¿Qué sucede realmente si varío las proporciones de cemento y arena en el mortero?

Al preparar mortero de cemento, las proporciones de arena y cemento pueden variar AFAIK. Siempre he estado usando la proporción 1 a 3 "recomendada por defecto" (un volumen de cemento por cada tres volúmenes de arena).

¿Qué sucede realmente si modifico la proporción? ¿Cómo afectará el mortero y por qué querría eso?

Los códigos y otras guías proporcionan combinaciones de mezclas nominales que funcionan bastante bien en condiciones generales.

En general, una mezcla 1: 2 dará una mejor resistencia que una mezcla 1: 3. Pero es muy posible que una mezcla 1: 0.5 funcione peor. La resistencia proviene de la transferencia de fuerza entre partículas entre los granos de arena y también de la resistencia al corte proporcionada por el cemento que actúa como adhesivo. Por lo tanto, los códigos proporcionan combinaciones equilibradas conocidas que son satisfactorias.

Para obtener un control completo sobre las propiedades de una mezcla de mortero / concreto, debe considerar los siguientes criterios:

1. Cantidad de cemento: como regla general, aumentar el cemento aumenta la resistencia. Más allá de cierto punto, también actúa negativamente. Dado que la transferencia de fuerza mayor en una matriz de concreto / mortero se debe a la interacción arena-arena, el exceso de cemento hará que el mortero se vuelva muy frágil ya que las partículas de cemento no pueden transferir la fuerza de contacto normal; son buenas para proporcionar resistencia al corte. Como el cemento es costoso, en aplicaciones de baja resistencia como carreteras, la cantidad de cemento es menor para optimizar el costo.
2. Cantidad de agua: en general, el contenido de agua que varía del 20% al 35% (p / p de cemento) se considera un rango operable seguro. El menor contenido de agua proporciona una baja resistencia y una mezcla menos maniobrable para condiciones planas como la colocación de carreteras. El contenido de agua más alto generalmente se usa en condiciones específicas, como colocar la pila usando tremie, donde es necesaria la naturaleza de flujo libre de la mezcla. Aunque las aguas altas también conducen a una menor resistencia, existen otras soluciones (mencionadas anteriormente).
3. Cantidad de arena: una cantidad muy alta de arena hará que su mezcla sea muy frágil y débil contra todo tipo de fuerzas. Para M20, M25, etc., la proporción general es 1: 3. Sin embargo, para la mezcla de alta resistencia (M35 +) es mejor ir con 1: 2 y en algún lugar al respecto.
4. Cantidad agregada: los agregados tienen dos razones para estar allí: economía y fortaleza. Son baratos y proporcionan un buen relleno. Cantidades muy altas y muy bajas de agregado dan poca resistencia pero una solución económica variada. Una cantidad moderada es lo suficientemente buena.
5. Forma agregada: en general, el aumento de la curvatura de la partícula agregada aumenta la resistencia, ya que proporciona un área de contacto más alta y mejores capacidades de interbloqueo.
6. Entrada de aire: un alto contenido de aire en la mezcla conduce a una menor resistencia. Es por eso que el concreto de alta resistencia vibra antes de colocarlo para expulsar las pequeñas bolsas de aire. Un bajo contenido de aire proporciona una baja maniobrabilidad, por lo que a veces, los "aditivos de aire" (aditivos químicos) se utilizan para proporcionar la naturaleza de flujo deseada sin comprometer el cambio del contenido de agua y, en consecuencia, la resistencia.
7. Aditivos: Los aditivos físicos como 'polvo de sílice fina', 'cenizas volantes' permiten la reducción de cemento y proporcionan economía. la sílice fina es ... muy fina, por lo que penetra en los huecos más pequeños y proporciona una buena resistencia de contacto al reducir el contenido de aire. La ceniza volante viene como un reemplazo general para el cemento. Es un subproducto de las centrales térmicas y es muy barato. Se puede reemplazar hasta 15% de cemento por sílice fina y hasta ~ 40% por cenizas volantes. Los aditivos químicos como los súper plastificantes proporcionan un aumento efectivo de la trabajabilidad, o incluso una reducción del agua con una trabajabilidad similar, lo que proporciona una mezcla de mayor resistencia.

tldr; Se adhieren a la mezcla recomendada.

También lea y vote a favor esta otra respuesta excelente .

Ahora, aquí viene la ciencia:

El concreto, el mortero y las lechadas son mezclas de cemento Portland, agua y agregados (arena y, en el caso del concreto: grava).

