3. Определение тонкости помола

Тонкость помола гипсовых вяжущих определяют просеиванием высушенной при 50…55 ºС пробы массой 50 г через сито № 02 на приборе для механического просеивания.

Тонкость помола характеризуется остатком на сите в процентах к первоначальной массе пробы, вычисленной с погрешностью 0,1 %. За величину тонкости помола принимают среднее арифметическое двух испытаний.

Марку гипсового вяжущего по тонкости помола устанавливают с учетом технических требований ГОСТ 125 (табл. 18).

Таблица 18

Классификация гипсовых вяжущих веществ по тонкости помола

Виды гипсовых вяжущих веществ	Индекс степени помола	Максимальный остаток на сите № 02, %, не более
Грубый помол	I	23
Средний помол	II	14
Тонкий помол	III	2

4. Изготовление образцов для определения прочности (марки)

и водостойкости гипсового вяжущего вещества

Для изготовления трех образцов-балочек размером 4х4х16 см отвешивают по 1200 г гипсового вяжущего вещества для каждого звена, а количество воды берут по вариантам, предлагаемым для каждого звена раздельно. Вяжущее вещество в течение 5…20 секунд засыпают в сферическую чашу с уже залитой водой, и интенсивно перемешивают ручной мешалкой в течение 60 секунд до получения однородной массы. Готовую смесь заливают в слегка смазанную минеральным маслом металлическую форму, отсеки которой наполняют одновременно.

Для удаления вовлеченного воздуха форму, заполненную гипсовым тестом, встряхивают 3…5 раз, для чего ее поднимают за торцовую сторону на высоту 8...10 мм и опускают.

После наступления начала схватывания излишки гипсового теста срезают металлической линейкой, передвигая ее по верхним граням формы перпендикулярно к поверхности образцов от их середины к краям.

Через 10…20 минут после конца схватывания образцы извлекают из формы, маркируют и хранят в помещении до испытания.

Параллельно готовят 3 образца для определения водостойкости гипсового вяжущего вещества. Образцы за 2 часа до испытания помещают в воду и затем определяют прочность по вышеприведенной методике.

Водостойкость определяют по формуле

R_сж^вл

α_разм = --------------- ,

R_сж^сух

где α_разм – коэффициент размягчения, характеризующий водостойкость; R_сж^вл – предел прочности водонасыщенных образцов, МПа; R_сж^сух – предел прочности сухих образцов, МПа.

5. Определение марки гипсового вяжущего вещества по прочности

Через 2 часа после контакта вяжущего с водой при затворении теста, образцы-балочки, подвергаются испытанию на изгиб на испытательной машине МИИ-100 (рис. 13).

Рис. 13. Испытательная машина МИИ-100 для определения предела прочности при изгибе: 1 – станина; 2 – шкала; 3 – коромысло; 4 – рукоятка тумблера; 5 – счетчик; 6 — испытываемый образец

На рис. 14 показана схема расположения образца 3 при испытании. Образец устанавливают на опоры 1 обоймы так, чтобы направление действия нагрузки от нагружающего валика 2 прибора было параллельно слоям укладки гипсового теста.

Рис. 14. Схема испытания образцов-балочек на изгиб

Предел прочности при изгибе вычисляют в МПа как среднее арифметическое результатов испытания трех образцов одной серии. Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие.

Половинку балочки 2 помещают между двумя стальными пластинами 1 с рабочей площадью 25 см², таким образом, чтобы направление нагрузки было параллельно слоям укладки гипсового теста (рис. 15).

Рис. 15. Схема испытания образцов-половинок балочек на сжатие

Марка гипсового вяжущего вещества по прочности устанавливается по результатам испытания образцов, изготовленных из теста нормальной густоты с учетом требований ГОСТ 125 (табл. 19).

Предел прочности при сжатии для образцов одной серии вычисляют как среднее арифметическое испытаний шести образцов без максимального и минимального результатов.

По результатам испытаний всех серий образцов строятся графики зависимости пределов прочности при изгибе и при сжатии гипсового камня от количества воды, взятой при затворении теста, устанавливается комплексная марка гипсового вяжущего по срокам схватывания, тонкости помола и прочности.

Таблица 19

Марки гипсовых вяжущих веществ по прочности

Марка	Предел прочности образцов-балочек в возрасте 2 часа, МПа, не менее		Марка	Предел прочности образцов-балочек в возрасте 2 часа, МПа, не менее
	при изгибе	при сжатии		при изгибе	при сжатии
Г-2	1,2	2	Г-10	4,5	10
Г-3	1,8	3	Г-13	5,5	13
Г-4	2,0	4	Г-16	6,0	16
Г-5	2,5	5	Г-19	6,5	19
Г-6	3,0	6	Г-22	7,0	22
Г-7	3,5	7	Г-25	8,0	25

Контрольные вопросы

1. В чем выражается показатель нормальной густоты гипсового теста?

