Свойства и характеристики портландцемента. Свойства цемента и методы определения


Свойства портландцемента и способы их определения, область применения

Портландцемент представляет собой вяжущее, необходимое для приготовления ряда бетонов (ячеистых, легких, тяжелых), высококачественных строительных и теплоизоляционных смесей. Технические условия применения и маркировка разных видов цемента регулируются ГОСТ 10178-85 и 31108-2003, эти же стандарты определяют их основные свойства. К ним относят: тонкость помола, марку, водопотребность, время схватывания и окончательного затвердевания, величину объемных деформаций. Изменение свойств зависит от содержимого портландцемента (сырья для клинкера и добавок), обжига и измельчения, срока хранения. Эти же факторы напрямую контролируют сферу применения и определение пропорций вяжущего, при покупке важно выбрать состав с нужной маркировкой.

Основные свойства и ГОСТ

Портландцемент изготавливается путем тонкого помола силикатного клинкера и гипса, доля минеральных составляющих достигает 97 %. Внешне он напоминает серо-зеленый порошок, качества искусственного камня он приобретает после контакта с водой и затвердевания. В зависимости от наличия активных минеральных веществ, различают бездобавочные составы (маркировка такого цемента по ГОСТ 10178-85 включает расширение Д0) или с полезными примесями (до 20 %, Д20, соответственно). Буквенные обозначения используются для указания разновидности сухой смеси: быстро- или нормальнотвердеющей, пластифицированной, сульфато- или влагостойкой. Также от минерального состава зависят такие качества портландцемента, как морозостойкость и противодействие коррозии.

Несмотря на разные обозначения марок цемента, ГОСТ 10178-85 и 31108 не противоречат, а дополняют друг друга, более современный стандарт содержит разделение на классы, согласно срокам твердения. Оба норматива регулируют такие свойства портландцемента:

  • Плотность: средняя (1000–1300 кг/м3) и истинная (1400–1700).
  • Тонкость помола, зависит от способа обработки клинкера и размера ячеек просеивающего сита. Чем ниже этот показатель, тем более высококачественным считается цемент.
  • Тепловыделение — свойство, характерное для всех групп портландцементов.
  • Сроки схватывания (начальные от 45 мин до 10 часов, окончательные — до 28 суток).
  • Равномерность изменения объема, данное свойство определяет величину набухания при затвердевании в воде или усадки — при контакте с воздухом.
  • Прочность или активность — показатель, от которого зависит основная маркировка цемента и его сфера применения.
  • Водопотребность, характеризующая необходимый объем воды для затворения портландцемента. Минимальное значение — 24 %, чем больше этот показатель, тем ниже будет прочность застывшего цементного раствора.

1. Тонкость помола.

Измельчение клинкерного камня с гипсом проходит на последней стадии изготовления портландцемента. Размер частиц определяет скорость гидратации (а значит — и такие свойства цемента, как прочность и сроки затвердевания). Это связано с увеличением суммарной площади поглощающего воду материала. Поэтому портландцементы тонкого помола считаются самыми высококачественными. Но есть и отрицательная сторона: помимо увеличения затрат на измельчение, оно влияет на сроки хранения вяжущего и скорость вступления в химическую реакцию с минеральными компонентами и водой (что не всегда хорошо). По этой причине размер зерен цемента тщательно контролируется.

2. Водопотребность.

Под этим параметром понимается необходимое количество воды в процентах от содержания вяжущего, для получения раствора с нормальной консистенцией (последняя регулируется ГОСТ 310.3-76). У портландцементов этот показатель самый низкий — 24–28 %, но на практике для затворения используется больше жидкости — от 40. От этого свойства зависит процесс гидратации: избыток приводит к излишней пористости искусственного камня и ухудшает его прочность, недостаток сказывается на удобоукладываемости и качестве замеса. Водопотребность напрямую связана с процентным содержанием алюминатов кальция (чем больше, тем лучше), косвенно — с тонкостью помола, и регулируется путем ввода активных пластифицирующих добавок.

3. Прочность.

Главный параметр цемента, определяющий его основную маркировку. Чем быстрее и тверже застынет цементный камень, тем качественнее считается вяжущее и универсальнее его сфера применения. Предел прочности на сжатие и изгиб у одной и той же марки изменяется, в зависимости от этапа гидратации. На 28 сутки портландцемент достигает указанного в марке значения (к примеру, для М400 — 40 МПа). Это свойство, как и предыдущие, зависит от состава и способа изготовления и является контролируемым. Прочность ухудшается по мере хранения даже в запакованном виде, указанная маркировка теряет силу уже через 2 месяца после выпуска.

4. Тепловыделение.

Гидратация цемента сопровождается процессом выделения теплоты. Чистые ПЦ являются самыми экзотермическими, составы с помолами доменных шлаков имеют пониженное тепловыделение. Чем массивнее заливаемая конструкция, тем больше тепла отдает цемент, возможно повышение температуры до 50 °C и возникновение перепадов. Это не самое полезное свойство, нередко оно служит причиной образования трещин в бетоне. Как следствие, применение составов с интенсивным тепловыделением ограничено для массивных конструкций и ответственных объектов. Но этот показатель положительно сказывается на гидратации при ведении строительных работ в зимнее время.

