Цементы
Отбор проб и общие требования к проведению испытаний (ДСТУ Б В.2.7-46-96). Для испытаний цемента от каждой партии отбирают пробу массой 20 кг, составленную не менее чем из пяти отдельных проб. 1-сли доставляют цемент в специализированных вагонах, пробу отбирают из каждого вагона. При доставке цемента автомобильным транспортом пробу опирают по I кг от каждых 25 т, а в случае получения цемента в мешках — по 1 кг из одного мешка от каждых 500 мешков.
Пробы отбирают сверху и из середины автомобиля или мешка. Отобранные от каждой партии отдельные пробы тщательно перемешивают и составляют общую пробу. Ее доставляют в лабораторию в герметичной таре и хранят до испытания в сухом помещении. Перед испытанием пробу взвешивают н просеивают через сито с сеткой № 09 по ГОСТ 6613-86. Остаток на сите смешивают. Массу остатка в процентах и его характеристику заносят в журнал. После просеивания пробу цемента тщательно перемешивают и делят на две равные части: одну часть подвергают испытаниям, а другую маркируют и хранят в плотно закрытой таре в сухом помещении в течение двух месяцев для повторных испытаний, если такая необходимость возникнет.
При маркировке пробы указывают: наименование и марку цемента (по данным, взятым из сопроводительного документа на цемент, выданного прсдприятием-поставщиком); наименование предприятия-поставщика; дату н нотовления цемента (по данным предприятия-поставщика); место и дату отбора пробы; должность и фамилии лиц, отбиравших пробу.
Цемент, воду и песок перед испытанием необходимо выдерживать в помещении при температуре 20 ± 2 °С до тех пор, пока их температура сравняемся с температурой помещения.
Цемент и песок для проведения испытаний взвешивают с точностью до 1 г, воду отмеряют мерным цилиндром с точностью не более 0,5 см3.
Для проведения испытаний цемента, в том числе для приготовления смесей и выдерживания образцов, нельзя применять алюминиевые или оцинкованные формы, чаши, ванны, так как цементное тесто имеет сильнощелочную реакцию (pH = 11...13) и разрушает цинк и алюминий, образуя алюмиаты и цинкаты кальция.
Истинная плотность цемента определяется по ГОСТ 310.2-76 с помощью прибора Ле Шателье. Его помещают в стеклянный сосуд с водой так, чтобы вся его градуированная часть была погружена в воду. Температура воды в сосуде должна соответствовать температуре, при которой был проградуирован прибор (обычно 20 °С).
Чтобы прибор не всплыл, его закрепляют в штативе. Прибор наполняют жидкостью, инертной по отношению к испытуемому материалу, до нижней метки. После заполнения свободную от жидкости часть прибора протирают тампоном и фильтровальной бумагой.
Навеску цемента массой 150 г перед испытанием выдерживают в сушильном шкафу при температуре 105 ±2 °С в течение 2 ч, а затем охлаждают в эксикаторе с прокаленным хлористым кальцием или с силикагелем. Для определения плотности от высушенной пробы отбирают 65 ± 0,1 г цемента и всыпают его в прибор ложечкой через воронку небольшими порциями до тех пор, пока уровень жидкости в приборе не достигнет одного из делений в пределах верхней градуированной части. Остаток цемента со стаканчиком взвешивают.
Для удаления пузырьков воздуха, попавшего в жидкость вместе с порошком, прибор вынимают из сосуда с водой и поворачивают в наклонном положении в течение 10 мин на гладком резиновом коврике. После этого прибор снова помещают в сосуд с водой не менее чем на 10 мин для термостатирования и определяют уровень жидкости в приборе.
Разность отсчетов между конечным и начальным уровнями жидкости в приборе соответствует объему всыпанного порошка [3].
Истинную плотность испытуемого материала, кг/м3, вычисляют по формуле
где m1 - масса навески цемента до начала испытания, кг; m2 - масса остатка порошка в стаканчике после испытания, кг; V — объем всыпанного в прибор Ле Шателье порошка, м3.
Истинную плотность вычисляют с точностью до 1 кг/м3 как среднее арифметическое результатов двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 2 кг/м3.
Насыпная плотность цементов определяется с помощью мерного цилиндра вместимостью 1000 см3 (1 л) [3].
Пробу цемента массой около 1,5 кг засыпают в воронку (рис. 1). Предварительно взвешенный мерный сосуд помещают под воронку, открывают задвижку и заполняют мерный сосуд с небольшим избытком. После заполнения сосуда задвижку закрывают и линейкой, которую держат наклонно, осторожно срезают излишек цемента на уровне краев сосуда в обе стороны.
При проведении испытаний сосуд должен быть неподвижным, так как при тлчках цемент может уплотняться и насыпная плотность увеличится.
Затем сосуд с цементом взвешивают и, вычитая из полученного результата массу сосуда, находят массу цемента. Насыпную плотность цемента, кг/м3, иычисляют по формуле
где m - масса цемента, г; V - вместимость сосуда, равна 1000 см3.
