Плотности цемента

Прибор Ле-Шателье представляет собой стеклянную колбу вместимостью 120-150 см³ с узким высоким горлом и расширением в средней его части. На горле колбы ниже уширения нанесена метка, а выше - шкала с делениями ценой 0,1 см³. Объем между нижней и верхней метками шкалы равен 20 см³. Точного заполнения можно добиться, если залить жидкость с небольшим избытком и затем отобрать ее фильтрованной бумагой. После заполнения свободную от жидкости часть прибора протирают тампоном из фильтрованной бумаги.

Прибор Ле-Шателье, закрепленный в штативе, помещают в стеклянный сосуд с водой так, чтобы вся его градуированная часть была погружена в воду. Необходимо, чтобы при отсчетах уровня жидкости в приборе температура воды в сосуде соответствовала температуре, при которой производили градуировку прибора.

Прибор наполняют обезвоженным керосином до нижней нулевой черты по нижнему мениску. После этого свободную от керосина часть прибора (выше нулевой черты) тщательно протирают тампоном из фильтрованной бумаги.

Подготавливают пробу 150-200 г, высыпают в бюкс для взвешивания, высушивают до постоянной массы и охлаждают до комнатной температуры в эксикаторе над концентрированной серной кислотой. Затем отвешивают с точностью до 0,01 г две навески массой по 50 г каждая.

Навеску цемента через воронку прибора ложечкой высыпают небольшими порциями до тех пор, пока уровень воды в приборе не поднимется до одного из делений в пределах верхней градуированной части прибора.

Для удаления пузырьков воздуха прибор с содержимым вынимают из сосуда с водой и поворачивают его в наклонном положении в течение 10 мин на гладком резиновом коврике. После чего прибор снова помещают в сосуд с водой не менее чем на 10 мин и производят отсчет уровня жидкости в приборе. Остаток цемента с бюксом взвешивают.

Истинную плотность r, г/см³, вычисляют по формуле

,

где m - масса высушенной навески цемента, г; m₁ - масса остатка, г; V - объем жидкости, вытесненной цементом, см³.

Плотность испытуемого цемента вычисляют с точностью до 0,01 г/см³ как среднее арифметическое значение результатов двух определений.

Определение нормальной густоты цементного теста. Нормальная густота цементного теста характеризуется количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента, и определяется с точностью до 0,25%.

Определяют нормальную густоту цементного теста согласно ГОСТ 310.3-76 на приборе Вика (рис. 1.28, а). В этом случае иглу 4 прибора заменяют металлическим пестиком 5. Перед испытанием следует проверить, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора, приводя пестик в соприкосновение с пластинкой, на которой расположено кольцо 8. При отклонении от нуля шкалу прибора соответствующим образом передвигают. Кольцо и пластинку перед началом испытаний смазывают тонким слоем машинного масла.

Для приготовления цементного теста отвешивают 400 г просеянного цемента, высыпают его в чашу сферической формы (рис. 1.29), предварительно протертую влажной тканью, делают в цементе углубление, в которое вливают в один прием отмеренное количество воды (ориентировочно 110-112 см³). В момент вливания воды включают секундомер. После заливки воды через 30 с осторожно перемешивают цемент с водой, а затем энергично растирают тесто лопаткой (рис. 1.30). Продолжительность перемешивания и растирания цемента с водой - 5 мин с момента приливания воды.

Сразу после окончания перемешивания кольцо наполняют цементным тестом в один прием и 5-6 раз встряхивают его, постукивая пластинкой с кольцом о стол. Затем поверхность теста выравнивают с краями кольца, срезая избыток теста ножом, протертым влажной тканью. Немедленно после этого приводят пестик прибора в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень зажимным винтом, затем, быстро отвинчивая его, освобождают стержень и предоставляют пестику свободно погружаться в тесто. Через 30 с с момента освобождения стержня производят отсчет погружения по шкале в миллиметрах.

При несоответствующей консистенции цементного теста опыт повторяют, соответственно изменяя количество воды.

Нормальной густотой цементного теста считают такую консистенцию его, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Тогда нормальная густота цементного теста рассчитывается по формуле

,

где НГ - нормальная густота цементного теста, %; В - количество воды, г; Ц - количество цемента, г.

