Результаты испытаний портландцемента

Определение сроков схватывания цементного теста

Сроки схватывания согласно ГОСТ 310.3— 76 определяют с помощью прибора Вика (см. рис. 7), но вместо пестика на нижней части подвижного стержня закрепляют стальную иглу сечением 1 мм² и длиной 50 мм. Так как общая масса стержня (т. е. общая масса подвижной части прибора, воздействующей при испытании на цементное тесто) при замене пестика уменьшается, то на плоскую головку стержня накладывают дополнительный груз, чтобы масса стержня с иглой составляла 300 г.

Перед началом испытания проверяют: свободное перемещение металлического стержня прибора Вика, положение стрелки, которая должна быть на нуле при опирании иглы на стеклянную пластинку, чистоту и прямизну иглы. После этого смазывают кольцо и пластинку тонким слоем машинного масла.

Цементное тесто нормальной густоты приготовляют по методике, изложенной ранее, и сразу после приготовления помещают в кольцо прибора Вика, установленное на стеклянной пластинке, и слегка встряхивают пять-шесть раз для удаления воздуха. Избыток теста снимают ножом и поверхность выравнивают. Кольцо с цементным тестом устанавливают на столик прибора, опускают стержень до соприкосновения иглы с поверхностью теста и закрепляют стержень винтом. Затем быстро отвинчивают зажимной винт, чтобы игла могла свободно погрузиться в тесто. Иглу погружают в тесто через каждые 5 мин до начала схватывания и через каждые 15 мин в последующее время до конца схватывания. Место погружения иглы в тесто меняют, передвигая кольцо, иглу вытирают мягкой тканью или фильтровальной бумагой.

За начало схватывания принимают время с момента затворения цемента водой до момента, когда игла не дойдет до стеклянной пластинки на 1—2 мм. За конец схватывания принимают время от начала затворения цементного теста до момента, когда игла будет опускаться в тесто не более чем на 1—2 мм. Начало схватывания портландцемента, портландцемента с минеральными добавками, шлакопортландцемента и пуццоланового портландцемента должно наступать не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания не позднее 10 ч с момента затворения цементного теста. Результаты измерений заносят в таблицу 10.

Таблица 10

Результаты определения сроков начала и конца

Схватывания портландцемента

Определение марки цемента

Марку цемента устанавливают по показателям предела прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек размером 40х40х160 мм, изготовленных из пластичного цементного раствора состава 1:3 по массе (1 ч. цемента и 3 ч. нормального Вольского песка).

Методика определения марки цемента (ГОСТ 310.4 - 81) состоит в следующем. Сначала определяют консистенцию цементного раствора, которая требуется для изготовления образцов-балочек. Для этого отвешивают 1500 г песка и 500 г цемента, высыпают их в сферическую чашку (см. рис. 4) и перемешивают цемент с песком лопаткой в течение 1 мин. Затем в центре сухой смеси делают лунку и вливают в нее 200 г воды (В/Ц= 0,4). После того как вода впитается, еще раз перемешивают смесь в течение 1 мин, переносят ее в механический смеситель (рис. 8) и перемешивают в течение 2,5 мин (20 оборотов чаши смесителя).

По окончании перемешивания определяют консистенцию цементного раствора. Для этого используют встряхивающий столик и металлическую форму-конус (рис. 9). Встряхивающий столик состоит из чугунной станины 1. На валу находится кулачок 2, который поднимает ось 3 с горизонтальным диском 4 и закрепленном на нем листом зеркального стекла 5 диаметром 300 мм. При вращении рукоятки ось с укрепленным диском совершает возвратно-поступательное вертикальное движение. При этом столик поднимается на 10 мм, встряхивая форму 6.

Перед укладкой смеси в конус внутреннюю поверхность его и стеклянный диск слегка увлажняют. Затем на стекло ставят коническую форму 5 с загрузочной воронкой. Внутреннюю поверхность конуса и стекло перед укладкой раствора протирают влажной тканью.

Для определения консистенции раствор укладывают в форму-конус в два приема (слоями равной толщины). Каждый слой уплотняют штыковкой из нержавеющей стали диаметром 20 мм, массой 350 ±20 г. Нижний слой штыкуют 15 раз, верхний – 10 раз. Штыкование ведут от периферии к центру, придерживая форму рукой. Далее снимают загрузочную воронку, излишек раствора срезают ножом и осторожно снимают форму-конус.

Полученный конус цементного раствора встряхивают на столике 30 раз в течение 30 ±5 с. Затем штангенциркулем или металлической линейкой измеряют диаметр конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.

