Сущность стандартных методов испытания вяжущих веществ , полный перечень испытаниц необходимый для оценки вяжущего.
Минеральные вяжущие:
Испытание портландцемента
1. Определение тонкости помола
Тонкость помола – характеристика дисперсности мелкозернистых материалов, в частности, неорганического гидравлического вяжущего - портландцемента.
Сущность метода заключается в определении массы остатка цемента после просеивания на сите № 008 в процентах к первоначальной массе навески. Отсеивают 50 г цемента и высыпают его на сито.
Сито закрывают крышкой и производят просеивание с использованием специального механизма или вручную. Просеивание осуществляется в течение 5…7 мин.
Операцию просеивания считают законченной, если при контрольном просеивании, выполненном вручную при снятом поддоне на бумагу, в течение минуты через сито проходит не более 0,05 г цемента.
Согласно ГОСТ 10178-85 при просеивании цемента остаток на сите 008 не должен превышать более 15 %.
2. Определение нормальной густоты цементного теста
Нормальная густота цементного теста характеризуется такой консистенцией, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо с цементным тестом, не доходит до пластины, на которой установлено кольцо, на 5…7 мм.
Нормальная густота выражается количеством воды затворения, вычисленное в процентах (или в долях единицы) ) к массе испытуемой навески цемента.
Сущность метода заключается в определении содержания воды затворения в цементном тесте, которое имеет консистенцию, обеспечивающую проникновение пестика прибора Вика на определенную глубину (рис. 1.1).
Масса подвижного стержня прибора Вика вместе с пестиком должна быть 300±2 г. Перед началом испытаний проверяют свободное падение подвижного стержня прибора, чистоту пестика, положение стрелки, которая должна стоять на 0 при соприкосновении пестика со стеклянной пластинкой, смазывают кольцо и пластинку тонким слоем машинного масла.
Для приготовления цементного теста отвешивают 400 г цемента, высыпают в чашу, предварительно протертую влажной тканью непосредственно перед высыпанием цемента. Затем делают в цементе углубление, в которое вливают в один прием воду в количестве, необходимом (ориентировочно 110…112 мл, т.е. 25-28 % по массе цемента) для получения цементного теста нормальной густоты. Осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой во взаимно перпендикулярных направлениях, в течение 5 мин.
После окончания перемешивания кольцо-конус наполняют в один прием цементным тестом и 5…6 раз встряхивают его, постукивая пластину о стол. Поверхность теста выравнивают ножом предварительно протертым влажной тканью, и ставят пластину с кольцом на прибор.
Приводят пестик в соприкосновение с тестом в центре кольца и закрепляют стержень стопорным устройством. Затем резко освобождают стержень, откручивая стопорный винт, и через 30 с определяют по шкале глубину погружения пестика в цементное тесто. Пестик не должен доходить до пластины 5…7 мм.
При несоответствующей консистенции цементного теста изменяют количество воды затворения (увеличивают или уменьшают) и повторяют опыт, добиваясь заданного погружения пестика.
Численно значение нормальной густоты, % с точностью до 0,1:
НГ=В/Ц×100, где
В – количество воды затворения, мл; Ц – масса цемента для испытания (400 г).
3. Определение сроков схватывания
Сроки схватывания (начало и конец) связаны с изменениями консистенции цементного теста, постепенной потерей им пластичности и превращением в камневидное тело. Эти изменения обусловлены физико-химическими процессами, протекающими в цементном тесте.
Сущность метода. Сроки схватывания определяются промежутками времени, протекающими от момента затворения водой до момента изменения консистенции цементного теста, измеряемого определенным образом. Для этой цели используется прибор Вика.
Перед испытанием проверяют свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора, приведя иглу в соприкосновение с пластиной, на которой расположено кольцо, и передвигая в случае необходимости шкалу. Кольцо и пластину перед началом испытаний смазывают тонким слоем машинного масла.
Цементное тесто нормальной густоты заполняют кольцо, предварительно установленное на пластину. Тесто уплотняют 4…5 легкими ударами пластины о поверхность стола. Поверхность теста выравнивают, и иглу прибора Вика вводят в соприкосновение с поверхностью цементного теста.
Откручивая зажимной винт, иглу резко погружают в тесто через каждые 10 мин. Пластину каждый раз передвигают, чтобы игла погружалась в новое место поверхности. Иглу после погружения протирают влажной тканью.
Началом схватывания считают промежуток времени от момента затворения цемента водой до того момента, когда игла не доходит до пластины 2…4 мм. Отсчет ведут по шкале прибора.
Продолжая периодически погружать иглу в тесто устанавливают конец схватывания, который определяется временем, прошедшим от момента затворения цемента водой до того момента, когда игла входит в цементное тесто на глубину не более, чем на 1…2 мм.