Определение сроков схватывания цементного теста. Схватывание цемента - процесс загустевания цементного теста вследствие взаимодействия цемента с водой. Сроки схватывания согласно ГОСТ 310.3-76 определяют на цементном тесте нормальной густоты с помощью прибора Вика (рис. 1.28, а), но вместо пестика на конце стержня закрепляют иглу 4, а пестик 5 устанавливают сверху; при этом масса подвижной части остается равной (300±2) г. Перед началом испытаний проверяют, свободно ли опускается стержень прибора, чистоту поверхности иглы и отсутствие ее искривлений, а также нулевое показание прибора. После этого смазывают кольцо и пластинку тонким слоем машинного масла.

Цементное тесто готовят из 400 г цемента и воды, взятой в количестве, которое соответствует нормальной густоте цементного теста. Приготовленное тесто помещают в кольцо 8 прибора Вика и устанавливают на столик прибора. Стержень опускают до соприкосновения иглы с поверхностью теста и в этом положении закрепляют винтом. Затем винт освобождают, давая стержню с иглой свободно погружаться в тесто.

В начале испытаний, пока тесто находится в жидком состоянии, во избежание сильного удара иглы о пластину рекомендуется слегка придерживать ее при погружении в тесто. Иглу можно свободно опускать, как только тесто загустеет настолько, что опасность повреждения иглы будет исключена. Момент начала схватывания определяют при свободном опускании иглы. Иглу погружают в тесто через каждые 10 мин, при этом кольцо после каждого погружения передвигают таким образом, чтобы игла не попадала в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.

Во время испытаний прибор должен находиться в затененном месте, где нет сквозняков, и не должен подвергаться сотрясениям.

Началом схватывания цементного теста считается время, прошедшее от начала затворения теста (момента приливания воды) до момента, когда игла не доходит до пластины на 2-4 мм; концом схватывания - время от начала затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более чем на 1-2 мм.

Определение равномерности изменения объема. Равномерность изменения объема цемента - это свойство цемента в процессе твердения образовывать цементный камень, деформация которого не превышает значений, установленных нормативными документами.

Равномерность изменения объема цемента согласно ГОСТ 310.3-76 устанавливают кипячением в воде образцов-лепешек. Для изготовления лепешек берут 400 г цемента, из него готовят тесто нормальной густоты. Затем отвешивают четыре навески цементного теста по 75 г каждая и помещают последние в виде шариков на отдельную стеклянную пластинку, предварительно протертую машинным маслом. Осторожно постукивая пластинкой о край стола, получают из шарика лепешку диаметром 7-8 см и толщиной в средней ее части около 1 см. Поверхность полученных лепешек заглаживают от наружных краев к центру смоченным в воде ножом. Приготовленные таким образом лепешки выдерживают на стеклянных пластинках 24 ч в ванне с гидравлическим затвором (рис. 3.22) при температуре (20±5)°С. Затем лепешки снимают со стеклянных пластинок и кладут на решетчатую полку 5 бачка 4 (рис. 3.23). Для поддержания постоянного уровня воды бачок резиновым шлангом 7 соединен с регулятором уровня воды 1. С помощью подвижной трубки 2 уровень воды в бачке устанавливают на 4-6 см выше поверхности лепешек. Бачок закрывают крышкой 3 и ставят на нагревательный прибор. Воду в бачке за 30-45 мин доводят до кипения, которое поддерживают 3 ч. После кипячения лепешки охлаждают в бачке до температуры (20±5)°С, вынимают из бачка и тщательно осматривают.

Рис. 3.22. Ванна

с гидравлическим затвором:

1 - ванна; 2 - герметичная крышка;

3 - решетка для образцов

Рис. 3.23. Бачок для испытания кипячением:

1 - регулятор уровня воды; 2 - трубка; 3 - крышка;

4 - бачок; 5 - решетка; 6 - образцы-лепешки; 7 - шланг

Цемент соответствует требованиям стандарта в отношении равномерности изменения объема, если на лицевой стороне лепешек не обнаружено радиальных, доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, видимых невооруженным глазом или в лупу, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешек. Искривления обнаруживаются при помощи линейки, прикладываемой к плоской поверхности лепешки, при этом обнаруживаемые искривления не должны превышать 2 мм на краю или в середине лепешки. Допускается в первые сутки после испытаний появление трещин усыхания, не доходящих до краев лепешки, при условии сохранения звонкого звука при постукивании лепешек одна о другую. Образцы лепешек, выдержавших и не выдержавших испытание на равномерность изменения объема, приведены на рис. 3.24.

