Определение сроков схватывания

Цель работы:

Изучить методику, определить сроки схватывания. Установить вид цемента в соответствии с требованиями ГОСТ.

Теоретическая часть:

Схватывание - это процесс, в течение которого цементное тесто постепенно теряет пластичность и "затвердевает", становясь твердым (в конце схватывания).

За начало схватывания принимают время, истекшее от момента затворения (момента приливания воды) до момента, когда игла прибора Вика не будет доходить до пластины-поддона на 1 мм.

Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения до момента, когда игла будет опускаться в тесто не более чем на 1 мм.

По ГОСТ в зависимости от сроков схватывания различают цементы:

- медленносхватывающиеся, с началом схватывания более 2 часов;

- нормальносхватывающиеся, с началом схватывания от 45 мин. до 1 часа 30 мин.;

- быстросхватывающиеся, с началом схватывания менее 45 мин.

По техническим требованиям для портландцемента и шлакопортландцемента начало схватывания должно наступать не ранее 45 мин., а конец - не позднее 10 часов от начала затворения

Материалы оборудование:

- цемент (200 г), машинное масло, вода,

- прибор Вика для определения сроков схватывания (рис. 2.);

- сферическая чаша с лопаткой;

- весы технические, секундомер;

- мерный цилиндр на 250 мл.

Методика выполнения работы:

- сроки схватывания определяют на приборе Вика с иглой. Перед началом испытания пестик заменяют иглой, поверхность игла должна быть чистой, без искривлений. Проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора с иглой. Кольцо прибора и пластину-поддон смазывают машинным маслом.

- определяют сроки схватывания (начало и конец) на цементном тесте нормальной густоты, приготовленном и уложенном в кольцо прибора Вика.

- кольцо с тестом нормальной густоты устанавливают под иглу прибора Вика, иглу доводят до соприкосновения с поверхностью теста, закрепляют стержень винтом, затем освобождают стержень, давая игле свободно погружаться в тесто.

- иглу погружают в тесто через каждые 10 мин., передвигая кольцо после каждого погружения для того, чтобы игла не попадала в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.

Лабораторный журнал:

Навеска цемента, г, Ц	Вода затворения, мл, В	Сроки схватывания, ч - мин
опыт	стандарт
начало	конец	начало	конец

Заключение:

Полученные результаты: начало схватывания мин., конец схватывания ч-мин. (не) входят в область стандартных значений. По срокам схватывания цемент (не) соответствует требованиям ГОСТ и относится к __________________.

Лабораторная работа № 4

Определение марки цемента

Цель работы:

Изучить методику, определить пределы прочности при изгибе и сжатии. Установить активность и марку цемента.

Теоретическая часть:.

Согласно ГОСТ 10178-85 прочность цемента характеризуют пределами прочности при сжатии и изгибе, маркой. По прочности цементы подразделяют на марки 300, 400, 500, 550, 600.

Марку цемента устанавливают по пределу прочности при изгибе образцов - балочек 4x4x16 см и, при сжатии их половинок, изготовленных из цементного раствора нормальной консистенции при соотношении Ц:П = 1:3 в 28-суточном возрасте нормального твердения

Rизг = , кгс/см² (МПа) (1.4)

где: N - разрушающая нагрузка, кгс (Н);

l - расстояние между опорами 10 см;

b и h - ширина и высота балочки, см (b=h = 4 см).

Rсж = , кгс/см² (МПа), (1.5)

где: N - разрушающая нагрузка, кгс (Н);

F - рабочая площадь половинки балочки (площадь пластинки размером 40x62,5 равна 25 см²).

В соответствии с техническими требованиями при определении марки цемента предел прочности при сжатии и изгибе должен быть не менее величин, указанных в таблице 2 (см. приложение).

Предел прочности на сжатие половинок балочек в возрасте 28 суток называют активностью цемента. Если испытания проводят раньше, то необходим пересчет полученной прочности на 28-суточную

(1.6)

где: Rcж.28 - активность цемента в возрасте 28 суток, кгс/см² (МПа);

Rcж.т - предел прочности при сжатии в момент испытания, кгс/см² (МПа);

- временной коэффициент, зависящий от возраста твердения (для 7-суточной прочности 1,7, для 14-суточной прочности 1,26).

