Изучение свойств гипсовых вяжущих. Стандарты

Определение тонкости (степени) помола. Сущность метода по ГОСТ 23789-79 заключается в определении массы гипсового вяжущего, оставшегося на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм при просеивании.

Для испытания взвешивают 50 г гипсового вяжущего (с погрешностью не более 0,1 г), предварительно высушенного в сушильном шкафу в течение 1 ч при температуре (50±5)°С. Высыпают пробу на сито с размером ячеек в свету 0,2 мм, закрывают сито крышкой и производят просеивание вручную или на механической установке в течение 10-15 мин.

Просеивание считается законченным, если сквозь сито в течение 1 мин при ручном просеивании проходит не более 0,05 г гипсового вяжущего. Контрольное просеивание гипсового вяжущего следует производить на отдельном листке бумаги при снятом с сита донышке. Сито должно быть сухим и после просеивания тщательно прочищаться.

Гипс, прошедший сквозь сито, взвешивают. Тонкость (степень) помола определяют в процентах с погрешностью не более 0,1% как отношение массы, оставшейся на сите, к массе первоначальной пробы:

,

где Т - тонкость помола, %; т - масса пробы, оставшейся на сите, г; М - масса первоначальной пробы, г.

За величину тонкости (степени) помола принимают среднее арифметическое результатов двух испытаний.

Определение стандартной консистенции (нормальной густоты) гипсового теста. Гипсовое тесто представляет собой пластичную тестообразную массу, состоящую из гипсового вяжущего и воды, взятых в определенном соотношении и тщательно перемешанных до полной однородности. Количественное соотношение воды и гипсового вяжущего в тесте называется водогипсовым отношением (В/Г).

Определение нормальной густоты гипсового вяжущего производят согласно ГОСТ 23789-79 на приборе (вискозиметре Суттарда) из нержавеющего металла с полированной внутренней поверхностью в виде цилиндра 1 высотой 100 мм внутренним диаметром 50 мм (рис. 1.27).

На стекле или специальной бумаге, находящейся под стеклом 2, нанесены концентрические окружности 3 через каждый сантиметр, облегчающие замер расплыва.

Сущность метода количественной оценки стандартной консистенции (нормальной густоты) гипсового теста состоит в определении диаметра расплыва теста, вытекающего из полого цилиндра без дна (вискозиметра Суттарда). Диаметр расплыва теста стандартной консистенции должен быть равен (180±5) мм.

Для проведения испытания необходимо предварительно подготовить вискозиметр Суттарда. Тщательно очистить цилиндр, протереть влажной мягкой тканью его внутреннюю поверхность и стекло и разместить цилиндр строго в центре окружностей. Круглодонную чашку для затворения гипсового теста также следует очистить и протереть влажной тканью.

Рис. 1.27. Вискозиметр Суттарда

а - общий вид; б - цилиндр:

1 - цилиндр; 2 - стеклянная пластинка;

3 - концентрические окружности

Отвесить 300 г гипса и отмерить воду (50-70% от массы гипса). Влить воду в смесительную чашку, а затем в течение 2-5 с всыпать гипсовое вяжущее (а не наоборот). Массу перемешивать снизу вверх в течение 30 с, начиная отсчет времени от начала всыпания гипсового вяжущего в воду до получения вполне однородной массы. После окончания перемешивания цилиндр, установленный в центре стекла, быстро наполнить гипсовым тестом, излишки которого срезать влажным ножом или линейкой. Через 45 с от начала засыпания гипса в воду или через 15 с после окончания перемешивания цилиндр очень быстро поднимают строго вертикально на высоту 15-20 см и отводят в сторону. Время перемешивания строго соблюдают, так как вязкость гипсового теста быстро возрастает со временем, и нарушение продолжительности перемешивания даст искаженные результаты испытания.

Гипсовое тесто растекается по поверхности стекла в виде конической лепешки, нижний диаметр которой характеризует консистенцию теста.

Диаметр расплыва измеряют непосредственно после поднятия цилиндра.

Если диаметр расплыва не соответствует 180±5 мм, испытание повторяют с иным количеством воды. Если диаметр лепешки меньше 18 см - тесто слишком густое, следовательно, воды для затворения гипса взято мало. Если диаметр лепешки больше 18 см - тесто слишком жидкое и содержит лишнюю воду.

Количество воды, соответствующее нормальной густоте, выражается в процентах как отношение массы воды, необходимой для получения гипсовой смеси стандартной консистенции, к массе гипсового вяжущего.

