Стандартные испытания гипсовых вяжущих

Цель:ознакомиться с требованиями ГОСТа к гипсовым вяжущим (гипсу) и изучить методы определения стандартной консистенции, сроков схватывания и марки по прочности гипса в соответствии с ГОСТом.

Материалы:гипс строительный — 1,3 кг; вода водопроводная.

Приборы и приспособления:весы торговые, мерный цилиндр вме­стимостью 500 или 250 см³; чаша для перемешивания и ручная мешалка; вискозиметр Суттарда; прибор Вика с иглой, трехгнездная форма для изготовления образцов 4 х 4 х 16 см.

Краткие теоретические сведения

Гипсовые вяжущие материалы относятся к неорганическим вяжущим веществам воздушного твердения. Их получают термической обработкой или обжигом природного гипсового камня, который измельчают до, во время или после термообработки.

При нагревании природного гипса до температуры 150-170^оС, двуводный гипс превращается в полуводный

CaS0₄ . 2Н₂0 → CaS0₄ . 0,5Н₂О + 1,5Н₂О (35)

Свойства гипсовых вяжущих зависят от количества воды затворения. При затворении гипса воды всегда берут больше, чем это необходимо для химической реакции. На химическую же реакцию нужно только 14,72% воды, а практически для получения теста нормальной густоты требуется 60-70% воды.

Гипсовые вяжущие вещества применяют для изготовления гипсовых растворов, бетонов, декоративных изделий, перегородочных плит, панелей, сухой штукатурки, используемых только внутри здания.

Химизм твердения гипсазаключается в переходе полуводного сульфата кальция при затворении его водой в двуводный:

CaS0₄ - 0,5Н₂О + 1,5Н₂О = CaS0₄ ·2Н₂О (36)

Строительный и высокопрочный гипс - быстросхватывающиеся вяжущие вещества. Для замедления их сроков схватывания в воду затворения добавляют животный клей или сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ)

Технические свойства гипса.

Строительный гипс имеет ряд особенностей:

-быстро схватывается и твердеет,

-обладает повышенной водопотребностью и пористостью,

-в начальный период твердения увеличивается в объеме,

-обладает низкой водостойкостью,

-подвержен значительным деформациям ползучести.

Водопотребность гипсового вяжущего определяется количеством воды, % массы вяжущего, необходимым для получения гипсового теста стандартной консистенции (диаметр расплыва 180 ± 5 мм).

Гипсовое тесто такого расплыва считают тестом нормальной густоты, а количество воды, при этом затраченное, называют нормальной густотой гипсового вяжущего.

Гипс строительный должен удовлетворять требованиям ГОСТ 125 по тонкости помола, прочности и срокам схватывания.

Марки гипсовых вяжущих: Г-2, Г-3, Г-4, Г-5, Г-6, Г-7, Г-10, Г-13, Г-16, Г-19, Г-22, Г-25.

В строительстве используется в основном гипс марок от Г -4 до Г -7.

Высокопрочный гипс показывает прочность до 40 – 50 МПа.

В зависимости от сроков схватывания различают быстротвердеющие, нормальнотвердеющие и медленнотвердеющие гипсовые вяжущие

Для замедления сроков схватывания гипса в воду затворения добавляют животный клей, лигносульфонаты технические (ЛСТ) или сульфитно-дрожжевую бражку (СДБ)

В зависимости от степени помола, определяемой максимальным остатком пробы гипса при просеивании на сите с отверстиями 0,2 мм, различаются следующие виды вяжущих, приведенные в табл. 24.

Таблица 24 - Виды вяжущих в зависимости от степени помола.

Вид вяжущего	Индекс степени помола	Максимальный остаток на сите с размерами ячеек в свету 0,2 мм, %, не более
Грубого помола	I
Среднего помола	II
Тонкого помола	III

Маркируют гипсовые вяжущие по всем трем показателям:

скорости схватывания,

тонкости помола,

прочности.

Например, гипсовое вяжyщее Г – 7 АII – быстротвердеющие (А), среднего помола (II), прочность на сжатие не менее 7 Мпа.

Высокообжиговые гипсовыевяжущие вещества (ангидритовое вяжущее - ангидрит-цемент и высокообжиговый гипс) изготовляют обжигом двуводного гипса при температуре 600 – 700 ° С.

Получается безводный сульфат кальция.

CaS0₄ . 2Н₂0 → CaS0₄ + 2Н₂О (37)

Ангидритовое вяжущее медленно схватывается (слабо реагирует с водой): CaS0₄ + 2Н₂О = CaS0₄ ·2Н₂О (38)

Прочность при сжатии 10,0 – 20,0 Мпа.