1. В размере диаметра расплыва гипсового теста в миллиметрах при его вытекании из цилиндра вискозиметра Суттарда.

2. В процентах, как отношение массы воды, взятой при затворении, к массе гипсового вяжущего,

3. В количестве воды в миллилитрах, взятой при эатворении гипса.

4. В стандартной консистенции гипсового теста, характеризуемой диаметром расплыва 175…185 мм при вытекании из цилиндра вискозиметра Суттарда.

2. Каким периодом времени характеризуется конец схватывания гипса?

1. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика noгpузится в тесто не более чем на 39 мм.

2. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика впервые не дойдет до дна кольца.

3. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика погрузится в тесто не более чем на 1 мм.

4. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика не будет погружаться в тесто.

3. К какой группе вяжущих веществ относятся гипсовые вяжущие вещества по способу (условиям) твердения?

1. К вяжущим веществам гидравлического твердения.

2. К вяжущим веществам воздушного твердения.

3. К вяжущим веществам смешанного типа твердения.

4. К вяжущим веществам автоклавного твердения.

4. Какой процесс лежит в основе производства низкообжиговых гипсовых вяжущих?

1. Термическая обработка с частичной дегидратацией.

2. Термическая обработка с полной дегидратацией.

3. Термическая обработка с полной дегидратацией и частичным разложением.

4. Термическая обработка с полной дегидратацией и полным разложением.

5. Какой процесс определяет образование прочного искусственного камня при твердении гипса?

1. Образование пространственной коагуляционной структуры из коллоидных частичек двугидрата.

2. Обезвоживание и уплотнение геля при испарении воды.

3. Экзотермическое выделение тепла при гидратации полуводного гипса.

4. Рост кристаллов двугидрата гипса и образование кристаллических сростков.

6. С какой целью для затворения гипсовых вяжущих берут воды больше, чем требуется для химической реакции гидратации?

1. Для увеличения объема теста и экономии вяжущего.

2. Для повышения плотности и прочности гипсовых изделий.

3. Для обеспечения быстрого схватывания и твердения вяжущего.

4. Для получения однородного пластичного и удобоукладываемого теста.

7. Каковы причины формирования развитой пористости в искусственном гипсовом камне?

1. Быстрое схватывание и формирование "дефектной" структуры.

2. Большое количество пузырьков воздуха, вовлеченных при затворении гипсового теста.

3. Значительная разница между количеством воды, вводимой при затворении. и количеством воды, связываемой при гидратации гипса.

4. Заметное объемное расширение гипса при его схватывании и твердении.

8. Каким периодом времени характеризуется начало схватывания гипса?

1. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика noгpузится в тесто не более чем на 39 мм.

2. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика впервые не дойдет до дна кольца.

3. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика погрузится в тесто не более чем на 1 мм.

4. От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика не будет погружаться в тесто.

9. Чем характеризуют тонкость помола гипсового вяжущего?

1. Остатком на сите № 02 в % к первоначальной массе пробы.

2. Остатком на сите № 02 в граммах пробы массой 50 г.

3. Отношением массы гипса, прошедшего черва сито № 02 при просеивании к первоначальной массе пробы.

4. Количеством гипса в граммах, прошедшего через сито № 02.

10. В каком возрасте испытывают стандартные образцы для определения марки гипса по прочности?

1. Через 15 минут после конца схватывания.

2. Через 1 час после начала затворения гипса водой.

3.Через 2 часа после начала затворения гипса водой.

4. Через 28 суток после изготовления.

Лабораторная работа № 5

ПОРТЛАНДЦЕМЕНТ

Общие сведения

Цемент – обобщенное название гидравлических вяжущих веществ, главной составной частью которых являются высокоосновные силикаты кальция (70…80 %), образовавшиеся при высокотемпературном обжиге (до спекания) природной или специально подготовленной сырьевой смеси.

Портландцемент получается совместным помолом портландцементного клинкера и необходимого количества природного гипса. Гипс вводится для регулирования сроков схватывания (замедления) и для повышения коррозионной стойкости. Гипса должно быть не менее 3,5 % в пересчете на SO₃.

Клинкер получается в результате обжига до спекания дисперсной смеси глины (30…25 %) и известняка (75…80 %) или природного мергеля.