El hormigón se utiliza con fines estructurales, y su función principal es soportar una carga. El concreto ideal es un bloque de roca sólido y monolítico sin cemento en absoluto. Obviamente, esto no es muy viable. La siguiente mejor opción es una mezcla que en su mayoría es agregada, finamente clasificada para incluir todos los tamaños, desde polvo hasta rocas, de modo que se minimice la cantidad de cemento requerida para unirlo. Cuanto menos cemento, más fuerte es el concreto, siempre que haya suficiente cemento para mantenerlo unido.

El mortero es semi-estructural. Está allí para pegar ladrillos, pero debe ser capaz de soportar la carga sobre capas delgadas. Es principalmente arena gruesa, unida con cemento Portland. Son las fuerzas de arena contra arena las que le dan resistencia al mortero, por lo que sería reacio a reducir la cantidad de arena en la mezcla.

Las lechadas y los juegos delgados no son estructurales, ya que no están obligados a soportar ningún peso real. Se utilizan en el alicatado para evitar el movimiento lateral o para nivelar un miembro estructural (es decir, subsuelos). Son principalmente arenas finas y cemento Portland.

Ahora tenemos que considerar el cemento en sí. La relación w / c (agua-cemento) es el factor más significativo en la resistencia final del cemento curado. Cuanta menos agua ponga, más fuerte será el producto final (nuevamente hasta un cierto punto mínimo). Entonces, esto nos indicaría que para un buen cemento, queremos una mezcla relativamente seca. Incorrecto. Hay otros dos factores. otro: trabajabilidad y curado.

Capacidad de trabajo: esta es la facilidad de vertido, modelado y alisado del mortero. Obviamente, desea que un mortero sea algo más rígido que un concreto, ya que el concreto se vierte y el mortero se extiende. Tiene que ser capaz de sostenerse por sí mismo. Pero, si lo haces demasiado rígido, no puedes trabajarlo en absoluto. La solución es agregar más agua. Para los miembros estructurales, hay complementos llamados superplastificantes, que trabajan para mejorar la trabajabilidad sin alterar la relación w / c, pero no son útiles / rentables en un mortero. Esta es también la razón por la que no consideraría aumentar la cantidad de arena: perderá capacidad de trabajo.

Curado: el cemento nunca deja de curarse. Sin embargo, consideramos que 28 días es una cura completa, en la que el cemento alcanza su resistencia nominal. El curado es el proceso por el cual las partículas de cemento se unen a las partículas de agua disponibles y se endurecen. ¡Esto significa que el agua debe estar presente durante los 28 días completos! Una vez que la mezcla original se ha establecido, ahora debemos mantener la superficie húmeda. Verá almohadillas estructurales cubiertas con plástico, para reducir la evaporación. También verá camiones de agua rociando almohadillas recién vertidas para mantenerlas húmedas. (El prefabricado de alta calidad a menudo se cura con vapor en la fábrica) Sin embargo, en el caso de un mortero, nuestra superficie expuesta es pequeña y vertical, lo que dificulta agregar el agua requerida después del hecho, por lo que debemos incluir el exceso de agua en la mezcla. Por supuesto, esto reduce la fuerza de la relación w / c,

Como puede ver, esta es en realidad una ciencia muy compleja con muchos factores a considerar. El resultado es que usted o yo no deberíamos estar jugando con las mezclas recomendadas sin una buena razón: no tenemos la experiencia o el conocimiento para comprender las consecuencias. - La industria ha determinado que las mezclas predeterminadas son el mejor compromiso de propósito general para los muchos factores en conflicto.

Esto afectará la resistencia y la longevidad de su mortero. Si bien no soy un experto aquí, DEBE haber una solución óptima para tal problema. ¿Qué mezcla durará el mayor tiempo posible, se adherirá fuertemente a la piedra que la rodea, será fuerte en compresión, etc.?

Efectivamente, este es un problema de optimización de criterios múltiples, que se resolvió hace mucho tiempo mediante la práctica para encontrar la combinación que mejor satisfaga todos los objetivos combinados. Sin embargo, de hecho, si va un poquito en una dirección, encontrará que algunos de esos objetivos se alcanzarán mejor, mientras que los demás se verán perjudicados. Así es como se comporta tal problema. Entonces, la pregunta ahora es: ¿supongo que agrego un poco más de arena (u otro agregado) a la mezcla? ¿Lo que sucederá? Muy probablemente (y de nuevo, solo estoy adivinando los efectos exactos en este momento mientras hablo fuera del puño) la mezcla se volverá más fuerte en la compresión, pero en algún momento se erosionará más fácilmente, se volverá menos pegajosa. Por supuesto, en algún momento, agregue demasiada arena y todo lo que tiene es un montón de arena, que no tiene ninguna de las propiedades de mortero que desea.

Del mismo modo, ¿supongo que aumento la proporción de cemento? Tiene sentido que ahora se adhiera mejor a la piedra circundante, pero no es tan fuerte en compresión.