Рис. 3.24. Образцы-лепешки,

испытанные на равномерность изменения объема:

а-г - выдержавшие испытания (а, б - дефектов нет; в, г - трещины усадки);

д–ж – не выдержавшие испытания (д - разрушение; е - радиальные трещины; ж - искривление)

В случае, когда содержание оксида магния в клинкере, из которого был изготовлен испытуемый цемент, составляет более 5%, следует дополнительно провести испытание равномерности изменения объема в автоклаве. Это испытание проводят только для цементов, выдержавших испытание по вышеприведенной методике.

Образцы-лепешки из цементного теста после 24 ч твердения в ванне с гидравлическим затвором подвергают обработке в лабораторном автоклаве по следующему режиму: подъем давления от атмосферного до 2,1 МПа - в течение 60-90 мин, выдержка - при давлении 2,1 МПа - в течение 3 ч, снижение давления от 2,1 МПа до атмосферного - около 60 мин. После этого лепешку извлекают из автоклава, охлаждают до комнатной температуры и немедленно ее осматривают.

Определение водоотделения. Водоотделение характеризуется коэффициентом водоотделения и определяется согласно ГОСТ 310.6-85.

Отмеряют 350 г воды и 350 г цемента. Воду выливают в фарфоровый стакан, затем в стакан в течение 1 мин высыпают навеску цемента, непрерывно перемешивая содержимое металлическим шпателем. Полученное цементное тесто перемешивают еще 4 мин и осторожно переливают в градуированный цилиндр. Цилиндр с цементным тестом ставят на стол и тотчас же отсчитывают объем цементного теста. В течение всего времени испытаний цилиндр должен стоять неподвижно и не подвергаться толчкам и встряхиваниям.

Объем осевшего цементного теста (в миллилитрах) отмечают через каждые 30 мин. При совпадении трех последних отсчетов дальнейшее наблюдение прекращают, а содержимое цилиндра выливают.

Коэффициент водотделения (объемный) K_в в процентах вычисляют по формуле

,

где V - первоначальный объем цементного теста, см³; V₁ - объем осевшего цементного теста, см³.

Производят два параллельных определения. Водоотделение определяют как среднее из двух определений. Отклонение не должно превышать 1%.

Определение предела прочности при изгибе и сжатии. Основным показателем качества цемента является его марка, численно выражающая гарантированный предел прочности при сжатии образцов-балочек, изготовленных в стандартных условиях. Активность цемента характеризует фактическую прочность при сжатии конкретных образцов. Марку цемента устанавливают по показателям предела прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек размером 40´40´160 мм.

Согласно ГОСТ 310.4-81, для определения прочностных характеристик цемента изготавливаются образцы-балочки размером 40´40´160 мм из цементно-песчаного раствора, состоящего из одной весовой части цемента и трех весовых частей стандартного полифракцинного песка для испытания цемента (ГОСТ 6139–91) с размером зерен от 2,00 до 0,08 мм. Применение других песков, чтобы исключить их влияние на прочность образцов, не допускается. Водоцементное отношение при этом должно быть не менее 0,40 (В/Ц = 0,40), а консистенция раствора, определяемая на специальном приборе по расплыву конуса, - не менее 106 мм. Консистенция растворной смеси определяется количеством воды в ее составе.

Для определения консистенции цементного раствора отвешивают 1500 г стандартного песка и 500 г цемента, всыпают их в предварительно протертую мокрой тканью сферическую чашу, а затем перемешивают цемент с песком лопаткой в течение 1 мин. В центре сухой смеси делают лунку и вливают в нее воду в количестве 200 г (В/Ц = 0,40). Через 0,5 мин после приливания воды еще раз перемешивают смесь в течение 1 мин.

По окончании перемешивания форму-конус, установленную в центре стеклянного диска встряхивающего столика рис. 3.25, заполняют раствором в два приема слоями равной толщины. Внутренняя поверхность конуса и диск столика перед проведением испытаний должны быть слегка увлажнены. Раствор уплотняют металлической штыковкой (рис. 3.26): нижний слой - 15 штыкованиями, верхний - 10.

