ОПРЕДЕЛЕНИЕ ФИЗИКО-МЕХАНИЧЕСКИХ СВОЙСТВ ЦЕМЕНТА
7.1. Общие сведения

Цемент - это название группы гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются силикаты и алюминаты кальция.

В настоящее время наиболее широко применяются в строительстве цементы на основе портландцементного клинкера: портландцемент без добавок, портландцемент с минеральными добавками, быстротвердеющий портландцемент, шлакопортландцемент, пуццолановый портландцемент и глиноземистый цемент.

Для проведения испытания цемент доставляют в лабораторию в герметичной таре и хранят в сухом месте.

При испытании цемента в определяют его истинную плотность, тонкость помола, нормальную густоту, сроки схватывания цементного теста, равномерность изменения объема цемента, марку цемента и его вид. Технические требования к цементам различных видов представлены в табл. 30.

Таблица 30

Технические требования к качеству цементов различных видов

Вид цемента	Тонкость помола по остатку на сите № 008	Сроки схватывания		Предел прочности, МПа, через сут. не менее				Марка цемента
				При сжатии		При изгибе
		Начало	Конец	3	28	3	28
Портландцемент и портландцемент с минеральными добавками	Не более 15 %	Не ранее 45 мин	Не позднее 10ч	- - - -	40 50 55 60	- - - -	5,5 6,0 6,2 6,5	400 500 550 600
Шлакопортландцемент	-||- -||- -||-	-||- -||- -||-	-||- -||- -||-	- - -	30 40 50	- - -	4,5 5,5 6,0	300 400 500
Портландцемент быстротвердеющий	-||- -||-	-||- -||-	-||- -||-	25 28	40 50	4 4,5	5,5 60	400 500
Шлакопортландцемент быстротвердеющий	Не более 12 %	-||-	-||-	20	40	3,5	5,5	400
Пуццолановый портландцемент	Не более 15 %	-||- -||-	-||- -||-		30 40		4,5 5,5	300 400
Сульфатостойкий портландцемент	-||-	-||-	-||-		40		5,5	400

7.2. Цель работы
Изучение основных требований к цементам, методов оценки их качественных показателей, определение марки цемента и его вида.

7.3. Порядок выполнения работы

7.3.1. Определение истинной плотности цемента

Истинную плотность цемента определяют с помощью пикнометра или прибора Ле-Шателье (см. лабораторная работа № 1 п. 1.3.1.).В качестве инертной жидкости следует использовать керосин.

Результаты опытов заносятся в таблицу.

Истинная плотность портландцемента (без минеральных добавок) составляет 3,05…3,15 г/см³.
7.3.2. Определение тонкости помола цемента

От средней пробы цемента отвешивают 50 г и высыпают его на сито с сеткой № 008. Закрыв сито крышкой, устанавливают его в прибор для механического просеивания. Через 5…7 мин просеивания прибор останавливают, снимают донышко и высыпают из него, прошедший через сито цемент. Затем прочищают сетку с нижней стороны мягкой кистью, вставляют донышко и продолжают просеивание. Опыт считается законченным, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,05 г цемента. Контрольное просеивание производят вручную при снятом донышке в течение одной минуты. Тонкость помола цемента определяют как остаток на сите в процентах к первоначальной массе пробы с точностью до 0,1 %. Допускается проведение опыта ручным просеиванием.

Результаты эксперимента заносят в табл. 31.

Таблица 31

Тонкость помола цемента

Номер опыта

Масса навески, г

Масса остатка, г

Остаток на сите, %

Показатель тонкости помола цемента сравнивают с данными табл.51. Тонкость помола цемента оказывает существенное влияние на его активность, марку, скорость твердения. Измельчение цемента до 1…3 мк снижает, прочностные показатели затвердевшего цемента. Цементный порошок в основном состоит из частиц размером 5…40 мкм.
7.3.3. Определение нормальной густоты цементного теста

Нормальную густоту цементного теста характеризуют количеством воды затворения, выраженной в процентах от массы цемента. Нормальной густотой цементного теста считают такую его консистенцию, при которой пестик прибора Вика (рис. 21), погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит 5...7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Кольцо и пластинку перед началом испытания смазывают тонким слоем машинного масла.

