CEMEX COLOMBIA. 
 
A todo el personal del Centro de Innovación y Desarrollo Tecnológico CITEC, 
por su gran colaboración durante todo el proyecto. 
 
A todos los profesores del departamento de Ingeniería Química por su sus 
enseñanzas, y por la formación académica. 
IQ-2004-II-08 
 
TABLA DE CONTENIDOS 
1. INTRODUCCIÓN 1 
1.1. OBJETIVOS 3 
1.1.1. Objetivo General 3 
1.1.2. Objetivos Específicos 3 
 
2. MARCO TEORICO 4 
2.1. QUÍMICA DEL CEMENTO PORTLAND. 4 
2.1.1. Fabricación de Cemento Portland 4 
2.1.2. Componentes Básicos 5 
2.1.3. Propiedades y Proceso de los Componentes 6 
2.1.4. Tipos de Cemento Portland 8 
2.2. HIDRATACIÓN DEL CEM
ENTO PORTLAND 8 
2.2.1. Silicatos de Calcio 9 
2.2.2. Aluminato Tricálcico 9 
2.2.3. Aluminato Tetracálcico 10 
2.2.4. Propiedades de los productos de la hidratación 11 
2.2.5. Micro-estructura de la Pasta de Cemento Hidratada. 12 
2.2.6. Propiedades de la Pasta de Cemento Hidratada 13 
2.3. EL CONCRETO 14 
2.3.1. Definición 14 
2.3.2. Características y Funciones de los Componentes 14 
2.3.2.1. Cemento 14 
2.3.2.2. Agua 15 
2.3.2.3. Aire 15 
2.3.2.4. Agregados o Áridos. 16 
2.3.2.5. Aditivos 16 
2.3.3. Producto Final 17 
2.4. LAS PUZOLANAS 18 
2.4.1. Definición 18 
2.4.2. Efecto del las puzolanas en el concreto en estado fresco. 20 
 
3. MATERIA PRIMA 21 
3.1. ORIGEN DE LA MATERIA PRIMA. 21 
3.2. CARACTERIZACION DE LA ARENA 22 
3.2.1. Caracterización Física de la Arena 22 
3.2.1.1. Granulometría 23 
3.2.1.2. Otros Ensayos 24 
3.2.2. Caracterización Química de la Arena 25 
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4. REACTIVIDAD PUZOLÁNICA 28 
4.1. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE REACTIVIDAD 28 
4.1.1. Método por medio de titulación con glicerol 28 
4.1.2. Método por medio de medición de conductividad eléctrica. 29 
4.1.3. Medición de la reactividad usando la norma ASTM C-109. 32 
4.1.4. Medición de Reactividad por medio de difracción de rayos X. 33 
 
5. RESULTADOS AL ESTUDIO DE METODOS DE ACTIVACION DE LAS ARENAS 35 
5.1. MÉTODOS PROPUESTOS 35 
5.1.1. Utilización de la Fracción Pasante Tamiz No 40. 35 
5.1.2. Matriz de Pruebas para las muestras pasante del Tamiz No. 40 38 
5.2. MOLIENDA DE FINOS PASA TAMIZ NO. 40 DURANTE 1 Y 3 HORAS 41 
5.3. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS. 42 
5.4. RESULTADOS OBTENIDOS PARA LAS MUESTRAS. 43 
5.5. PRUEBAS DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA PARA LAS 
 MOLIENDAS A 1 Y 3 HORAS. 51 
5.6. INFORMACIÓN ADICIONAL Y ASPECTOS RELEVANTES DEL 
 ESTUDIO DE MOLIENDA Y TAMIZADO 52 
5.7. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS FINOS 53 
5.8. MOLIENDA ULTRAFINA 55 
 
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 58 
6.1. MUESTRAS DE RELACIÓN AGUA/CEMENTO CONSTANTE. 58 
6.2. MUESTRAS DE FLUIDEZ CONSTANTE. 59 
6.3. OTROS ANÁLISIS 60 
6.3.1. Comparación de valores de resistencia con la norma NTC 121 60 
6.3.2. Comparativo con cementos adicionados de planta 61 
6.3.3. Utilización de finos en concreto 63 
6.3.3.1. La Zona Interfacial de Transición 63 
6.3.3.2. Pruebas de Finos en concreto 65 
 
7. ESTUDIO DE IMPACTO ECONOMICO 70 
7.1. MATERIAS PRIMAS 70 
7.2. EVOLUCIÓN DE RESISTENCIAS, COSTO DE MEZCLAS Y 
 RELACIÓN BENEFICIO / COSTO 71 
7.2.1. Análisis para mezclas de Cemento 72 
7.2.2. Análisis para mezclas de Concreto 73 
 
 
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8. DISEÑO PRELIMINAR DE UNA PLANTA DE TRATAMIENTO DE FINOS 
 PARA UTILIZACION EN MEZCLA DE CONCRETO. 75 
8.1. JUSTIFICACIÓN 75 
8.2. OPERACIONES UNITARIAS INVOLUCRADAS. 75 
8.3. DIAGRAMA DE BLOQUES DEL PROCESO 76 
8.4. DESCRIPCIÓN DEL PROCESO 77 
8.4.1. Extracción 77 
8.4.2. Recepción de Materiales 77 
8.4.3. Tamizado primario 78 
8.4.4. Secado 78 
8.4.5. Tamizado secundario 78 
8.4.6. Molienda 78 
8.4.7. Almacenamiento 78 
8.5. ESQUEMA GENERAL DEL PROCESO. 79 
8.6. DIAGRAMA DE FLUJO (PFD) 80 
8.7. DESCRIPCIÓN GENERAL DE EQUIPOS 81 
8.7.1. Tamices 81 
8.7.1.1. Fundamentos de Tamizado 81 
8.7.1.2. Tamiz Vibratorio Horizontal 82 
8.7.1.3. Tamiz Vibratorio Inclinado 83 
8.7.2. Almacenamiento 83 
8.7.2.1. Almacenamiento a Granel 84 
8.7.2.2. Almacenamiento en Tolvas 84 
8.7.3. Molienda 85 
8.7.3.1. Principios de la reducción de tamaño. 85 
8.7.3.2. Molinos de Bolas 85 
8.7.4. Secado 87 
8.7.4.1. Fundamentos de Secado 87 
8.7.4.2. Secador Rotatorio 87 
8.8. DISEÑO PRELIMINAR Y COSTO APROXIMADO DE LOS EQUIPOS 88 
8.8.1. Método de Costeo de Equipos 88 
8.8.2. Diseño de Tolvas de almacenamiento. TK-101 y TK-102 90 
8.8.3. Tamices Vibratorios TM-101 y TM-102 91 
8.8.4. Molino ML-101 92 
8.8.5. Secador HE-101 93 
 
9. CONCLUSIONES Y RECOMENDACIONES GENERALES DEL PROYECTO 96 
9.1. CONCLUSIONES 96 
9.2. RECOMENDACIONES POSTERIORES AL PROYECTO. 101 
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10. REFERENCIAS BIBLIOGRAFICAS 103 
 
11. ANEXOS 107 
 
11.1. ESPECIFICACIONES TÉCNICAS DEL MOLINO DE BOLAS 107 
 
11.2. NORMA ASTM C-109 109 
 
11.3. LISTADO DE TABLAS 115 
 
11.4. LISTADO DE GRAFICOS 116 
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1. INTRODUCCIÓN 
 
El concreto es el material que ha tenido mayor uso en la construcción de edificios 
e infraestructura en la historia de la civilización. En particular, la demanda de 
cemento Pórtland se ha incrementado, con el aumento de la población mundial. 
Sin embargo, la industria asociada a la generación de este tipo de cemento 
involucra altos requerimientos energéticos y una fuerte emisión de contaminantes. 
En la actualidad no existe ningún otro material alternativo que pueda ser utilizado 
como material de bajo costo en construcciones de gran volumen. 1
 
Desde tiempos inmemoriables el hombre ha edificado construcciones para 
resguardo propio o con propósitos sociales o religiosos. Los egipcios empleaban 
lodos del Río Nilo para sus construcciones; no obstante las bajas temperaturas 
que podían lograr solo les permitían usar matariles de poco valor cementoso sin 
resistencia a la humedad. 2 Los romanos por otro lado, descubrieron la tecnología 
de los materiales llamados “puzolánicos”. Para producir sus cementos mezclaban 
cal con cenizas que provenían de un lugar llamado Pozzouli. Mucha edificaciones 
de los romanos se mantienen todavía en pie, lo que refleja el alto nivel de 
tecnología aun para nuestros días. En la edad media se perdió tanto la inercia del 
desarrollo como mucho de los conocimientos de los romanos y no fue sino hasta 
el siglo XIX que se trabajo intensamente en muchas investigaciones en la 
búsqueda de nuevos materiales para construcción. La patente que hoy se conoce 
como Cemento Portland se otorgo a J. Aspdin en 1824en Inglaterra.3
 
 
Recientemente las industrias de cemento y concreto del mundo se han puesto en 
la ardua tarea de buscar nuevas alternativas de materiales para la construcción. 
Dentro de estas de encuentran un tema que es objeto de estudio de mucha 
importancia que son las adiciones puzolánicas de origen tanto naturales como 
artificiales. Estas tienen como propósito reemplazar una parte del cemento y 
además de esto obtener propiedades adicionales mejoradas con respecto a las 
que hoy en día se pueden obtener con el uso de solo cemento. 
 
Dentro de estas puzolanas artificiales, se encuentran por ejemplo, la escoria de 
alto horno un subproducto de las siderúrgicas, la silica fume o humo de sílice un 
subproducto de la industria del ferro-silicio y el fly ash o ceniza volante un 
subproducto de la quema del carbón en las termoeléctricas. Algunos países 
incluso, están incinerando cascarilla de arroz obteniendo una sílice reactiva de alta 
 
1 Ref 3 
2 Ibid. 
3 Ibid. 
 1
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pureza que se asemeja bastante en propiedades al humo de sílice. Dentro de las 
puzolanas naturales se encuentran las diatomitas, la zeolita y muchas otros 
materiales principalmente de origen volcánico que presentan propiedades 
cementantes importantes. 
 
El efecto de agregar materiales alternativos en el cemento, no solo representa una 
gran oportunidad económica de bajar costos de materias primas y producción 
sino, como se mencionó anteriormente, se pueden obtener propiedades 
adicionales importantes que contribuyen a la durabilidad y en algunos casos a la 
manejabilidad en estado fresco del cemento y el concreto. 
 
El compuesto principal al cuales se les puede atribuir la actividad puzolánica de 
estos materiales es la Sílice en fase Amorfa (SiO2amorfa), la cual tiene la capacidad 
de reaccionar con CaOH2 formado un compuesto denominado C-S-H (Silicato de 
Calcio Hidratado), el cual mejora las propiedades del cemento y el concreto 
notablemente. 
 
