4.3 Прочность ценетного камня
Прочность на сжатие
Важнейшей характеристикой цементного раствора является прочность цементного камня, т.е. его временное сопротивление сжатию, изгибу, реже разрыву. Стандартные испытания проводят при температурах 22 и 75 °С, реальные - при температурах, соответствующих температуре скважины.
Прочность цементного камня непостоянна. Вначале она быстро возрастает, затем постепенно стабилизируется и через некоторое время начинает несколько снижаться.
Для определения прочности цементного камня на сжатие изготавливают образцы в виде кубиков размером 7,07х7,07х7,07 см3 с площадью грани 50 см2, размером 5x5x5 см3, площадь грани 25 см2 или в виде цилиндра, у которого высота равна его диаметру.
Для изготовления образцов цементный раствор заливают в разъемные формы указанных выше размеров из стали или пластмассы. Из одного замеса раствора готовят несколько образцов (не менее трех), которые выдерживают в одинаковых условиях одинаковое время. Перед заливкой раствора на формы устанавливают подставки высотой 5 мм, обеспечивающие избыток раствора. Через 1 ч твердения подставку снимают и избыток раствора срезают вровень с краями формы. Формы заливают в два приема: вначале до половины, затем вровень с подставкой.
Образцы, твердеющие при температуре 22±2 °С, первые сутки хранят в контейнерах с гидравлическим затвором при относительной влажности 80-90 %. Через 24±2 ч после затворения образцы освобождают от форм, маркируют и хранят в водяной ванне до испытания.
Образцы, твердеющие при температура 75±3-°С, после удаления избытка из форм накрывают стеклянной или стальной пластиной и помещают в термостат с водой указанной температуру. Через 24±2 ч образцы извлекают из форм, маркируют и помещают в тот же термостат для последующего упрочнения. Испытывают их после предварительного охлаждения в течение 2,5 ч.
Прочность на сжатие определяют на гидравлическом прессе путем раздавливания образцов. За величину прочности принимают среднее из трех измерений. Скорость нагружения при испытании не должна превышать 2 МПа в 1с.
Прочность на изгиб
Для определения прочности цементного камня на изгиб готовят образцы в виде призм размером 4x4x16 см. Порядок приготовления образцов такой же, как и образцов для испытания на сжатие.
Прочность на изгиб определяют на разрывных машинах. Одной из таких машин является разрывная машина Кориолиса (рис. 19.1).
Р
Рис.19.1 Рычажная разрывная машина Кориолиса
азрывная
машина Кориолиса
состоит из стойки 1, на
опоре которой установлен рычаг
5 с противовесом 4 на коротком
плече. На этом же плече
шарнирно закреплена рычажная
система 3,3 а, 3 б, в конце
которой подвешено приспособление-8
с двумя опорами
для установки образцов призм.
Расстояние между опорами
равно 0,1 м.
В верхней части приспособления с помощью винтовой пары закреплена неподвижная опора 12. Образец устанавливают симметрично относительно неподвижной опоры. На правое плечо рычага 5 с помощью крюка 6 подвешивают ведерко 7. Рядом с ведерком устанавливается сосуд для дроби 9, к которому подсоединен лоток 10, направленный в ведерко. Для перекрытия отверстия из сосуда в лоток установлен отеекатель с педалью 11.
Определение прочности на изгиб проводят в следующем порядке.
На опоры приспособления 8 устанавливают образец 2. Открывают окно отсекателя, и дробь ссыпается из сосуда 9 в ведерко 7 через лоток 10 со скоростью 0,1 кг/с Под воздействием веса дроби через рычажную систему 3 и две опоры приспособления 8 создается усилие на образец, упирающийся в неподвижную опору 12. Дробь поступает до тех нор, пока не разрушится образец. В момент разрушения образца ведерко падает вниз на педаль отсекателя, который перекрывает окно сосуда, и поступление дроби прекращается.
Предел прочности образца на изгиб определяют по формуле
,
где К - коэффициент прибора, устанавливающий соотношение плеч; Р - вес дроби, Н; 1 - расстояние между опорами приспособления, м; в, h - ширина и высота сечения образца, м.
Для определения прочности цементного камня на, растяжение готовят образцы в виде "восьмерок"-гантелей с площадью поперечного сечения в самом узком месте 5 см2.
Прочность цементного камня на растяжение, определяют и в специальных автоклавах при повышенных давлениях (до 25 МПа) и температурах (до 300 °С). Такие устройства сложны, их используют в основном для научных исследований.