Используют для строительных растворов и низкомарочных бетонов, предназначенных только для службы в сухой среде.

Ход работы

I. Определение стандартной консистенции

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. Консистенцию выражают в % как отношение массы воды, необходимой для получения теста, к массе гипсового вяжущего.

Перед началом испытаний на стол укладывают квадратный лист стекла размером не менее 240 мм. Чтобы облегчить измерения, на стекло или бумагу, находящуюся под стеклом, наносят концентриче­ские окружности диаметром от 150 до 220 мм через каждые 10 мм и диаметром от 170 до 190 мм через 5 мм. Цилиндр 1 (рис. 5), изготовленный из нержавеющего металла и имеющий полированную внутреннюю поверхность, ставят в центр стеклянной пластинки 2. Внутреннюю поверхность цилиндра и пластинку перед испытанием протирают влажной тканью.

Для определения стандартной консистенции отвешивают 300...350 г гипса и отмеривают 45...55 % воды от массы гипса. Все измерения проводят с погрешностью не более 0,1%. Воду вливают в чистую чашку и туда же в течение 2...5 с всыпают отвешенное количество гипса. Полученную массу перемешивают ручной мешалкой в течение 30 с, начиная отсчет от момента всыпания гипса в воду. После окончания перемешивания цилиндр, установленный в центре пластинки, запол­няют гипсовым тестом, излишки которого срезают линейкой. Через 45 с, считая от начала перемешивания, цилиндр быстро поднимают вверх на высоту 15...20 см. Время перемешивания должно строго соблюдать­ся, так как вязкость гипсового теста быстро возрастает во времени и нарушение продолжительности пере­мешивания дает искаженные резуль­таты испытания.

Диаметр расплыва измеряют непосредственно после поднятия цилиндра в двух взаимно перпендикулярных направлениях с погрешностью не более 5 мм и вычисляют среднее арифметическое значение. Если диаметр расплыва отличается от (180 ± 5) мм, испытание повторяют с измененным количеством воды, добиваясь требуемого расплыва.

Р и с. 5. Вискозиметр Суттарда:

1 — цилиндр; 2— стеклянная пластинка; 3 — концентрические окружности

//. Определение сроков схватывания

Сроки схватывания гипса определяют с помощью прибора Вика с иглой (рис.6) на тесте стандартной консистенции. Для испытания берут 200 г гипса и воду в количестве, соответствующем тесту стандар­тной консистенции. Гипс всыпают в воду, одновременно включая секундомер, и перемешивают в течение не более 1 мин до получения однородного теста.

Р и с . 6.Прибор Вика с иглой:

1—кольцо; 2—игла; 3— стержень; 4— стрелка-указатель; 5 —шкала;

6—стопорный винт; 7— держатель

Готовое тесто выливают в коническое кольцо-форму, установлен­ное на пластинке. Кольцо-форму после каждого испытания тщательно очищают и смазывают машинным маслом. Чтобы удалить попавший в тесто воздух, кольцо с пластинкой 5...6 раз встряхивают, поднимая и опуская одну из сторон пластинки на 10... 15 мм. Затем излишек теста срезают ножом, одновременно заглаживая его поверхность, после чего пластинку с кольцом устанавливают на прибор Вика.

Стержень прибора устанавливают так, чтобы игла 2 касалась по­верхности гипсового теста. Далее отпускают зажимный винт и игла под действием силы тяжести стержня погружается в тесто. Погружения производят с интервалом 30 с, начиная с целого числа минут (обычно 2 мин). После каждого погружения иглу тщательно вытирают, а пластинку вместе с кольцом передвигают так, чтобы игла при новом погружении попадала в другое место поверхности гипсового теста.

Начало схватывания фиксируют как момент от начала приготовле­ния цементного теста (затворения цемента) до момента, когда игла впервые не дойдет до дна кольца 1 на 1...2 мм (фиксируют по шкале 5).

Концом схватывания считается время от момента всыпания гипса в воду до момента, когда игла погрузится в тесто не более чем на 1...2 мм.

По полученным данным определяют, к какой группе относится испытуемый гипс (А; Б или В) по срокам схватывания (табл. 25).

Таблица 25 - Виды вяжущих по срокам схватывания, определяемым на приборе Вика.