Плотность испытуемого цемента вычисляют с точностью до 1 кг/м3 как среднее арифметическое результатов двух определении, расхождение между которыми не должно превышать 2 кг/м3.
Тонкость помола цемента (ГОСТ 310.2—76) определяют по остатку на сите. Используют прибор для механического или пневматического просеивания, при отсутствии такого прибора опускается ручное просеивание. Перед просеиванием сито тщательно проверяют. Сетка N 008 должна быть хорошо натянута и плотно сжата в цилиндрической обойме. Ее периодически осматривают через лупу. При обнаружении каких-либо дефектов сетку заменяют новой.
Пробу цемента массой около 150 г высушивают в сушильном шкафу при юмпературе 105—110 °С в течение 2 ч, после чего охлаждают в эксикаторе. От этой пробы навеску 50 г, взвешенную с погрешностью не более 0,01 г, помещают на сито с сеткой № 008. Закрыв сито крышкой и поддоном, его устанавливают в ситовой анализатор. Через 5-7 мин от начала просеивания прибор останавливают, осторожно снимают поддон и высыпают из него прошедший через сито цемент, прочищают сетку с нижней стороны мягкой кистью, вставляют поддон и продолжают просеивание. Процесс считается шконченным, если при контрольном просеивании через сито проходит не менее 0,05 г цемента. Контрольное просеивание выполняют вручную при снятом поддоне на лист бумаги в течение 1 мин.
Тонкость помола цемента определяют как остаток на сите с сеткой № 008 и процентах первоначальной массы просеиваемой пробы с погрешностью не более 0,1 %.
Нормальная густота цементного теста определяется по ГОСТ 310.3—76 на приборе Вика с пестиком. Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается металлический стержень прибора в направляющих втулках и, если это необходимо, смазывают его маслом. Осматривают пестик и очищают его влажной тканью, а также проверяют положение указателя, который должен быть на нуле при опирании пестика о стеклянную пластинку. Кольцо и пластинку смазывают тонким слоем минерального масла.
При определении на приборе Вика нормальной густотой теста считают такую его консистенцию, при которой пестик прибора, погружаясь в кольцо, заполненное цементным тестом, не доходит до пластинки, на которой установлено кольцо, на 5-7 мм. Нормальную густоту цементного теста характеризуют количеством воды затворения, выраженным в процентах массы цемента.
Для приготовления цементного теста 400 г цемента высыпают в сферическую металлическую чашу, предварительно протертую влажной тканью. В цементе делают углубление, в которое за один прием выливают воду в количестве, необходимом для получения теста нормальной густоты. Обычно для первого пробного затворения доливают количество воды, составляющее 25-26 % массы цемента, т. е. примерно 100 мл. Воду отмеряют с погрешностью не более 0,5 мл. Углубление заполняют цементом и с помощью стальной лопатки через 30 с после доливания воды сначала осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой. Общая продолжительность перемешивания и растирания составляет 5 мин. Цементное тесто можно приготовить также с помощью механической мешалки. Готовое цементное тесто в один прием укладывают в кольцо, установленное на стеклянной пластинке, и пять-шесть раз встряхивают его, постукивая пластинку о поверхность стола. Избыток теста срезают ножом, протертым влажной тканью. Затем кольцо на стеклянной пластинке ставят под стержень прибора Вика и пестик приводят в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца. Закрепляют стержень стопорным винтом, после чего быстро освобождают его и дают возможность стержню с пестиком свободно погружаться в тесто. Через 30 сек от начала погружения производят отсчет глубины погружения пестика по шкале прибора.
В случае, если пестик не доходит до стеклянной пластины на 5-7 мм, густота считается нормальной. Если пестик погружается на большую или меньшую глубину, готовят новые порции цементного теста соответственно с меньшим или большим количеством воды. Количество воды для получения теста нормальной густоты, выраженное в процентах массы цемента, определяют с погрешностью не более 0,25 %.
Сроки схватывания определяют по ГОСТ 310.3-76 на цементном тесте нормальной густоты с помощью прибора Вика с иглой, укрепленной в нижней части стержня, при этом масса подвижной части остается равной 300 ±2 г. Перед началом испытаний проверяют, свободно ли опускается стержень прибора, чистоту поверхности иглы и отсутствие её искривления, а также нулевое показание прибора. Цементное тесто готовят из 400 г цемента и воды, взятой в количестве, которое соответствует нормальной густоте цементного теста.
Внутреннюю часть кольца и поверхность пластинки, на которую устанавливают кольцо, смазывают минеральным маслом.
Кольцо, заполненное в один прием цементным тестом, пять-шесть раз пстряхивают, постукивая пластинкой о стол. Затем избыток теста срезают смоченным водой ножом или металлической линейкой и ими же заглаживают поверхность теста. Пластинку с кольцом устанавливают на станину прибора Вика. Стержень опускают до соприкосновения иглы с поверхностью теста и в этом положении закрепляют винтом. Затем винт освобождают, давая стержню с иглой свободно погружаться в тесто.
