Определение и состав цементов

Портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твер­деющее в воде и на воздухе, получаемое путём совместного тонкого измельчения клинкера и необходимого количества гипса. Клинкер подучается в результате обжига до спекания сырьевой смеси надлежащего состава (из мергелей или смеси карбонатной породы и глины), обеспечивающего преобладание в клинкере, силикатов кальция. Портландцемент может выпускать­ся без добавок или с активными минеральными добавками в количестве до 25% от веса цемента.

В настоящее время в РФ выпускают: портландцемент без добавок и с активными минеральными добавками марок 400, 500, 550 и 600; быстротвердеющий портландцемент марок 400 и 500; портландцемент с пластифицирующими и гидрофобными добавками марок 400, 500, 550 и 600; сульфатостойкий портландцемент марок 400 и 500; белый и цветные портландцементы марок 300, 400 и 500; шлаковый портландцемент марок 300, 400 и 500; пуццолановый портландцемент марок 300 и 400.

Шлакопортландцемент - гидравлическое вянущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе, получаемое путём совместно­го тонкого измельчения клинкер, необходимого количества гипса и доменного гранулированного шлака или тщательным смешиванием тех же материалов, измельчённых раздельно.

Количество доменного гранулированного шлака в шлако-портландцементе должно составлять не менее 20 и не более 60% от веса цемента.

Пуццолановый портландцемент - гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и во влажных условиях, получае­мое путём совместного тонкого измельчения клинкера, необхо­димого количества гипса и активной минеральной добавки. Содержание добавок осадочного происхождения должно достав­лять не менее 20 и не более 30% от веса цемента.

Оценка качества цементов производится в сухом цементе, в тесте и в растворе. При испытании цементов в них определяют: тонкость пошла, нормальную густоту цементного теста, сроки схватывания, равномерность изменения объёма, а также пре­делы прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек, изго­товленных из цементного раствора.

Отбор средней пробы

От каждой партии цемента отбирают пробу массой 20 кг для испытаний. При доставке цемента навалом в вагонах пробу отбирают из каждого вагона из разных мест, при поставке автомобильным транспортом по1 кг от каждых 25 т, при поставке цемента в мешках по 1 кг из мешка от каждых 500-800 мешков. Отобранные пробы цемента тщательно смешивают, квартуют и делят на две равные части; Одну из частей под­вергают испытаниям, другую хранят в плотно закрытой таре в течение месяца на случай контрольных проверочных испыта­ний. Цемент должен быть забракован, если он не отвечает, хотя бы одному из требований стандарта.

ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ПОРТЛАНДЦЕМЕНТА

Цель работы - освоить методику испытаний и опре­деления основных физико-механических свойств портландцемен­та в соответствии с ГОСТ 30744; ГОСТ 310.1 ÷ ГОСТ 310.3; ГОСТ 310.4. Методы испытаний, а также научить студентов самостоятельно оцени­вать качество цемента на основании результатов полученных при его испытании.

Задание 1. Определение тонкости помола цемента

Оборудование: стандартные сита, сушильный шкаф, электронные весы, разновесы, совочки, белая бумага. При оценке качества цемента тонкость помола имеет большое значение, так как от неё зависят прочность при твердении цемента и скорость её нарастания, степень пластичности цементного теста и т.п. Тонкость помола определяется с помощь, сит или по величине удельной поверхности. Ситовой анализ: навеска в 50 г. цемента, высушенного при 110°С, просеивается через стандартное сито с сеткой №008, размеры стороны ячейки 0,08 мм.

Закрыв сито крышкой, производят просеивание, встряхи­вая прибор в наклонном положении и постепенно поворачивая его на полный оборот вокруг оси.

Просеивание продолжается 5-7 мин. В конце опыта производят контрольное просеивание на бумагу. Если в течение 1 мин. через сито проходит не более 0,05 г цемента, просеивание считается законченным, Тонкость помола цемента определяется о сочность до 0.1 %. как остаток на сите с сеткой №008 в процентах к первоначальному весу пробы.

Задание 2. Определение нормальное густоты цементного теста

Цементным тестом называется смесь цемента с водой, процесс их смешивания называется затворением.

Нормальная густота цементного теста определяется коли­чеством воды (в % от массы цемента) необходимым для предания цементному тесту определенной (условной) степени пластич­ности.

Эти данные нужны для последующих определений сроков схватывания, равномерности изменения объёма.