Agregar más agua a la mezcla tiene otras consecuencias, también optimizadas al nivel que le han aconsejado. Entonces, si agrega agua, la mezcla se vuelve más húmeda, más fácil de trabajar, más pegajosa, pero también más descuidada. No se quedará en su lugar. También puede cambiar el tiempo de curación.

Mi punto es que todos estos parámetros han sido elegidos para ser óptimos para el grupo de características que definen qué es el mortero y qué debe hacer: las propiedades físicas del mortero. De hecho, esos parámetros han sido optimizados por experimentos simples de albañiles durante años, hasta que establecieron una mezcla que satisfaga razonablemente los mejores valores en un punto que sea robusto y estable a las variaciones de material.

Habiendo dicho todo esto, ahora haré una pequeña investigación real sobre el tema. Por ejemplo, este sitio me dice que la proporción de arena y cemento puede estar en algún lugar en el rango de 1: 2 hasta 1: 3, lo que cambia la resistencia de la mezcla en términos de su capacidad para soportar cargas de compresión. También menciona que agregar grava a la mezcla aumentará la resistencia.

A medida que leo más, también veo que la calidad del cemento es un factor. Con cosas baratas, necesita más cemento, por lo que esto probablemente se define por la composición del cemento en sí. (¿Hay cal en la mezcla? ¿Cuánto?)

Me detendré aquí, ya que hay MUCHOS factores involucrados. ¿Qué tipo de arena usas? La arena compuesta de esferas perfectamente redondas, todas del mismo tamaño, será fácilmente manejable. Pero no será muy fuerte. La arena que está "afilada" fracturada con muchos bordes afilados con tamaños de partícula variables, será menos fácil de mezclar, menos fácil de trabajar, pero más fuerte en términos de propiedades del material curado.

Una mezcla de tamaños agregados también cambiará las cosas. La arena muy fina requerirá más cemento en la mezcla, ya que las partículas diminutas tienen más área de superficie para el volumen dado, por lo que se necesita más cemento para recubrir la arena para una buena adhesión. Pero la arena fina es más fácil de mezclar, más fácil de trabajar, más fácil de meter en un lugar. Si la superficie que debe unir también es muy irregular, puede pegarse mejor. Pero agregar agregado más grande a una mezcla aumentará la resistencia a la compresión, ya que la piedra grande es más fuerte. (En algún momento, esto convierte el mortero en concreto.) Aquí hay una cita que encuentro en un sitio:

"El mortero es una mezcla de cemento / arena / agua (y generalmente cal) diseñada para colocar unidades de mampostería como bloques de cemento, piedra o ladrillo. El mortero es" pegajoso "por lo que se adhiere al bloque, piedra o ladrillo. El concreto está diseñado para sostenerse solo."

Si bien estoy seguro de que no he cubierto todos los factores aquí, esto debería darle una idea. Hay muchos parámetros involucrados. Lo importante no es solo la cantidad de cemento y arena, sino la formulación exacta del cemento, el tipo de arena, la cantidad de agua.

He sido un albañil practicante durante cuarenta años y he visto el efecto a largo plazo de la mezcla 1: 3 en comparación con la mezcla 1: 2. Con una preparación adecuada desde la base debajo de la zapata y durante toda la construcción, recomiendo la mezcla 1: 2 particularmente con lajas y superficies que experimentarán mucho clima. Sin embargo, mi experiencia es casi exclusivamente en piedra y puedo ver dónde usar la mezcla más suave con ladrillo y bloque podría ser más beneficioso. (Para evitar grietas en el ladrillo o el bloque). Diré que he construido muros de contención y estructuras de losas usando la proporción 1: 2 hace más de 30 años que no tienen grietas en ellos hasta el día de hoy. (26/01/16) La relación 1: 2 parece resistir el agua mucho mejor que la 1: 3. Una nota más. El ciclo de congelación / descongelación es un enemigo importante para todo el trabajo de albañilería y la intrusión de agua puede ser muy perjudicial.

Algunos puntos más para pensar:

• Si el mortero es demasiado duro, no se doblará y, por lo tanto, tenderá a agrietarse más, aparte de los ladrillos.
• Si el mortero es más duro que el ladrillo, entonces el mortero se desgastará más lentamente que el ladrillo en caso de lluvia / viento, mientras que a lo largo del temporizador dejará que el mortero sobresalga y luego acumule agua y debilite los ladrillos.
• El renderizado más duro también permite que pase menos vapor de agua, por lo que puede detener / ralentizar la respiración del edificio.

Por lo tanto, a veces es mejor un mortero flexible más débil hecho con cal (y sin cemento).