Консистенция раствора считается нормальной, если расплыв конуса составляет 106 – 115мм. Если расплыв конуса менее 106 мм или раствор при встряхивании рассыпается, приготовляют новую порцию раствора, увеличивая количество воды до получения расплыва конуса 106 – 115 мм. Если расплыв конуса более 115 мм, то испытание повторяют с меньшим количеством воды, добиваясь расплыва 106 – 115 мм. Водоцементное отношение, полученное при достижении расплыва конуса 106 – 115мм, принимают для проведения дальнейших испытаний. Погрешность определения В/Ц не более 0,01.

Изготовление образцов.Разъемные формы, в которых изготовляют образцы, рассчитаны на три образца. Продольные и поперечные стенки форм, скрепляемые зажимным винтом, отшлифованы и плотно прилегают к отшлифованной поверхности поддона.

Перед заполнением формы растворной смесью ее внутренние поверхности слегка протирают машинным маслом, а стыки наружных стенок с поддоном и одна с другой смазываются техническим вазелином. На форму устанавливают металлическую насадку, облегчающую укладку раствора. После этого форму жестко закрепляют в центре виброплощадки.

Виброплощадка (рис. 10) состоит из станины 1, к которой пружинами 5 прикреплена рама 4 с установленной на ней пло­щадкой 3. Колебательные движения площадки создает прикрепленный к ней электродвигатель 2, на валу которого находится дебаланс (эксцентрично закрепленный груз).

Форму заполняют приблизительно на 1 см раствором и включают виброплощадку. Затем в течение 2 мин вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают и снимают с нее форму. Далее смоченным водой ножом срезают излишек раствора, заглаживают поверхность образцов и маркируют их.

Образцы в формах хранят 24 ± 2 ч в ванне с гидравлическим затвором. Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в горизонтальном положении в ванну с водой так, чтобы они не соприкасались один с другим. Воду, которая должна покрывать образцы не менее чем на 2 см, меняют через каждые 14 сут. Температура воды весь срок хранения должна быть 20 ± 2°С.

Образцы, прочность которых через 24 ч недостаточна для расформовывания их без повреждений, допускается вынимать из форм через 48 ч с отметкой об этом в рабочем журнале.

По истечении срока хранения образцы извлекают из воды и не позднее чем через 1 ч подвергают испытанию. Непосредственно перед испытанием образцы-балочки насухо вытирают и испытывают на изгиб, а затем каждую из полученных половинок балочки — на сжатие.

Определение предела прочности при изгибе

Это испытание производят на машинах, обеспечивающих нарастание нагрузки в среднем 50±10 Н в секунду. Образец 1 устанавливают на опорные элементы машины таким образом, чтобы его горизонтальные при изготовлении грани находились в машине в вертикальном положении (см. рис. 7, а). Испытание образцов и расчет предела прочности при изгибе выполняют в соответствии с инструкцией, прилагаемой к испытательной машине. Предел прочности при изгибе испытуемого цемента вычисляют как среднее арифметическое из двух наибольших значений результатов испытания трех образцов.

Определение предела прочности при сжатии.

Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек 4 сразу же подвергают испытанию на сжатие на прессах с предельной нагрузкой 200...500кН. Для того чтобы результаты испытаний половинок балочек были сопоставимы, несмотря на разный размер, используют металлические пластинки 2 (см. рис. 7, б), через которые нагрузка от плит пресса 3, 5 передается на образец. Пластинки, изготовляемые из нержавеющей стали, имеют плоскую полированную поверхность; площадь поверхности пластинки, соприкасающейся с образцом, равна 25 см².

Половинку балочки 4 помещают между двумя пластинками 2 (рис. 7, б) таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцовой гладкой грани образца. Образец вместе с пластинками центрируют на опорной плите 5 пресса. Средняя скорость нарастания нагрузки на образец при испытании должна составлять 5± 1,25 кН в секунду.

Предел прочности при сжатии R_сж (МПа) каждого образца вычисляют по формуле

,

где Р_сж - разрушающая нагрузка, кН; S_сж - площадь металлических пластинок, см².

Результаты измерений записывают в таблицу 11.

Таблица 11

Результаты определения прочностных

характеристик цементного раствора

Предел прочности при сжатии цемента вычисляют по результатам шести испытаний как среднее арифметическое четырех наибольших результатов.

Полученное таким образом значение называют активностью цемента.

Определение марки цемента.

Марку цемента находят по результатам определения пределов прочности цемента при сжатии и изгибе, сравнивая эти результаты с требованиями ГОСТа на соответствующий цемент.

