II. Методики лабораторных исследований свойств строительных материалов

1. Методика стандартных испытаний цементов

При стандартных испытаниях цемента определяют: нормальную густоту цементного теста, сроки схватывания, равномер­ность изменения объема, тонкость помола, марку цемента по прочности (по пределам прочности при сжатии и изгибе).

Определение нормальной густоты цементного теста. Цементным тестом называют смесь цемента с водой. Определение нормальной густоты цементного теста производят на приборе Вика (рис. 16).

Рис. 16. Прибор Вика

Прибор имеет цилиндрический металический стержень 1, свободно перемещающийся в обойме станины 2. Для закрепления стержня на требуемой высоте служит стопорное устройство. Стержень снабжен указателем 4 для отсчета перемещения его относительно шкалы 3, прикреплен­ной к станине. Шкала имеет цену деления 1мм.

При определении нормальной густоты цементного теста в нижнюю часть подвижного стержня вставляют металлический цилиндр - пестик 4. Перед началом испытания проверяют нулевое показание прибора, соприкасая пестик 4 с пластинкой 6, на которой расположено кольцо прибора 5. При отклонении от нуля шкалу прибора соответствующим образом передвигают.

Для приготовления цементного теста отве­шивают 400г цемента, высыпают в чашу сферической формы, в которое вливают в один прием воду в количестве, ориентировочно необходимом для получения цементного теста нормальной густоты. Затем перемешивают и растирают цементное тесто в течение 5 минут.

После окончания перемешивания кольцо 5 быстро наполняют в один прием цементным тестом и 5-6 раз встряхивают его, постукивая пластинку 6 о твердое основание. Поверхность теста выравнивают с краями кольца 5, срезая избыток теста ножом, протертым влажной тканью. Немедленно после этого приводят пестик 4 прибора в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень 1 стопорным устройством, затем быстро освобождают его и предоставляют пестику свободно погружаться в тесто. Через З0с с момента освобождения стержня производят отсчет погружения по шкале 3.

Нормальной густотой цементного теста считают такую кон­систенцию его, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит 5-7мм до пластинки, на которой установлено кольцо.

Нормальную густоту цементного теста характеризуют коли­чеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента:

, (12)

где В - количество воды, г;

Ц - количество цемента, г.

Если в результате первого опыта указатель прибора оста­новится выше требуемых делений по шкале, то опыт повторяют с большим количеством воды, а если ниже - то с меньшим.

Определение сроков схватывания цементного теста производят на приборе Вика, но вместо пестика устанавливают иглу.

Для испытания приготовляют цементное тесто нормальной густоты и укладывают его в кольцо прибора. Кольцо с тестом ставят на подставку прибора и приводят иглу в соприкосновение с поверхностью теста. В этом положении закрепляют стержень, затем освобож­дают, давая игле свободно погружаться в тесто. Иглу погружают в тесто каждые 10мин, передвигая кольцо после очередного погружения так, чтобы игла не попадала в прежнее место. Началом схватывания цементного теста считают время, прошедшее от начала затворения до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 2-4 мм. Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более чем на 1-2мм.

Определение равномерности изменения объема. Во избежание образования трещин в изделиях необходимо, чтобы цемент при твердении характеризовался равномерным изменениям объема. Неравномерность изменения объема цементов обусловлена наличием в них повышенного количества свободных CaO и MgO, которые при контакте с водой гасятся с увеличением в объеме, что приводит к образованию трещин в цементном камне.

Испытание на равномерность изменения объёма цемента производят путём кипячения образцов в воде.

Для этого из теста нормальной густоты изготавливают на стекле две лепешки диаметром 7-8см и толщиной в центре 1см. Лепешки хранят в течение 24±2 ч с момента изготовления в ванне с гидравлическим затвором, а затем подвергают кипячению в течение трёх часов. После этого лепешки в бачке охлаждают и осмотривают.

Цемент соответствует требованиям стандарта, если на лицевой стороне лепешек не обнаружено радиальных, доходящих до краев трещин, сетки мелких трещин, видимых невооружен­ным глазом, а также каких-либо искривлений и увеличения объема.

Определение тонкости помола цемента. Тонкость помола цемента оказывает большое влияние на его свойства: чем тоньше помол, тем быстрее нарастает прочность цементного камня. Это обусловлено тем, что с умень­шением размера зерен цемента увеличивается их удельная поверхность, следовательно, большее количество цемента всту­пает в реакцию с водой, что способствует увеличению объема новообразований.

Для определения тонкости помола пробу цемента высуши­вают в сушильном шкафу при температуре 105-110⁰С в течение 2ч и охлаждают в эксикаторе. Отвешивают 50г цемента и высыпают его на сито с сеткой №008 (размер ячеек в свету 0,08х0,08мм). Сито устанав­ливают в прибор для механического просеивания. Просеивание проводят до тех пор, пока при контрольном просеивании сквозь сито будет проходить не более 0,05г цемента.

Тонкость помола определяют как остаток на сите в процентах к первоначальной массе пробы.

Определение консистенции цементного раствора. Для определения консистенции цементного раствора отве­шивают 1500г стандартного песка и 500г цемента, высыпают их в протертую мокрой тканью сферическую чашу, переме­шивают в течение 1мин. Затем вливают воду в коли­честве 200г и перемешивают смесь в течение 1 мин.

После этого определяют консистенцию цементного раствора на встряхивающем столике (рис.17).

Столик состоит из чугунной станины 1. На валу находится эксцентрик 2, который обеспечивает подъём перемещающейся части 3 с гори­зонтальным диском 4 на высоту 10±0,5мм и ее свободное падение с этой высоты. На диске устанавливается форма-конус 5 из нержавеющей стали. При проведении опыта устанавливают форму-конус в центре диска и запол­няют в два приема приготовленным раствором. Раствор в форме уплотняют металлической штыковкой: нижний слой – 15 штыкований, верхний - 10.

Раствор встряхивают на столике 30 раз за (30±5)с, после чего измеряют диаметр конуса по нижнему основанию. Расплыв конуса должен быть в пределах 106-115мм. Если расплыв конуса окажется менее 106мм, то количество воды затворения увеличивают, если более 115 количество воды уменьшают.

Водоцементное отношение В/Ц, полученное при достижении расплыва конуса 106-115мм, принимают для изготовления образцов - балочек с размером 40x40x160мм для определения прочностных характеристик цемента.

Рис. 17. Встряхивающий столик

Марка цемента по прочности устанавливается по результатам испытаний трёх балочек на изгиб и шести половинок этих балочек на сжатие. Балочки испытываются в возрасте 28 суток. Первые сутки балочки хранятся в форме в ванне с гидравлическим затвором и последующие 27 суток – в воде. Определение пределов прочности при сжатии и изгибе осуществляется по формулам и методике, описанным в главе 1 первого раздела настоящего пособия.

Технические требования к портланд-цементам. Начало схватывания цементных вяжущих должно наступать не ранее чем через 45 минут, конец – не позднее 10 часов. Тонкость помола должна быть такой, чтобы через сито №008 проходило не менее 85% пробы цемента. Марка вяжущего по прочности устанавливается на основании данных табл. 2.

Т а б л и ц а 2

Марки портландцемента по прочности

Марка цемента	Предел прочности, МПа, не менее
	при изгибе	при сжатии
300	4,4	29,4
400	5,4	39,2
500	5,9	49,0
550	6,1	53,9
600	6,4	58,8