Технические характеристики

Определяются стандартами ГОСТ 10178-85 и 31108-2003, граничные значения зависят от марки цемента. В целом, различают такие технические характеристики портландцемента, как: вещественный состав, удельный вес, плотность, предел прочности на сжатие и изгиб, скорость и время схватывания, активность при пропаривании. Практически все они связаны с процентным содержанием силикатов, гипсового камня и оксидов железа, алюминия, магния и более сложных минералов. Доля гипса строго ограничена строительными стандартами и не превышает 4 %, эта добавка регулирует скорость схватывания цемента.

Удельный вес и плотность материала являются условными показателями. Портландцемент имеет сыпучую структуру, между зернами всегда находится воздух. На эти характеристики также влияет маркировка, у видов с добавками плотность варьируется от 2900 до 3200 кг/м3, при этом средний удельный вес составляет 1200–1300. От степени уплотненности цемента зависят в первую очередь пропорции замешиваемого раствора, поэтому данная величина учитывается при покупке, наряду с прочностью.

Определение сроков схватывания проводится специальными приборами Вика. Без ввода ускоряющих добавок портландцемент начинает схватываться на второй час и через 4–6 переходит на следующую стадию затвердевания (гидратации). Окончательный набор прочности происходит через 28 суток. На этот показатель оказывает влияние не только состав, но и тонкость помола, выбранное соотношение В/Ц. Данная характеристика важна для определения времени нахождения бетона в опалубке, при необходимости быстрого проведения работ покупают быстрозатвердевающие составы на основе портландцемента (с буквенным обозначением БТЦ в маркировке).

Важно знать: при всех преимуществах применения (сокращении времени на бетонирование) эта группа уступает в прочности стандартным маркам, за исключением дорогостоящих строительных смесей с укрепляющими добавками.

stroitel-list.ru

ОСНОВНЫЕ СВОЙСТВА И МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ ЦЕМЕНТА

 

Свойства

К основным свойствам цементов общестроительного относятся: насыпная плотность, тонкость помола по остатку на сите, тонкость помола по удельной поверхности, нормальная густота цементного теста, сроки схватывания, равномерность изменения объема и прочность. Все эти свойства зависят от минералогического состава портландцементного клинкера, наличия добавок, технологии производства, способа хранения и т.д.

Методы испытаний цемента по ГОСТ 31107–2003

Насыпная плотность. Для определения насыпной плотности портландцемента используют: мерный сосуд объемом 1 л, совок, воронку с задвижкой, металлическую линейку, весы по ГОСТ 24104 с погрешностью не более 0,01 г.

При определении насыпной плотности портландцемента в стандартном неуплотненном состоянии цемент насыпают из стандартной воронки с задвижкой в предварительно взвешенный мерный цилиндр с высотой 10 см от верхнего края до образования над верхом цилиндра конуса. Конус без уплотнения цемента снимают вровень с краями сосуда металлической линейкой, после чего сосуд с цементом взвешивают. Значение насыпной плотности rн, кг/м3, вычисляют по формуле

(1)

где т1 – масса мерного сосуда с портландцементом, г; т – масса мерного сосуда, г; V – объем сосуда, см3.

Определение насыпной плотности портландцемента производят два раза, при этом каждый раз берут новую порцию материала.

Тонкость помола по остатку на сите. Для определения тонкости помола по остатку на сите портландцемента используют: сито с контрольной сеткой № 009 или № 008 по ГОСТ 6613, прибор для механического или пневматического просеивания, весы по ГОСТ 24104 с погрешностью не более 0,01 г., колбу по ГОСТ 1770, стержень, лупу типа ЛП по ГОСТ 25706.

Необходимое количество цемента помещают в стеклянную колбу, закрывают пробкой и встряхивают вручную в течение 2 мин для дезагрегирования, после чего оставляют в покое на 2 мин, а затем перемешивают чистым сухим стержнем для равномерного распределения мелких частиц.

При ручном просеивании навеску цемента массой 10 г высыпают на сито, установленное на подситной тарелке. Сито закрывают крышкой и встряхивают вручную. Операцию просеивания считают законченной, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,01 г цемента. Контрольное просеивание выполняют вручную при снятой подситной тарелке на бумагу в течение 1 мин. Остаток на сите взвешивают и выражают в процентах к первоначальной массе цемента.

При использовании приборов для механического или пневматического просеивания испытания выполняют в соответствии с инструкцией, прилагаемой к приборам.

За тонкость помола по остатку на сите принимают среднеарифметическое значение результатов двух определений, расхождение между которыми не должно быть более 1 % среднеарифметического значения. Если расхождение более 1 %, проводят третье определение и за тонкость помола принимают среднеарифметическое значение результатов трех определений. Результат вычисления округляют до 0,1 %.

Тонкость помола по удельной поверхности. Для определения тонкости помола по удельной поверхности портландцемента используют: прибор для определения удельной поверхности методом воздухопроницаемости, прибор Ле Шателье для определения истиной плотности цемента (рис. 1), весы по ГОСТ 24104 с погрешностью не более 0,01 г, емкость стеклянную, штатив.

