Лабораторная работа № 7 определение нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста

Цель работы: освоить методику определения нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста при помощи прибора Вика, охарактеризовать соответствие этих показателей исследуемого цемента требованиям ГОСТ 10178-85.

Теоретические сведения

Цементным тестом называется однородная пластичная смесь цемента с водой.

Под водопотребностью цементного теста понимают такое количество воды, которое необходимо ввести в него для получения теста нормальной густоты.

Под нормальной густотой цементного теста понимают такую его консистенцию, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5…7 мм до пластинки, на которой установлено кольцо. Тесто нормальной густоты имеет хорошую подвижность и удобообрабатываемость, позволяющую плотно укладывать его в форму.

Нормальную густоту цементного теста характеризуют количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента. Нормальная густота портландцемента составляет обычно 23…28%.

Для протекания химических реакций гидратации клинкерных минералов требуется значительно меньше воды, чем для получения теста нормальной густоты. В результате вводимая в тесто избыточная вода повышает пористость цементного камня, что отрицательно сказывается на его прочности. Поэтому, чем меньше водопотребность вещества, тем выше его качество.

По сравнению с другими вяжущими материалами портландцемент обладает наиболее низкой водопотребностью. Так, водопотребность строительного гипса составляет 50…70%, пуццоланового портландцемента – 30…40%.

Водопотребность портландцемента зависит от многих факторов – минералогического состава клинкера, тонкости помола цемента, наличия добавок. Из портландцементных минералов наибольшей водопотребностью обладает трехкальциевый алюминат, а наименьшей – двухкальциевый силикат. Водопотребность повышается с увеличением содержания трехкальциевого алюмината, с повышением тонкости помола, с увеличением содержания активных минеральных добавок осадочного происхождения.

Водопотребность цементов можно регулировать с помощью добавок поверхностно-активных веществ (например, сульфитно-спиртовой барды или сульфитно-дрожжевой бражки в количестве 0,1…0,3%), вводимых в цементы при помоле. Они оказывают разжижающее действие и уменьшают водопотребность цементов.

Определение нормальной густоты цементного теста должно предшествовать определению сроков схватывания, равномерности изменения объема и механической прочности вяжущих материалов.

Большое практическое значение при использовании вяжущих веществ имеет скорость их схватывания. Схватыванием называется процесс, при котором относительно подвижная смесь цемента с водой постепенно густеет и приобретает такую начальную прочность, при которой ее механическая переработка становится затруднительной (в начале схватывания) и даже невозможной (в конце схватывания).

Вяжущие вещества должны характеризоваться такими сроками схватывания, которые дают возможность приготовления и использования растворных и бетонных смесей. Как слишком быстрое, так и чересчур медленное схватывание – существенный недостаток цемента. Если цемент схватывается очень быстро, то он превращается в камневидное тело прежде, чем его успеют употребить в дело. При работе с такими цементами необходимо быстро их транспортировать и укладывать после затворения водой, что трудно. Использование медленно схватывающихся цементов замедляет темпы строительства. Вяжущее тем ценнее, чем быстрее нарастает его прочность после начала схватывания и, следовательно, чем меньше разрыв во времени между началом и концом его схватывания.

Различают начало и конец схватывания цементного теста. Условно в соответствии со стандартами сроки схватывания определяют на тесте нормальной густоты при температуре °C по глубине погружения в него иглы Вика.

В соответствии с ГОСТ 10178-85 (см. прил.) начало схватывания портландцемента должно наступать не ранее 45 мин, конец схватывания – не позднее 10 ч от начала затворения.

Сроки схватывания цементов зависят от многих факторов. Большое значение имеет минералогический состав. Цементы с повышенным содержанием трехкальциевого алюмината характеризуются короткими сроками схватывания, белитовые цементы схватываются медленнее.

С увеличением тонкости помола ускоряется схватывание портландцемента. Повышенное количество воды при затворении цемента замедляет его схватывание, а уменьшенное – ускоряет. Поэтому для получения сравнимых результатов сроки схватывания цемента определяют в тесте нормальной густоты. С увеличением температуры окружающей среды процесс схватывания ускоряется, а с понижением – замедляется.

Для замедления сроков схватывания портландцемента к клинкеру добавляют двуводный гипс. Согласно ГОСТ 30515-97 (см. прил.) количество гипса в пересчете на SO₃ для цементов на основе портландцементного клинкера должно быть не менее 1 и не более 4%. Роль гипса в цементе рассматривается в лабораторной работе № 5. К замедлителям схватывания наряду с гипсом относятся сахар, ацетат кальция, фосфат натрия и др. Добавками, ускоряющими сроки схватывания, являются: хлористый кальций CaCl₂, углекислый натрий Na₂CO₃ (сода), углекислый калий К₂СО₃ (поташ), растворимое стекло Na₂SiO₃ и др. Эти добавки вводят в количестве 1…2% от массы цемента.

При хранении цемента на складе на него воздействуют пары воды и СО₂, содержащиеся в воздухе. При этом на поверхности цементных частичек образуются пленки гидратных новообразований, а также карбоната кальция, способствующие замедлению реакций цемента с водой и скорости его схватывания.

Определение нормальной густоты и сроков схватывания портландцемента производят по ГОСТ 310.3-76 (см. прил.).