Методы испытаний и оценка качества минеральных вяжущих
Местные минеральные вяжущие для строительства и ремонта автомобильных дорог получают, в основном, из металлургических шлаков, зол и шлаков тепловых электростанций, побочных продуктов химической, цементной, керамической промышленности и природного сырья.
Эти вяжущие должны содержать твердеющий компонент, обладать определенной тонкостью помола, требуемыми сроками схватывания, равномерностью изменения объема и прочностью при сжатии и изгибе.
Определение активности шлака
Для проведения испытания необходимы прибор ПСХ-2 или Т-3, малый прибор для стандартного уплотнения, гидравлический пресс мощностью 300 - 500 кН, сушильный шкаф, лабораторная мешалка, весы торговые, сито с отверстиями размером 0,071 мм, сферическая чашка, ванна для хранения образцов.
Среднюю пробу шлака массой 5 кг высушивают до постоянной массы и размалывают в шаровой мельнице до остатка 6 - 10 % на сите с размером отверстий 0,071 мм или до удельной поверхности 3000 ± 100 см2/г, определяемой с помощью прибора ПСХ-2 или Т-3.
Затем определяют оптимальное количество воды по максимальной плотности смеси.
Молотый шлак с оптимальным количеством воды перемешивают в течение 2,5 мин в лабораторной мешалке. При отсутствии мешалки шлак с водой перемешивают в сферической чашке в течение 10 мин.
Из шлаковой смеси готовят 10 образцов-цилиндров с высотой и диаметром 50 мм. Эти образцы получают при уплотнении с помощью прибора стандартного уплотнения или пресса при давлении 20 МПа, выдерживаемом в течение 3 мин.
Образцы хранят 7 суток на воздухе при 18 - 20 °С, затем помещают на 19 суток во влажную камеру и после этого в течение 2 суток насыщают водой.
Насыщенные водой образцы испытывают на прессе и определяют предел прочности при сжатии через 28 суток с момента изготовления.
За показатель активности принимают среднее арифметическое значений предела прочности при сжатии 10 образцов.
Определение суммарного содержания активных окисей кальция и магния в кальциевой извести
При проведении испытания используют коническую колбу емкостью 250 мл, стеклянные бусы, стеклянную воронку, прибор для титрования.
Навеску массой 1 г ссыпают в колбу, емкостью 250 мл, и вливают 150 мл дистиллированной воды. Туда же кладут несколько стеклянных бусинок, закрывают часовым стеклом и нагревают воду до кипения в течение 5 - 7 мин.
Раствор охлаждают до комнатной температуры, промывают стенки колбы и часовое стекло кипяченой дистиллированной водой. Затем в раствор добавляют 2 - 3 капли 1 %-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют при постоянном взбалтывании 1 н раствором соляной кислоты до полного обесцвечивания раствора.
Титрование считается законченным, если в течение 8 мин раствор при периодическом взбалтывании остается бесцветным. Содержание активных окисей кальция и магния в негашеной извести определяют по формуле:
где V - объем раствора 1 н соляной кислоты, пошедший на титрование, мл;
ТСаО - титр 1 н раствора соляной кислоты, выраженный в г.
Q - масса навески извести, г.
Содержания активных окисей кальция и магния в гидратной извести вычисляют по формуле:
где W - влажность гидратной извести, %.
Определение суммарного содержания активных окисей кальция и магния в магнезиальной, доломитовой и гидравлической извести
Определение содержания активной окиси кальция сахаратным способом
В коническую колбу емкостью 500 мл всыпают 0,25 мг извести, добавляют 50 мл 10 %-ного раствора сахарозы и энергично взбалтывают в течение 15 мин. Для улучшения перемешивания в колбу помещают несколько стеклянных бус.
Затем в колбу вводят 2 - 3 капли 1 %-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют содержимое 1 н раствором соляной кислоты. Титрование производят каплями до первого исчезновения розовой окраски.
Количество активной окиси кальция вычисляют по формуле:
где V - объем 1 н раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;
ТСаО - титр 1 н раствора соляной кислоты, выраженный в г;
m - масса навески извести, г.