Este fenómeno se puede representar por medio del la reacción: 
 
 2SiO2 amorfa + 3Ca(OH)2 2(Ca1.5 SiO3.5 ).3 H2O 
 
 
El 2(Ca1.5 SiO3.5 ).3 H2O es abreviado C-S-H (Silicato de Calcio Hidratado). 
 
Mas adelante se explicara con mas detalles la química del cemento, la hidratación 
y el efecto puzolánico. 
 
 
Actualmente la División de Agregados de la Empresa Cemex Colombia, en su 
mina LA FISCALA y EL TUNJUELO ubicadas en el sur de Bogotá, produce 
aproximadamente 150,000 m3/mes de agregados (arena y grava) como materia 
prima para la producción de concreto. De la extracción de estos, alrededor de 15 o 
20% son arenas pasa tamiz No. 40 las cuales son llamadas informalmente “finos”. 
Estos se denominan así debido a que según la norma utilizada para los agregados 
no cumplen con las especificaciones granulométricas requeridas para ser usada 
como ARENA, debido a que son mas finas que los especificado en dicha norma. 
 
Estos finos se caracterizan en general por su baja reactividad (compuesta 
principalmente por Sílice cristalina denominada cuarzo en fase alfa) y poco aporte 
en propiedades para el concreto, lo cual hace que actualmente se estén 
acumulando grandes cantidades (en este momento hay 2 millones de m3 aprox.) 
 2
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usados en muy pequeñas cantidades como “fillers” o rellenos, desaprovechando 
su carácter siliceo que potencialmente serviría para mejorar las propiedades. 
 
De este hecho surgió la idea de buscar alternativas para el uso de estos “finos” 
para lo cual se tiene como objeto presentar un estudio para evaluar la posibilidad 
de activar de alguna forma este material, para tener la posibilidad de que se 
comporte como una puzolana aumentando el contenido de sílice amorfa reactiva. 
 
En este estudio, la problemática principal consiste en buscar alternativas para 
convertir estos finos de baja reactividad a un material puzolánico reactivo 
que de al cemento y al concreto propiedades adicionales a la vez que representan 
una oportunidad de ahorro en términos económicos. Además de esto se debe 
buscar que este producto obtenido cumpla con las normas (ASTM C618 para que 
pueda tener aceptación comercial y técnica como una adición). 
 
1.1. OBJETIVOS 
 
1.1.1. Objetivo General 
 
Realizar un estudio exploratorio de la activación de la fracción fina (pasante tamiz 
40), del proceso de producción de agregados para el concreto. 
 
1.1.2. Objetivos Específicos 
 
• Hacer una caracterización de propiedades químicas y físicas de los “finos”. 
• Experimentar diferentes métodos que pueden servir para medir la 
reactividad de los “finos” que se pretenden tratar. 
• Determinar posibles métodos que resulten adecuados y viables para 
realizar la medición de la reactividad de los “finos”. 
• Diseñar y probar un proceso de activación de los “finos”. 
• Hacer un diseñó preliminar de una planta de procesamiento de los finos, 
con base al método propuesto. 
• Realizar un estudio de impacto económico y tecnológico de la propuesta. 
 3
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2. MARCO TEORICO 
 
2.1. QUÍMICA DEL CEMENTO PORTLAND.1 
 
2.1.1. Fabricación de Cemento Portland 
 
A continuación se expone un diagrama básico de el proceso de fabricación de 
cemento Portland por la vía seca (la mas utilizada actualmente). Además se 
expone una tabla que describe los fenómenos ocurridos dentro del horno de 
clinkerización. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Grafico No. 2.1 Esquema de Fabricación de Cemento Portland por la vía 
seca.2
 
1 Ref 19 
2 Ref 24 pg 32 
 4
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Tabla No. 2.1 Fenómenos que ocurren dentro del horno de 
clinkerización3
 
 
2.1.2. Componentes Básicos 
 
Los componentes básicos de los cuales esta hecho el cemento son: 
• Piedra Caliza 
• Arcilla 
• Mineral de Hierro 
 
El numero y la cantidad de componentes utilizados en la fabricación del cemento 
dependen del tipo de cemento y la calidad que se quiera lograr. Para asegurar una 
mezcla homogénea y la calidad se le hace constante control de calidad, para así 
ajustar sus proporciones. 
Después de ser extraído de las minas la caliza, es pasada por una trituradora 
primaria y luego una secundaria, donde se reduce el tamaño a 3/8 de pulgada. 
Después de esto, el resto de los componente ya reducidos se mezclan y se 
almacenan. En el proceso en seco, estos materiales ya mezclados, se muelen 
 
3 Ibid pg 33 
 5
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hasta un 90% de su tamaño donde son capaces de atravesar la malla estándar 
No. 200. 
 
2.1.3. Propiedades y Proceso de los Componentes4 
 
 CaO 
(%) 
SiO2 
(%) 
Al2O3 
(%) 
Fe2O3 
(%) 
MgO 
(%) 
Loss of 
Ignition 
(%) 
Caliza 52.0 5.7 0.8 0.3 0.4 40.4 
Arcilla 0.5 61.0 16.9 12.4 0.4 7.8 
Mineral de 
Fe. 
0 6.7 1.4 89.7 0.4 0.2 
Tabla No. 2.2 Composición Química Aproximada de los Componentes 
Básicos del Cemento 
El material de alimentación al horno contiene cierto grado de MgO, este actúa 
ayuda a mejorar el flujo a altas temperaturas, sin embargo, tiene un efecto 
negativo simultaneo que es la aglomeración. Debido a esto tampoco se quiere 
exceso de este compuesto en la mezcla. 
 
Los componentes de cada materia prima se mezclan de manera que en 
proporción, la alimentación al horno para la formación de clinker sea de: 
• 64% CaO 
• 22% SiO2 
• 3.5% Al2O3 
• 3.0% Fe2O3 
La composición varia de acuerdo al tipo de cemento que se quiere, sin embargo 
esos son los componentes principales. Existen cantidades de otros componentes 
que pueden llegar a tener efecto pronunciados en el cemento o en el concreto 
hecho a partir de este. 
Después de pasar por el proceso de clinkerización, se obtienen cuatro productos 
componentes básicos: 
 
 
4Ref 24. 
 6
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• Silicato Tricálcico 3CaO•SiO2 C3S 
• Silicato Dicálcico 2CaO•SiO2C2S 
• Aluminato Tricálcico 3CaO•Al2O3 C3A 
• Aluminoferrato Tetracálcico 4CaO• Al2O3•Fe2O3 C4AF 
 
Cada uno de los componentes básico presentes en el cemento, tiene algún efecto 
sobre las propiedades. Al C3S se le atribuye el desarrollo temprano de resistencia 
en el cemento y el concreto. Al C3A se le atribuye la manejabilidad de las 
mezclas de cemento y concreto en estado fresco. Sin embargo altos porcentajes 
de este componente, hace que baje la resistencia al ataque de los sulfatos. Al 
C4AF se le atribuye el color característico del cemento. La mayoría de los usuarios 
de cemento, prefieren que este sea lo mas claro posible, sin embargo es 
necesario que esté presente debido a que facilita el flujo de material dentro del 
horno, y la formación de otros compuestos a temperaturas mas bajas de lo 
esperado. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla No. 2.3 Características de los Compuestos del Cemento.5
 
 
5 Ref 24 pg 41 
 7
IQ-2004-II-08 
 
A medida que avanza el material a través de la diferentes etapas en la formación 
de clinker, se va perdiendo peso, fenómeno denominado Perdida al Fuego o 
Loss of Ignition. Debido a esto se necesita una carga inicial de materiales de 550 
a 600 lb. para obtener aproximadamente 376lb. de clinker. 
Una vez sale el clinker de el horno rotatorio, este pasa por un proceso de 
enfriamiento súbito, para luego ser molido y mezclado con diferentes adiciones, 
tales como el yeso que actúa como retardante de fraguado, las cenizas volantes 
que mejoran la resistencia y otras adiciones que le dan al cemento propiedades 
adicionales. 
 
2.1.4. Tipos de Cemento Portland6 
 
Dependiendo de las variaciones en la dosificación inicial de las materias primas 
que se introducen en el horno, se pueden obtener varias clases de cemento que 
están clasificados y tienen usos muy definidos. 
 
TIPO USO 
I Para uso general, sin propiedades especiales 
II Moderada resistencia al ataque de los sulfatos 
III Desarrolla altas resistencias iniciales 
IV Bajo calor de hidratación 
V Alta resistencia al ataque de los sulfatos 
IA El mismo tipo I pero con inclusor de aire 
IIA El mismo tipo I pero con inclusor de aire 
IIIA El mismo tipo I pero con inclusor de aire 
Tabla No. 2.4 Tipos de Cemento 
 
2.2. HIDRATACIÓN DEL CEMENTO PORTLAND 7 
En el estudio de la química de hidratación del cemento, se asume que cada 
componente se hidrata separadamente de los demás. Esto no es completamente 
 
6 Ref 20 
7 Ref 21 
 8
IQ-2004-II-08 
 
cierto, debido a que si existe una interacción de los componentes y esto afecta las 
reacciones de cierta manera. 
 
2.2.1. Silicatos de Calcio 
 
La reacción de hidratación de los dos silicatos de calcio (C3S y C2S) se llevan a 
cabo de manera similar. 
• Su productos principales son: el Silicato de Calcio Hidratado (C-S-H) y el 
Hidróxido de Calcio (CaOH2). La reacción es fácilmente medible por la rata de 
generación de calor. (Calorimetría). 
Esta reacción se lleva a cabo en 5 etapas: 
o Etapa 1: Generación rápida de calor (15 min.) Desde el momento en que se 
hace la mezcla con agua, los iones calcio e hidróxido empiezan a salir de 
la superficie de el C3S. El pH sube rápidamente a una solución altamente 
alcalina. Cuando el Hidróxido de Calcio alcanza concentraciones criticas, 
empieza la cristalización del CH y el C-S-H. 
o Etapa 2: Periodo en el cual el cemento permanece en estado plástico 
durante mas o menos 2 a 4 horas. La reacción desacelera. El CH se 
cristaliza, el C-S-H se forma en la superficie del C3S y forma una capa 
superficial. A medida que esta capa se hace mas gruesa, aumenta el 
tiempo que demora el agua en entrar. Debido a esto la reacción empieza a 
ser controlada por la rata de difusión. El C2S se hidrata a una menor 
velocidad debido a que es menos reactivo. 
o Etapa 3: En este periodo de aceleración, se alcanzan puntos críticos de 
concentración de iones y los silicatos se hidratan rápidamente. Se llega al 
punto de fraguado final y el endurecimiento empieza. (4- 8 horas) 
o Etapa 4: La rata de reacción se disminuye. Esta etapa esta controlada 
totalmente por la difusión. 
o Etapa 5: Etapa en estado estacionario. La rata de reacción se vuelve 
constante y poco dependiente de la temperatura. 
 