В начале испытания, пока тесто находится в жидком состоянии, чтобы тбежать сильного удара иглы о пластинку, рекомендуется слегка придерживать ее при погружении в тесто. Иглу можно свободно опускать как только тесто загустеет настолько, что опасность повреждения иглы будет исключена. Момент начала схватывания определяют при свободном опускании иглы. Иглу погружают в тесто через каждые 10 мин, при этом кольцо после каждого погружения передвигают таким образом, чтобы игла не попадала на прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.
Во время испытаний прибор должен находиться в затемненном месте, где нет сквозняков, и не подвергаться сотрясениям.
Началом схватывания цементного теста считается время, прошедшее от начала затворения теста до момента, когда игла не доходит до пластинки на 2-4 мм, концом - время от начала затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более чем на 1—2 мм.
Марка цемента (его активность) определяется по прочности на сжатие и на растяжение при изгибе стандартных образцов размером 40x40x160 мм, и готовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 нормальной консистенции после необходимого срока твердения (для портландцемента - 8 сут, для глиноземистого цемента - 3 сут) по ГОСТ 310.4-81.
Цементно-песчаный раствор нормальной консистенции готовят в мешалке для цементного раствора.
Чтобы приготовить необходимое количество цементно-песчаного раствора, отвешивают 500 г испытуемого цемента и 1500 г стандартного песка, высыплют их в предварительно протертую влажной тканью чашу для затворения цемснтно-песчаного теста. Цемент с песком перемешивают в течение 1 мин лопаткой для затворения теста. Затем в центре сухой смеси делают лунку, заливают в нее 200 г воды, дают ей впитаться в течение 0,5 мин, после чего смесь перемешивают вручную в течение 1 мин.
Подготовленный раствор переносят в предварительно протертую влажной гканью чашу мешалки и перемешивают в ней в течение 2,5 мин. Допускается перемешивать смесь в течение 5 мин вручную. После окончания перемешивания определяют консистенцию раствора. Для этого применяют встряхивающий столик и форму-конус по ГОСТ 310.4-81.
Для точной установки формы-конуса на диске столика и предохранения формы от смещения в процессе стыкования раствора используют центрирующее устройство по ГОСТ 310.4-81.
Число встряхиваний за рабочий цикл определения расплыва должно составлять 30, а их периодичность - одно встряхивание в секунду.
На стекло столика ставят коническую форму с загрузочной насадкой. Внутреннюю поверхность конуса и стекло перед укладкой раствора протирают влажной тканью. Раствор укладывают в форму-конус в два приема (слоями равной толщины) штыковкой диаметром 20 мм и массой 350 + 20 г. Нижний слой штыкуют 15 раз, верхний - 10 раз. Штыкование ведут от периферии к центру. Далее снимают загрузочную воронку, излишек раствора срезают ножом и осторожно снимают форму-конус.
Полученный конус из цементно-песчаного раствора встряхивают на столике 30 раз в течение 30 ± 5 с, затем штангенциркулем или металлической линейкой измеряют диаметр конуса по нижнему основанию в двух взанмно перпендикулярных направлениях и вычисляют среднее значение.
Консистенция раствора считается нормальной, если расплыв конуса составляет 106-115 мм. Если расплыв конуса менее 106 мм или раствор при встряхивании рассыпается, приготавливают 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 В/Ц, полученное при достижении расплыва конуса 106-115 мм, принимают для проведения дальнейших исследований. Погрешность определения В/Ц не более 0,01.
Полученный раствор используют для формования образцов-балочек с размерами 40х40х 160 мм. Их формуют на виброплощадке в трехгнездовых формах с насадкой, облегчающей укладку раствора. Длительность вибрации составляет 3 мин. После 3 мин от начала вибрирования форму снимают с виброплощадки, заглаживают поверхность образцов и маркируют их.
Образцы в формах хранят в течение 24 ± 2 ч в ванне с гидравлическим затвором. Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в горизонтальном положении в ванну 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 на протяжении всего срока хранения должна быть 20 ± 2 °С.
По истечении срока хранения образцы извлекают из воды и не позднее чем через 1 ч подвергают испытанию по ГОСТ 310.4-81. Непосредственно перед испытанием образцы-балочки насухо вытирают и испытывают на изгиб (рис. 2), а затем каждую из полученных половинок - на сжатие (рис. 3).
При испытании глиноземистого цемента образцы в форме хранят первые 6 ч в ванне с гидравлическим затвором, а затем расформовывают и хранят в воде комнатной температуры. Через 24 ± 2 ч с момента изготовления образцы извлекают из формы и часть их испытывают, а оставшиеся хранят в воде до последующих испытаний через 3 сут. Образцы испытывают по ГОСТ 310.4-81.
Марку цемента определяют по пределам прочности цемента при сжатии и при изгибе (табл. 4), сравнивая их с требованиями нормативного документа на соответствующий вид цемента. Для каждой марки портландцемента и его разновидности определяют пределы прочности на сжатие и растяжение ири изгибе.
Е. К. Карапузов, Г. Лутц, X. Герольд, Сухие строительные смеси. К, 2000