При определении удельной поверхности для расчета массы навески цемента используют величину его истинной плотности, определенную с помощью прибора Ле Шателье. Прибор Ле Шателье помещают в стеклянную емкость с водой и закрепляют в штативе так, чтобы вся его градуированная часть была погружена в воду. Температура воды в емкости должна соответствовать температуре, при которой производилась калибровка прибора.

Прибор наполняют обезвоженным керосином до нулевой черты по нижнему мениску. После этого свободную от керосина часть прибора (выше нулевой черты) тщательно протирают тампоном из фильтровальной бумаги. Навеску массой 65 г высыпают в прибор Ле Шателье ложечкой через воронку небольшими равномерными порциями. Для удаления пузырьков воздуха прибор вынимают из емкости с водой и поворачивают его в наклонном положении в течение 10 мин на гладком резиновом коврике. Затем прибор снова помещают в емкость с водой не менее чем на 10 мин, после чего проводят отсчет уровня жидкости в пределах верхней градуированной части прибора. Плотность цемента rц, г/см3, вычисляют по формуле

(2)

где тц– масса навески цемента, г; V – объем керосина, вытесненного цементом, см3.

 
 

 

Рис. 1. Прибор Ле Шателье

 

За плотность цемента принимают среднеарифметическое значение результатов двух определений, расхождение между которыми не должно превышать 0,02 г/см3. Результат вычисления округляют до 0,01 г/см3.

Расчет массы навески цемента с учетом истинной плотности и проведение испытаний для определения удельной поверхности выполняют в соответствии с инструкцией к прибору.

За удельную поверхность принимают среднеарифметическое значение результатов двух определений, расхождение между которыми не должно быть более 1 % среднеарифметического значения. Результат вычисления округляют до 1 м2/кг (10 см2/г).

Нормальная густота цементного теста. Для определения нормальной густоты цементного теста используют прибор Вика (рис. 2) в комплекте с пестиком, иглами (длинной и короткой), кольцом и пластинкой и смеситель для приготовления цементного теста.

Перед началом испытания в нижний конец стержня прибора Вика вставляют пестик, проверяют свободное перемещение стержня и нулевое показание прибора, соприкасая пестик с пластинкой, на которой установлено кольцо. При отклонении от нуля указатель шкалы прибора устанавливают в нулевое положение. Кольцо и пластинку перед началом испытания смазывают тонким слоем машинного масла.

Воду в количестве, необходимом (ориентировочно) для получения цементного теста нормальной густоты, выливают в чашу смесителя, предварительно протертую влажной тканью, затем осторожно в течение 5–10 с высыпают 500 г цемента и включают смеситель на малую скорость. Время окончания высыпания цемента в воду считают началом затворения. Через 90 с смеситель останавливают на 15 с, в течение которых скребком снимают тесто, налипшее на стенках чаши, сдвигая его в центр чаши. Затем вновь включают смеситель на малую скорость и продолжают перемешивание еще в течение 90 с. Суммарное время перемешивания цементного теста должно составлять 3 мин, не считая времени остановки.

 
 

 

 

Рис. 2. Прибор Вика:

1 – цилиндрический металлический стержень; 2 – обойма ста­нины;

3 – стопорное устройство; 4 – указатель; 5 – шкала; 6 - пестик; 7 – игла

 

Приготовленное цементное тесто быстро за один прием переносят в кольцо, установленное на пластинке, заполняя его с избытком, но без уплотнения или вибрации. Избыток цементного теста срезают ножом, протертым влажной тканью, вровень с краями кольца до получения ровной поверхности. Кольцо с пластинкой устанавливают на основание станины прибора Вика, опускают пестик до соприкосновения с поверхностью цементного теста в центре кольца и в этом положении закрепляют стержень стопорным устройством. Через 1–2 с освобождают стержень, предоставляя пестику свободно погружаться в цементное тесто. Время от начала затворения до начала погружения пестика в цементное тесто должно составлять 4 мин. Через 30 с после освобождения стержня фиксируют по шкале прибора глубину погружения пестика в цементное тесто. В течение всего времени испытания кольцо с цементным тестом не должно подвергаться толчкам или сотрясениям.

Нормальной густотой цементного теста считают такую консистенцию, при которой пестик прибора, погруженный в заполненное цементным тестом кольцо, не доходит на (6±1) мм до пластинки, на которой установлено кольцо.

Если глубина погружения пестика окажется меньше или больше 5–7 мм, испытания повторяют, соответственно увеличивая или уменьшая количество воды затворения до погружения пестика на требуемую глубину.

За нормальную густоту цементного теста принимают количество воды затворения в процентах массы цемента, при котором достигается нормированная консистенция цементного теста. Результат вычисления округляют до 0,25 %.

Сроки схватывания. Для определения сроков схватывания цементного теста используют прибор Вика (см. рис. 2) в комплекте с пестиком, иглами (длинной и короткой), кольцом и пластинкой и смеситель для приготовления цементного теста.