Материалы и оборудование:

- цемент 500 г, нормальный песок 1500 г;

- чаша и лопатка для перемешивания вручную;

- мешалка для перемешивания цементного раствора;

- весы технические или торговые с гирями;

- встряхивающий столик и форма-конус;

- штыковка, линейка;

- форма для изготовления образцов - балочек, насадка к формам;

- вибрационная площадка;

- прибор для испытания на изгиб образцов - балочек (рис. 3);

- пластинки для передачи нагрузки при испытании половинок балочек (рис.4.);

- пресс для определения предела прочности при сжатии и изгибе;

- ванна с гидравлическим затвором;

- бачок или емкость для хранения образцов - балочек;

- машинное масло для смазки форм.

Методика выполнения работы:

Определение активности и марки цемента проводят в следующем порядке: определение нормальной консистенции цементного раствора, изготовление образцов - балочек, выдержка образцов в течение 28 суток, испытание на изгиб и сжатие балочек, сравнение полученных результатов с требованиями ГОСТ.

Определение нормальной консистенции цементного раствора

- Отвешивают 1500 г нормального Вольского песка и 500 г цемента с точностью до 1 г, высыпают их в предварительно протертую влажной тканью сферическую чашу, перемешивают цемент с песком мастерком (лопаткой) в течение 1 мин. В центре сухой смеси делают лунку, вливают в нее 200 мл воды (В/Ц =0,4), дают воде впитаться в течение 0,5 мин. и перемешивают смесь 1 минуту.

- Раствор переносят в предварительно протертую мокрой тканью чашу мешалки и перемешивают в течение 2,5 мин. (20 оборотов чаши мешалки).

- Форму-конус устанавливают в центре диска встряхивающего столика. Внутреннюю поверхность конуса и диск столика перед испытанием протирают влажной тканью.

- По окончании перемешивания форму-конус заполняют раствором на половину высоты и уплотняют 15 раз металлической штыковкой. Затем наполняют конус раствором с небольшим избытком и штыкуют 10 раз. После уплотнения верхнего слоя избыток раствора срезают ножом вровень с краями конуса и медленно снимают конус в вертикальном направлении.

- Раствор, сформованный в виде усеченного конуса, встряхивают на столике 30 раз за (30+5) сек., после этого штангенциркулем измеряют диаметр конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.

Консистенцию раствора считают нормальной, если расплыв его по основанию оказался равным 106 - 115 мм. Если основание конуса окажется менее 106 мм, количество воды увеличивают, а если более 115 мм – количество воды уменьшают при приготовлении новой пробы раствора.

Водоцементное отношение (В/Ц), полученное при достижении расплыва конуса 106 - 115 мм, характеризует водопотребность раствора, его принимают для проведения дальнейших испытаний.

Лабораторный журнал:

Показатели	Опыт	Требования ГОСТ
Навеска цемента, г Навеска песка, г Количество воды, мл Водопотребность В/Ц, % Диаметр расплыва (основание конуса), мм Консистенция раствора				106-115 Нормальная

Изготовление образцов - балочек

- Из раствора нормальной консистенции изготовляют три балочки размером 4x4x16 см. Образцы - балочки в трехгнездовых металлических формах с насадкой. Перед формованием форму смазывают машинным маслом и проверяют стягивающие болты.

- Форму с насадкой жестко закрепляют в центре виброплощадки и заполняют раствором примерно на 1 см по высоте. Включают виброплощадку и секундомер (засекают время). В течение первых двух минут вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раствором. По истечении 3 мин. от начала вибрации виброплощадку отключают, снимают насадку, срезают ножом излишек раствора вровень с краями и маркируют образцы (на каждой балочке следует поставить номер группы и бригады).

Хранение образцов - балочек

- После формования форму с образцами помещают на сутки в ванну с гидравлическим затвором. Затем образцы осторожно вынимают из формы и укладывают в горизонтальном положении в ванну с водой, где хранят до момента испытания.