,

где НГ - нормальная густота гипсового теста, %; В - количество воды, г; Г - количество гипсового вяжущего, г.

Нормальную густоту ангидритового вяжущего определяют на приборе Вика с пестиком (рис. 1.28, а).

Основа прибора - подвижной металлический стержень 2 с указателем 6. Стержень может быть закреплен на определенной высоте стопорным винтом 7, при освобождении которого стержень падает вниз. Шкала 3 с делениями от 0 до 40 мм укреплена на станине 1. В нижнюю часть стержня вставляют изготовленный из нержавеющей стали пестик 5 (рис. 1.28, б), с полированной поверхностью. При этом иглу (рис. 1.28, в) закрепляют в верхней части стержня прибора. Масса стержня с пестиком и иглой (300±5). Снизу на станину устанавливают стеклянную (и или из другого коррозионно-стойкого материала) пластину 9 размером 100×100 мм и коническую форму-кольцо 8 (рис. 1.28, г).

Рис. 1.28. Прибор Вика

а - общий вид; б - пестик; в - игла; г - кольцо:

1 - станина; 2 - стержень; 3 - шкала; 4 - игла; 5 - пестик;

6 - указатель; 7 - винт; 8 - кольцо; 9 - стеклянная пластина

Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается металлический стержень прибора в направляющих втулках и, если необходимо, смазывают его маслом. Осматривают пестик и очищают его влажной тканью, а также проверяют положение указателя, который должен быть на нуле при опирании пестика о стеклянную пластинку. Кольцо и пластину смазывают тонким слоем машинного масла.

При испытании на приборе Вика нормальной густотой теста считают такую его консистенцию, при которой пестик прибора, погружаясь в кольцо, заполненное тестом, не доходит до пластины, на которой установлено кольцо, на 5-7 мм.

Для приготовления теста берут 400 г ангидритового вяжущего и высыпают его в сферическую металлическую чашу (рис. 1.29), предварительно протертую влажной тканью. В вяжущем делают углубление, в которое в один прием выливают воду в количестве, необходимом (ориентировочно) для получения теста нормальной густоты. Обычно для первого пробного затворения берут 25-26% воды от массы вяжущего, т. е. около 100 мл. Воду отмеряют с погрешностью не более 0,5 мл. Углубление заполняют ангидритовым вяжущим с помощью стальной лопатки (рис. 1.30) и через 30 с после приливания воды сначала осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой. Общая продолжительность перемешивания и растирания 5 мин.

Рис. 1.29. Чаша для затворения

Рис. 1.30. Лопатка для перемешивания

Готовое тесто в один прием укладывают в кольцо, установленное на стеклянной пластинке, и 5-6 раз встряхивают его, постукивая пластину о поверхность стола. Избыток теста срезают увлажненным ножом. Затем кольцо на стеклянной пластине ставят под стержень прибора Вика и пестик приводят в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца. Закрепляют стержень стопорным винтом, после чего быстро освобождают его и дают возможность стержню с пестиком свободно погружаться в тесто. Через 30 с от начала погружения производят отсчет глубины погружения пестика по шкале прибора.

В том случае, если пестик не доходит до стеклянной пластины на 5-7 мм, густота теста считается нормальной. Если пестик погружается на большую или меньшую глубину, приготовляют новые порции теста соответственно с меньшим или большим количеством воды. Количество воды для получения теста нормальной густоты, выражаемое в процентах от массы цемента, определяют с погрешностью не более 0,25%.

Определение конца текучести и сроков схватывания гипсового теста. Схватывание - начальная стадия твердения, в результате которой пластичная масса затворенного водой вяжущего превращается в твердое тело.

Начало схватывания - первый момент твердения, в течение которого тесто, изготовленное из вяжущего, теряет пластичность, постепенно загустевает.

Конец схватывания - момент твердения, когда схватывающаяся масса окончательно теряет пластичность и постепенно превращается в твердое тело, не имеющее еще заметной прочности.

Сущность метода ГОСТ 23789 состоит в определении времени от начала контакта гипсового вяжущего с водой до начала и конца схватывания гипсового теста.

Для определения конца текучести и сроков схватывания теста используют прибор Вика с иглой (рис. 1.28).

Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также положение подвижной части относительно нуля, приводя иглу в соприкосновение с пластинкой, на которой расположено кольцо. Масса подвижной части прибора Вика - 300±2 г.