4. Определение марки цемента
Марку цемента определяют по прочности на изгиб и сжатие образцов-балочек размером 40х40х160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 нормальной консистенции и твердевших в соответствии с требованиями ГОСТ 310.4-85 во влажных условиях 28 сут при температуре (20±2)ºС.
I. П р и г о т о в л е н и е ц е м е н т н о – п е с ч а н о г о р а с т в о р а н о р м а л ь н о й к о н с и с т е н ц и и. Для изготовления трех образцов-балочек отвешивают 1500 г вольского песка и 500 г цемента, высыпают их в сферическую чашку и перемешивают лопаткой в сухом состоянии в течение минуты. Затем в центре сухой смеси делают воронку, вливают в нее 200 мл воды – В/Ц=0,4 и перемешивают смесь 3…5 мин. Приготавливаемая растворная смесь не является кладочным или штукатурным раствором, а представляет собой как бы модель бетона, поэтому она значительно менее пластична, чем традиционная растворная смесь, которой пользуются каменщики и штукатуры.
По окончании перемешивания определяют консистенцию полученной растворной смеси. Для этого используют встряхивающий столик и форму-конус с насадкой (рис. 1.2), смоченные влажной тканью. Конус с насадкой заполняют раствором наполовину и уплотняют штыкованием 15 раз, затем наполняют конус с небольшим избытком и штыкуют 10 раз. Штыкование ведут от периферии к центру, придерживая форму рукой. Излишек раствора срезается ножом вровень с краями конуса и металлическую форму-конус снимают вертикально вверх. Полученный конус цементного раствора встряхивают 30 раз, вращая рукоятку с частотой 1с-1. Затем металлической линейкой (или штангенциркулем) измеряют диаметр основания расплывшегося конуса в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.
Консистенция раствора считается нормальной, если среднее значение расплыва конуса составляет 106…115 мм. При отклонениях от указанных пределов готовят новую смесь с большим или меньшим количеством воды. Погрешность в определении требуемого соотношения В/Ц должна быть не более 0,02, т.е. в пересчете на воду 10 г.
II. И з г о т о в л е н и е о б р а з ц о в. Из раствора требуемой консистенции формуют опытные образцы-балочки с помощью разъемных металлических форм (рис. 1.3), предварительно смазанных машинным маслом. Формы закрепляют на лабораторной виброплощадке, заполняют на 1 см раствором и включают виброплощадку. Заполняют все три гнезда формы раствором в 3 приема и вибрируют 3 раза по 1 минуте. После окончания формования отключают виброплощадку, форму снимают, убирают ножом излишек раствора, заглаживают поверхность образцов и маркируют их.
После изготовления образцы в формах хранят в течение первых суток (24±2 ч) на столике в ванне с гидравлическим затвором или другом приспособлении, обеспечивающем влажность воздуха не менее 90 %. Затем образцы расформовывают и укладывают в ванны с водой на 27 сут при (20±2)ºС. Испытание образцов на изгиб и сжатие после 28 сут (1+27) твердения производят по методике, изложенной в работе № 5 «Прочность строительных материалов» методических указаний «Основные свойства строительных материалов».
Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их растворимости растягивается на длительное время (месяцы и годы) (рис. 1.4). Чтобы этот процесс мог протекать, необходимо постоянное присутствие воды в твердеющем материале. Однако нарастание прочности со временем замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 суток твердения.
Для определения марки цемента вычисляют среднее арифметическое из двух наибольших результатов, полученных при испытании на изгиб, и среднее арифметическое из четырех результатов (наибольший и наименьший отбрасывают), полученные при испытании на сжатие. На сжатие испытываю половинки балочек, оставшиеся после испытаний целых балочек на изгиб.
Испытание строительного гипса
Гипсовые вяжущие вещества – это воздушные вяжущие, полученные тепловой обработкой природного гипсового камня (СаSО4•2Н2О), во время которой происходит частичное или полное удаление химически связанной воды с образованием полуводного гипса (СаSО4•0,5Н2О) или ангидрита(СаSО4) и последующем помолом продукта.
Строительный гипс – быстротвердеющее вяжущее вещество, которое после смешивания с водой образует с течением времени прочный гипсовый камень, состоящий из двуводного сульфата кальция.
1. Определение тонкости помола
Тонкость помола – характеристика дисперсности мелкозернистых материалов, в частности, неорганического воздушного вяжущего – строительного гипса.
Сущность метода заключается в определении массы остатка гипса после просеивания на сите № 02 в процентах к первоначальной массе навески с точностью до 0,1 %..