2.2.2. Aluminato Tricálcico 
 
La hidratación de C3A ocurre por la presencia de los iones sulfato que provee el 
yeso adicionado a la mezcla. El resultado de la reacción es un sulfoaluminato de 
calcio hidratado denominado “etringuita”. 
 9
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• Si el sulfato que viene del yeso, se agota antes de que el C3A se haya 
hidratado totalmente, puede ocurrir una segunda reacción que forma 
monosulfoaluminato. 
• La etringuita hace que haya en una desaceleración en las reacciones del 
hidratación debido a la formación de una capa alrededor del C3A. Esta capa se 
puede romper por la conversión a monosulfoaluminato. 
• Si el monosulfoaluminato es expuesto ante otros iones sulfato, ocurrirá una 
nueva reacción que formara mas etringuita. Esta reacción hace que haya 
expansión y debido a esto puede haber agrietamiento en la estructura. A este 
fenómeno se le atribuye la tendencia a el ataque por sulfatos del cemento 
Portland. 
• En la ausencia de sulfatos el C3A reacciona con agua para formar unos 
compuestos inestables de calcio. Un C3A puro no desarrolla resistencia 
significativa en el cemento. 
 
2.2.3. Aluminato Tetracálcico 
 
El C4AF forma los mismos producto de la hidratación que el C3A, con o sin yeso 
presente en la mezcla. La reacción se disminuye por la presencia de yeso, Si el 
contenido de oxido de hierro se aumenta, la reacción se hace mas lenta. 
 
• La experiencia ha mostrado que cementos bajos en C3A y altos en C4AF 
son de alta resistencia al ataque de sulfatos. La conversión de etringuita a 
monosulfoaluminato se inhibe con la presencia de un componente de 
hierro. 
La rata de hidratación de los componentes en velocidad se da así: 
 
C3A > C3S > C4AF > C2S. 
 
 
 
 
 
 10
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Tabla No. 2.5 Secuencia de las Reacciones Básicas de Hidratación del 
cemento Portland.8
 
2.2.4. Propiedades de los productos de la hidratación 
A continuación se presentan unos comentarios generales sobre las propiedades 
que se desarrollan durante la hidratación que de alguna forma afectan el 
desempeño general del cemento. 
El C-S-H tiene baja cristalinidad, el compuesto químico exacto varia. La rata de 
C/S varia entre 1.5 y 2 y depende de muchos factor tales como temperatura, 
relación agua/cemento, impurezas y etc. Debido a esta baja cristalinidad, se 
desarrolla unas pequeñas partículas y como consecuencia de esto una área 
superficial muy alta. En general, el área superficial del cemento hidratado es 1000 
veces mayor que el no-hidratado. Debido a esto el aumento hay un cambio 
grande en las propiedades física del C-S-H. 
Se han hecho estudios muy exhaustos para lograr modelar los componentes 
estructurales del C-S-H. Se considera que es una estructura compuesta por capas 
de silicato de calcio conectadas al azar por enlaces tanto iónicos como covalentes. 
 
8 Ref 24 pg. 39 
 11
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El espacio sobrante entre capas se consideran como poros capilares o microporos 
y espaciamientos los cuales algunos pueden alojar agua la cual se encarga de 
mantener las capas unidas entre si. 
Por otro lado se tiene el Hidróxido de Calcio esta configurado en un material 
hexagonal cristalino. Estos cristales son mucho mas grandes que los de C-S-H 
inclusive algunos de ellos visible al ojo humano. 
El Sulfoaluminato de Calcio (Etringuita), por su parte tiene forma de prisma 
hexagonal y su forma en mucho mas alargada que la delos cristales de C-H. 
Aglomeraciones de etringuita en forma de agujas se puede observar en estructura 
que han sido atacadas por sulfatos. 
 
2.2.5. Micro-estructurade la Pasta de Cemento Hidratada. 
 La evolución de la micro-estructura, esta relacionada con las 5 etapas de 
hidratación de los silicatos mencionadas anteriormente. 
C-S-H – Es el compuesto mas abundante en la pasta de cemento (50-70%) y 
también el mas importante en el proceso de hidratación. La cantidad de C-S-H que 
forma una capa en los granos de C3S es muy pequeña en la etapa 2 pero 
aumenta rápidamente en la etapa 3. A partir de la formación del C-S-H se forman 
unas espinas las cuales crecen radialmente desde el centro de los granos de C3A. 
A medida que el C-S-H se forma por efecto de la hidratación, la capa se va 
haciendo mas gruesa forzando a las partículas exteriores a tener contacto entre si 
y hacer como una especia de enlace físico entre los granos, mejorando las 
propiedades de resistencia. 
CH – El Hidróxido de Calcio constituye alrededor del 20-25% del volumen del 
cemento. En la etapa de aceleración de la reacción, el CH crece en espacios de 
poros capilares. El CH solamente crecerá en espacios libres. En caso de 
encontrarse con otro cristal de CH, lo hará una dirección diferente. También 
crecerá completamente alrededor de grano de cemento en proceso de hidratación. 
El efecto de este fenómeno le da al CH un volumen aparente mayor al que se 
tendría si se obtuviera como cristal puro. 
Sulfoaluminato de Calcio (Etringuita) - Es un componente menor en el cemento 
(10-15%) el cual tiene un efecto menor en la micro-estructura de la pasta. Los 
pequeños cristales espinosos de etringuita crecen en espacios capilares para 
después convertirse en cristales planos de monosulfoaluminatos. 
 12
IQ-2004-II-08 
 
Porosidad – Un componente esencial que influye en las propiedades de la pasta 
del cemento. El tamaño del los poros resulta difícil de medir. Mucho ensayos para 
medirla requieren que haya secado los cual afecta su estructura. 
Existen dos clasificaciones para tamaños de poros. 
1. Poros Capilares: Espacios formados por los granos hidratándose 
2. Poros de Gel: Espacios muy pequeños presentes entre las capas de C-S-H. 
2.2.6. Propiedades de la Pasta de Cemento Hidratada 
Los productos de la hidratación, tienen gravedades especificas menores y 
volúmenes específicos mayores que sus compuestos familiares en el cemento. 
Debido a esto, la hidratación siempre va acompañada por un aumento en el 
volumen sólido. 
Silicatos Calcio: La hidratación de estos compuestos no generan aumento en el 
volumen. Esto debido a que se debe recordar que estos silicatos solo ocupan 
espacios libres. En caso que los espacios libres se llenen, el crecimiento y la 
hidratación se detendrán. 
Aluminato de Calcio: La hidratación de este material (etringuita) se mantendrá 
formando de forma regular cuando se logre una superficie sólida. En este 
fenómeno se desarrolla presión interna. 
El cambio en el volumen se relaciona directamente con la porosidad. Es posible 
calcular el espacio de los paros por la perdida de agua evaporable y la cantidad de 
agua no evaporable. La cantidad de agua evaporable se encuentra poros 
capilares y poros de Gel y se obtiene por secado en hornos convencionales. La 
cantidad de agua no evaporable es una medición que esta relacionada con la 
microestructura y se obtiene por medio de secado en hornos de alta temperatura. 
 
 
 
 
 
 
 
 13
IQ-2004-II-08 
 
2.3. EL CONCRETO 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 2.2 Composición Básica del Concreto9 
 
2.3.1. Definición10 
 
El concreto se ha convertido en los últimos tiempos en el material de construcción 
mas ampliamente utilizado debido a su múltiples funciones en cuanto a forma, 
función y economía. Su desarrollo se ha visto vinculado a la del “concreto 
armado”, debido a que junto con el acero de refuerzo forman un sólido único con 
propiedades estructurales importantes. 
Se puede definir en términos generales como una mezcla de un material 
aglomerante (Cemento Portland Hidráulico), un material de relleno (agregados o 
áridos), agua y aditivos. Esta mezcla, al endurecerse, forma un todo compacto que 
después de cierto tiempo es capaz de soportar grandes esfuerzos de compresión. 
 
2.3.2. Características y Funciones de los Componentes11 
 
2.3.2.1. Cemento 
 
Tiene propiedades tanto adhesivas como cohesivas, que le dan la capacidad de 
aglutinar los agregados para conformar la masa de concreto. Estas propiedades 
 
9 Ref 23 
10 Ref 24 
11 Ibid 
 14
IQ-2004-II-08 
 
dependen de la composición química, el grado de hidratación, la finura de las 
partículas, la velocidad de fraguado, el calor de hidratación y la resistencia 
mecánica que desarrolla a medida que se hidrata. 
Cuando la mezcla se encuentra en estado fresco o plástico, la pasta actúa como 
lubricante de los agregados, dándole fluidez que permite la manejar, moldearlo e 
inclusive bombearlo. Además de esto produce un alto grado de confinamiento lo 
cual se traduce en mejor resistencia. 
En estado endurecido, la pasta obtura los espacios que hay entre partículas, 
causando una reducción en la permeabilidad del concreto y evitar el 
desplazamiento de agua dentro de la masa, evitando que haya contracción por 
secado y por lo tanto posteriores daños como fisuras y perdida de resistencia. 
Además de esto la pasta fraguada, contribuye a la resistencia mecánica 
característica a la compresión, lo cual depende de la llamada interfase agregado-
pasta. 
 
2.3.2.2. Agua 
 
Los cemento son hidráulicos debido a que tienen la posibilidad de fraguar y 
endurecer en contacto con el agua, causados por una reacción química. Debido a 
esto el agua es el material que hidrata el cemento y causa que se desarrollen las 
propiedades aglutinantes. Al mezclarse el agua con el cemento se produce la 
pasta, la cual puede ser mas o menos diluida según la cantidad agregada. Al 
endurecerse la pasta, como consecuencia del fraguado, parte del agua queda fija 
(agua de hidratación) en la estructura rígida de la pasta y el resto queda como 
agua evaporable. 
 
2.3.2.3. Aire 
 
Cuando el concreto es mezclado, es normal que quede aire incluido en la masa, el 
cual debe ser liberado por procesos de compactación a los cuales es sometido en 
su postura. Sin embargo esta compactación no es totalmente perfecta, por lo cual 
queda aire residual dentro de la masa endurecida. Sin embargo a veces se 
incluyen burbujas de aire concientemente, para fines específicos como aligerar el 
peso del concreto. 
 