Испытание образцов-балочек на изгиб и их половинок на сжатие может быть выполнено студентами на следующем занятии через 7 или 14 сут, а если позволяет время, то и через 28 сут. Для перевода 7 - или 14 - суточной прочности образцов в 28-суточную могут быть приняты ориентировочно переводные коэффициенты, равные для 7 - суточной прочности – 1,5, для 14-суточной прочности – 1,25. Полученные результаты сравнивают с требованиями ГОСТ 10178 – 76 для портландцемента и делают заключение о марке испытанного цемента.

Лабораторная работа № 4

Определение зернового состава песка

Зерновым (гранулометриче­ским) составом сыпучего материала называют выраженное в процентах или частях содержание в этом материале зерен опре­деленного размера (фракций). Зерновой состав определяют про­сеиванием материала через набор сит, установленный стандар­том на этот материал.

Для испытания песка используют сита с отверстиями разме­ром: 5; 2,5; 1,25; 0,63; 0,315 и 0,16 мм. При просеивании через такой набор сит песок разделяется на фракции: 5÷2,5; 2,5÷1,25; 1,25÷0,63; 0,63÷0,315 и 0,315÷0,16 мм. Зная зерновой состав песка, можно определить, к какой группе по крупности зерен относится исследуемый песок, сделать заключение о его при­годности для бетонов и растворов и определить его водопотребность.

Цель работы: ознакомление студентов с методикой определения зернового состава и модуля крупности песка.

Задачи работы:

1. Изучить метод определения зернового состава песка.

2. Установить модуль крупности песка.

Оборудование и материалы: прибор для просеивания; электронные весы; стандартный набор сит.

Зерновой состав песка определяют следующим образом. Пробу песка массой 2 кг высушивают до постоянной массы, после чего просеивают сквозь два сита с круглыми отверстиями диаметром 10 и 5 мм. Полученные на ситах остатки взвешивают и вычисляют содержание в песке фракций гравия с размером зерен 5÷10 мм (Гр₅) и выше 10 мм (Гр₅) в процентах по массе по формулам

Гр₁₀ = (т₁₀/т)·100; Гр₅ = (т₅/т)·100,

где т₁₀ - остаток на сите с отверстиями размером 10 мм, г; т₅ - остаток на сите с отверстиями размером 5 мм, г; т — масса про­бы сухого песка, г.

Согласно ГОСТ 8736-93 в природном песке допускается на­личие зерен гравия и щебня размером более 10 мм в количестве не более 0,5 %, а зерен размером 5÷10 мм не более 10 %.

Из пробы песка, прошедшего сквозь указанные сита, отби­рают навеску 1000 г для определения зернового состава песка без гравия. Эту навеску просеивают ручным или механическим способом через набор сит с круглыми отверстиями диаметром 2,5 мм и с сетками №1,25; 0,63; 0,315 и 0,16. Продолжитель­ность просеивания любым способом должна быть такой, чтобы при контрольном ручном просеивании каждого сита в течение 1 мин через него проходило не более 0,1 % общей массы про­сеиваемой навески (1 г). При ручном просеивании его оконча­ние допускается определять упрощенным способом. Каждое си­то интенсивно трясут над листом бумаги. Просеивание считается законченным, если при этом практически не наблюдается падение зерен песка.

После окончания просеивания остатки песка на каждом си­те, которые называются частными остатками а„ взвешивают с погрешностью не более 1 г, а затем определяют их величину в процентах по отношению к массе навески по формуле

a_i = (т_i/т) · 100,

где т_i - масса остатка на данном сите, г, т — общая масса про­сеиваемой навески (обычно 1000 г), г.

Затем вычисляют с погрешностью не более 0,1 % полные ос­татки на каждом сите. Полным называют остаток А_i, который был бы на данном сите, если бы просеивание производилось только через него. Полный остаток численно равен сумме всех частных остатков на данном сите и всех вышележащих:

A_i =a_i +... + a_1,25 +a_2,5,

Результаты определения зернового состава песка записывают в таблицу 12, и графически изображают в виде кривой просеивания (рис. 11), которая сравнивается со стандартными кривыми (ГОСТ 10268-80). Если кривая испы­туемого песка находится между стандартными кривыми (т.е. в области допустимых зерновых составов), песок считается при­годным для бетона.

Определение модуля крупности.

Модуль крупности песка рассчитывают на основании данных его зернового состава по формуле

М_к = (А_2,5 + А_1,25 + А_0,63 + А_0,315 + А_0,16 )/100,

где А_2,5,..., А_0,16 - полные остатки на ситах, %.

Таблица 12

Результаты определения зернового состава песка

По модулю крупности и полному остатку на сите №063 оп­ределяют группу песка по крупности (ГОСТ 8736-85) (табл. 13).

При определении зернового состава фракционированных песков результаты испытаний записывают только в виде таблиц. Модуль крупности в этом случае не определяют.

Таблица 13

Классификация песка по крупности

Лабораторная работа № 5