При обжиге сырьевой смеси образуются искусственные минералы. Основными клинкерными минералами являются: силикаты 3CaO· SiO₂ − C₃S (алит) и 2CaO∙SiO₂ − С₂S (белит) и плавни (алюминаты) − 3CaO·Al₂О₃ − С₃А и 4CaO·Al₂О₃·Fe₂О₃ − C₄АF.

Количество клинкерных минералов в цементе колеблется в достаточно больших пределах: C₃S = 40…75 %, C₂S = 5…25 %, C₃А = 2…15 % и C₄АF = 5…20 %. Вид и количество тех или клинкерных минералов определяет и название цементов: высокоалитовые цементы содержат C₃S > 60 %, алитовые цементы содержат C₃S = 50…60 % и C₃А не более 8 %, белитовые цементы содержат C₂S >35 %, алюминатные цементы содержат C₃А > 12 %.

Свойства клинкерных минералов представлены в табл. 20.

Тонкий порошок портландцемента при затворении водой образует пластичное тесто, которое постепенно густеет, превращаясь в камневидное тело. Твердение портландцемента обусловлено сложными химическими и физико-химическими процессами взаимодействия клинкерных минералов с водой, в результате которых образуются новые гидратные соединения, практически нерастворимые в воде.

Таблица 20

Основные свойства клинкерных минералов портландцемента

Минерал	Формула	Свойства минералов
		Прочность	Скорость твердения	Стойкость
Алит	C3S	1	2	–
Белит	C2S	2	4	+
Алюминаты	C4АF	3	3	Не стойкие к сульфатной коррозии
	C3А	4	1

Примечание. Номера в таблице означают место минерала в соответствующем свойстве

К основным свойствам портландцемента относят:

− тонкость помола, характеризуемая остатком на сите 008 ≤ 15 %, что соответствует S_уд = 2500…3000 см²/г;

− водопотребность цементного теста, оцениваемая количеством воды (% от массы цемента), необходимым для получения цементного теста нормальной (стандартной) густоты: обычно бывает в пределах 21…28 %;

− сроки схватывания, определяемые на цементном тесте нормальной густоты (Н_схв ≥ 45 мин, К_схв ≤ 10 ч);

− прочность, являющаяся главным показателем качества портландцемента и определяемая по показателям пределов прочности при изгибе и при сжатии через 28 суток нормального твердения. По этим показателям устанавливается марка (класс) портландцемента (табл. 21);

− цвет – серый с зеленоватым оттенком;

− плотность – 3,0…3,2 г/см³.

Таблица 21

Требования к портландцементу

Марка (класс) цемента	Предел прочности, МПа, не менее
	при изгибе	при сжатии
400 (22,5)	5,4	39,2
500 (32,5)	5,9	49,0
550 (42,5)	6,1	53,9
600 (52,5)	6,4	58,8

Регулировать свойства портландцемента можно различными способами, одним из приоритетных направлений является введение добавок. Добавки по степени влияния на свойства портландцемента и по назначению подразделяются на:

− компоненты вещественного состава – активные минеральные добавки (АМД);

− наполнители, улучшающие зерновой состав цемента и структуру затвердевшего камня;

− технологические добавки, ускоряющие процесс помола цемента;

− добавки, регулирующие основные свойства цемента;

− добавки, регулирующие специальные свойства цемента;

Особая роль среди всего многообразия используемых добавок отводится поверхностно-активным веществам (ПАВ), которые весьма эффективны при регулировании основных и специальных свойств вяжущих веществ. Теоретическое определение оптимального количества вводимых добавок пока еще затруднительно и поэтому в каждом конкретном случае требуется проводить экспериментальные исследования для проверки их действия.

Цель работы

Изучить основные свойства портландцемента и исследовать возможность их регулирования с помощью добавок (по заданию преподавателя). Определить марку портландцемента по прочности.

Порядок выполнения работы

Определяется тонкость помола цемента.

Определяется нормальная густота (НГ) цементного теста.

Для решения задач исследования, поставленных в работе, каждое звено студентов проводит следующие испытания:

− подбирает стандартную консистенцию цементно-песчаной растворной смеси и изготовляет из нее 3 образца-балочки размером 4х4х16 см;

− испытывает образцы-балочки в возрасте 28 суток для определения пределов прочности при изгибе и сжатии;

− по результатам определения пределов прочности при изгибе и при сжатии определяет марку цемента по прочности.

При этом дежурное звено студентов проводит все испытания в стандартных условиях (без добавок), определяет тонкость помола и устанавливает марку цемента по прочности, а другие звенья студентов проводят определения, используя добавки.

Методы испытаний