 
 
 15
IQ-2004-II-08 
 
2.3.2.4. Agregados o Áridos. 
 
Se consideran como agregados todos los materiales que poseyendo una 
resistencia propia suficiente, no perturban ni afecta el proceso de endurecimiento 
del cemento hidráulico. Estos materiales pueden ser naturales o artificiales según 
su origen. La razón principal para su utilización es actuar como material de 
relleno, haciendo la mezcla mas económica. 
Estos agregados en combinación con la pasta también proporcionan parte de la 
resistencia de la compresión, debido a que como se menciono anteriormente, 
tienen una resistencia propia que aportar a la mezcla. Cuando el concreto se 
somete a el endurecimiento, los agregados ayudan a controlar los cambios 
volumétricos de la pasta evitando que haya fisuras o agrietamiento por retracción 
plástica, que puede afectar la resistencia. 
Los agregados generalmente se dividen en dos grupos12: finos y gruesos. Los 
agregados finos consisten en arenas naturales o manufacturadas con tamaños de 
partícula que pueden llegar hasta 10mm; los agregados gruesos son aquellos 
cuyas partículas se retienen en la malla No. 16 y pueden variar hasta 152 mm. El 
tamaño máximo de agregado que se emplea comúnmente es el de 19 mm o el de 
25 mm. 
Como los agregados constituyen aproximadamente el 60 al 75 % del volumen total 
del concreto, su selección es importante. Los agregados deben consistir en 
partículas con resistencia adecuada así como resistencias a condiciones de 
exposición a la intemperie y no deben contener materialesque pudieran causar 
deterioro del concreto. Para tener un uso eficiente de la pasta de cemento y agua, 
es deseable contar con una granulometría continua de tamaños de partículas. 
 
2.3.2.5. Aditivos 
 
Desde mediados del siglo XX se han desarrollado toda una tecnología sobre la 
utilización de los aditivos, que son materiales distintos a los mencionados 
anteriormente, que se utilizan como ingredientes en morteros y concretos, los 
cuales se añaden antes o durante su preparación. Sus funciones principales son: 
reductores de agua, retardantes de fraguado o acelerantes de fraguado. 
Existen también otros como los inclusores de aire, las puzolanas y los colorantes. 
 
 
12 Ref 23 
 16
IQ-2004-II-08 
 
Estos aditivos modifican las propiedades del concreto de manera que se hagan 
mas adecuados a las condiciones de trabajo También se pueden utilizar por 
razones de orden económico, tal como los son la puzolanas que en cierta medida 
hacen el producto mas económico a la vez que mejora propiedades. 
 
2.3.3. Producto Final 
 
Al prepararse un concreto según especificaciones en estado fresco y endurecido, 
se deben tener en cuenta los siguientes aspectos para su preparación:13
 
• Economía 
• Facilidad de colocación y consolidación 
• Velocidad de fraguado 
• Resistencia 
• Durabilidad 
• Impermeabilidad 
• Peso unitario 
• Estabilidad al volumen 
• Apariencia y color adecuado 
 
Debido a la alta exigencia en las propiedades que se deben obtener se han 
desarrollado una gran cantidad de normas, entre ellas las ASTM, como las 
utilizadas principalmente, para hacer un correcto control de calidad de el concreto 
que se obtiene. Además de esto se debe tener en cuenta que debido a que el 
concreto es principalmente para fines estructurales, es necesario que cumpla con 
el código de sismo-resistencia en cada país. 
 
 
 
 
 
 
13 Ref 24 
 17
IQ-2004-II-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Grafico No. 2.3 Esquema de Procesos de Supervisión, Control y Ajuste 
Durante la Producción y Colocación del Concreto 
 
2.4. LAS PUZOLANAS 
 
2.4.1. Definición 
 
Las puzolanas se pueden definir de forma general como aditivos al concreto que 
tienen como fin mejorar la trabajabilidad de mezclas deficientes en partículas de 
tamaño menor a las que pasan por los tamices de 300µm y 150µm. (No. 50 y No. 
100 en la escala estándar respectivamente), ya que estos aditivos pueden reducir 
la exudación y la segregación y adicionalmente mejorar algunas propiedades del 
concreto, como la resistencia y la durabilidad, compensado por la falta de 
finos.14 
Dentro de los materiales relativamente inertes químicamente, se encuentran el 
cuarzo molido, la caliza molida, la bentonita, cal hidratada y talco. Como es sabido 
la norma ASTM C-129 define las puzolanas como: 
 
“materiales silíceos y aluminosos que en si mismos poseen poco o ningún 
valor cementante pero que, en forma finamente dividida y en presencia de 
humedad reaccionan químicamente con el hidróxido de calcio, bajo temperaturas 
 
14 Ref 24 
 18
IQ-2004-II-08 
 
ordinarias, para formar diversos compuestos que poseen propiedades 
cementantes.”15
 
Las clases de puzolanas comúnmente utilizadas se especifican en la norma 
ASTM C-618 tal como se especifica en la siguiente tabla. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Tabla No. 2.6 Clasificación de la Puzolanas según la norma ASTM C-618 
Tabla No. 2.7 Composición de Algunos Materiales Puzolánicos 
 
 
15 Ref 25 
 19
IQ-2004-II-08 
 
2.4.2. Efecto del las puzolanas en el concreto en estado fresco.16 
 
Debido a la gran cantidad de puzolanas que existen se debe hacer un riguroso 
estudio del efecto de cada uno y su interrelación con cada uno de los 
componentes de la mezcla en el concreto. 
En general las condiciones de calidad se relacionan con la fineza medida por el 
retenido en la malla estándar No. 325, el cual es un claro indicador de la cantidad 
de agua que requiere la mezcla. Por lo general entre mas fino el material, mayor el 
efecto en la reducción del agua. Debido a esto, si se tiene una puzolana gruesa o 
de forma no adecuada, requiere un aumento de agua para lograr un asentamiento 
adecuado y esto originaria una excesiva exudación y segregación. Por otro lado, 
el concreto que tiene puzolanas es engañoso debido a que parece ser menos 
manejable que el concreto hecho de cemento puro, debido al mayor volumen de 
los finos y el menor volumen de agua, lo que causa una disminución en la 
movilidad de la mezcla. Debido a este fenómeno, las mezclas deben tener una 
reducción en el contenido de cemento para evitar la mayor demanda en la 
cantidad de agua, las contracciones por secado, absorción y reducción de 
resistencia. 
Cuando se emplean puzolanas para sustituir parte del cemento, aprovechando la 
reacción de estas con el hidróxido de calcio, se genera menor calor lo cual es ideal 
para aplicaciones del concreto masivos. (Por ejemplo en el Concreto utilizado para 
la construcción de una presa de agua) 
El efecto de adicionar un material mineral en el concreto varia notablemente 
dependiendo de la cantidad y el tipo de material utilizado. Por ejemplo los 
materiales químicamente inertes por lo general mejoran las resistencias de 
mezclas pobres y empeoran las de mezclas ricas. 
En aspecto de durabilidad del concreto, los aditivos por lo general disminuyen la 
permeabilidad al agua , debido a que reducen la exudación y la demanda en el 
agua de mezclado. También algunos aumentan la resistencia al ataque del agua 
de mar (Cloruros básicamente), a sulfatos y ácidos. También reducen la expansión 
causada por la reacción álcali-sílice. 
 
16 Ref 24 Pg 274 
 20
IQ-2004-II-08 
 
3. MATERIA PRIMA 
 
3.1. ORIGEN DE LA MATERIA PRIMA. 
 
La minas LA FISCALA y EL TUNJUELO de actual propiedad de Cemex Colombia, 
llevan aproximadamente 40 años haciendo explotación de arena y grava para la 
producción de concreto principalmente para el cubrimiento de la demanda en 
Bogota. De la trituración y el lavado de esta arena y grava, se obtienen estos 
“finos” los cuales se han ido acumulando en sus lotes, sin tener ningún uso 
significativo hasta el momento. En algunos casos se han usado como “fillers” o 
rellenos para algunos concretos pero se considera un uso menor. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 3.1 Línea de Producción de Agregados Mina el Tunjuelo 
 
 
 
 21
IQ-2004-II-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 3.2 Línea de Producción de Agregados Mina el Tunjuelo 
 
3.2. CARACTERIZACION DE LA ARENA 
 
3.2.1. Caracterización Física de la Arena 
 
En el Laboratorio de Investigación y Desarrollo de Concretos de Cemex se 
realizaron una serie de pruebas para determinar las características físicas de los 
finos. 
 
3.2.1.1. Granulometría 
 
La Granulometría consiste en un ensayo de gran importancia para la 
determinación de las propiedades físicas. Esta se hizo según la norma ASTM. 
Además de una granulometría realizada en Agosto de 2004. Se tenia información 
adicional sobre otras granulometrías anteriores obtenidas en 1997 de el mismo 
material. Esto resulto de vital importancia para el estudio, debido a que con los 
resultados obtenidos se hace posible determinar si el material permanece 
constante en el tiempo o no. 
 
A continuación se muestran los resultados de la granulometrías obtenidas de las 
muestras. 
 
 22
IQ-2004-II-08 
 
Granulometria Finos
0.0%
20.0%
40.0%
60.0%
80.0%
100.0%
0.1 1 10
Abertura del Tamiz (mm)
%
 P
A
SA Laboratorio I&D
Limite Superior
Limite Inferior
 Gráfico. No. 3.3 Granulometría Finos Agosto 20 de 2004 
 
Granulometría Finos
0.0%
20.0%
40.0%
60.0%
80.0%
100.0%
0.1 1 10
Abertura del Tamiz (mm)
%
 P
A
SA
Laboratorio I&D 2004
S1-1 1997
S1-2 1997
S2-1 1997
S2-2 1997
S3-1 1997
S3-2 1997
S4-11997
S4-2 1997
Limite Superior
Limite Inferior
Gráfico. No. 3.4 Granulometría Finos 1997 y Agosto 2004 
 
 23
IQ-2004-II-08 
 
En los gráficos 3.3 y 3.4 se puede observar que se encuentran delimitados unos 
limites superior e inferior. Estos limites corresponden a los que debe cumplir la 
arena común utilizada en el la preparación del concreto (según norma ASTM). 
Debido a que estas muestras salen de los limites establecidos por la norma, es 
que se consideran finos y no podrían ser utilizados . Otro asunto importante de 
estas graficas es que se puede observar claramente que las diferentes muestras 
presentan granulometrías similares lo que permite concluir que el material se 
comporta en términos generales constante en el tiempo. 
Granulometria Finos
0.0%
20.0%
40.0%
60.0%
80.0%
100.0%
0.1 1 10
Abertura del Tamiz (mm)
%
 P
A
SA Granulometría
Promedio
Limite Superior
Limite Inferior
Gráfico. No. 3.5 Granulometría Promedio 
 
3.2.1.2. Otros Ensayos 
 
Se realizaron igualmente otros ensayos complementarios para la caracterización 
física los cuales en promedio con los resultados obtenidos en 1997 en promedio 
arrojaron los siguientes resultados: 
 
 24
IQ-2004-II-08 
 
MODULO DE FINURA 1.375 
CONTENIDO DE MATERIA ORGANICA1 2.111 
MASA UNITARIA COMPACTADA (kg/m^3) 1582 
MASA UNITARIA SUELTA (kg/m^3) 1455 
PH 5.1 
Tabla. No. 3.1 Otras Propiedades 
La importancia de tener esta información es para comparar estos resultados con la 
caracterización que se haga después de ser sometido al proceso de activación. De 
esta forma se puede ver que tanto cambian la s propiedades físicas que afectan el 
comportamiento de la arena al ser mezclada. 
 