В нижний конец стержня прибора Вика вставляют длинную иглу и проверяют готовность прибора к проведению испытания (как при определении нормальной густоты цементного теста), чистоту поверхности и отсутствие искривлений иглы. Готовят цементное тесто нормальной густоты. Цементное тесто переносят в кольцо.

Иглу опускают до соприкосновения с поверхностью цементного теста и в этом положении закрепляют стержень стопорным устройством. Через 1–2 с освобождают стержень, предоставляя игле свободно погружаться в цементное тесто. В начале испытания, пока оно находится в пластичном состоянии, во избежание сильного удара иглы о пластинку допускается ее слегка задерживать при погружении для исключения повреждения иглы. Как только цементное тесто загустеет настолько, что опасность повреждения иглы будет исключена, игле дают свободно опускаться. Через 30 с после освобождения стержня фиксируют по шкале прибора глубину погружения иглы в цементное тесто. Затем иглу погружают в цементное тесто через каждые 10 мин, передвигая кольцо после каждого погружения таким образом, чтобы каждое последующее погружение иглы находилось на расстоянии не менее 10 мм от мест предыдущих погружений и от края кольца. После каждого погружения иглу протирают.

В промежутках между погружениями иглы кольцо с цементным тестом на пластинке помещают в камеру (шкаф) влажного хранения. Допускается кольцо с цементным тестом накрывать влажной тканью и оставлять в помещении с относительной влажностью не менее 65 %, при этом ткань не должна соприкасаться с цементным тестом.

Началом схватывания считают время от начала затворения цемента до момента, когда игла при проникновении в цементное тесто не доходит до пластинки на (4±1) мм. Результат определения записывают с округлением до 5 мин.

Таблица 2 Минимальные значения начала схватывания цементного теста
Класс прочности цемента Начало схватывания, мин, не ранее
22,5Н
32,5Н
32,5Б
42,5Н
42,5Б
52,5Н
52,5Б

В соответствии с ГОСТ 31108–2003 минимальные значения начала схватывания цементного теста представлены в табл. 2.

При определении конца схватывания длинную иглу в приборе Вика заменяют на короткую с кольцеобразной насадкой. Проверяют чистоту поверхности и отсутствие искривлений иглы.

Кольцо с цементным тестом, использованное для определения начала схватывания, переворачивают таким образом, чтобы определение конца схватывания проводить на поверхности, контактировавшей с пластинкой. Иглу осторожно опускают до соприкосновения с поверхностью цементного теста, погружение иглы выполняют с интервалом 30 мин. При приближении конца схватывания интервалы времени между погружениями могут быть сокращены.

Концом схватывания считают время от начала затворения цемента до момента, когда игла проникает в цементное тесто не более чем на 0,5 мм, что соответствует положению иглы, при котором кольцеобразная насадка впервые не оставляет отпечатка на поверхности цементного теста. Результат определения записывают с округлением до 15 мин.

Равномерность изменения объема цемента. Для определения равномерности изменения объема цемента используют: смеситель, весы, мерный цилиндр, кольца Ле Шателье в комплекте с пластинками и пригрузом (рис. 3), бачок для кипячения, имеющий подставку для размещения колец Ле Шателье, камеру (шкаф) влажного хранения, штангенциркуль по ГОСТ 166.

Кольца и пластинки перед началом испытания смазывают тонким слоем машинного масла.

Готовят цементное тесто нормальной густоты. Кольца устанавливают на пластинки и наполняют в один прием цементным тестом с избытком, но без уплотнения или вибрации. При заполнении колец исключают случайное раскрытие прорези осторожным сдавливанием кольца пальцами или резиновой лентой. Избыток цементного теста срезают ножом, протертым влажной тканью, вровень с краями кольца. Для одного испытания заполняют два кольца из одного замеса цементного теста.

Кольца, заполненные цементным тестом, накрывают сверху пластинками, на которые устанавливают пригруз, и помещают в камеру влажного хранения, где выдерживают в течение (24±0,5) ч. Допускается выдерживать кольца в воде в течение (24±0,5) ч при температуре (20±1) °С при условии получения одинаковых результатов.

После предварительного твердения кольца извлекают из камеры, измеряют штангенциркулем расстояние между концами индикаторных игл с точностью до 0,5 мм (начальное измерение), освобождают от пластинок и пригруза и помещают в бачок для кипячения индикаторными иглами вверх. Воду в бачке доводят до кипения за (30±5) мин и выдерживают кольца в кипящей воде в течение (180±5) мин. Уровень воды в бачке должен быть выше размещенных на подставке колец на 4–6 см в течение всего времени кипячения.

 
 

 

Рис. 3. Кольцо Ле Шателье:

1 – кольцо с прорезью; 2 – индикаторная игла; 3 – груз; 4 – стеклянные пластинки

 

После окончания кипячения кольца извлекают из воды, дают им остыть до температуры помещения, после чего измеряют расстояние между концами индикаторных игл (конечное измерение). Вычисляют разность между значениями конечного и начального измерений для каждого кольца. За расширение образцов в кольце Ле Шателье принимают среднеарифметическое значение результатов двух определений. Результат вычисления округляют до 0,5 мм.