- Вода должна покрывать образцы не менее чем на 2 см. Воду меняют через каждые 14 суток. Температура воды в ванне должна быть 20±2ºС.

- По истечении срока хранения образцы вынимают из воды и не позднее чем через 30 мин. подвергают испытанию. Перед испытанием образцы насухо вытирают.

Определение предела прочности при изгибе

- Испытание балочек на изгиб производят на рычажном автоматическом приборе МИИ-100 или на гидравлическом прессе с помощью приспособления (рис. 3).

Рис. 3. Схема испытания образцов-балочек на растяжение при изгибе

- Образец - балочку устанавливают на опоры изгибающего устройства так, чтобы, его горизонтальные при изготовлении грани находились в вертикальном положении. Расстояние между центрами опорных элементов (валиков) 100 мм. Средняя скорость нарастания разрушающей нагрузки на образец должна быть 0,05±0.01 кН/с.

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

Лабораторный журнал:

№ образца	Ширина балочки b,см	Высота балочки h, см	Расстояние между опорами,L, см	Разрушающая нагрузка, N, кг(Н)	Предел прочности, Rизг= , кгс/см2 (МПа)	Средний предел прочности из 2-х наибольших, МПа

Определение предела прочности при сжатии

- Полученные после испытания на изгиб шесть половинок палочек сразу же испытывают на сжатие (на гидравлическом прессе). Для передачи нагрузки образцу применяют специальные пластинки из нержавеющей стали (рис.4).

- Половинки балочек помещают между двумя пластинками таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцевой гладкой плоскости образца (рис.4).

Образец с пластинками устанавливают точно по центру нижней плиты пресса и испытывают до разрушения. Средняя скорость нарастания нагрузки при испытании должна быть 2,0±0,5 МПа/с.

Предел прочности отдельного образца вычисляют как частное от деления величины разрушающей нагрузки (кгс) на рабочую площадь пластинки (см²), т.е. на 25 см².

Предел прочности при сжатии испытуемого цемента (вяжущего) вычисляют как среднее арифметическое значение четырех наибольших результатов испытания шести образцов.

Лабораторный журнал:

№ образца	Разрушающая нагрузка, кгс (H), N	Площадь пластинки, см2, 25	Предел прочности, кгс/см2 (МПа), Rсж=N/F	Средний предел прочности из 4-х наибольших, МПа, Rсж cp

Определение активности цемента

Активность цемента устанавливают по среднему арифметическому значе­нию четырех наибольших результатов испытаний на сжатие шести половинок балочек в возрасте 28 суток.

Определение марки цемента

Марку цемента устанавливают по средним значениям предела прочности при сжатии и предела прочности при изгибе образцов – балочек, испытанных в возрасте 28 суток. При отнесении цемента к той или другой марке средний предел прочности при сжатии и изгибе должен быть не ниже значении, приведенных в таблице 2 (см. приложение).

Обозначение марки принимают по величине гарантированной прочности при сжатии в кгс/см².

Заключение:

Показатели	Средний предел прочности, кгс/см2 (МПа)	Активность цемента, кгс/см2 (МПа)	Марка цемента, кгс/см2 (МПа)
при сжатии	при изгибе
Опыт
Стандарт

По полученным результатам: среднему пределу прочности при сжатии ______ МПа и среднему пределу прочности при изгибе ______ МПа испытанный цемент относится к марке ______________.

По пределу прочности при сжатии в возрасте 28 суток цемент имеет активность _________ кгс/см².

Общее заключение

Результаты физико-механических испытаний исследуемого цемента заносят в сводную таблицу, сравнивают с требованиями ГОСТ 10178-85 и делают заключение о соответствии показателей испытания требованиям ГОСТ

Наименование испытаний	Ед.изм.	Результаты	Требования ГОСТ
Вид цемента
Нормальная густота цементного теста	%
Сроки схватывания: - начало - конец	ч.-мин. ч.-мин.
Тонкость помола (остаток на сите № 008)	%
Прочность на 28-е сутки: - при изгибе - при сжатии	МПа МПа
Активность цемента	МПа
Марка цемента

ПРИЛОЖЕНИЕ А

Требования ГОСТ 10178-85 к портландцементу и шлакопортландцементу

1. Виды и марки.