Определение содержания активной окиси магния трилонометрическим методом
В стакан, емкостью 200 - 250 мл, помещают 0,5 г извести, смачивают ее водой и приливают 30 мл 1 н соляной кислоты. Стакан закрывают часовым стеклом и нагревают его содержимое до кипения в течение 8 - 10 мин. Затем часовое стекло ополаскивают дистиллированной водой, раствор охлаждают, переливают в мерную колбу емкостью 250 мл и доливают в нее дистиллированную воду до отметки. Полученный раствор тщательно перемешивают и дают ему отстояться.
Из раствора отбирают с помощью пипетки 50 мл, вливают в колбу емкостью 250 мл, добавляют туда 50 мл дистиллированной воды, 5 - 10 мл аммиачного буферного раствора, 5 - 7 капель кислотного хрома темно-синего индикатора и титруют 0,1 н раствором трилона Б до изменения цвета раствора от красного до синего. После этого отмечают объем V1 трилона Б, пошедший на титрование.
Из этой же мерной колбы берут 25 мл раствора и переливают в коническую колбу емкостью 250 мл. Туда же вливают 100 мл дистиллированной воды, перемешивают, добавляют 3 мл триэтаноламина и 25 мл 20 %-ного раствора едкого калия и снова перемешивают.
Через 1 - 2 минуты добавляют на кончике шпателя флуорексен и титруют раствором трилона Б до перехода розово-зеленой окраски раствора в устойчивую розовую при наблюдении на черном фоне. Отмечают объем V2израсходованного раствора трилона Б.
Содержание активной окиси магния вычисляют по формуле:
где V1 - объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование СаО + MgO, мл;
V2 - объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование CaO, мл;
TMgO - титр 0,1 н раствора трилона Б, выраженный в г MgO;
m - масса извести, г;
5 - коэффициент, учитывающий определение MgO в аликвотной части раствора.
Содержание активных окисей кальция и магния А определяется суммой величин А1 + А2.
Определение тонкости помола минеральных вяжущих
Тонкость помола вяжущих влияет на их физико-механические свойства, одним из которых является прочность при сжатии и изгибе.
Для определения тонкости помола минерального вяжущего необходимо сито с сеткой № 008 и прибор дм механического просеивания.
Вяжущее высушивают при 105 - 110 °С до постоянной массы. Навеску 50 г просеиваю через сито. Просеивание считают законченным, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,05 г вяжущего. Тонкость помола характеризуют остатком на сите в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0,1 %.
Определение тонкости помола вяжущего по удельной поверхности производит в соответствии с ГОСТ 310.2-76.
Определение сроков схватывания минеральных вяжущих
Сроки схватывания минеральных вяжущих являются технологическим параметром, определяющим время от момента изготовления смеси до ее уплотнения в конструкции.
Для определения сроков схватывания используют прибор Вика с иглой и пестиком, кольцо к прибору Вика и мешалку для приготовления цементного теста.
Сроки схватывания определяют на тесте нормальной густоты. Нормальной густотой теста, перемешанного в мешалке, считают такую консистенцию его, при которой пестик прибора Вика (рис. 3), погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5 - 7 мм до пластинки, на которое установлено кольцо.
Перед началом испытания проверяют исправность прибора, чистоту поверхности и отсутствие искривлений иглы. Иглу доводят до соприкосновения с поверхностью цементного теста нормальной густоты, приготовленного и уложенного в кольцо. Иглу погружают в тесто каждые 10 мин, передвигая кольцо после каждого погружения для того, чтобы игла не попадала в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.
Началом схватывания теста считают время, прошедшее от начала затворения его до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1 - 2 мм. Концом схватывания теста считают время от начала затворения до момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1 - 2 мм.
Рис. 3. Прибор Вика:
1 - стержень; 2 - обойма станины; 3 - стопорный винт; 4 - указатель; 5 - шкала; 6 - пестик; 7 - игла
Определение равномерности изменения объема
Вяжущее при затворении водой должно равномерно изменять свой объем, в противном случае, при неравномерности его изменения, в сооружении возникают большие внутренние напряжения, могущие привести к его растрескиванию.
Для проведения испытания необходимы бачок для испытания кипячением и ванна с гидравлическим затвором (рис. 4). Готовят тесто нормальной густоты и из чего делают образцы в виде лепешек диаметром 7 - 8 см и толщиной в центре около 1 см. Образцы заглаживают смоченным водой ножом от наружных краев к центру до образования острых краев и гладкой закругленной поверхности.
