Тема: изучение свойств портландцемента

Цель: исследовать реологические и физико-механические характеристики портландцемента и изучить методики определения активности и марки портландцемента.

Материалы и оборудование: прибор Вика с пестиком и иглой, растворомешалка, сферическая чашка с лопаткой, встряхивающий столик и форма-конус, штыковка, формы для изготовления образцов-балочек, вибрационная площадка, весы технические, металлическая линейка, гидравлическая ванна.

Портландцемент представляет собой гидравлическое вяжущее вещество в виде тонкомолотого порошка, полученного измельчением портландцементного клинкера с добавкой гипса в количестве 1,5.. 3,0% в пересчете на ангидрит серной кислоты. Изготавливают портландцемент без добавок и с активными минеральнымидобавками в количестве до 20% от массы цемента. Свойств и качество портландцемента зависят от качества портландцементного клинкера, его минералогического и химического составов, а корректирующие добавки лишь регулируют его свойства. Качество клинкера зависит от тщательности подготовки сырья, условий обжига, режима охлаждения. Химический состав клинкера характеризуется содержанием главных оксидов: кальция, кремния, алюминия и железа, которые в процессе обжига и спекания образуют клинкерные минералы кристаллической структуры, а некоторые из них входят в стекловидную фазу. Минералогический состав клинкера определяется содержанием искусственных минералов - алита, белита, трехкальциевого силиката и четырехкальциевого алюмоферрита.

При смешивании портландцемента с водой образуется пластичное, легкоформируемое клейкое тесто, постепенно густеющее и постепенно переходящее в камневидное состояние. Твердение цемента - это процесс, включающий ряд химических и физических явлений, результатом которых является синтезирование новообразований, которые, в свою очередь, образуют новые соотношения. При твердении портландцемента характерны реакции гидратации (присоединения), которые идут без распада его основного вещества или с его распадом - гидролизом. Из-за малой растворимости компонентов процесс твердения цемента протекает длительное время - в течение многих лет. Однако нарастание прочности камня со временем значительно замедляется. Поэтому, качество цемента принято оценивать по его пределу прочности при сжатии, набираемой им на 28 сутки твердения в нормальных условиях. Портландцемент получают тонким измельчением обожженной до спекания сырьевой смеси известняка и глины, обеспечивающей преобладание в клинкере силикатов кальция.

К разновидностям портландцемента относятся шлаковые цементы, пуццолановые, пластифицированные, гидрофобные, белый, цветные и пр.

Ход работы:

Физико-механические свойства портландцемента изучаются и определяются на образцах цементного камня, полученного в результате схватывания и твердения цемента, затворенного оптимальным количеством воды. Одним из основных факторов, от которого зависят свойства цементного камня, является водоцементное отношение - В/Ц. Из свойств цементного теста к важнейшим относятся нормальная густота и сроки схватывания цемента.

Нормальную густоту цементного теста определяют опытным путем при помощи прибора Вика (рис.6). На технических весах отвешивают 400г цемента и высыпают в сферическую чашу, предварительно протертую влажной тканью. Затем делают в цементе углубление, в которое одним приемом вливают воду в количестве, необходимом для получения цементного теста нормальной густоты (ориентировочно 160мл). Углубление засыпают цементом и через 30с с начала осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой во взаимно перпендикулярных направлениях. Продолжительность перемешивания и растирания составляет 5 мин с момента приливания воды.

После смешивания кольцо прибора Вика наполняют цементным тестом и 5...6 раз встряхивают его, постукивая пластинку о твердое основание. Поверхность теста выравнивают с краями кольца, срезая избыток теста металлической линейкой. Кольцо с тестом помещают на столик прибора Вика и немедленно приводят пестик прибора в соприкосновение с поверхностью теста в центре кольца и закрепляют стержень стопорным устройством, затем быстро освобождают его, предоставляя пестику свободно погружаться. Через 30с с момента освобождения стержня производят отсчет по шкале.