Отвешивают 400 г цемента, высыпают его в чашку, предварительно протертую влажной тканью. Делают в цементе углубление и вливают туда воду в количестве, соответствующем В/Ц=0,23…0,28. Затем энергично перемешивают тесто лопаткой в течение 5 мин с момента приливания воды. После перемешивания кольцо прибора Вика наполняют в один прием цементным тестом и 5...6 раз встряхивают, постукивая пластинку о твердое основание. Поверхность теста выравнивают вровень с краями кольца, срезая избыток теста ножом. Пестик прибора приводят в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень стопорным устройством. Затем быстро освобождают его, представляя пестику под нагрузкой 300 гс свободно погружаться в тесто. Через 30 с производят отсчет глубины погружения его по шкале. Если погружение пестика больше или меньше 5...7 мм, то опыт повторяют, изменяя количество воды затворения. Количество добавленной воды для получения теста нормальной густоты определяют с точностью до 0,25 %.

Результаты эксперимента заносят в табл. 32.

Таблица 32

Результаты определения нормальной густоты цементного теста

Номер опыта

Масса цемента, г

Масса воды, г

В/Ц

Глубина погружения пестика, мм

Нормальная густота, %

Величина нормальной густоты в первую очередь зависит от вида цемента, тонкости его помола, количества введенной в цемент добавки, минерального состава цемента. Регулировать нормальную густоту можно добавками поверхностно-активных веществ (ПАВ).

7.3.4. Определение сроков схватывания цементного теста

Определение производят с помощью прибора Вика (рис. 22).

Приготовление теста нормальной густоты производят так же, как и при непосредственном его определении. Иглу прибора доводят до соприкосновения с поверхностью цементного теста нормальной густоты, уложенного в кольцо. Стержень закрепляют стопором, затем его освобождают, давая свободно погружаться в тесто. Масса стержня с иглой составляет 300 г. Иглу погружают в тесто каждые 5 мин до начала схватывания и через каждые 25 мин в последующем. Перед каждым погружением передвигают кольцо и протирают иглу.

Началом схватывания цементного теста считают время, прошедшее от начала приливания воды до момента, когда игла не доходит до пластинки на 1...2 мм. Концом схватывания считают время от начала затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более чем на 1...2 мм.

Для большинства цементов на основе портландцементного клинкера (кроме быстротвердеющего) начало схватывания наступает не ранее чем через 45 мин, а конец схватывания - не позднее 10 ч.

7.3.5. Определение равномерности изменения объема цемента

Для испытания предварительно готовят тесто нормальной густоты, из которого отбирают две навески массой 75 г каждая. Делают вручную два шарика и помещают их на стеклянную пластинку, предварительно смазанную машинным маслом. Пластинкой постукивают о твердое основание до образования из шариков лепешек диаметром 7...8 см и толщиной посередине около 1 см. Лепешки заглаживают смоченным водой ножом от наружных краев к центру до образования острых краев и гладкой закругленной поверхности.

Приготовленные лепешки хранят 24 ч с момента изготовления в ванне с гидравлическим затвором, а затем подвергают кипячению. Для этого лепешки помещают в бачок с водой на решетку (рис. 23). Воду в бачке доводят до кипения, которое поддерживают в течение 3 ч, после чего лепешки в воде охлаждают и сразу производят их внешний осмотр.

Цемент соответствует требованиям стандарта в отношении равномерности изменения объема, если на лицевой стороне лепешки не обнаружено радиальных, не доходящих до краев трещин или сетки мелких трещин, видимых невооруженным глазом или в лупу, а также каких-либо искривлений и увеличения объема лепешек. Искривления обнаруживают при помощи линейки, прикладываемой к плоской поверхности лепешки. При этом обнаруженные искривления не должны превышать 2 мм на краю или в середине лепешки. Допускается в первые сутки после испытаний появление трещин усыхания, не доходящих до краев лепешки, при условии сохранения звонкого звука при постукивании лепешек одна о другую.

Неравномерность изменения объема цемента вызывается присутствием в нем свободных СаО и МgО в количестве, превышающем 1,5...2 % в клинкере, а также присутствием в клинкере медленно гасящейся части - периклаза. Это приводит к увеличению объема уже затвердевшего цементного камня, неравномерности деформаций и образованию трещин в твердеющих растворах и бетонах.

7.3.6. Определение марки цемента

Марка цемента – величина, устанавливаемая по пределу прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек размером 4 × 4 × 16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора по специальному рецепту. Марка цемента зависит от минералогического состава клинкера, тонкости его помола.