Приготовленные образцы хранят 24 часа с момента изготовления, а из медленно твердеющих вяжущих - 48 часов в ванне с гидравлическим затвором, затем помещают на решетку бачка с водой.
Воду в бачке доводят до кипения, которое поддерживают в течение 3 ч, после чего образцы охлаждают и производит их осмотр.
Вяжущее имеет равномерное изменение объема, если на лицевой стороне образца не обнаружено радиальных, доходящих до краев трещин, или сетки мелких трещин, а также каких-либо искривлений и увеличения объема образцов.
Определение предела прочности при сжатии и изгибе
При проведении испытания используют мешалку для перемешивания цементного раствора, чашку и лопатку, встряхивающий столик и форму-конус, штыковку, формы с насадками для изготовления образцов-балочек размером 4´4´16 см, пресс и пластинки для передачи нагрузки.
Вначале испытания определяют нормальную консистенцию раствора. Для этого берут 1500 г нормального вольского песка и 500 г вяжущего, перемешивают, добавляют воду, перемешивают в чаше мешалки в течение 2,5 мин. Затем раствор помещают в форму-конус на половину его высоты и уплотняют штыковкой 15 раз. Потом заполняют конус полностью и штыкуют еще 10 раз. Излишек раствора срезают.
Рис. 4. Ванна с гидравлическим затвором
Конус с раствором помещают на встряхивающий столик (рис. 5), конус снимают, а раствор встряхивают на столике 30 раз со скоростью одно встряхивание в секунду. После этого измеряют штангенциркулем диаметр расплывшегося раствора по нижнему основанию. Консистенция раствора считается нормальной, если диаметр расплыва лежит в пределах 106 - 115 мм. Если диаметр расплыва отклоняется от требуемого, то готовят новый образец с большим или меньшим содержанием воды.
Готовят раствор нормальной густоты, закрепляют формы с укрепленными на них насадками на виброплощадке и в течение первых двух минут заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают, образцы заглаживают и маркируют.
После изготовления образцы хранят в формах в течение 1 - 2 суток в ванне с гидравлическим затвором, затем вынимают из форм и хранят в ванне с водой до момента испытания в течение 28 - 90 суток.
При испытании образец устанавливают на опорные элементы прибора и производят испытание в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое значение из двух наибольших результатов испытания трех образцов.
Полученные при испытании на изгиб 6 половинок балочек испытывают на сжатие. Половинку балочки помещают между двумя пластинками и центрируют на опорной плите пресса. Средняя скорость нарастания нагрузки должна составлять 2 ± 0,5 МПа в секунду. Предел прочности при сжатии вычисляют как среднее арифметическое четырех наибольших результатов испытания шести образцов.
Рис. 5. Встряхивающий столик и форма:
1 - станина; 2 - кулачок; 3 - перемещающаяся часть; 4 - диск; 5 - форма
Требования к минеральным вяжущим
Вяжущие и их активные компоненты должны обладать свойствами, приведенными в табл. 23 в соответствии с ВСН 185-75 Минтрансстроя СССР [2]. Тонкость помола вяжущих должна быть такой, чтобы остаток на сите № 008 не превышал 15 %.
Таблица 23
Наименование показателей | Самостоятельное медленно твердеющее вяжущее | Активный компонент смешанного вяжущего | |
с цементом | с известью | ||
Содержание свободной окиси кальция, СаО, % от массы | не менее 8 | не более 4 | Не нормируется |
Удельная поверхность, см2/г, не менее | |||
Содержание сернистых и сернокислых соединений, % от массы (в пересчете на SO3) не более | Не нормируется | ||
Потери при прокаливании, % от массы, не более |
Начало схватывания всех вяжущих должно наступать не ранее 2 часов от момента затворения, а конец - не позднее 6 - 8 часов.
Образцы-балочки и их половинки при испытании должны иметь прочность при изгибе и сжатии не меньше величин, указанных в табл. 24 в соответствии с [3].
Таблица 24
Наименование показателей | Сроки испытаний, сутки | Марки | ||||
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее | 1,0 | 1,5 | 2,0 | 2,5 | 3,0 | |
2,0 | 2,5 | 3,5 | 4,5 | 5,5 | ||
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее | ||||||
Требования к извести строительной приведены в ГОСТ 9179-77, а к веществам вяжущим известесодержащим гидравлическим - в ГОСТ 2544-76.