Нормальной густотой цементного теста считают такую консистенцию, при которой пестик прибора Вика не доходит на 5...7 мм до пластинки с установленным кольцом, которое наполнено тостом. При других результатах измерений изменяют количество годы и вновь затворенное тесто испытывают на приборе Вика, добиваясь необходимого показания шкалы. Результаты испытаний заносят в таблицу.

Таблица 9

№ опыта	Название цемента	Навеска цемента	Количество воды, мл	Показание шкалы, мм	Нормальная густота, %	Примечание

ВЫВОД: нормальная густота цементного теста достигается при добавлении к цементу __ мл воды или при водоцементном отношении равном В/Ц=__.

Одним из технических свойств, характеризующих возможность использования вяжущих свойств для строительных целей, являются сроки схватывания и твердения. Для таких вяжущих как портландцемент, пуццолановый цемент, шлакопортландцемент начало схватывания должно наступать не раньше чем через 45мин, а конец схватывания - не позднее 12 часов. Начало и конец схватывания цементного теста определяют при помощи прибора Вика, у которого пестик заменяется на иглу диаметром 1 мм и длиной 50 мм.

За начало схватывания принимается время от начала затворения цемента водой до того момента, когда стальная игла, плавно погружаясь от поверхности цементного теста не дойдет до дна кольца на 1 мм, а за конец схватывания цементного теста - время от затворения цемента водой и до проникновения иглы прибора Вика в тесто на глубину не более чем на 1 мм.

Для определения сроков схватывания приготавливают цементное тесто нормальной густоты и укладывают его в кольцо прибора Вика так же как и в предыдущем опыте. Иглу прибора доводят до соприкосновения с поверхностью теста и закрепляют стержень стопором, затем освобождают его, давая игле свободно опускаться. Иглу погружают в тесто каждые 10 минут, передвигая кольцо после каждого погружения для того, чтобы игла не попадала на прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают, закрепляя в исходное положение. Данные исследований заносят в табл.10.

Таблица 10

№ опыта	Название материала	Количество вяжущего, г	Нормальная густота, %	Схватывание, мин
Начало	Конец

В соответствии с требованиями нормативных документов технические свойства цементов характеризуются величиной предела прочности при изгибе и величиной предела прочности при сжатии. Для определения величин этих показателей изготавливают образцы-балочки размером 40x40x160 мм, в состав которых входит цементно-песчаная смесь в соотношении цемент: песок - 1:3. В качестве нормального песка для испытания цемента применяют природный кварцевый песок с зернами округлой формы размером 0,5...0,9 мм, содержащий не менее 0,8% оксида кремния и не более 5 % глинистых и пылевидных частиц. Активностью портландцемента называют предел прочности при сжатии половинок балочек, приготовленных из цементно-песчаной смеси в соотношении 1:3, хранящихся 1-е сутки во воздушно-влажностных условиях и 27 суток в воде и испытанных в возрасте 28 суток. В зависимости от активности портландцемента с учетом его предела прочности при изгибе он подразделяется на марки: М400, 500 и 600, Численное значение марки цемента соответствует минимально допустимому среднему значению предела прочности образцов при сжатии, МПа.

В чашу, протертую влажной тканью, всыпают 500г испытуемого цемента и 1500г нормального кварцевого песка, перемешивают до однородной смеси. 200г воды (при В/Ц=0,4) вливают в цементно-песчаную смесь и перемешивают до однородного состояния, которую затем помещают в лабораторную растворомешалку и перемешивают в течений 2,5 минут или 20 оборотов чаши. Далее смесь помещают в конус, расположенный на встряхивающем столике. Штыковкой смесь уплотняют в два приема: сначала пятнадцатью нажимами, потом десятью. После выравнивания поверхности смеси металлической линейкой форму-конус снимают и встряхивают 30 раз со скоростью один оборот за одну секунду. После этого линейкой в двух перпендикулярных направлениях измеряют основание конуса - его расплыв. Если диаметр расплыва равен 106...115 мм, то консистенция растворной смеси соответствует нормативным требованиям. В случае несоответствия расплыва конуса производят корректировку раствора с изменением количества воды или цементно-песчаной смеси в соответствующей пропорции.