Максимальное значение расширения по ГОСТ 31108–2003 не должно превышать 10 мм.

Прочность. Для определения прочности цемента используют смеситель, снабженный дозирующим устройством для подачи песка, трехгнездовые разъемные формы размером 40´40´160 мм для изготовления образцов-балочек (рис. 4 а), приспособления для разъема и чистки формы, насадку к формам высотой 20–40 мм с фиксаторами на наружных стенках, пластинки для форм размером 210´185 мм, приспособления для укладки цементного раствора в форму, включающие два типа лопаток и линейку, встряхивающий стол для уплотнения раствора в форме, прибор для испытания на изгиб образцов-балочек любой конструкции с предельной нагрузкой до 10 кН, обеспечивающий возможность приложения нагрузки по заданной схеме (рис. 4 б) со средней скоростью нарастания нагрузки (50±10) Н/с, машину для испытания на сжатие половинок образцов-балочек любой конструкции с предельной нагрузкой до 500 кН, камеру (шкаф) влажного хранения, ванну для водного хранения образцов с решеткой из некорродирующего материала для размещения образцов-балочек, весы по ГОСТ 24104 с погрешностью не более 2 г, цилиндр мерный по ГОСТ 1770 с ценой деления не более 1 мл.

Образцы изготавливают из стандартного цементного раствора, состоящего из цемента и стандартного полифракционного песка (ГОСТ 6139–2003) в соотношении 1:3 по массе при водоцементном отношении, равном 0,50. Для приготовления одного замеса цементного раствора, необходимого для изготовления трех образцов-балочек, взвешивают 450 г цемента, используют одну упаковку стандартного полифракционного песка массой 1 350 г и отмеривают или взвешивают 225 г воды.

Песок высыпают в дозирующее устройство смесителя. В предварительно протертую влажной тканью чашу смесителя выливают воду и добавляют цемент, после чего смеситель включают на малую скорость. Дальнейшая процедура приготовления цементного раствора приведена в табл. 3.

 

Таблица 3

Приготовление цементного теста в смесителе

Наименование и последовательность операций Скорость вращения лопасти Продолжительность операции, с (±1)
Перемешивание цемента с водой Малая
Дозирование песка ––
Перемешивание цементного раствора Большая
Остановка (в том числе сбор цементного раствора со стенок чаши в середину) –– (первые 15)
Перемешивание цементного раствора Большая

 

Перед изготовлением образцов внутреннюю поверхность стенок формы и опорной плиты смазывают тонким слоем машинного масла. Стыки наружных стенок формы друг с другом и опорной плитой промазывают слоем солидола или другой густой смазкой.

На подготовленную форму устанавливают насадку, форму устанавливают на платформу встряхивающего стола и закрепляют зажимами. Приспособления для укладки цементного раствора в форму перед применением должны быть протерты влажной тканью.

От приготовленного цементного раствора непосредственно из чаши смесителя лопаткой отбирают поочередно три порции цементного раствора массой около 300 г каждая и заполняют первым слоем отсеки формы. Цементный раствор выравнивают лопаткой для первого слоя, которую в вертикальном положении помещают плечиками на стенки насадки и перемещают по одному разу туда и обратно вдоль каждого отсека формы. Затем включают встряхивающий стол и уплотняют первый слой цементного раствора за рабочий цикл из 60 ударов. После уплотнения первого слоя отсеки формы равномерно заполняют оставшимся в чаше цементным раствором и выравнивают его лопаткой для второго слоя, перемещая ее аналогично выравниванию первого слоя. Снова включают встряхивающий стол и уплотняют второй слой цементного раствора за рабочий цикл из 60 ударов.

По окончании уплотнения с формы снимают насадку и ребром металлической линейки, расположенной перпендикулярно к поверхности образцов, удаляют излишек цементного раствора пилообразными движениями вдоль формы по одному разу туда и обратно. Затем выравнивают поверхность образцов той же линейкой, наклоненной почти до горизонтального положения, и производят их маркировку (ставят номер образца).

Для каждого установленного срока испытания изготавливают по три образца-балочки. Форму с образцами накрывают пластинкой и помещают на полку в камеру (шкаф) влажного хранения. Не допускается устанавливать формы с образцами одна на другую. Через (24±1) ч с момента изготовления формы с образцами вынимают из шкафа и осторожно расформовывают.

Для проверки качества выполнения операций перемешивания и уплотнения, а также контроля содержания воздуха в цементном растворе рекомендуется взвешивать расформованные образцы.

Образцы, подлежащие испытанию в суточном возрасте, расформовывают не ранее чем за 20 мин до испытания. Образцы, имеющие через (24±1) ч прочность, недостаточную для их расформовки без повреждения, допускается расформовывать через (48±2) ч.

После расформовки образцы укладывают на решетки в ванну с водой в горизонтальном положении заглаженной поверхностью вверх так, чтобы они не соприкасались друг с другом и уровень воды был выше образцов не менее чем на 2 см. Температура воды при хранении образцов должна быть (20±1) °С.