Для проведения испытания отвешивают 500 г цемента и 1500 г вольского кварцевого песка (песка определенного зернового состава). Материалы высыпают в сферическую чашу и перемешивают круглой лопаткой в течение 1 мин. Затем в центр смеси выливают 200 мл воды из расчета В/Ц = 0,4. После впитывания воды смесь перемешивают 1 мин. Дальнейшее перемешивание смеси производят в лабораторной мешалке в течение 2,5 мин. Готовую смесь укладывают в сферическую чашу после чего определяют ее консистенцию на встряхивающем столике (рис. 24). Для этого форму-конус на половину высоты заполняют раствором и уплотняют 15 штыкованиями металлической штыковкой. Далее конус заполняют с некоторым избытком и штыкуют еще 10 раз. Поверхность раствора выравнивают вровень с краями конуса металлической линейкой, после чего форму-конус поднимают вертикально вверх. Оставшийся растворный конус встряхивают 30 раз в течение 30 с. Диаметр основания растворного конуса после встряхивания измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях и определяют среднее значение. Если расплыв конуса находится в пределах 106…115 мм, то раствор имеет нормальную консистенцию. Если расплыв конуса менее 106 мм, количество воды увеличивают для получения расплыва 106-108 мм. При расплыве конуса больше 115 мм количество воды уменьшают для получения расплыва 113…115 мм.

Из раствора нормальной консистенции изготовляют три образца-балочки размером 4 × 4 × 16 см. Перед укладкой раствора форму с насадкой закрепляют в центре лабораторной виброплощадки (рис. 25). Форму по высоте наполняют приблизительно на 1 см раствором и включают виброплощадку. В течение первых 2 мин вибрации все три гнезда равномерно заполняют раствором. После 3-х мин вибрации отключают виброплощадку, снимают насадку, удаляют излишки раствора, заглаживают поверхность образцов и маркируют их.

З
атем форму с образцами помещают в ванну с гидравлическим затвором, обеспечивающую нормальные условия хранения (температура воздуха t = 20 ± 2°С, влажность воздуха φ =95 …100 %). Через 24 ч образцы распалубливают и помещают в ванну с питьевой водой (t = 20 ± 2°С),где они находятся еще 27 сут.

В возрасте 28 сут с момента изготовления образцы вынимают из воды и подвергают испытанию на изгиб и сжатие.

Предел прочности при изгибе определяют на приборе МИИ-100. Причем из 3-х результатов испытания наименьшее значение отбрасывают и вычисляют среднее арифметическое значение по 2-м оставшимся. Затем на гидравлическом прессе испытывают на сжатие 6 половинок-балочек (рис. 26). Испытание проводят с помощью 2-х металлических пластин, обеспечивающих опорную площадь 25 см².. Для каждого образца вычисляют предел прочности при сжатии по формуле:

, МПа (53)

где F - разрушающая сила, н (кгс);

S - площадь стальной пластинки, (25 см² ).
Среднее арифметическое значение предела прочности при сжатии вычисляют по 4-м наибольшим показателям из 6-ти.

Результаты испытаний заносят в табл. 33

Таблица 33

Результаты механических испытаний

Вид испытания
Растяжение при изгибе			Сжатие
№ образца	Предел прочности при изгибе		№ образца	Разрушающая сила, Н (кгс);	Предел прочности при сжатии
	Отдельного образца, МПа	Среднее значение			Отдельного образца, МПа	Среднее значение

Затем с помощью табл. 30 устанавливают марку цемента.

7.3.7. Определение вида цемента

Определение вида цемента производят по следующим признакам: цвету, нормальной густоте, истинной и насыпной плотности, запаху при смешивании с водой, химическому составу и другим признакам.

Основные признаки для определения вида цемента представлены в табл. 34.

  Таблица 34

Основные характеристики цементов различных видов

Вид цемента	Истинная плотность, г/см3	Насыпная плотность в рыхлом состонии, г/см3	Нормальная густота цементного теста, %	Цвет
Портландцемент	3,0…3,2	0,9…1,3	22…28	Серо-зеленый
Портландцемент с минеральными добавками	3,0…3,1	1,0…1,2	23…27	То же
Пуццолановый портландцемент	2,7…2,9	0,9…1,0	32…36	Светло-серый, желтоватый, без запаха
Шлакопортландцемент	2,8…3,0	1,0…1,3	28…30	Сероватый с голубым оттенком, запах сероводорода
Алюминатовый	2,6…3,0	0,8…1,0	22…28	Темно-серый, коричневый
Глиноземистый	3,1…3,3	1,0…1,3	31…33	Серый или коричневый, без запаха
Известковопуццолановый	2,2…2,8	0,6…0,8	30…60	Светло-серый