Вид гипса	Индекс сроков схватывания	Срок схватывания, мин
Начало, не ранее	Конец, не позднее
Быстротвердеющий	А
Нормальнотвердеющий	Б
Медленнотвердеющий	В		Не нормируется

///. Определение марки гипса по прочности

Сущность испытания заключается в определении пределов проч­ности стандартного образца-балочки размером 40 х 40 х 160 мм, кото­рую испытывают на изгиб, а образовавшиеся половинки балочки — на сжатие.

Образцы формуют из теста стандартной консистенции. Для этого берут 1200 г гипса и количество воды, необходимое для получения теста нормальной густоты. Гипс всыпают в воду и интенсивно перемешивают в течение 60 с. Образцы формуют в трехгнездных формах (рис. 7), которые предварительно очищают и смазывают машинным маслом. Все три гнезда формы заполняют одновременно, для чего чашку с гипсовым тестом равномерно продвигают над формой. Для удаления воздуха заполненную форму встряхивают 5...6 раз.

После наступления начала схватывания излишки гипсового теста срезают линейкой. Через (15 ± 5) мин после конца схватывания образцы извлекают из формы.

Испытания начинают через 2 ч после начала перемешивания.

Образы испытывают на изгиб на машине МИИ—100 или на другой испытательной машине, развива­ющей усилие до 5 кН. Балочки устанавливают на опоры таким об­разом, чтобы те грани, которые были горизонтальными при изго­товлении, при испытании находи­лись бы в вертикальном поло­жении (рис. 8, а). Испытания и расчет предела прочности при из­гибе проводят в соответствии с инструкцией, прилагаемой к ис­пытательной машине. Предел прочности при изгибе испытывае­мого портландцемента вычисляют как среднее арифметическое из двух наибольших результатов ис­пытаний трех образцов.

Р и с . 7. Разъемные металлические формы для изготовления образцов-балочек из гипсового теста и цементного раствора

Рис. 8. Схемы испытаний образцов на изгиб (а) на сжатие (б)

при определении марки гипса и цемента:

1 — образец; 2 — металлические накладки; 3,5— плиты пресса;

4 — половинка образца

Предел прочности при сжатии определяется испытанием половинок образцов-балочек, получившихся после испытаний на изгиб (шесть штук). Для того чтобы результаты испытаний половинок балочек были сопоставимы, несмотря на разный размер, используют металлические накладки, через которые нагрузка от плит пресса передается на образец (рис. 8, б). Площадь поверхности накладок, соприкасающейся с образцом, равна 25 см². Половинку балочек помещают между двумя накладками 2 таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры накладок плотно прилегали к торцовой грани образца 4.

Образец с пластинками центрируют на опорной плите 5 пресса. Средняя скорость нарастания нагрузки на образец при испытании должна составлять (5 ± 1,25) кН/с. Предел прочности при сжатии R_сж (МПа) каждого образца вычисляют по формуле

, (39)

где F— разрушающая нагрузка, кН;

А — площадь металлических пла­стинок, см .

Предел прочности при сжатии гипсовых образцов вычисляют по результатам испытаний как среднее арифметическое из четырех ре­зультатов (наибольший и наименьший результаты не учитывают).

Марку по прочности гипсового вяжущего устанавливают в соответ­ствии с требованиями стандарта по наименьшему значению предела прочности при сжатии или изгибе (табл. 26).

Таблица 26 - Минимальный предел прочности гипсовых вяжущих

Марка вяжущего	Предел прочности образцов-балочек, размерами 40х40х160 мм в возрасте 2 часа, не менее, Мпа (кгс/см2)
при сжатии	при изгибе
Г-2	2 (20)	1,2 (12)
Г-3	3 (30)	1,8 (18)
Г-4	4 (40)	2,0 (20)
Г-5	5 (50)	2,5 (25)
Г-6	6 (60)	3,0 (30)
Г-7	7 (70)	3,5 (35)
Г-10	10 (100)	4,5 (45)
Г-13	13 (130)	5,5 (55)
Г-16	16 (160)	6,0 (60)
Г-19	19 (190)	6,5 (65)
Г-22	22 (220)	7,0 (70)
Г-25	25 (250)	8,0 (80)

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ

1. Что такое неорганические вяжущие и какие материалы к ним относятся?

2. Исходное сырье для получения гипсовых вяжущих. Напишите реакции.

3. Что называется нормальной густотой гипсового теста и как она определяется?

4. Что называется сроками схватывания и как они определяются?

5. Классификация гипсовых вяжущих по срокам схватывания.

6. Как определяется прочность гипсовых вяжущих?

7. Применение гипсовых вяжущих.

Лабораторная работа № 10.