Через каждые 14 сут половину объема воды в ванне меняют на свежую воду. Не допускается полная смена воды в ванне во время хранения образцов. В одной ванне следует хранить образцы из аналогичных по составу цементов.

По истечении срока хранения образцы испытывают. Предельные отклонения по времени от момента затворения до начала испытания не должны быть более указанных в табл. 4. Непосредственно перед испытанием с поверхности образцов должны быть удалены капли воды.

Таблица 4 Отклонение времени от момента затворения до начала испытания образцов
Срок испытания, сут. Предельное отклонение (±)
1; 2 15 мин
45 мин
2 ч
8 ч

При определении прочности при изгибе образец устанавливают на опорные элементы прибора таким образом, чтобы его грани, горизонтальные при изготовлении, находились в вертикальном положении, а поверхность с маркировкой была обращена к испытателю. Образцы испытывают в соответствии с инструкцией к прибору.

Средняя скорость нарастания нагрузки на образец должна быть (50±10) Н/с.

При определении прочности на сжатие, полученные после испытаний на изгиб половинки образцов-балочек сразу же испытывают. Половинку образца-балочки помещают между нажимными пластинками таким образом, чтобы его грани, горизонтальные при изготовлении, находились в вертикальном положении, а поверхность с маркировкой была обращена к испытателю. В продольном направлении расположение половинки образца-балочки должно быть таким,

а

 

б

 

 

 
 

в

 

Рис. 4. Формы для изготовления образцов-балочек и схемы их расположения:

а – формы для изготовления образцов-балочек; б – схема расположения

образца-балочки при испытании на изгиб; в – нажимная пластинка для передачи

нагрузки на половинку образца-балочки

чтобы ее торец выступал из нажимных пластинок размером 40´40 мм (рис. 4 г) примерно на 10 мм.

Образцы испытывают в соответствии с инструкцией к испытательной машине. Средняя скорость нарастания нагрузки на образец должна быть (2 400±200) Н/с.

Прочность при изгибе Rизг, МПа, отдельного образца-балочки вычисляют по формуле

(4)

где F – разрушающая нагрузка, Н; L – расстояние между осями опор, мм; b – размер стороны квадратного сечения образца-балочки, мм.

За прочность при изгибе принимают среднеарифметическое значение результатов испытаний трех образцов. Результат вычисления округляют до 0,1 МПа.

Прочность на сжатие Rсж, МПа, отдельной половинки образца-балочки вычисляют формуле

(5)

где F – разрушающая нагрузка, Н; S – площадь рабочей поверхности нажимной пластинки, мм2.

За прочность на сжатие принимают среднеарифметическое значение результатов испытаний шести половинок образцов-балочек. Результат вычисления округляют до 0,1 МПа.

Если один из шести результатов отличается более чем на 10 % от среднеарифметического значения, этот результат следует исключить и рассчитывать среднеарифметическое значение для оставшихся пяти результатов.

Если еще один результат отличается более чем на 10 % от среднеарифметического значения оставшихся пяти результатов, испытания считают выполненными неудовлетворительно, в этом случае все результаты признают недействительными.

Минимальные значения прочностных показателей на сжатие для разных классов прочности цемента представлены в табл. 5.

 

Таблица 5

Значения прочностных показателей на сжатие для разных классов прочности цемента

 

Класс прочности цемента Прочность на сжатие, МПа, в возрасте
2 сут, не менее 7 сут, не менее 28 сут
не менее не более
22,5Н 22,5 42,5
32,5Н 32,5 52,5
32,5Б
42,5Н 42,5 62,5
42,5Б
52,5Н 52,5
52,5Б

Приложение А

 

Термины и определения в соответствии с ГОСТ 30515–97



infopedia.su

Свойства портландцемента и способы их определения, область применения и маркировка, ГОСТ

В строительстве активно применяются искусственные вяжущие материалы – цементы, которые при затворении водой образуют пластичные массы. Их можно наносить на любую горизонтальную и вертикальную поверхность, а через несколько часов смесь затвердевает и превращается в прочный камень. Наиболее активно используемый во всех строительных сферах вид – портландцемент. Столь широкую востребованность и популярность портландцемента обеспечили уникальные свойства, о которых пойдет речь ниже.

Отличительные черты портландцемента

Портландцемент – это неорганический вяжущий материал тонкого помола, в составе которого:

1. Цементный клинкер – комплекс искусственных минералов, который образуется при сжигании сырьевой смеси из высокоосновных кальциевых силикатов, высоко- или низкоосновных алюминатов и алюмоферритов кальция. Полученный продукт перемалывается, размер гранул не превышает 40 мкм. Это базовое составляющее – около 60-80 %.

2. Гипс – сульфатный минерал из осадочных пород. Относится к категории быстротвердеющей мелкопористой продукции с равномерной микрокристалической структурой. Массовая доля в смеси не превышает 3,5 %. Ускоряет процесс схватывания и отверждения.

3. Минеральные добавки и наполнители: доменные шлаки, глиежи, диатомиты и прочие аналогичные вещества, увеличивающие объем, изменяющие скорость отверждения, влагопоглощения и другие характеристики.

Название портландцемента произошло от наименования города Портланд (Великобритания) и было введено в 1824 году после оформления патента.