Для приготовления гипсового теста в чашку наливают количество воды, которое соответствует нормальной густоте для 300 г гипса, затем всыпают отвешенные 300 г строительного либо высокопрочного гипса и фиксируют время затворения, равномерно перемешивая смесь в течение 30 с ручной мешалкой.

Для определения сроков схватывания высокообжигового гипса тесто готовят путем затворения 400 г ангидритового вяжущего или эстрих-гипса 120 мл воды, т. е. при количестве воды затворения 30%. Смесь тщательно непрерывно растирают в чашке в течение 5 мин.

Полученным тестом заполняют стандартное кольцо прибора, предварительно протертое, смазанное минеральным маслом и установленное на металлической пластинке. Для удаления попавшего в тесто воздуха кольцо с пластинкой встряхивают 4-5 раз путем поднятия и опускания одной из сторон пластинки примерно на 10 мм. После этого излишки теста срезают линейкой или ножом, выравнивают поверхность и заполненное кольцо на пластинке устанавливают на основание прибора Вика под иглу.

Подвижную часть прибора с иглой приводят в соприкосновение с поверхностью гипсового теста в центре кольца, закрепляют стержень стопорным устройством и опускают иглу через каждые 30 с (для строительного и высокопрочного гипса) и через каждые 20 мин (для высокообжигового гипса). После каждого погружения иглу тщательно вытирают, а пластинку вместе с кольцом передвигают так, чтобы игла при новом погружении попадала в другое место поверхности теста.

При этом выделяют четыре момента: 1) начало контакта вяжущего с водой - t₁; 2) время, когда отверстие после извлечения иглы из теста перестанет заплывать, - t₂; 3) время, когда игла начинает не доходить до дна на 1 мм, - t₃; 4) время, когда игла опускается в тесто на глубину не более 1 мм, - t₄. Соответственно промежуток времени t₂ - t₁, мин, называют концом текучести, t₃ - t₁ - началом схватывания, а t₄ - t₁ - концом схватывания.

Определение предела прочности на растяжение при изгибе и при сжатии образцов из гипсового камня. Согласно ГОСТ 23789, прочность, затвердевшего гипсового теста (гипсового камня) характеризуется пределом прочности на растяжение при изгибе и на сжатие. В зависимости от этих показателей различают марки гипсовых вяжущих.

Сущность метода заключается в определении минимальных нагрузок, разрушающих образец.

Для изготовления образцов берут пробу гипсового вяжущего (строительный, высокопрочный гипс) массой 1 кг и в течение 5-20 с засыпают в чашку с водой, взятой в количестве, необходимом для получения теста нормальной густоты. Затем смесь интенсивно перемешивают ручной мешалкой в течение 60 с до получения однородного теста, которым заливают форму для изготовления образцов-балочек размерами 40×40×160 мм по ГОСТ 310.4 (рис. 1.31), смазанную предварительно минеральным маслом. Отсеки формы наполняют одновременно.

Рис. 1.31. Форма для изготовления

образцов-балочек

Для удаления вовлеченного воздуха после заливки форму встряхивают, поднимая и опуская ее за торцовую сторону на высоту 8-10 мм. После наступления начала схватывания излишки гипсового теста снимают линейкой или ножом, передвигая их по верхним гра-ням формы перпендикулярно к поверхности образцов. Через 15±5 мин после конца схватывания образцы извлекают из формы, осматривают, маркируют и хранят в помещении для испытаний.

Испытания проводят через 2 ч после контакта гипсового вяжущего с водой. Образцы сначала испытывают на изгиб.

Определение предела прочности на растяжение при изгибе производят испытанием трех образцов-балочек на приборе МИИ-100 или на другом испытательном приборе. Образец устанавливают на опоры прибора таким образом, чтобы грани, которые были горизонтальными при изготовлении, находились в вертикальном положении. Включают прибор и доводят образец до разрушения. На шкале прибора фиксируют числовые значения предела прочности при изгибе R_изг, кгс/см² (МПа). Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое результатов трех испытаний и переводят в мегапаскали.

Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу подвергают испытанию на сжатие. Для этого каждую половинку балочки помещают между двумя пластинами таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам форм, находились на плоскостях пластин, а упоры пластин плотно прилегали к торцовой гладкой стенке образца. Образец вместе с пластинами подвергают сжатию на прессе (рис. 1.32).

Рис. 1.32. Схема испытания на сжатие:

1 - нижняя плита пресса; 2 - пластинки; 3 - верхняя

плита пресса; 4 - образец - половинка балочки

Время от начала равномерного нагружения образца до его разрушения должно составлять от 15 до 30 с; средняя скорость нарастания усилия при испытании должна быть 1±0,5 МПа в секунду.