3.2.2. Caracterización Química de la Arena 
 
Para la caracterización química se llevo a cabo una espectroscopia de absorción 
atómica. La cual según el espectro de cada compuesto, se pudo determinar las 
cantidades y compuestos presentes en las muestras. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 3.6 Composición Química de los Finos 
 
1 El contenido de materia orgánica se determina según la norma ASTM en una escala de 1 a 5. 
 25
IQ-2004-II-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 3.7 Composición Química de los Finos 
 
MUESTRA FONDO
(%)
Na2O 0.011
MgO 0.047
Al2O3 1.480
SiO2 96.21
P2O5 0.520
S 0.048
SO3 0.000
K2O 0.140
CaO 0.450
TiO2 0.150
V2O5 0.000
Cr2O3 0.060
MnO 0.000
Fe2O3 0.000
ZrO2 0.023
BaO 0.002
P.F. (CO2) 0.000
Rb2O 0.870
Tabla. No. 3.2 Composición Química de los Finos 
Los gráficos 3.6 y 3.7 muestran claramente que casi un 96% de los finos están 
compuestos de Sílice y el otro 4% compuesto de trazas de otros compuestos tales 
como Al2O3, RbO2 , P2O5 y otros. La importancia que pueden tener estos 
compuestos es en caso de que se lograra un proceso de activación de estas 
 26
IQ-2004-II-08 
 
arenas, se tendría que cumplir unos valores máximos de contenidos de algunos 
de estos compuestos, contemplados en la norma ASTM C618. 
 
 27
IQ-2004-II-08 
 
4. REACTIVIDAD PUZOLANICA 
 
4.1. MÉTODOS DE MEDICIÓN DE REACTIVIDAD 
 
Dentro de la gran gama de posibilidades para la medición de la reactividad de los 
compuestos, se investigaron una serie de pruebas que podrían servir para la 
medición de la reactividad los finos y otros compuestos similares (como el Humo 
de Sílice utilizado como patrón de comparación en la mayoría de las pruebas que 
se realizan en este proyecto de grado). 
En este caso la reactividad hace referencia a la cantidad de Sílice en fase Amorfa 
(SiO2amorfa) contenida en la muestra. Tal como se especifico en la Introducción a 
este documento, esta sílice es la que potencialmente reacciona con el Hidróxido 
de Calcio contenido en el cemento. 
A continuación se hará mención de cuatro métodos investigados que al parecer 
son aplicables. De estos fueron escogidos dos que se pusieron en practica, 
resultados que se analizaran mas adelante. 
 
4.1.1. Método por medio de titulación con glicerol1 
 
Este método fue hallado en un articulo científico de una famosa publicación 
llamada Cement and Concrete Research. La base del método consiste esta 
desarrollada principalmente para la determinación del contenido de Sílice en la 
cascarilla de arroz incinerada. Sin embargo esta según las especificación y la 
similaridad con el material de estudio, esta podría ser aplicada sin problemas a las 
muestra que se tienen bajo análisis. 
El método esta basado en la producción de glicero-silicato. Haciendo una mezcla 
de las muestra con glicerol y posteriormente titulando con Hidróxido de Bario 
(BaOH2) usando fenolftaleina o alizarina como indicador se puede conocer, por 
medio de relaciones estequiométricas, la cantidad de Sílice en estado amorfo 
contenido en la muestra. 
Según el articulo, este método fue comparado con otros mas avanzados y 
complejos arrojando resultados muy similares. 
 
 
 
1 Ref 6. 
 28
IQ-2004-II-08 
 
4.1.2. Método por medio de medición de conductividad eléctrica.2 
 
Diversos artículos encontrados en la revisión bibliográfica para este proyecto, se 
encontró que una forma muy común de medir la reactividad de la Sílice consiste 
en realizar una lectura de la conductividad eléctrica en una solución de Ca(OH)2.
El método se basa principalmente en la reacción entre la sílice y el hidróxido, para 
la formación de Silicato de Calcio Hidratado. (La reacción que se llevaría a cabo 
en la matriz de cemento). 
 
2SiO2 amorfo + 3Ca(OH)2 2(Ca1.5 SiO3.5 ).3 H2O 
 
La medición de la conductividad eléctrica se puede llevar a cabo debido a que se 
tiene inicialmente una solución saturada de Hidróxido de Calcio en forma de iones 
Ca+ y OH- lo que hace que sea posible el pase de corriente por la solución. El 
experimento se lleva a cabo a 40±1°C, con agitación constante. 
Al combinarse la solución de hidróxido con sílice reactiva, la conductividad baja a 
medida que los iones Ca+ y OH- empiezan a reaccionar con la sílice. En caso de 
no ser reactiva la sílice contenida en el material, la conductividad simplemente se 
mantiene constante. 
Esta fue una de las pruebas iniciales que se llevo a cabo en el CITEC. Se hicieron 
dos pruebas para los finos pasante del tamiz 40 y otros dos para el humo de sílice 
(sílice amorfa de alta pureza) como muestre patrón. Los resultados se muestran a 
continuación: 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 Ref 7 
 29
IQ-2004-II-08 
 
FINOS 
ENSAYO 1 
TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS)
-5 39.20 6.40 
0 39.30 6.10 
10 38.90 6.10 
15 40.10 5.90 
20 38.60 5.80 
30 39.40 5.30 
45 43.40 4.90 
60 39.60 4.90 
90 38.00 4.90 
120 40.10 4.70 
150 36.30 4.68 
180 36.40 4.60 
ENSAYO 2 
TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS)
0 38.60 4.64 
5 39.00 4.70 
10 44.00 4.60 
30 38.00 4.70 
60 39.00 4.60 
90 37.50 4.60 
120 39.60 4.50 
150 43.00 4.50 
Tabla No. 4.1 Medición de Reactividad para los finos pasante del tamiz No. 40 
 
 
 
 
 30
IQ-2004-II-08 
 
HUMO DE SÍLICE 
ENSAYO 1 
TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS)
-5 39.40 6.10 
0 40.10 4.90 
10 40.40 4.50 
15 40.70 4.00 
20 38.40 3.70 
30 38.80 3.60 
45 38.50 3.00 
60 37.30 2.80 
90 43.00 2.20 
120 43.30 1.20 
150 39.00 1.00 
180 38.20 0.87 
ENSAYO 2 
TIEMPO (min) TEMPERATURA (°C) CONDUCTIVIDAD (mS)
0 38.90 3.70 
5 41.20 3.60 
10 40.80 3.50 
30 41.70 3.30 
60 41.20 2.70 
90 42.00 1.90 
120 42.00 1.30 
150 41.00 0.90 
Tabla No. 4.2 Medición de Reactividad para el Humo de Sílice 
 
 
 
 
 31
IQ-2004-II-08 
 
Grafico Conductividad vs. Tiempo
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0 50 100 150 200
Tiempo (min)
C
on
du
ct
iv
id
ad
 (m
S)
Muestra 1 FINOS
Muestra 2 Finos
Muestra 1 HUMO DE SILICE
Muestra 2 HUMO DE SILICE
Gráfico No. 4.1 Conductividad vs. Tiempo para muestras. 
 
Los resultados muestran con gran claridad el método es efectivo y útil para el 
propósito de esta investigación. Lasmuestras de finos no presentaron ningún 
cambio representativo en la conductividad lo que confirma que están compuestos 
de Sílice Cristalina que es poco reactiva, mientras que el humo de sílice presenta 
una disminución en la conductividad lo que permite concluir que hay una 
formación de Silicato de Calcio Hidratado con el tiempo. 
Este método se pondrá a prueba otra vez una vez se hallan llevado a cabo 
procesos de activación los finos, bajo las mismas condiciones experimentales. 
 
4.1.3. Medición de la reactividad usando la norma ASTM C-109.3 
 
ASTM C109-02 COMPRESSIVE STRENGTH OF HYDRAULIC CEMENT 
MORTARS , USING 50MM CUBE SPECIMENS. (Ver norma anexa). 
 
En CEMEX se lleva ejecuta el procedimiento descrito en esta norma, para hacer el 
control de calidad de los diferentes cementos producidos. El resultado final del 
 
3 Ref 18 
 32
IQ-2004-II-08 
 
procedimiento es un dato de resistencia a la compresión en kg/cm2 para las 
muestras. 
La resistencia a la compresión es una medida muy real y acertada para controlar 
la reactividad del cemento, las adiciones y demás materiales utilizados en el 
cemento. Para este proyecto, se lleva a cabo una matriz de pruebas donde se 
utilizaron diferentes dosificaciones de cemento, finos pasante tamiz 40 y humo de 
sílice con el animo de obtener unos resultados comparables y poder conocer el 
efecto del reemplazo por cemento de los diferentes materiales. 
Para este caso se prepararon unas, según las dosificaciones especificadas en la 
norma, las cuales fueron fundidas y se tomaron resistencias a 1, 3, 7 y 28 días 
respectivamente. 
La norma según sus especificaciones plantea la necesidad de mantener una 
relación agua / material cementante de 0.485 en peso. Sin embargo también 
exigen que haya una fluidez de 110±5 cm (ver norma). Al reemplazar parte del 
cemento por otros materiales la fluidez de la muestra cambia, haciendo que haya 
una mayor demanda de agua por parte de la mezcla para llegar a la fluidez 
especificada un la norma. 
El humo de sílice, por ejemplo, al tener una superficie especifica tan grande, hace 
que demande grandes cantidades de agua, inclusive para concretos se hace 
necesario utilizar súperplastificantes para darle mayor fluidez a la muestra. 
Debido a este fenómeno, se plantearon dos matrices de prueba distintas. 
La primera manteniendo la relación agua/material cementante constante en 0.485 
según norma. La segunda matriz manteniendo la fluidez constante, es decir 
agregado la cantidad de agua necesaria para llegar a la fluidez especificada en la 
norma. Esta segunda matriz es mucho mas cercana a la realidad debido a que 
una especificación comercial muy importante del cemento y el concreto es una 
fluidez mínima que permita manejar la mezcla en estado fresco. 
Los resultados de estas pruebas se exponen en el Capitulo 5 junto con los finos 
tratados en los métodos de activación. 
 
4.1.4. Medición de Reactividad por medio de difracción de rayos X. 
 
La difracción de rayos X es talvez el método mas preciso pero mas costoso y poco 
accesible para conocer el grado de reactividad de las muestras sujetas a estudio. 
Además de esto es necesario que vaya acompañada de un análisis químico para 
conocer los demás compuestos. 
 
 33
IQ-2004-II-08 
 
Para un material siliceo se pueden presentar los siguientes patrones de difracción. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 4.2 Difracción de rayos X para material siliceo.4
 
En el gráfico 4.2 se puede observar claramente las difracciones de rayos X para 
diferentes tratamientos del mismo material siliceo. La difracción muestra picos 
para diferentes configuraciones de sílice cristalina como lo son el cuarzo y la 
tridimita. En esta figura se ve una clara disminución de el contenido de material 
cristalino entre las muestras 9 y 1. La muestra 1 es por ejemplo muy baja en 
contenido de sílice cristalina, lo que permite concluir que es casi en su totalidad 
sílice amorfa reactiva. Si fuera posible someter las muestras de este proyecto a 
difracción de rayos X, se podría saber con certeza que grado de cristalinidad 
presentan las muestras antes y después de su tratamiento de activación. Debido 
a la poca accesibilidad y el alto costo de estas pruebas no será posible en realizar 
este tipo de prueba. 
 