Отсеивают 50 г гипса и высыпают его на сито. Сито закрывают крышкой и производят просеивание с использованием специального механизма или вручную. Просеивание осуществляется в течение 5…7 мин.
Операцию просеивания считают законченной, если при контрольном просеивании, выполненном вручную при снятом поддоне на бумагу, в течение минуты через сито проходит не более 0,05 г гипса.
По тонкости помола строительный гипс подразделяют на 3 группы:
1 – грубого помола – остаток на сите не более 23 %;
2 – среднего помола - остаток на сите не более 14 %;
3 – тонкого помола - остаток на сите не более 2 %.
2. Определение нормальной густоты гипсового теста
Смесь гипса с водой называют гипсовым тестом.
Нормальная густота гипсового теста характеризуется такой консистенцией, при которой расплыв стандартного объема теста под действием гравитационных сил составляет 180±5 мм.
Нормальная густота выражается количеством воды затворения, вычисленное в процентах (или в долях единицы) к массе испытуемой навески гипса (рис. 2.2).
Сущность метода заключается в определении количества воды затворения гипсового тесте, заполняющего цилиндр вискозиметра Суттарда и расплывающегося под действием собственного веса в лепешку определенного диаметра.
Перед испытанием цилиндр и стекло вискозиметра Суттарда смачивают влажной тканью. Отвешивают 300 г гипса и высыпают в чашу с заранее отмеренным количеством воды в пределах 150…200 мл и быстро перемешивают в течение 30 с пока не получится однородная масса. После чего гипсовую смесь переливают в цилиндр и выравнивают поверхность. На все эти операции дается 15 с. Через 45 с сначала отсчета времени цилиндр быстро поднимают вертикально вверх. При этом гипсовое тесто под действием собственного веса расплывается в лепешку, средний диаметр которой характеризует консистенцию теста.
Диаметр расплыва определяют по концентрическим окружностям в двух взаимно перпендикулярных направлениях или измеряют линейкой и вычисляют среднее арифметическое.
Если диаметр расплыва не соответствует стандартной консистенции (180±5 мм), испытания повторяют, уменьшив или увеличив количество воды затворения на 1-2 %.
Нормальная густота гипсового теста, %:
НГ = В/G,
где В – количество воды затворения, мл; G – масса навески гипса (200 г).
3. Определение сроков схватывания
Сроки схватывания (начало и конец) гипсового теста определяют на приборе Вика, заменив пестик на иглу, аналогично п. 3 лаб. работы № 1 «Испытание портландцемента» настоящих методических указаний.
Для проведения испытаний можно использовать гипсовое тесто, оставшееся после определения нормальной густоты, если с момента затворения гипса водой не прошло 2 мин. В противном случае готовят тесто нормальной густоты с исходной массой навески 200 г.
Началом схватывания считают промежуток времени от момента затворения гипса водой до того момента, когда игла не доходит до пластины 0,5 мм. Отсчет ведут по шкале прибора.
Продолжая периодически погружать иглу в тесто, устанавливают конец схватывания, который определяется временем, прошедшим от момента затворения гипса водой до того момента, когда игла входит в гипсовое тесто на глубину не более чем на 1 мм.
4. Определение марки гипса
Марку гипса определяют по величине предела прочности опытных образцов при сжатии и изгибе. Причем обозначается марка значением предела прочности образцов при сжатии, выраженной в МПа.
Для изготовления контрольных образцов-балочек размером 40х40х160 мм отвешивают 1,2 кг строительного гипса.
В сферической чаше готовят гипсовое тесто нормальной густоты, перемешивая массу в течение 1 мин. После чего гомогенной массой заполняют отсеки металлической формы. Форму встряхивают 4…5 раз и ударяют о поверхность стола для удаления вовлеченного воздуха.
Через 10…20 мин после конца схватывания образцы извлекаю тиз формы, маркируют и хранят в атмосферных условиях в течение 2 ч с момента затворения гипса водой.
Испытание образцов на изгиб и сжатие производят согласно методике, изложенной в работе № 5 «Прочность строительных материалов» методических указаний «Основные свойства строительных материалов».
Испытание строительной извести
Строительная воздушная известь – вяжущее вещество, получаемое умеренным обжигом не до спекания (900…1100ºС) карбонатных горных пород (известняков, мела, доломитов и т.п.), состоящих преимущественно из углекислого кальция СаСО3 и небольшого количества углекислого магния МgСО3, а также примесей кварца и глины, которые ухудшают качество строительной извести. Содержание глины в карбонатных породах не должно превышать 6 %. В результате обжига получают комовую негашеную известь, называемую «кипелкой», и состоящую в основном из оксида кальция СаО (рис. 3.1).