Чистая продукция, содержащая только клинкер и гипс, выделяется цифро-буквенной маркировкой Д0. Другое дело – присадки, благодаря современному разнообразию вводимых в состав минеральных и модифицирующих добавок получается портландцемент белый, высокопрочный, гидрофобный, безусадочный, тампонажный, дорожный, кислотоупорный, пуццолановый, композитный и многие другие. Каждый вид обладает особыми преимуществами и недостатками, применяется в разных случаях. Маркировка соответствующая: Д20, ПЦ, ВБЦ, ВРЦ и так далее.

Как и любой другой материал, портландцементу присваивается определенная марка по классу прочности на сжатие – М300, М400, М500, М550 и М600. Фасуется и реализуется в бумажных мешках по 25 и 50 кг.

Все, что касается его производства, проверки, определения параметров, хранения, фасовки и реализации, регламентируется действующими на выпускаемый портландцемент ГОСТ:

  • 30515-97 от 01.10.1998 г. «Цементы».
  • 310.4-81 от 01.07.1983 г. «Цементы. Методы определения предела прочности при изгибе и сжатии».
  • 2226-88 от 01.01.1990 г. «Мешки бумажные. Технические условия».
  • 5382-91 от 01.07.1991 г. «Цементы и материалы цементного производства. Методы химического анализа».
  • 10178-85 ль 01.01.1987 г. «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия».
  • 14192-96 от 01.01.1998 г. «Маркировка грузов».

Основные свойства портландцемента

Параметры цементно вяжущей смеси определяют способность к схватыванию и образованию высокопрочного, твердого состава. Особая ценность цемента в том, что он позволяет связать воедино разнородные по качествам и габаритам материалы.

Важнейшие характеристики портландцемента:

1. Плотность.

Различают 2 типа коэффициентов плотности:

  • Истинный, 3050 – 3150 кг/м3.
  • Средний или насыпной. Зависит от степени фасовочного уплотнения: рыхлонасыпанному соответствует ρ = 1 100 кг/м3, а сильно уплотненному – 1 600 кг/м3.

2. Тонкость помола.

От этого свойства цемента зависит скорость отверждения состава и прочность. В среднем размер зерна не превышает 40 мкм, но есть специальные массы с более тонким помолом.

3. Водопотребность.

Характеризует способность частиц портландцемента адсорбировать определенное количество жидкости. То есть при недостаточном количестве раствор не наберет заданную прочность, а при излишнем наступит расслоение, часть воды выступит на поверхность, из-за чего конечный продукт получится рыхлым, пористым. Для бетона подобное состояние грозит быстрым разрушением и осыпанием.

Для замешивания цементного теста требуется не более 22-28 % воды от общей массы. Для пуццолановой смеси необходимо более 40 % влаги.

4. Сроки схватывания.

Период отверждения регламентируется ГОСТ 10178-85 и установлен в пределах 45 минут после затворения жидкостью. Окончательно затвердеть конструкция должна через 10 часов.

На скорость схватывания влияют погодные условия: чем выше текущая температура воздуха, тем быстрее происходит процесс. Зимой портландцемент редко набирает установленную крепость, так как часть воды даже при нагреве бетона превращается в лед. Это грозит преждевременным разрушением, появлением трещин, разрывов и других дефектов.

5.Прочность.

Характеризуется предельной нагрузкой на сжатие и отражается в маркировке. Например, портландцемент М400 выдерживает давление не менее 400 кг/см2. Чем выше данный показатель, тем дороже стоит продукция.

Перед покупкой нужно ознакомиться с составом, указанным на этикетке. Так, если в смеси присутствуют противоморозные пластификаторы, значит, с этим материалом можно работать в минусовые температуры; ускорители отверждения уменьшают подвижность бетона, соответственно жидкости потребуется меньше. Инструкция по разведению и пользованию подобным портландцементом всегда есть на упаковке.

hardstones.ru

Свойства портландцемента: способы определения, маркировка

Портландцемент – это строительный материал в виде порошка, применяемый для бетонных и железобетонных конструкций и для возведения различных сооружений. Маркировка, область применения, свойства контролируются по ГОСТ, так как от всех технических характеристик зависит надежность постройки. Если во время производства была нарушена технология изготовления, то он может иметь слабую прочность или плохую устойчивость к агрессивным средам и низким температурам. Определение марки и других параметров проводится только в лабораториях.

Свойства и технические характеристики

Для производства используется клинкер и гипс. В результате получается однородный порошок с серым оттенком. При взаимодействии с водой он расширяется и затвердевает. По прочности готовая бетонная конструкция сравнима с камнем.

Свойства портландцементов, по которым их определяют и маркируют:

  • Размер фракций.
  • Марка (прочность).
  • Водопотребность.
  • Скорость схватывания и время затвердевания.
  • Тепловыделение.

Характеристики изменяются в зависимости от пропорций компонентов и состава, а также от тонкости помола частиц, условий и сроков хранения. От основных свойств вяжущего порошка полностью зависит его область применения.