1.1 По вещественному составу цементы подразделяют на следующие виды:

- портландцемент, в том числе портландцемент без добавочный;

- портландцемент с минеральными добавками;

- шлакопортландцемент.

1.2. По механической прочности цемент подразделяют на марки:

- портландцемент - 400, 500, 550,600;

- шлакопортландцемент - 300, 400, 500; .

- портландцемент быстротвердеющий - 400 и 500;

- шлакопортландцемент быстротвердеющий - 400.

Допускается выпускать портландцемент с минеральными добавками марки 300.

Условное обозначение цемента должно состоять из обозначения вида цемента - ПЦ, ШПЦ. Марки цемента по п. 1.2.

Обозначения максимального содержания добавок в портландцементе по п. 1.4: Д0; Д5; Д20.

1.3. Обозначения быстротвердеющего цемента - Б.

Обозначения пластификации и гидрофобизации цемента - ПЛ; ГФ.

Обозначения цемента, полученного на основе клинкера нормированного состава - Н.

Обозначения настоящего стандарта.

Пример условного обозначения портландцемента марки 400, с добавками до 20 % , быстротвердеющего пластифицированного:

ПЦ400 - Д 20 - В-ПЛ ГОСТ 10178-85

1.4. Массовая доля в цементах минеральных добавок должна соответствовать значениям, указанным в таблице 1.

Таблица 1 - Массовая доля минеральных добавок в цементах

Обозначение вида цемента	Активные минеральные добавки, % по массе
Всего	В том числе
Доменные гранулированные и электротермофосфорные шлаки	осадочного происхождения, кроме глиежа	прочие активные, включая глиеж
ПЦ-Д0	Не допускаются
ПЦ-Д5	до 5 включ.	до 5 включ.	до 5 включ.	до 5 включ.
ПЦ-Д20, ПЦ-Д20-Б	св.5 до 20	св. 5 до 20	до 10	до 20
ШПЦ, ШПЦ-Б	св. 20 до 80	св. 20 до 80	до 10	до 10

Допускается замена части минеральных добавок во всех типах цемента добавками, ускоряющими твердение или повышающими прочность цемента и не ухудшающими его строительно-технические свойства (кренты, сульфоалюминатные и сульфоферритные продукты, обожженные алуниты и каолины). Суммарная массовая доля этих добавок не должна быть более 5 % массы цемента.

1.5. Предел прочности цемента при изгибе и сжатии должен быть не менее значений, указанных в таблице 2.

Таблица 2 - Предел прочности цемента при изгибе и сжатии

Обозначение вида цемента	Гарантированная марка	Предел прочности, МПа (кгс/см2)
при изгибе в возрасте, сут	при сжатии в возрасте, сут
ПЦ-Д0,ПЦ-Д5,		—	4,4 (45)	—	29,4 (300)
ПЦ-Д20, ШПЦ		—	5,4 (55)	—	39,2 (400)
	—	5,9 (60)	—	49,0 (500)
	—	6,1 (62)	—	53,9 (550)
	—	6,4 (65)	—	58,8 (600)
ПЦ-Д20-Б		3,9 (40)	5,4 (55)	24,5 (250)	39,2 (400)
	4,4 (45)	5,9 (60)	27,5 (280)	49,0 (500)
ШПЦ-Б		3,4 (35)	5,4 (55)	21,5 (220)	39,2 (400)

1.6. Цемент должен показывать равномерность изменения объема при испытании образцов кипячением в воде, а при содержании MgО в клинкере более 5 % — в автоклаве.

1.7. Начало схватывания цемента должно наступать не ранее 45 мин, а конец - не позднее 10 ч от начала затворения.

1.8. Тонкость помола цемента должна быть такой, чтобы при просеивании пробы цемента сквозь сито с сеткой № 008 по ГОСТ 6613 проходило не менее 85 % массы просеиваемой пробы.