Оборудование: прибор "Вика" стандартный (пластимер), прибор "Вика" автоматический модель Vicatronic, чаши, лопатки, электронные весы, мерные цилин­дры на 250 мл, совки, ножи, секундомер.

Для определения нормальной густоты применяется пластимер прибор Вика, у которого игла заменена пестиком (металлическим цилиндром диаметром в 10 мм и длиной 50 мм). Пестик вставляется в нижнюю часть стержня, свободно передвигающегося в вертикальном направлении в обоймах станины. Стержень снабжён стрелкой для отсчета погружения пестика. Масса стержня с пестиком 300 г ± 3 г.

Перед работой проверяют, свободно ли движется стержень, а также соответствие нулевого показания стрелки на шкале при положении пестика на стекле. Шкала имеет цену деления 1мм.

Для определения нормальной густоты отвешивают 400 г цемента с точностью до 1 г, помещают его в металлическую чашку, со сферическим дном, предварительно протёртую влаж­ной тряпкой, делают в цементе углубление, в которое в один приём вливают воду, отмеренную с точностью до 0,5 мл.

Количество воды для затворения колеблется в пределах: для портландцемента и глиноземистого цемента - 24-30%; для пуццолановых цементов - 28-40%. Для первого пробного затворения берут 80-120 мл воды. После вливания воды запол­няют углубление цементом и через 30 с начинают перемешивание сначала осторожно, а затем энергично, растирая тесто лопаткой попеременно во взаимно-перпендикулярных направлени­ях в течение 5 мин (считая с момента добавления воды).

Методика определения

1.Наполняют кольцо прибора тестом при легком постуки­вании стеклянной пластинкой о стол для удаления пузырьков воздуха.

2. Выравнивают поверхность теста с краями кольца срезая избыток его влажным ножом.

3. Подводят кольцо под пестик, приводят последний в соприкосновение с тестом в центре кольца и закрепляют стержень прибора винтом.

4. Быстро освобождают закрепляющий винт и дают пестику свободно погружаться в тесто.

5. Через 30 с производят отсчёт глубины погружения пестика по шкале.

Нормальной густоте цементного теста соответствует та­кая консистенция его, при которой пестик прибора Вика, погружаемый в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5-7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо.

В случае если пестик не доходит до дна более чем на 7 мм или менее чем на 5 мм, необходимо сделать новый замес, соответственно увеличивая или уменьшая количество воды на 1-2%, пока будет достигнута необходимая консистен­ция. Количество воды необходимое для получения нормальной густоты, определяется с точностью до 0,25%

Данные определения нормальной густоты цементного теста записываются по следующей форме:

№ опыта	Количество воды	Пестик не доходит до дна, мм
%	мл
1.
2.
3.

Нормальная густота теста...........%

Задание 3. Определение сроков схватывания цемента

Большое практическое значение имеет определение сроков схватывания так как все работы с цементными растворами и бетонами необходимо вести с учётом начала и конца схватывания.

Оборудование: прибор "Вика" стандартный, прибор "Вика" автоматический модель Vicatronic, чаши, лопатки, весы электронные, мерные цилиндры, ножи, секундомеры.

Определение начала и конца схватывания цементного теста производится на тесте нормальной густоты с помощью прибора Вика. В этом случае в нижнюю часть подвижного стержня встав­ляется стандартная игла. Последняя должна быть ровной, её поверхность необходимо отшлифовать.

Методика определения.

1. Для определения сроков схватывания иглу прибора доводят до соприкосновения с поверхностью теста, приготов­ленного и уложенного в кольцо так же, как при определении нормальной густоты, закрепляют стержень винтом.

2. Освобождают стержень и дают игле свободно погружать­ся в тесто. В начале опыта, пока тесто жидкое, следует иглу при погружении слегка придерживать во избежание её изгиба.

3. Иглу погружают через каждые 10 мин. до начала схва­тывания и через 15 мин. в последующее время, каждый раз передвигая кольцо и тщательно вытирая иглу.

За начало схватывания принимают время, истекшее от момента затворения до момента, когда игла не будет дохо­дить до дна на 1-2 мм. Концом схватывания считают время от момента затворения до момента, когда игла будет опускать­ся в тесто не более чем на 1-2 мм.

Определение сроков схватывания производится при температуре 20°± 5°С, кольцо не должно подвергаться сотрясе­ниям, сквознякам, солнечным лучам.

Полученные данные занести в таблицу.