4 Ref 8. 
 34
IQ-2004-II-08 
 
5. RESULTADOS AL ESTUDIO DE METODOS DE ACTIVACION DE LAS 
ARENAS 
 
5.1. MÉTODOS PROPUESTOS 
 
Para el estudio de la posible activación de la arenas, es decir pasar de sílice 
cristalina (en fase Cuarzo Alfa a temperatura y presión estándar) a sílice amorfa, 
se propuso llevar a cabo una matriz de pruebas, con el animo de tener una serie 
de resultados que permitiera llegar a alguna conclusión definitiva sobre la 
posibilidad y viabilidad de aprovechar el contenido siliceo de los finos. 
 
5.1.1. Utilización de la Fracción Pasante Tamiz No 40. 
 
Con el fin de tener una granulometría constante en todas las pruebas realizadas 
en este proyecto de grado, se decidió trabajar únicamente con la fracción pasante 
del Tamiz NO. 40. Debido a esto, una gran cantidad de muestra (40kg) fue tomada 
al azar de la mina La Fiscala, la cual fue pasada por este tamiz y almacenada 
seca para la realización de estas pruebas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 5.1 Paso de los finos a través del Tamiz No. 40 
 35
IQ-2004-II-08 
 
Adicionalmente se realizo en el laboratorio de Control de Calidad de Cemento en 
la planta Cemex Caracolito de Ibagué una granulometría láser de la muestra 
pasante tamiz No. 40. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Mesh No Aperture µm
10 2000
12 1680
14 1410
16 1190
18 1000
20 841
25 707
30 595
35 500
Volume In %
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.00
0.61
Vol Below % Mesh No Aperture µm
100.00 35 500
100.00 40 420
100.00 45 354
100.00 50 297
100.00 60 250
100.00 70 210
100.00 80 177
100.00 100 149
99.39 120 125
Volume In %
2.55
4.36
6.36
7.83
9.05
9.41
9.44
9.07
Vol Below % Mesh No Aperture µm
99.39 120 125
96.84 140 105
92.48 170 88
86.12 200 74
78.30 230 63
69.24 270 53
59.83 325 44
50.39 400 37
41.32
Volume In %
8.05
6.90
5.41
3.83
2.97
2.15
1.32
Vol Below %
41.32
33.28
26.38
20.97
17.14
14.16
12.01
10.69
Grafico No. 5.2 Granulometría y Datos Obtenidos para la Fracción 
Pasante Tamiz No. 40. 
 36
IQ-2004-II-08 
 
Como se ve en los resultados de la granulometría para esta muestra el diámetro 
medio es de 0,1479 mm, el 10% menor de 0,03272 mm y el 
90% menor de 0,3285 mm. Las partículas menores de 2 micrómetros (arcilla) 
son tan solo el 1,54% y las partículas que se podrían llamar de cuarzo 
(arena) son cerca del 88% (100,00 -12,18). 
 
Esta granulometría cambia bastante con respecto a la de los finos obtenida 
inicialmente en la caracterización, muestra la cual no tenia ningún tipo de cambio o 
tratamiento. (Ver Capitulo 3. Materias Primas). Se puede obtener entonces un 
grafico comparativo entre las dos muestras donde se evidencia un cambio 
importante en la distribución granulométrica. 
Grafico No. 5.3 Granulometría de Finos sin Tratamiento vs. Finos Pasante 
Tamiz No. 40 
Granulometria Finos Puros vs. Pasante Tamiz 40.
0.00%
20.00%
40.00%
60.00%
80.00%
100.00%
120.00%
1.000 10.000 100.000 1000.000 10000.000
Tamano de Particula (micrometros)
%
 P
as
a
Pasante Tamiz 40
Finos sin
Tratamiento
 
 
 37
IQ-2004-II-08 
 
 D(10%) D(50%)Diámetro Medio D(90%) 
Finos sin Tratamiento 150.000 259.000 1190.000 
Finos pasa Tamiz No. 40 32.722 147.906 328.518 
Tabla No. 5.1 Retenidos en 10, 50 y 90% para la Granulometría de Finos sin 
Tratamiento vs. Finos Pasante Tamiz No. 40 
Debido a los cambio que se presentan en la distribución granulométrica, también 
es probable que se evidencien cambio en las propiedades física de la muestra. 
Esto se vera reflejado en los resultados. 
 
5.1.2. Matriz de Pruebas para las muestras pasante del Tamiz No. 40 
 
Como primera medida a partirde una necesidad de conocer el comportamiento de 
estos finos con respecto a muestras patrón se estableció una matriz de pruebas a 
las cuales se les aplico rigurosamente el método descrito en la norma ASTM C-
109. 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 5.4 Molde para la preparación de bloques de 50mm*50mm 
según norma ASTM C-109 
 
En la matriz se plantea la idea de hacer diversos reemplazos del material 
cemento establecido por la norma, por finos pasa tamiz 40 y humo de sílice como 
material comparativo por sus excelente propiedades puzolánicas y su conocido 
alto contenido de sílice. 
 
 
 
 
 38
IQ-2004-II-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 5.5. Curado a Temperatura y Humedad Controlada de los 
bloques de 50mm*50mm según norma ASTM C-109. 
 
La norma ASTM C109 (anexa) establece dos parámetros importante en las 
recetas que exige para la preparación de los bloques de 50mm*50mm. 
 
La primera es que las muestras se deben preparar con una relación agua/material 
cementante de .485 y la segunda que la fluidez medida según la norma, debe ser 
de 110±5cm. Esto genero la necesidad de hacer dos matrices de pruebas 
distintas, debido a que por el hecho de reemplazar un % del cemento por los finos 
y el humo de sílice no se pueden cumplir simultáneamente las dos condiciones 
exigidas por la norma. 
 
 
 
 
 
 
 
 
Grafico No. 5.6. Aparato para la medición de la fluidez de la muestras y 
prensas hidráulicas para la toma de datos de resistencia a la compresión, 
según normas ASTM C-109. 
 39
IQ-2004-II-08 
 
A cada uno de los bloques de 50mm*50mm que se prepararon, se tomaron 
muestras por triplicado para tomar resistencia a la compresión a 1,3, 7 y 28 días 
de edad para un total de 12 bloques por muestra. 
 
MUESTRAS CON RELACION AGUA/CEMENTO CONSTANTE 
Reemplazo Prueba 1 Prueba 2 
30% Finos pasa Tamiz 
40. 
Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
30% Humo de Sílice Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
20% Finos pasa Tamiz 
40. 
Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
20% Humo de Sílice Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
10% Finos pasa Tamiz 
40. 
Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
10% Humo de Sílice Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
30% Finos pasa tamiz 40 
molidos 1 HORA 
Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
30% Finos pasa tamiz 40 
molidos 3 HORAS 
Resistencia a 1,3,7 y 28 
días 
Fluidez 
Tabla No. 5.2 Matriz de pruebas para muestras con relación a/c 
Constante. 
 
 
Para las muestras de relación agua/cemento constante, es necesario medir la 
fluidez debido a que el desempeño varia de forma importante como se podrá ver 
en los resultados. Si la fluidez es baja, esa mezcla en estado fresco presentaría 
poca manejabilidad haciendo que para un uso comercial no sea viable su 
utilización. 
 
 
 
 40
IQ-2004-II-08 
 
MUESTRAS CON FLUIDEZ CONSTANTE 
Reemplazo Prueba 1 Prueba 2 
30% Finos pasa Tamiz 
40. 
Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
30% Humo de Sílice Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
20% Finos pasa Tamiz 
40. 
Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
20% Humo de Sílice Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
10% Finos pasa Tamiz 
40. 
Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
10% Humo de Sílice Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
30% Finos pasa tamiz 40 
molidos 1 HORA 
Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
30% Finos pasa tamiz 40 
molidos 1 HORA 
Resistencia a 1,3,7 y 
28 días 
Demanda extra de agua para 
alcanzar fluidez según norma
Tabla No. 5.3 Matriz de pruebas para muestras con Fluidez Cte. 
Para la matriz de muestras a fluidez constante es necesario que se determine la 
cantidad de agua extra que se requiere debido a que esto puede influir bastante 
en los resultados, sobretodo en el impacto a nivel de costos que tiene adicionar 
mas agua a las mezclas par alcanzar una fluidez determinada. Por lo general se 
piensa que el agua constituye una materia prima de bajo costo, sin embargo se ha 
visto que para grandes cantidades de producción tal como es la de concreto, el 
valor de agua alcanza a afectar considerablemente los costos de producción. 
 
5.2. MOLIENDA DE FINOS PASA TAMIZ NO. 40 DURANTE 1 Y 3 HORAS 
Adicional a la matriz de pruebas llevada a cabo para diferentes reemplazos de 
cemento por finos pasa tamiz No. 40 y Humo de Sílice, se propuso adicionalmente 
hacer una molienda por 1 y 3 horas respectivamente de la muestra de finos 
pasados por el Tamiz No.40. Esto con el propósito de establecer la posibilidad de 
que haya una activación por efectos de transformación física de la estructura 
silícea de la muestra. 
 
 41
IQ-2004-II-08 
 
Se llevo a cabo una molienda en un molino de bolas de capacidad de 5kg de 
muestra y 80 Kg. de cuerpos moledores. 
Anexo a este proyecto se encuentran las especificaciones técnicas del 
molino de bolas utilizado en este proyecto. 
Una vez realizada la molienda se prepararon unas muestras para las dos 
moliendas de 1 y 3 horas respectivamente reemplazando el 30% del cemento. 
En la matriz de resultados tienen en su nomenclatura M-1 para 1 hora de 
molienda y M-3 para 3 horas, para la cual se llevaron a cabo las mismas pruebas 
según la ASTM C-109 (A relación agua/cemento constante y Fluidez constante). 
Adicionalmente se calcularon algunas propiedades adicionales tales como 
densidad, retenido en la malla No. 325, análisis químico de las muestras y finura 
Blaine. 
Los resultados obtenidos en estas pruebas que tardaron aproximadamente 2 
meses. Estos constituyen la base fundamental de este proyecto, debido a que a 
partir de ellos se pueden sacar una serie de conclusiones de alta relevancia para 
el estudio hecho. 
 
5.3. PREPARACIÓN DE LAS MUESTRAS. 
 
Para llevar a cabo las pruebas fue necesario hacer una previa preparación de las 
muestras, debido a que es especialmente complicado hacer una mezcla 
homogénea de finos sobretodo con el grado de finura de los que se trabajaron. 
Debido a esto fue necesario llevar a cabo el siguiente procedimiento. 
 
