4.6 Сроки схватывания цемента

Схватывание цемента - процесс загустевания цементного тес­та вследствие взаимодействия цемента с водой. Сроки схватывания определяют на цементном тесте нормальной густоты с помощью прибора Вика (п. 4.5), но вместо пестика на конце стержня закрепляют иглу 4 (рисунок 4.2 б), а пестик устанавливают сверху; при этом масса подвижной части остается равной (300 ± 2) г. Перед началом испытаний проверяют, свободно ли опускается стержень прибора, чистоту поверхности иглы и отсутствие ее искривлений, а также нулевое показание прибора.

Цементное тесто готовят по методике, описанной в п. 4.5, из 400 г цемента и воды, взятой в количестве, которое соответствует нормальной густоте цементного теста. Готовое тесто помещают в кольцо прибора Вика и устанавливают на столик прибора. 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, во избежание сильного удара иглы о пластину 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 в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.

Во время испытаний прибор должен находиться в затененном месте, где нет сквозняков, и не должен подвергаться сотрясениям.

Началом схватывания цементного теста считается время, прошедшее от начала затворения теста (момента приливания воды к цементу) до момента, когда игла не доходит до пластины на 1...2 мм; концом схватывания — время от начала затворения до момента, когда игла опускается в тесто не более чем на 1...2 мм.

4.7 Определение марки (активности) цемента

Марку цемента или его активность определяют по прочности на сжатие и изгиб стандартных образцов размером 40х40х160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 нормальной консистенции после необходимого срока твердения (для портландцемента, шлакопортландцемента и пуццоланового цемента — 28 сут, для быстротвердеющего портландцемента — 3 и 28 сут, для глиноземистого — 3 сут) в стандартных условиях (ГОСТ 310.4-81). Ниже рассмотрена методика оп­ределения марки (активности) портландцемента.

При определении марки используют стандартный песок, что позволяет исключить влияние качества песка на прочность испытуемого цемента. Стандартный песок (ГОСТ 6139-91) пред­ставляет собой чистый кварцевый песок (содержание SiO₂ > 98 %; потери при прокаливании <0,05 %; влажность <0,2 %). Стан­дарт предполагает возможность использования двух вариантов зернового состава песка:

• монофракционного: содержание зерен фракции 0,9...0,5 мм -не менее 91 %;

• полифракционного, который готовят смешиванием фракций в следующем количестве:

Фракция, мм 2,0...1,0 1,0...0,5 0,5...0,16 0,16...0,08

Частный остаток, % ..33±5 34±5 10±5 12+1

Приготовление цементного раствора нормальной консистенции. Для приготовления необходимого количества цементно-песчаного раствора состава 1:3 (по массе) отвешивают 500 г испытуемого цемента и 1500 г стандартного песка и высыпают их в предварительно протертую мокрой тканью чашу (рисунок 4.3 а). Цемент с песком перемешивают в течение 1 мин. Затем в центре сухой смеси делают лунку, вливают в нее воду в количестве 200 г (В/Ц = 0,4) и дают ей впитаться в течение 0,5 мин, после чего смесь перемеши­вают вручную в течение 1 мин.

По окончании перемешивания определяют консистенцию раствора. Для этого применяют встряхивающий столик 4 (рисунок 4.5), представляющий собой металлический диск, покрытый шлифо­ванным стеклом. При вращении кулачка второй диск с помощью штока 3, скользящего в направляющих, поднимается на 10 мм, а затем резко падает. Таким образом имитируется виброуплотнение раствора.

На стекло столика ставят коническую форму 5 с загрузочной воронкой 6. Внутреннюю поверхность конуса и стекло перед укладкой раствора протирают влажной тканью.