 Приборы, инструменты, материалы:  объемомер по ГОСТ 310.2; пикнометр по ГОСТ 6427; стеклянный сосуд по ГОСТ 310.2; термометр ртутный с диапазоном измерений температур 10-30°С; штатив; воронка: весы технические по ГОСТ 16474; разновесы; сито с сеткой N 008 по ГОСТ 3584; прибор для просеивания цемента; весы торговые по ГОСТ 16474; прибор Вика с иглой и пестиком по ГОСТ 310.3; кольцо к прибору Вика; мешалка для приготовления цементного теста по ГОСТ 310.3; металлическая чашка со сферическим дном по ГОСТ 310.3; секундомер; нож; ванна с гидравлическим затвором; мешалка бегунковая по ГОСТ 310.4; встряхивающий столик по ГОСТ 310.4; форма-конус по ГОСТ 31074; штыковка; формы для приготовления образцов-балочек по ГОСТ 310-4; вибрационная лабораторная площадка по ГОСТ 310.4; прибор МИИ-100; гидравлический пресс по ГОСТ 8905; пластинки для передачи нагрузки; обезвоженный керосин; пробы цемента; дистиллированная вода; песок кварцевый, нормальный по ГОСТ 6139; штангенциркуль по ГОСТ 166.

Аттестационные вопросы

1. 
   Что представляет собой цемент?
   
2. 
   Какие виды цементов наиболее широко применяются в строительстве?
   

1. 
   Какие свойства цемента определяют при его испытании ?
   
2. 
   Как определяют истинную плотность цемента?
   
3. 
   Как определяют тонкость помола цемента и на какие его свойства
   

она оказывает влияние?

4. 
   Что такое нормальная густота цементного теста и как ее определяют?
   
5. 
   Как определяются сроки схватывания цементного теста?
   
6. 
   Что такое равномерность изменения объема цемента, от чего она
   

зависит и как производят ее определение?

7. 
   Какова методика определения марки цемента?
   
8. 
   По каким показателям определяют вид цемента?
   

Литература [ 1, 2, 3, 6, 12 ]

ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № 8

ОПРЕДЕЛЕНИЕ СВОЙСТВ ВЯЗКОГО НЕФТЯНОГО БИТУМА

8.1. Общие сведения

Битумы представляют собой сложные смеси углеводородов и их неметаллических производных с кислородом, азотом, серой. Битумы бывают природными и естественными. Нефтяные битумы - продукты переработки нефти и ее смолистых производных. По консистенции битумы бывают вязкими и жидкими. По назначению нефтяные битумы подразделяются на строительные, кровельные и дорожные. Дорожные битумы используются при изготовлении дорожных и аэродромных покрытий; кровельные - для кровельных рулонных и гидроизоляционных материалов; строительные - для приклеивающих и изоляционных мастик, асфальтовых бетонов и растворов, применяющихся для устройства полов в промышленных цехах и складских помещениях, плоской кровли, стяжек.

Физико-механические свойства нефтяных битумов приведены в табл. 35. Таблица 35

Физико-механические свойства нефтяных битумов

Марка битума	Температура размягчения, °С, не ниже	Растяжимость при 25°С, см не менее	Глубина проникания иглы при 25°С
Строительные битумы БН 50/50 50…60 40 41...60 БН 70/30 70…80 3 21...40 БН 90/10 90…105 1 5...20 Кровельные битумы БНК 45/180 40...50 не нормируется 140...220 БНК 45/190 40...50 то же 160...220 БНК 90/40 85...95 то же 35...45 БНК 90/30 85...95 то же 25...35 Дорожные битумы БНД 200/300 35 - 201...300 БНД 130/200 40 70 131...200 БНД 90/130 43 65 91...130 БНД 60/90 47 55 61...90 БНД 40/60 51 45 40...60 БН 200/300 33 - 201...300 БН 130/200 38 80 131...200 БН 90/130 41 80 91...130 БН 60/90 45 70 61...90

Вязкие битумы подразделяются на марки. Марку битума оценивают по: глубине проникания иглы при температуре + 25 °С или 0 °С, температуре размягчения, растяжимости, температуре хрупкости и температуре вспышки.

Марку вязкого битума обозначают БНД, БНК или БН с указанием индекса. Для дорожного битума, цифры индекса показывают интервал изменения глубины проникания иглы, а для кровельного и строительного битумов первая цифра индекса (числитель) указывает среднее значение температуры размячения, а вторая (знаменатель) – среднее значение глубины проникания иглы.

<предыдущая страница | следующая страница>