• Hacer el pesaje correspondiente a las proporciones según la receta 
especificada para cada muestra, por lotes 1kg, hasta completar 4kg.( 
cantidad suficiente para hacer todas las muestras.) 
• Cada muestra de 1kg se pasa por el tamiz estándar No. 30. 
• Una vez listas las 4 mezcla de 1kg cada una, se juntan y se someten a 
agitación manual dentro de una bolsa plástica gruesa. 
• Una vez mas se separan en lotes de 1kg y se pasan nuevamente por el 
Tamiz No. 30. para juntarse nuevamente. 
 
 
 
 42
IQ-2004-II-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 5.7 Tamiz Estándar No. 30 utilizado para la mezcla homogénea de 
las muestras. 
 
5.4. RESULTADOS OBTENIDOS PARA LAS MUESTRAS. 
 
Se incluyeron en la programación del laboratorio de Santa Rosa de Cementos 
Samper la preparación de las muestras y su posterior toma de datos de 
resistencia a 1, 3, 7 y 28 días. 
Otro aspecto importante a resaltar en la preparación de las muestras, fue que el 
cemento patrón del mes de agosto de 2004 no fue suficiente para la preparación 
de las muestras, para los cual toco hacer algunas con el de Septiembre de 2004. 
Esto genero un pequeño retraso sin consecuencias graves para el desarrollo del 
proyecto. Debido a esto algunas muestras se comparen con el patrón de Agosto y 
otras con el de Septiembre, tal como se especifica en los resultados. 
A continuación se muestran los resultados de resistencia y fluidez obtenidos para 
las mezclas. A partir de estos datos se sacan los índices de pozulanicidad, 
demanda de agua y otros datos que son fundamentales para las conclusiones de 
este proyecto. 
 
 
 43
Laboratorio Planta Santa Rosa
Ensayos EspecialesArena Fiscala pasante tamiz N° 40
Alejandro Gomez G.
AGG SEPT - 2004
Cemento Arena Arena
Identidad Muestras Clinker Yeso Patrón Fina Silica A/C Fluidez R1D R3D R7D R28D Agua Fiscala
CTO, PATRON AGO 95 5 - - - 0.485 116 200 397 459 541 Constante -
AGG 30% FINOS-C - - 70 30 - 0.485 72 78 157 197 241 Constante sin moler
AGG 30% FINOS-V - - 70 30 - 0.530 104 73 150 183 239 Variable sin moler
AGG 30% SF-C - - 70 - 30 0.485 13 188 323 431 610 Constante sin moler
AGG 30% SF-V - - 70 - 30 0.694 105 83 177 264 416 Variable sin moler
AGG 20% FINOS-C - - 80 20 - 0.485 93 119 229 283 343 Constante sin moler
AGG 20% FINOS-V - - 80 20 - 0.512 111 110 229 274 332 Variable sin moler
AGG 20% SF-C - - 80 - 20 0.485 31 126 365 458 635 Constante sin moler
AGG 20% SF-V - - 80 - 20 0.604 108 137 257 356 534 Variable sin moler
AGG 10% FINOS-C - - 80 10 - 0.485 103 170 317 381 440 Constante sin moler
AGG 10% FINOS-V - - 80 10 - 0.493 115 167 307 363 433 Variable sin moler
CTO. PATRON SETP 95 5 - - - 0.485 113 210 386 470 542 Constante -
AGG 10% SF-C - - 80 - 10 0.485 71 203 370 467 596 Constante sin moler
AGG 10% SF-V - - 80 - 10 0.528 112 180 354 451 577 Variable sin moler
AGG 30% FINOS M1-C - - 70 30 - 0.485 116 120 237 298 351 Constante molida 1 h
AGG 30% FINOS M1-V - - 70 30 - 0.477 110 126 240 303 341 Variable molida 1 h
AGG 30% FINOS M3-C/V - - 70 30 - 0.485 114 137 269 333 375 Constante molida 3 h
Densidad Blaine R/325
Identidad Muestras cm3/g g/cm2 %
AGG M - 1 2.64 5177 7.6
AGG M - 3 2.65 9272 0.56
Cto. Patrón 17/09/04 3.12 4718 0.98
Químicos Arena SiO2 Al2O3 Fe2O3 CaO MgO SO3 Na2O K2O PF SUMA RI
AGG FINOS M-0 83.07 0.00 1.01 0.37 0.00 0.17 0.00 0.16 1.20 85.98
AGG FINOS M-1 83.03 0.00 1.15 0.49 0.00 0.18 0.00 0.15 1.42 86.42
AGG FINOS M-3 83.50 0.00 1.38 0.39 0.00 0.16 0.00 0.15 1.20 86.78
Resistencias
Dosificaciones %
Tabla No.5.4 Resultados para Muestras según Norma ASTM 
IQ-2004-II-08 
 
 
Laboratorio Planta Santa Rosa
Ensayos Especiales Arena Fiscala pasante tamiz N° 40
Alejandro Gomez G.
AGG SEPT - 2004
Identidad Muestras Indice 1 dia Indice 3 dias Indice 7 dias Indice 28 dias
CTO, PATRON AGO 100.0% 100.0% 100.0% 100.0%
AGG 30% FINOS-C 39.0% 39.5% 42.9% 44.5%
AGG 30% FINOS-V 36.5% 37.8% 39.9% 44.2%
AGG 30% SF-C 94.0% 81.4% 93.9% 112.8%
AGG 30% SF-V 41.5% 44.6% 57.5% 76.9%
AGG 20% FINOS-C 59.5% 57.7% 61.7% 63.4%
AGG 20% FINOS-V 55.0% 57.7% 59.7% 61.4%
AGG 20% SF-C 63.0% 91.9% 99.8% 117.4%
AGG 20% SF-V 68.5% 64.7% 77.6% 98.7%
AGG 10% FINOS-C 85.0% 79.8% 83.0% 81.3%
AGG 10% FINOS-V 83.5% 77.3% 79.1% 80.0%
CTO. PATRON SEPT 100.0% 100.0% 100.0% 100.0%
AGG 10% SF-C 96.7% 95.9% 99.4% 110.0%
AGG 10% SF-V 85.7% 91.7% 96.0% 106.5%
AGG 30% FINOS M1-C 57.1% 61.4% 63.4% 64.8%
AGG 30% FINOS M1-V 60.0% 62.2% 64.5% 62.9%
AGG 30% FINOS M3-C/V 65.2% 69.7% 70.9% 69.2%
Indices de Puzolanicidad
 
Tabla No.5.5 Índices de Puzolanicidad para las muestras 
 
 
 
 
 
 
Evolucion de Resistencias para muestras con Relacion A/C Cte
0
100
200
300
400
500
600
AGG 30%
SF-C
AGG 30%
FINOS-C
AGG 20%
SF-C
AGG 20%
FINOS-C
AGG 10%
SF-C
AGG 10%
FINOS-C
AGG 30%
FINOS M1-
C
AGG 30%
FINOS M3-
C
CTO.
PATRON
SETP
CTO,
PATRON
AGO
MUESTRA
R
es
is
te
nc
ia
 a
 la
 C
om
pr
es
ió
n 
(K
G
/C
M
2)
R1D
R3D
R7D
R28D
 
Gráfico No. 5.8 Evolución de Resistencias para muestras con Relación A/C Cte. 
 
 
Fluidez de las Muestras con Relacion A/C Constante
0
20
40
60
80
100
120
140
AGG 30%
SF-C
AGG 30%
FINOS-C
AGG 20%
SF-C
AGG 20%
FINOS-C
AGG 10%
SF-C
AGG 10%
FINOS-C
AGG 30%
FINOS M1-
C
AGG 30%
FINOS M3-
C
CTO.
PATRON
SETP
CTO,
PATRON
AGO
Muestra
Fl
ui
de
z
 
Gráfico No. 5.9 Fluidez de las Muestras con Relación A/C Constante 
Evolucion de Resistencias para muestras con Fluidez Cte
0
100
200
300
400
500
600
700
CTO.
PATRON
SETP
CTO,
PATRON
AGO
AGG 30%
SF-V
AGG 30%
FINOS-V
AGG 20%
SF-V
AGG 20%
FINOS-V
AGG 10%
SF-V
AGG 10%
FINOS-V
AGG 30%
FINOS M1-
V
AGG 30%
FINOS M3-
VMUESTRA
R
es
is
te
nc
ia
 a
 la
 C
om
pr
es
ió
n 
(K
G
/C
M
2)
R1D
R3D
R7D
R28D
 
 Gráfico No. 5.10 Evolución de Resistencias para muestras con Fluidez Constante. 
 
 
 
 
Relacion Agua/Cemento para las Muestras con Fluidez Constante
0.45
0.5
0.55
0.6
0.65
0.7
CTO. PATRON SETP
CTO, PATRON AGO
AGG 30% SF-V
AGG 30% FINOS-V
AGG 20% SF-V
AGG 20% FINOS-V
AGG 10% SF-V
AGG 10% FINOS-V
AGG 30% FINOS M1-V
AGG 30% FINOS M3-V
Muestra
R
el
ac
io
n 
A
gu
a 
/ C
em
en
to
Gráfico No. 5.11 Relación Agua / Cemento para las muestras con Fluidez Constante 
 
 
INDICES DE PUZOLANICIDAD PARA MUESTRAS
35.0%
40.0%
45.0%
50.0%
55.0%
60.0%
65.0%
70.0%
75.0%
80.0%
85.0%
90.0%
95.0%
100.0%
105.0%
110.0%
115.0%
120.0%
CTO, P
ATRON AGO
AGG 30
% FIN
OS-C
AGG 30
% FIN
OS-V
AGG 30
% SF-C
AGG 30
% SF-V
AGG 20
% FIN
OS-C
AGG 20
% FIN
OS-V
AGG 20
% S
F-C
AGG 20
% S
F-V
AGG 10
% FIN
OS-C
AGG 10
% FIN
OS-V
CTO. P
ATRON SETP
AGG 10
% SF-C
AGG 10
% SF-V
AGG 30
% FIN
OS M
1-C
AGG 30
% FIN
OS M
1-V
AGG 30
% FIN
OS M
3-C
/V
REFERENCIA MUESTRA
IN
D
IC
E 
D
E 
PU
ZO
LA
N
IC
ID
A
D
 E
N
 %
 
Indice 1 DIA
Indice 3
DIAS
Indice 7
DIAS
Indice 28
DIAS
 
Gráfico No. 5.12 Índices de Puzolanicidad para TODAS las muestras 
 
IQ-2004-II-08 
 
5.1. PRUEBAS DE CONDUCTIVIDAD ELÉCTRICA PARA LAS MOLIENDAS 
A 1 Y 3 HORAS. 
 
Adicional a los ensayos hechos según norma ASTM C109, se realizaron las 
pruebas de conductividad eléctrica, como segundo método escogido para la 
medición de reactividad de las muestras descrito en el Capitulo 4 de este 
documento. 
A continuación se muestran la tabla de resultados y gráficos obtenidos para las 
muestras M-1 y M-3. Adicionalmente se incluyen en la grafica los resultados para 
los finos sin tratamiento y el humo de sílice, con el animo de tener parámetros 
comparativos. 
 