Из цементного раствора нормальной консистенции формуют образцы-балочки в металлической форме (на три ячейки), слегка смазанной машинным маслом. Форма заполняется до половины раствором, которую помещают на виброплощадку, включают ее и постепенно заполняют форму смесью. Вибрирование смеси составляет 3 минуты, затем смесь заглаживают лопаткой, форму помещают в ванну с гидравлическим затвором так, чтобы она находились над водой. В закрытой ванне образцы твердеют одни сутки. Через 24 ч образцы извлекаются из формы ипомещаются на 27суток в воду. Воду периодически заменяют. Через 28 суток образцы-балочки вынимают из воды, протирают влажной тканью и подвергают испытаниям на изгиб на приборе МИИ-100 (рис.7), а затем при помощи пластинок передачи нагрузки и гидравлического пресса Р-10 прочности на сжатие. Вначале, перед испытаниями, штангельциркулем измеряют геометрические размеры и на технических весах их массу, вычисляют объем и среднюю плотность затвердевшего раствора. После испытания трех образцов-балочек на изгиб получается шесть половинок, которые затем испытывают на сжатие. Результаты испытаний заносят в табл.11. При подсчете среднего арифметического значения шести результатов испытаний отбрасываются два наихудших.

Таблица 11

№ образца	Разрушающая нагрузка, кг	Площадь поперечного сечения, см^2	Предел прочности при изгибе, МПа	Предел прочности при сжатии, МПа	Марка цемента

 

Приготовление цементов различной цветовой гаммы заключается в смешивании портландцемента с минеральными добавками-красителями либо при совместном помоле с портландцементным клинкером в процессе производства цемента. Вкачестве красящих веществ применяются оксиды следующих металлов: железа, цинка, марганца, титана, хрома, никеля и др. (железистый и железный и сурик, окись хрома, кобальт, ультрамарин, сажа). Для получения цемента черного цвета применяют газовую сажу. Белый портландцемент изготавливают и применяют в готовом виде для производства которого используют чистые известняки, мел, белую глину. Содержание пылевидных, илистых и глинистых примесей в сырьевых материалах не должно прерывать 2%.

Количество красящих веществ для приготовления декоративных растворов колеблется в пределах 5... 10% от веса вяжущего вещества. Необходимая же гамма цвета подбирается опытным путем.

Для приготовления цветного цемента берут четыре навески портландцемента по 300г, тщательно перемешивают с тремя видами красителей, указанных преподавателем в определенных количествах. Затем смеси перемешиваются с кварцевым песком по 900г каждая. Смеси затворяются водой в количестве, необходимом для обеспечения нормальной консистенции (по результатам вышеприведенного опыта). После затворения цементно-песчаной смеси с водой и тщательного перемешивания раствор выливается в специальные формы. Таким образом заполняются все ячейки растворами различных оттенков и помещаются в камеру нормального твердения на сутки. Через 24 часа образцы извлекаются из форм и помещаются в году. Через 27 суток влажного хранения образцы вынимают из воды и высушивают при температуре 105°С до постоянного веса. После этого образцы охлаждаются, производят оценку цветового распределения на поверхности образцов, его равномерность распределения, образование высолов и т.п. Результаты осмотра заносят в таблицу.

Таблица 11

№ пп	Ожидаемый цвет	Красящий пигмент	Количество красителя,	Наличие высолов	Тональность	Распределение цветового покрытия
в г	в %
	Серый
	Красный
	Коричневый
	Черный
n	Или…

ВЫВОДЫ: ______________________________________________________

КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ: Что такое портландцемент, какое сырье используется для его производства? Какие минералы портландцементного клинкера Вам известны? Приведите их краткую характеристику. Какие разновидности портландцемента Вы знаете? Основные свойства портландцемента. В чем отличие белого и цветного портландцементов от обычного? Какие процессы происходят при твердении цементного теста? Что такое активность портландцемента и как она определяется? Какие пигменты и красители применяются для цветных цементов? Назначение и область применения портландцемента.

 

 

Лабораторная работа №7