1.9. Для регулирования сроков схватывания цемента при помоле клинкера вводят гипс (в пересчете на О₃). Массовая доля ангидрида серной кислоты (SO₃) в цементе должна соответствовать требованиям табл. 3.

Таблица 3.

Обозначение вида цемента	SO3, % по массе
не менее	не более
ПЦ 400-Д0, ПЦ 500-Д0, ПЦ З00-Д5, ПЦ 400-Д5, ПЦ 500-Д5, ПЦ 300-Д20, ПЦ 400-Д20, ПЦ 500-Д20.	1,0	3,5
ПЦ 550-Д0, ПЦ 600-Д0, ПЦ 550-Д5, ПЦ 600-Д5, ПЦ 550-Д20, ПЦ 600-Д20, ПЦ 400-Д20-Б, ПЦ 500-Д20-Б	1,5	4,0
ШПЦ 300, ШПЦ 400, ШПЦ 500, ШПЦ 400-Б	1,0	4,0

ПРИЛОЖЕНИЕ Б

Условные обозначения цемента по ГОСТ 31108-2003

Условное обозначение цемента состоять из:

1. Наименования цемента:

ЦЕМ I – портландцемент,

ЦЕМ II – портландцемент с минеральными добавками:

- тип А количество минеральных добавок от 6% до 20%,

- тип В - от 21% до 35%;

2. Сокращенного обозначения цемента, включающего обозначение типа и подтипа цемента и вида добавки:

- гранулированный шлак – Ш;

- пуццолана – П;

- композиция шлака и пуццоланы (трепел, опока) – К (Ш-П);

3. Класса прочности (22,5; 32,5; 42,5 и 52,5, что означает минимальную прочность на сжатие на 28 сут, МПа);

4. Обозначения подкласса (прочность на сжатие в возрасте 2 (7) сут

- Н – нормальнотвердеющий

- Б – быстротвердеющий (кроме класса 22,5);

Примеры условных обозначений:

Портландцемент класса 42,5 нормальнотвердеющий:

Портландцемент ЦЕМ I 42,5 Н ГОСТ 31108-2003;

Портландцемент со шлаком от 6% до 20%, класса прочности 32,5, быстротвердеющий:

Портландцемент со шлаком ЦЕМ II /А-Ш 32,5 Б ГОСТ 31108-2003;

Портландцемент со шлаком от 21% до 35%, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий:

Портландцемент со шлаком ЦЕМ II /В-Ш 32,5 Н ГОСТ 31108-2003;

Композиционный портландцемент с суммарным содержанием доменного гранулированного шлака и пуццоланы от 6% до 20%, класса прочности 32,5, нормальнотвердеющий:

Композиционный портландцемент с шлаком ЦЕМ II/А-К(Ш-П) 32,5Н ГОСТ 31108-2003.

При производстве цемента по ГОСТ 31108-2003 можно добавлять вспомогательные компоненты в количестве 5% во все типы цементов (в том числе и в ЦЕМ I). В качестве вспомогательных компонентов цемента могут применяться любые минеральные или инертные добавки, регламентируемые ГОСТ 31108-2003. Вспомогательные компоненты не должны существенно повышать Водопотребность цемента, а также снижать долговечность бетона и защиту арматуры от коррозии.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ

1. Горчаков Г.И., Баженов Ю.М. Строительные материалы. - М.: Стройиздат. 1986. - с. 145-146, 156-172, 200-201.

2. Комар Л.Г. - Строительные материалы и изделия. - М.: Высшая школа, 1988. - с. 123-129, с. 133-138, с. 142-164.

3. Справочник. Строительные материалы. - М: Стройиздат, 1989. - с. 26-30, с. 43-58, с. 65-68.

4. ГОСТ 310.1-76 - ГОСТ 310.3-76, ГОСТ 310.4-81. Цементы. Методы испытания.

5. ГОСТ 10178-85. Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия.

6. ГОСТ 31108-2003. Цементы общестроительные. Технические условия.

7. ГОСТ 30744-2001. Цементы. Методы испытаний с использованием полифракционного песка.