Расчет предела прочности при сжатии в МПа производят по формуле

,

где F - разрушающее усилие, Н; А - рабочая площадь пластины, равная 2500 мм².

Предел прочности при сжатии вычисляют как среднее арифметическое результатов испытаний без наибольшего и наименьшего результатов.

Образцы для испытания прочности ангидритового вяжущего и высокопрочного эстрих-гипса изготавливают из теста с В/Ц = 0,3 (для эстрих-гипса) и 0,35-0,4 (для ангидритового вяжущего).

Эстрих-гипс или ангидритовое вяжущее тщательно смешивают с водой в течение 10 мин до образования пластичной массы. Затем тесто вминают в формы (с ребром 2×2×2 см) шпателем и дают твердеть 1 сут, после чего образцы освобождают от форм и выдерживают в помещении с относительной влажностью не менее 70-80% при температуре 15-20°С до момента испытания. После 28 сут твердения определяют предел прочности при сжатии образцов из высокообжигового гипсового вяжущего.

Предел прочности при сжатии одного образца определяют как частное от деления величины разрушающей нагрузки на рабочую площадь поверхности образца, равную 4 см². Предел прочности при сжатии вычисляют как среднее арифметическое результатов испытания.

Определение водопоглощения гипса. Водопоглощение гипса определяют на трех образцах (половинках балочек для строительного и высокопрочного гипса; кубиках с размером ребра 20 мм для высокообжиговых гипсовых вяжущих), изготовленных аналогично как для определения прочности. Образцы высушивают до постоянной массы в сушильном шкафу при температуре 45-55°С, после чего взвешивают, помещают в ванну и заливают до половины водой. Через 2 ч их заливают водой полностью и выдерживают еще 2 ч. После этого образцы извлекают из воды, обтирают влажной тканью и взвешивают.

Водопоглощение гипса W, %, определяют по формуле

,

где G - первоначальная масса образца; G₁ - масса образца после насыщения водой.

Величину водопоглощения определяют как среднее арифметическое трех измерений.

Определение водостойкости гипсового камня. Для определения водостойкости гипса изготавливают шесть образцов аналогично как для определения прочности. Три образца в течение 48 ч насыщают водой и одновременно три образца высушивают в сушильном шкафу при температуре (50±5)°С. После этого образцы извлекаются, сухие необходимо охладить в эксикаторе, водонасыщенные вытереть влажной тканью и испытать на сжатие по вышеизложенной методике.

Обычно водостойкость выражают коэффициентом водостойкости или размягчения, который представляет собой отношение предела прочности при сжатии образцов, насыщенных водой, к пределу прочности при сжатии образцов в сухом состоянии.

Коэффициент (размягчения) (водостойкости) вычисляют по формуле

,

где R_нас - средний предел прочности при сжатии водонасыщенных образцов, МПа; R_сух - средний предел прочности при сжатии сухих образцов, МПа.

Определение содержания гидратной воды. Испытание проводят согласно ГОСТ 23789.

Массу навески гипса около 1 г, высушенной до постоянной массы, помещают в прокаленный взвешенный фарфоровой тигель и нагревают в муфельной печи до 400°С в течение 2 ч. Прокаливание повторяют до получения постоянной массы. Тигель с навеской охлаждают в герметически закрытом эксикаторе и взвешивают. Содержание гидратной воды W, %, вычисляют по формуле

,

где G₁ - разность в массе тигля с навеской до и после прокаливания, г; G - масса навески гипса, г.

Определение содержания нерастворимого остатка. Испытание проводят согласно ГОСТ 23789.

Навеску 1 г вяжущего, взвешенную с погрешностью не более 0,0002 г, помещают в стакан вместимостью 200 мл и обрабатывают 100 мл соляной кислоты. Содержимое стакана доводят до кипения при постоянном помешивании. После 5-минутного кипения жидкость фильтруют через неплотный беззольный фильтр. Осадок промывают горячей водой до исчезновения реакции на ион хлора (проба с 1%-ным раствором азотнокислого серебра, подкисленного азотной кислотой).

Остаток вместе с фильтром переносят во взвешенный фарфоровый тигель, взвешивают, затем помещают в муфельную печь, озоляют и прокаливают до постоянной массы при температуре 900-1000°С.

Содержание нерастворимого остатка Н. О., %, вычисляют по формуле

,

где G₁ - разность в массе тигля с осадком и пустого тигля, г; G - навеска вяжущего, г.