В зависимости от содержания оксида магния МgО воздушную известь разделяют на кальциевую (содержание МgО≤ 5 %), магнезиальную (МgО - от 5 до 20 %) и доломитовую (МgО от 20 до 40 %).
1. Определение содержания активных оксидов кальция и магния
(активности извести)
Сущность метода заключается в определении объема соляной кислоты (титрата), израсходованной на нейтрализацию активных СаО и МgО, содержащихся в известковом растворе, с добавкой фенолфталеина и расчета активности.
От пробы извести-кипелки, измельченной до полного прохождения через сито с сеткой № 008, отбирают навеску в количестве 1 г и помещают в коническую колбу объемом 250 мл. Затем доливают 150 мл дистиллированной воды, закрывают стеклянной воронкойи нагревают 5…7 мин на песчаной бане, не доводя до кипения. После чего колбу охлаждают до температуры 20…30ºС. Стенки остывшей колбы омывают дистиллированной водой, добавляют 2…3 капли 1%-го спиртового раствора фенолфталеина и титруют при постоянном взбалтывании раствором соляной кислоты до исчезновения фиолетовой окраски и полного обесцвечивания содержимого колбы.
Титрование следует проводить медленно, добавляя кислоту в известковый раствор по каплям. Титрование считается законченным, если по истечении 8 мин цвет содержимого не изменится.
Содержание активных оксидов кальция и магния в негашеной извести, %:
А=2,804VK/G,
где V – объем 1 н. раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл; K – поправка к титру 1 н. раствора соляной кислоты; G – масса навески извести, г.
2. Определение скорости гашения
При взаимодействии негашеной извести с водой происходит гидратация оксида кальция по реакции:
СаО + Н2О = Са(ОН)2 + q,
где q – количество тепла, выделяющегося при реакции.
Этот процесс называют гашением извести. Он сопровождается выделением значительного количества тепла. При этом температура гасящейся извести повышается до определенного максимума. С окончанием реакции прекращается выделение тепла, и температура смеси падает. Момент начала снижения температуры смеси является признаком прекращения реакции гашения извести.
Сущность метода заключается в определении максимально высокой температуры гашения извести и времени, за которое произошло повышение температуры.
Для испытаний используют сосуд Дьюара (рис. 3.2), который состоит из термосной колбы (1), термометра со шкалой на 150º (2) и пробки (3).
От измельченного порошка воздушной извести, хранившейся до испытания в герметичном сосуде, берут навеску, масса которой, г:
m=1000/А,
где А – содержание активных оксидов кальция и магния в извести, определенное в п. 1, г.
Навеску засыпают в сосуд прибора, вливают 25 мл воды, имеющей температуру 20ºС, быстро перемешивают деревянной палочкой и закрывают пробкой со вставленным в нее термометром. Ртутный шарик термометра должен полностью быть погружен в реагирующую смесь.
Отсчет температуры ведут через каждую минуту, начиная с момента добавления воды. Определение считается законченным, если в течение 4 мин температура не повышается более, чем на 1ºС.
По полученным данным строят график в координатах время – температура, и отмечают на нем максимальную температуру и время ее достижения. Время, прошедшее с момента затворения извести водой до начала падения температуры, характеризует скорость гашения извести.
Определение непогасившихся зерен
В процессе гашения комовой извести некоторая часть ее может либо вообще не погаситься, либо гаситься на столько медленно, что процесс гашения заканчивается в строительном растворе или даже в кладке.
Непогасившиеся зерна представляют собой различные примеси: кварцевый песок, неразложившийся при обжиге СаСО3 (недожог), остеклованная трудногасящаяся окись кальция СаО (пережог). От содержания непогасившихся зерен извести зависит ее качество.
Сущность метода заключается в определении массы высушенного остатка на сите с сеткой № 063 после промывания на нем известкового молока под непрерывной струей воды.
Для определения содержания непогасившихся зерен готовят известковое тесто из 1 кг извести-кипелки и 3,5…4 л воды, выдерживают 2 ч и разбавляют водой до консистенции известкового молока.
Приготовленное известковое молоко промывают на сите с сеткой № 063 слабой непрерывной струей воды, слегка растирая мягкие кусочки стеклянной палочкой.
Остаток на сите высушивают при температуре 140…150ºС до постоянной массы.
Содержание непогасившихся зерен, %:
НЗ=m/10,
где m – остаток на сите после высушивания,г.
Определение тонкости помола извести. Тонкость помола определяют просеиванием 50 г высушенной порошкообразной извести сквозь сита с сетками № 02 и № 008. Просеивание считается законченным, когда в течение 1 мин сквозь указанные сита проходит не более 0,1 г извести. Остаток на сите, умноженный на 2, соответствует содержанию зерен данной крупности, %.