Рисунок 4.4 – Встряхивающий столик:

1 – станина; 2 – кулачок; 3 – шток; 4 – столик; 5 – форма-конус; 6 - насадка

Для определения консистенции раствор укладывают в фор­му-конус в два приема (слоями равной толщины). Каждый слой уплотняют штыковкой из нержавеющей стали диаметром 20 мм, массой (350 ± 20) г. Нижний слой штыкуют 15 раз, верхний — 10 раз. Штыкование ведут от периферии к центру, придерживая форму рукой. Далее снимают загрузочную воронку, излишек раствора срезают ножом и осторожно снимают форму-конус.

Полученный конус цементного раствора встряхивают на столике 30 раз в течение (30 ± 5) с. Затем штангенциркулем или металлической линейкой измеряют диаметр конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.

Консистенция раствора считается нормальной, если расплыв конуса составляет 106...115 мм. Если расплыв конуса менее 106 мм или раствор при встряхивании рассыпается, приготовляют 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, полученное при достижении расплыва конуса 106...115 мм, принимают для проведения дальнейших испытаний. Погреш­ность определения В/Ц не более 0,01.

Изготовление образцов. Разъемные формы, в которых изго­товляют образцы, рассчитаны на три образца (рисунок 4.6 а). Детали форм выполнены из стали или чугуна с твердостью по Бринеллю не менее НВ140. Продольные и поперечные стенки форм, скрепляемые зажимным винтом, отшлифованы и плотно прилегают к отшлифованной поверхности поддона.

Рисунок 4.5 – Форма для образцов-балочек (а) и насадка к ней (б)

Перед заполнением формы растворной смесью ее внутрен­ние поверхности слегка протирают машинным маслом, а стыки наружных стенок с поддоном и одна с другой смазывают техни­ческим вазелином. На форму устанавливают металлическую на­садку (рисунок 4.5 б), облегчающую укладку раствора. После этого форму жестко закрепляют в центре виброплощадки.

Виброплощадка (рисунок 4.6) состоит из станины 1, к которой пружинами 5 прикреплена рама 4 с установленной на ней площадкой 3. Колебательные движения площадки создает прикрепленный к ней электродвигатель 2, на валу которого находится дебаланс (эксцентрично закреплен груз).

Рисунок 4.6 – Лабораторная виброплощадка: 1 – станина, 2 – электродвигатель, 3 – площадка, 4 – рама, 5 – пружины

Форму заполняют приблизительно на 1 см раствором и включают виброплощадку. Затем в течение 2 мин вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполня­ют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают и снимают с нее форму. Далее смоченным водой ножом срезают излишек раствора, заглаживают поверх­ность образцов и маркируют их.

Образцы в формах хранят (24 ± 2) ч на столике 3 в ванне с гидравлическим затвором (рисунок 4.7). Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в горизонтальном положении в ванну с водой 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 весь срок хранения должна быть (20 ± 2) °С.

Образцы, прочность которых через 24 ч недостаточна для расформовывания их без повреждений, допускается вынимать из форм через 48 ч с отметкой об этом в рабочем журнале.

По истечении срока хранения образцы извлекают из воды и не позднее чем через 1 ч подвергают испытанию. Непосредственно перед испытанием образцы-балочки насухо вытирают и испытывают на изгиб, а затем каждую из полученных половинок балочки — на сжатие.

При испытании глиноземистого цемента образцы в форме хранят первые 6 ч в ванне с гидравлическим затвором, а затем в воде комнатной температуры. Через (24 ±2) ч с момента изготовления образцы вынимают из формы и часть их испытывают, а оставшиеся хранят в воде до последующих испытаний 3 сут.

Определение предела прочности при изгибе. Это испытание производят на машинах, обеспечивающих нарастание нагрузки в среднем (50±10)Н в секунду. Образец устанавливают на опорные элементы машины таким образом, чтобы его горизонтальные при изготовлении грани находились в машине в вертикальном положении (рисунок 4.8). Испытание образцов и расчет предела прочности при изгибе выполняют в соответствии с инструкцией, прилагаемой к испытательной машине. Предел прочности при изгибе испытуемого цемента вычисляют как среднее арифметическое из двух наибольших значений результатов испытания трех образцов.