Тонкость помола влияет на качество: чем меньше фракции, тем лучше материал, и тем выше его стоимость. Размер частиц зависит от метода производства. Измельчается цемент на последней стадии изготовления. От величины фракций зависит и область применения, так как это влияет на прочность и время затвердевания раствора. Для определения их размера порошок просеивается через сито. Если он качественный, то должно пройти не менее 85% цемента.

Водопотребность – это объем воды, который необходим для замешивания раствора нормальной консистенции, измеряется в процентах. Минимальным считается 24%. Чем больше вливается воды в портландцемент, тем ниже выйдет прочность бетонной конструкции. Из-за излишков жидкости появляется много пор. Если воды влить мало, то укладывать смесь будет неудобно, и промешивание получится некачественным.

Водопотребность зависит от количества алюмината кальция в вяжущем порошке: чем больше его, тем лучше. Регулировать эту характеристику портландцемента можно с помощью пластифицирующих добавок, также влияет размер фракций.

Прочность – это основной параметр, по которому различаются цементы. Максимальный процент этой характеристики достигается бетонной конструкцией на 28 сутки. Для определения марки вяжущего компонента изготавливаются пробные образцы в виде кубов или брусков. Их помещают под пресс и давят. Давление, под которым материал начал разрушаться, и считается маркой прочности.

Чем дольше хранится цемент, тем хуже становятся его прочностные характеристики. Уже через 2 месяца с момента производства это свойство значительно снижается. От марки прочности зависит область применения. Чем выше этот показатель, тем сложнее и тяжелее может быть построена из него конструкция.

Для обозначения прочности используется буква М и число после нее, например, М400. Означает, что материал выдерживает нагрузку 400 кг/см2. Выпускается портландцемент марок М400, М500, М550 и М600. Также может быть другая маркировка только числом – 22,5, 32,5 и так далее. В этом случае прочность измерена в МПа. 22,5 означает, что выдерживается давление равное 22,5 МПа.

Сроки схватывания вяжущего компонента зависят от наличия добавок, температуры раствора и воздуха, а также от влажности. Оптимальным временем начала этого процесса по ГОСТ считается 45 минут, максимальное – 10 ч. Окончательное затвердевание достигается на 28 день. Ускорить схватывание можно с помощью добавок или же приобретается быстро застывающий портландцемент. Сокращают время хлористый кальций и карбонат калия, а замедляет сульфат железа.

Когда раствор замешивают, начинается процесс гидратации. В результате этой реакции выделяется тепло. Если возводится особо крупная конструкция, как, например, плотина, то смесь может нагреться +50°С. Из-за избыточной температуры в бетоне могут появиться трещины. Портландцемент без примесей является одним из самых экзотермических, его реже используют для больших сооружений, но благодаря этому его удобно применять при низких температурах. Наименьшее количества тепла выделяет шлакопортландцемент.

Маркировка цемента

Маркировка выглядит следующим образом: Д0 – бездобавочный, Д20 – содержит около 20% примесей ото всего объема вяжущего порошка. С помощью минеральных добавок регулируются характеристики морозостойкости и устойчивости к коррозии.

Для маркировки видов используются буквы. Так, например, обозначение ПЦ – портландцемент, ШПЦ – шлакопортландцемент, БЦ – белый цемент, СС – сульфатостойкий, ПЛ – пластифицированный.

Маркировка разных видов:

  • ЦЕМ I – портландцемент.
  • ЦЕМ II – портландцемент с минеральными добавками.
  • ЦЕМ III – шлакопортландцемент.
  • ЦЕМ IV – пуццолановый.
  • ЦЕМ V – композиционный.

Каждый из типов имеет свою область применения. Пуццолановые и шлаковые вяжущие порошки могут быть использованы для строительств конструкций под землей и в воде, так как устойчивы к агрессивной среде грунта.

Наличие добавок указывается буквой А или В. А означает, что их количество – не более 20% от всего объема порошка, В – 21-35%. Для обозначения скорости схватывания используется литера Н – нормально твердеющий и Р – быстрый ранний.

М400 благодаря высокой устойчивости к морозам и воде и доступности по цене является одним из самых распространенных. Его используют для изготовления бетонных и железобетонных конструкций, в том числе под землей и на земле. М500 применяется для строительства опор, мостов и военно-технических сооружений.

Для сооружений, которые будут находиться под большой нагрузкой, следует приобретать материал высоких марок. Для строительства под землей подбирается вяжущий компонент с соответствующими добавками. Благодаря им бетон будет устойчив и к влаге, и к различным солям.

Приобретать порошок рекомендуется либо у заводов, либо у их представителей или в крупных точках продаж. Главное, чтобы он имел полную маркировку и недавно был произведен. Тара должна быть абсолютно целой. Если мешок поврежден, то не рекомендуется его приобретать. В негерметичной таре цемент быстро втягивает влагу из воздуха, в итоге появляются комочки, из-за воды снижается его прочность. Использовать состав нужно только для указанных областей применения.

В мелких торговых точках покупать вяжущий порошок не рекомендуется, так как вместо высокомарочного материала может продаваться портландцемент более низкой марки или же иметь множество примесей.

stroitel-lab.ru


Смотрите также