Tiempo
(min)
Conductividad
mS
Temperatura
°C
Conductividad
mS
Temperatura
°C
0 5.70 39.0 5.60 39.7
5 5.20 38.0 4.90 42.7
10 5.30 37.0 5.03 41.0
20 5.11 36.0 5.00 37.0
30 5.16 37.5 4.97 35.0
60 5.11 38.5 4.81 38.0
90 5.02 37.9 4.70 39.7
130 4.88 39.0 4.51 42.0
150 4.76 38.5 4.43 41.8
170 4.60 38.0 4.32 42.5
190 - - 4.24 41.0
Molienda 
1 hora
Molienda 
3 horas
Tabla No. 5.6 Datos de Conductividad Eléctrica para muestras molidas a 1 
y 3 Horas. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 51
IQ-2004-II-08 
 
Grafico Conductividad vs. Tiempo
0.00
1.00
2.00
3.00
4.00
5.00
6.00
7.00
0 50 100 150
Tiempo (min)
C
on
du
ct
iv
id
ad
 (m
S)
200
Muestra 1 FINOS
Muestra 2 Finos
Muestra 1 HUMO
DE SILICE
Muestra 2 HUMO
DE SILICE
Molienda 1 Hora
Molienda 2 horas
Grafico No. 5.13 Datos de Conductividad Eléctrica para muestras molidas a 1 
y 3 Horas. 
 
5.2. INFORMACIÓN ADICIONAL Y ASPECTOS RELEVANTES DEL ESTUDIO 
DE MOLIENDA Y TAMIZADO 
 
Antes de sacar conclusiones sobre las pruebas y los resultados obtenidos es 
importante tener claro una serie de aspectos que se tuvieron en cuenta para la 
realización de las pruebas. 
 
• Es de interés especial que los finos tengan una utilidad técnica, para el 
aprovechamiento de esos recursos que actualmente se encuentran en la 
mina. Actualmente se están utilizando para la preparación del concreto y el 
cemento adicionado, cenizas volantes o fly ash, los cuales tienen un 
contenido siliceo alto y con estas, se obtiene una mejora de propiedades. 
Es importante que estos finos al mismo o menor costo, presenten mejoras 
con respecto a esta cenizas utilizadas actualmente, para que sea viable su 
utilización. 
• Para los resultados obtenidos utilizando la norma ASTM C-109, se halla el 
índice de puzolanicidad. El cual esta definido como: 
(resistencia a la compresión de la muestra a la edad determinada / resistencia a la compresión de la muestra patrón)*100 
 52
IQ-2004-II-08 
 
• En la utilización de la norma ASTM C-109, se pretende que al reemplazar 
un material por el cemento, se obtenga un valor de índice de puzolanicidad 
de no menos de 75% a la resistencia a 28 días. Si este valor no es 
superado, ese material no se consideracomo buen elemento reemplazante 
del cemento.1 Los valores de índice de puzolanicidad para las resistencias 
a 1, 3 y 7 días, no son tan relevantes, pero sirven como una guía de la 
evolución de la resistencia a la compresión de las muestras. 
• Se tienen unos valores preestablecidos según la norma NTC 121 
(Ingeniería Civil y Arquitectura. Cemento Pórtland. Especificaciones físicas 
y mecánicas), para los cuales se determinan los valores mínimas de 
resistencia que se deben obtener en muestras de cemento según norma. 
Estos valores de especifican asi: 
 
Evolución de Resistencia de Cemento Según 
Norma NTC 121 
Edad de la Muestra en 
Días 
Resistencia Mínima 
(kg/cm2)
1 No especificada 
3 80 
7 150 
28 240 
Tabla No. 5.7 Evolución de Resistencia de Cemento (Norma NTC 121) 
 
5.3. TRATAMIENTO TÉRMICO DE LOS FINOS 
 
Otra alternativa planteada inicialmente, para la posible activación de las arenas, 
consistía básicamente en hacer un tratamiento térmico, en el cual el material se 
funde a alta temperaturas y se somete a un proceso de enfriamiento súbito para 
pasar el material de fase cristalina a fase amorfa. 
 
 
1 Información obtenida en el laboratorio de control de calidad de la Planta Santa Rosa, La Calera - 
Cundinamarca 
 53
IQ-2004-II-08 
 
Antes de llevar a cabo este procedimiento, se hizo un revisión bibliográfica y 
diversas consultas técnicas2, sobre la forma adecuada y las condiciones para 
llevar a cabo este procedimiento. De esta revisión se llego a concluir rápidamente, 
que los requerimientos energéticos para hacer un tratamiento térmico, sobre todo 
tratándose de un material de alto consumo, son demasiado altos, por lo cual se 
decidió NO hacer ninguna prueba. Es posible que se haya podido llegar a activar, 
pero a un costo demasiado elevado. 
El cuarzo presenta una característica especial que se denomina polimorfismo, el 
cual consiste básicamente en la habilidad de una sustancia química específica 
para cristalizar en más de un tipo de estructura, en función de cambios de 
temperatura, de presión o de ambos. Esto se ve claramente ilustrado en un 
diagrama de fases para el cuarzo (grafico No. 5.14), donde se aprecia que el 
material se debe llevar a presión atmosférica, a por lo menos 1800°C, para llevarlo 
a estado liquido y poder enfriarlo de manera que pase a fase amorfa. Esta 
temperatura resulta demasiado alta para las necesidades de economía y 
practicidad que requiere este proyecto. 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
2 Jairo Escobar. Profesor de Ingenieria Mecanica de Uniandes, conocedor de tratamiento termico de 
materiales. 
 54
IQ-2004-II-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Grafico No. 5.14 Diagrama de Fases para el SiO2, y sus diferentes 
polimorfos.3
 
5.4. MOLIENDA ULTRAFINA 
 
A partir de la revisión bibliográfica y las consultas con expertos en el manejo de 
estos materiales, se platearon otras alternativas de activación de los finos. 
Una de los metidos encontrados, de gran interés fue el de la denominada 
molienda superfina o ultrafina. Esta molienda es posible llevarla a cabo para 
materiales con flujo bajos (la capacidad de un molino ultrafino es muy baja). 
Esta molienda se lleva a cabo de muchas formas, un de ellas en aparatos 
llamados molinos de agujas (pin mills). 
 
 
 
 
 
 
3 bibligrafica seminario polimorfismo 
 55
IQ-2004-II-08 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Gráfico No. 5.15 Molino de Agujas4
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
 
Grafico No. 5.16. Esquema de Funcionamiento del Molino de Agujas 
El material es alimentado hacia la parte céntrica del molino mediante un 
mecanismo de dosificación. Antes de entrar a la cámara de molienda, el material 
 
4 Ref 33 
 56
IQ-2004-II-08 
 
pasa por un separador magnético. La molienda es realizada mediante impacto y 
movimiento entre los pines o agujas concéntricamente ubicados sobre el disco 
estacionario y el disco rotatorio. El tamaño fino de partícula es determinado por la 
velocidad y el tipo de agujas del molino. 
Lo interesante de estos molinos, es que la aguja al impactar el material, en este 
caso el cuarzo, genera una elevación puntual de la temperatura y posteriormente 
un enfriamiento súbito que causa un cambio de fase cristalina a amorfa. 
Este método técnicamente, parece ser viable para la aplicación a los finos, sin 
embargo, como se menciono anteriormente, estos molinos están diseñados para 
aplicaciones de bajos flujos másicos, con aplicaciones principalmente en la 
industria de cosméticos y alimentos. Para el caso de las necesidades comerciales 
de cantidad de finos, se hace poco viable utilizar esto debido a su bajo flujo y alto 
costo. Además de esto es de considerar que el cuarzo al ser un material de tanta 
dureza, tendría requerimientos especiales en los materiales de las agujas (como el 
diamante) cosa que también elevaría el costo de manera importante. 
 57
IQ-2004-II-08 
 
6. ANÁLISIS DE RESULTADOS 
Debido a la gran cantidad de datos y pruebas realizadas para la matriz, es 
importante que se saque la mayor cantidad de información de estos gráficos y a 
partir de esto se saquen conclusiones, sobre la posibilidad de la utilización de los 
finos, sin olvidar nunca que la viabilidad económica esta por encima de la técnica 
para este caso. 
 
6.1. MUESTRAS DE RELACIÓN AGUA/CEMENTO CONSTANTE. 
Para esta matriz (ver tabla 5.2, gráficos 5.8, 5.9 ) se pueden sacar la siguiente 
información relevante. 
 
• En cuanto a la resistencia, se puede ver que aquellas que contenían cierto 
% de humo de sílice, presentaron una mejora notable en los valores de 
resistencia con respecto a las muestras patrón de agosto y septiembre. 
Esto se ve sobretodo en los valores reportados a 28 días (mas del 100% en 
índice de puzolanicidad), debido a que, según se vio en el marco teórico, la 
actividad puzolánica de la Sílice Amorfa se desarrolla planamente después 
de los 28 días de fundidas las muestras. Sin embargo estas mezclas 
presentan un gran problema de fluidez, donde se ve en la grafica que los 
valores son muy bajos con respecto a la fluidez exigida por la norma 
(110±5cm). Esta demanda de agua se debe principalmente a la alta finura y 
superficie especifica. Esto para efecto de costos resulta poco beneficioso 
debido a que se ve la necesidad de agregar mas agua a las mezclas. Para 
el caso de mezclas de concreto también se puede utilizar aditivos 
súperplastificantes, para hacer manejable la mezcla y poder ser utilizada en 
aplicaciones comunes. 
• En cuanto a las mezclas de finos crudos (sin molienda). Se ve claramente 
que al aumentar el contenido de este en la mezcla, la resistencia baja 
significativamente. Esto es un claro indicio de la poca actividad que 
presentan los finos, donde reemplazar un % de cemento por material poco 
reactivo, causa una baja en resistencia debido a que se genera 
proporcionalmente menos C-S-H el cual es el encargado de aportar 
resistencia a la mezcla. En cuanto a la fluidez de estas mezclas, se ve 
también que la fluidez baja proporcionalmente con el contenido. 
• Para las mezclas con molienda a 1 y 3 horas, se observa una disminución 
con respecto a las muestras patrón. Aunque la resistencia SI mejora con 
respecto a las muestras de finos sin tratamiento, presentan índices de 
puzolanicidad por debajo del 75% lo que no las hace suficientemente 
adecuadas como puzolanas. La mejora con respecto a las mezclas crudas 
 58
IQ-2004-II-08 
 
se da debido a fenómenos físicos, específicamente un aumento en la 
superficie especifica y la finura. Para comprobar también la poca actividad 
de estos finos, se tienen las curvas de la grafica 5.13 en la cual se ve 
claramente que no hay una disminución de la conductividad en el tiempo, lo 
que se traduce en poca reactividad del material. En cuanto a la fluidez, si es 
posible ver que hay