Рисунок 4.7 – Ванна с гидравлическим затвором: 1 – ванна; 2 – герметичная крышка; 3 - столик

Рисунок 4.8 – Схема расположения образцов-балочек на опорных элементах

Определение предела прочности при сжатии. Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие на прессах с предельной нагрузкой 200...500 кН. Для того, чтобы результаты испытаний половинок балочек были сопоставимы, несмотря на разный размер, используют металлические пластинки (рисунок 4.9 а), через которые нагрузка от плит пресса передается на образец. Пластинки, изготовляемые из нержавеющей стали, имеют плоскую полированную поверхность; площадь поверхности пластинки, соприкасающейся с образцом, равна 25 см².

Половинку балочки 3 помещают между двумя пластинками 7 (рисунок 4.9 б) таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, находились на плоскостях пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцовой гладкой грани образца. Образец вместе с пластинками центрируют на опорной плите 4 пресса. Средняя скорость нарастания нагрузки на образец при испытании долж­на составлять (5± 1,25) кН в секунду.

а б

Рисунок 4.9 – Испытание половинок балочек на сжатие:

а – пластинки; б – схема испытания;

1 – пластинки; 2, 4 – плиты пресса; 3 – образец (балочка)

Предел прочности при сжатии R_сж (МПа) каждого образца вычисляют по формуле

R_сж=10(F_раз/S), (4.2)

где F_раз — разрушающая нагрузка, кН; S — площадь металличе­ских пластинок, см².

Предел прочности при сжатии цемента вычисляют по ре­зультатам шести испытаний как среднее арифметическое четы­рех наибольших результатов.

Полученное таким образом значение называют активностью цемента.

Определение марки цемента. Марку цемента находят по результатам определения пределов прочности цемента при сжатии и изгибе, сравнивая эти результаты с требованиями ГОСТа на соответствующий цемент. Для каждой марки портландцемента и его разновидностей пределы прочности при изгибе и при сжатии образцов, твердевших 28 сут (для быстротвердеющих цементов также и 3 сут), не должны быть ниже значений, указанных в таблице 4.1.

Таблица 4.1

Зависимость марок цементов от пределов прочности стандартных образцов

Наименование цемента	Марка цемента	Предел прочности при изгибе, МПа (кгс/см2), в возрасте, сут		Предел прочности при сжатии, МПа (кгс/см2), в возрасте, сут
		3	28	3	28
Портландцемент, порт­ландцемент с минеральными добавками, шлакопорт-ландцемент Быстротвердеющий портландцемент Быстротвердеюший шла-копортландцемент	300 400 500 550 600 400 500 400	3,9(40) 4,4(45) 3,4(35)	4,4(45) 5,4(55) 5,9(60) 6,1(62) 6,4(65) 5,4(55) 5,9(60) 5,4(55)	24,5(250) 27,5(280) 19,6(200)	29,4(300) 39,2(400) 49,0(500) 53,9(550) 58,8(600) 39,2(400) 49,0(500) 39,2(400)

Определение прочности цемента при пропаривании. Бетонные и железобетонные изделия изготовляют, ускоряя твердение бетона с помощью его тепловлажностной обработки (пропаривания). Поэтому ГОСТ 10178-85 предусматривает определение прочности цемента при пропаривании. Образцы для этого испытания готовят так же, как и для стандартных определений, но их твердение протекает по специальному режиму. Формы с образцами для твердения помещают в пропарочную камеру при температуре (20±3)°С при отключенном подогреве на (120 ± 10) мин. Затем включают подогрев и в течение 11 ч образцы пропаривают по следующему режиму:

Равномерный подъем температуры до (80 + 5) °С................ 180±10 мин;

Изотермический прогрев при (85±5)°С.............................. 360±10 мин;

Остывание при отключенном подогреве .............................. 120+10 мин.

После этого крышку камеры открывают. Через (24 ± 2) ч с момента изготовления образцы вынимают из форм и испыты­вают по методике, используемой при определении марки це­мента.