% опыта	Начало схватывания	Конец схватывания
1.
2.
3.
Среднее

Задание 4. Определение равномерности изменения объёма цемента

Оборудование: металлические чашки, лопатки, мерные цилиндры на 250мл, весы с разновесами, стеклянные пластин­ки, ванна для хранения образцов, камера пропарочная с автоматическим открыванием крышки.

Изменение объёма цемента при твердении может происхо­дить равномерно и неравномерно. Неравномерность изменения объёма цемента может привести к образованию трещин в твер­деющих бетонах и растворах, что повлечёт за собой снижение прочности или разрушение. Это может быть вызвано избытком в цементе свободной окиси кальция СаО или окиси магния МgО, повышенным содержанием сернистых примесей.

Определение равномерности изменения объёма цемента произ­водят на лепёшках диаметром 7-8 см и толщиной в средней части 1 см, изготовленных из теста нормальной густоты.

Методика определения

1. Приготавливают тесто нормальной густоты.

2. Отвешивают 4 навески по 75 г каждая, скатывают из них шарики и помещают их на стеклянные пластинки, предва­рительно протёртые машинным маслом

3. Легким постукиванием о стол встряхивают пластинки до расплыва шариков в лепёшки диаметром 7-8 см.

4. Для получения гладкой закруглённой поверхности лепёшки заглаживают влажным ножом от краёв к центру.

5. Приготовленные лепёшки помещают на (24 ± 2) ч в ванну с гидравлическим затвором на сетку над водой. Ванну закрывают крышкой.

6. После этого лепешки снимают с пластинок. Четыре лепёшки помещают в пропарочную камеру так, чтобы две из них находились в воде, а две другие - на полочке над водой. Вода в пропарочной камере в течение 3 часов имеет температуру 100 °С. После остывания воды лепёшки вынимают и тщательно осматривают. Если в цементе содержится МgО более 5%, то равномерность изменения объёма проверяется в автоклаве. В автоклав загружаются две лепёшки, выдержавшие кипячение. Время об­работки 2 ч, давление до 0,2 МПа

Цемент признают доброкачественным, то есть обладающим равномерностью изменения объёма, если на лицевой стороне лепешек после испытания не будет обнаружено радиальных, доходящих до краёв трещин или сетки мелких трещин, а так­же каких-либо искривлений, устанавливаемых при помощи линейки (рис. 4). Появляющиеся иногда волосяные трещины усыхания, не доходящие до краёв лепёшек, не являются признаком плохо­го качества цемента и их не принимают во внимание.

Рис. 4. Характер изменения объема лепешек (разрушение и радиальные трещины)

Задание 5. Определение марки цемента

Марка цемента определяется пределом прочности при изгибе образцов-балочек 4х4х16 см и сжатии их половинок из раствора состава 1:3 (по массе) с нормальным песком, изготовленных и твердевших в соответствии с тре­бованиями ГОСТ 30744; ГОСТ 310.4 и испытанных через 28 дней с мо­мента изготовления.

Образцы-балочки и их половинки при испытании должны иметь предел прочности при изгибе и сжатии не ниже величин, указанных в таблице.

Для определения прочностных характеристик цемента изготовляются образцы-балочки из цементного раствора сос­тава 1:3, состоящего из одной весовой части цемента и трёх весовых частей песка, при водоцёментном отношении не менее 0,40 и консистенции раствора, характеризуемой расплывом конуса на встряхивающем столике не менее 106мм.

Цемент	Марка цемента	Предел прочности при изгибе в возрасте, сут.	Предел прочности при сжатии в возрасте, сут.
Портландцемент без добавок и с минеральными добавками		- - - -	5,5/55   6/60   6,2/62   6,5/65	- - - -	40/400 50/500 55/550 60/600
Быстротвердеющий портландцемент		4/40 4,5/25	5,5/55   6/60	25/250 28/280	40/400 50/500
Сульфатостойкий портландцемент		-	5,5/55	-	40/400
Сульфатостойкий портландцемент с минеральными добавками		-	6/60	-	50/500
Белый и цветные портландцементы		- - -	4,5/44   5,5/55   6/60	- - -	30/300 40/400 50/500
Шлакопортландцемент		- - -	4,5/45   5,5/55   6/60	- - -	30/300 40/400 50/500
Пуццолановый портландцемент		- -	4,5/45   5,5/55	- -	30/300 40/400

Точное количество воды устанавливается определением нормальной густоты пластичного раствора.