Во время укладки и уплотнения раствора конус прижимают рукой к стеклянному диску. После уплотнения верхнего слоя раствора снимают насадку, излишек раствора срезают ножом вровень с краями конуса, затем снимают форму-конус и производят встряхивание раствора на столике 30 ударами в течение 30 с. Затем измеряют расплыв конуса по нижнему основанию штангенциркулем в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.

Рис. 3.25. Встряхивающий столик:

1 - кулачок; 2 - столик; 3 - шток;

4 - станина; 5 - форма-конус с центрирующим

устройством; 6 - насадка

Рис. 3.26. Штыковка:

1 - стержень; 2 - рукоятка

Если консистенция раствора окажется менее 106 мм, или конус рассыпается, следует повторить затворение, увеличив количество воды так, чтобы расплыв конуса находился в пределах 106-108 мм. Если расплыв конуса окажется больше 115 мм, количество воды надо уменьшить до получения расплыва конуса 113-115 мм.

Образцы-балочки готовят в трехсекционных формах (рис. 1.31).

Перед изготовлением образцов внутреннюю поверхность стенок форм и поддона слегка смазывают машинным маслом.

Подготовленную форму закрепляют на виброплощадке с амплитудой колебаний 0,35 мм, наполняют раствором приблизительно на 1 см по высоте и включают виброплощадку, а затем в течение 2 мин вибрации все три секции формы равномерно, небольшими порциями окончательно заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации образцов ее заканчивают, форму снимают с виброплощадки, срезают смоченным водой ножом излишек раствора, зачищают поверхность образцов вровень с краями формы и маркируют их.

Образцы в формах хранят 24±2 ч в ванне с гидравлическим затвором. По истечении времени хранения образцы осторожно расформовывают и укладывают в ванну с водой в горизонтальном положении таким образом, чтобы они не соприкасались друг с другом, и хранят так до испытания.

Температура воды в ванне 20±2°С. Воду, в которой хранятся образцы, меняют через каждые 14 сут.

Испытание образцов производят через 28 сут нормального твердения.

Перед испытанием образцы должны быть вынуты из воды и не позднее чем через 30 мин подвергнуты испытанию. Непосредственно перед испытанием образцы следует вытереть насухо.

Испытание образцов-балочек производится на приборе МИИ-100, который автоматически вычисляет величину R_изг для стандартных образцов.

Установку образцов на опорные элементы прибора производят так, чтобы грани, которые при изготовлении были горизонтальными, находились в вертикальном положении, а поверхность с маркировкой была обращена к испытателю. Средняя скорость приложения усилия к образцу должна быть 50±10 Н/с.

Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое значение из двух наибольших результатов испытания трех образцов.

Полученные после испытания на изгиб шесть половинок образцов-балочек сразу подвергают испытанию на сжатие.

Каждую половинку балочки помещают между двумя специальными нажимными пластинками так, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, заглаженная поверхность с маркировкой была обращена к испытателю, а упоры пластинок плотно прилегали к гладкой торцовой стенке образца (рис. 1.32). Пластинки применяются для того, чтобы знать площадь поперечного сечения половинки образца-балочки, подвергаемой нагружению.

Требуемая скорость увеличения нагрузки (2,0±0,5) МПа/с.

Предел прочности при сжатии R_сж, МПа, отдельного образца вычисляют по формуле

,

где F - разрушающая нагрузка, Н; А - площадь рабочей поверхности нажимной пластинки, равная 2500 мм².

Предел прочности портландцемента при сжатии вычисляют как среднее арифметическое четырех наибольших результатов испытаний из шести. Результат вычисления округляют до 0,1 МПа.

Ориентировочно марку портландцемента можно определить в более раннем возрасте, но не менее 3 сут, по логарифмической зависимости прочности цементного раствора от времени его твердения:

,

где R₂₈ - предел прочности цементного раствора при изгибе или сжатии в возрасте 28 сут твердения, МПа; R_n - предел прочности раствора при изгибе или сжатии в возрасте n суток твердения, МПа; n - возраст образцов к моменту испытания, сут.