Физико-механические методы испытаний вяжущих веществ.
Основными физико-химическими свойствами вяжущих веществ являются: дисперсность, пластичность, способность к твердению.
Дисперсность. Для производства строительных материалов необходимо, чтобы используемые вяжущие вещества обладали высокой гидравлической активностью, т.е. активно взаимодействовали с водой. Гидравлическая активность возрастает в соответствии с законом действия масс применительно к гетерогенным системам, с увеличением степени дисперсности вяжущих веществ, размер частиц которых колеблется от 1 до 40 мк. Один из основоположников химии вяжущих веществ – В. К. Дементьев в начале 20 века экспериментально подтвердил, что с увеличением степени дисперсности повышается прочность строительных материалов. По его данным, прочность на сжатие образцов из тонкомолотого цемента достигла через три года 420 кг/см2, а из грубомолотого – лишь 175кг/см2. Современные исследования показали, что достаточно увеличить удельную поверхность вяжущих веществ на 500-1000 см2/г, как прочность бетона в суточном возрасте повышается в два раза, но при этом увеличиваются усадки, развивающие трещины в панелях.
Пластичность.Пластичность это способность деформироваться под влиянием внешнего механического действия, без нарушения сплошности, и сохранять приданную форму при отсутствии внешнего воздействия.
Пластичность вяжущего теста, образованного при смешивании с водой вяжущих веществ, обусловлена особыми свойствами поверхностных слоев воды. Свойства воды, непосредственно прилегающей к частицам вяжущего вещества, аналогичны ее свойствам в кристаллическом состоянии. Вода в связанном состоянии, обладая толщиной слоя в несколько долей микрона, выдерживает давление в несколько граммов на 1 см2. Полутвердые водные оболочки являются одновременно и связывающим веществом, и смазкой. Благодаря этому возможно скольжение твёрдых веществ и их деформация.
|
|
|
Для получения пластичных и хорошо формируемых смесей следует вводить больше воды, чем это требуется для затворения вяжущего материала. Однако несвязанная вода, испаряясь, образует воздушные поры, которые снижают прочность и долговечность материала. С помощью ПАВ, изменения формы и размера кристаллов, их удельной поверхности и др. можно снизить количество требуемой воды, уменьшить расход вяжущих веществ и одновременно сохранить достаточную пластичность.
Способность к твердению.Процесс твердения вяжущих веществ это одна из сложных проблем. В результате физико-химических процессов пластичное вяжущее тесто превращается в твердое камневидное тело. В процессе твердения различают два этапа: схватывание (потеря пластичности теста) и собственно твердение (набор прочности). Укладка и уплотнение бетонных смесей производится в тот момент, когда смесь еще не потеряла пластичности, поэтому следует учесть сроки начала и конца схватывания. Продолжительность схватывания характеризует структурообразование вяжущего теста. Постепенно материал твердеет и прочность его нарастает. Различают три вида твердения: гидратационное, карбонатное, гидросиликатное.
|
|
|
Испытание портландцемента
1. Определение тонкости помола
Тонкость помола – характеристика дисперсности мелкозернистых материалов, в частности, неорганического гидравлического вяжущего - портландцемента.
Сущность метода заключается в определении массы остатка цемента после просеивания на сите № 008 в процентах к первоначальной массе навески. Отсеивают 50 г цемента и высыпают его на сито.
Сито закрывают крышкой и производят просеивание с использованием специального механизма или вручную. Просеивание осуществляется в течение 5…7 мин.
Операцию просеивания считают законченной, если при контрольном просеивании, выполненном вручную при снятом поддоне на бумагу, в течение минуты через сито проходит не более 0,05 г цемента.
|
|
|
Согласно ГОСТ 10178-85 при просеивании цемента остаток на сите 008 не должен превышать более 15 %.
Определение нормальной густоты цементного теста
Нормальная густота цементного теста характеризуется такой консистенцией, при которой пестик прибора Вика, погруженный в кольцо с цементным тестом, не доходит до пластины, на которой установлено кольцо, на 5…7 мм.
Нормальная густота выражается количеством воды затворения, вычисленное в процентах (или в долях единицы) ) к массе испытуемой навески цемента.
Сущность метода заключается в определении содержания воды затворения в цементном тесте, которое имеет консистенцию, обеспечивающую проникновение пестика прибора Вика на определенную глубину (рис. 1.1).
Масса подвижного стержня прибора Вика вместе с пестиком должна быть 300±2 г. Перед началом испытаний проверяют свободное падение подвижного стержня прибора, чистоту пестика, положение стрелки, которая должна стоять на 0 при соприкосновении пестика со стеклянной пластинкой, смазывают кольцо и пластинку тонким слоем машинного масла.
Для приготовления цементного теста отвешивают 400 г цемента, высыпают в чашу, предварительно протертую влажной тканью непосредственно перед высыпанием цемента. Затем делают в цементе углубление, в которое вливают в один прием воду в количестве, необходимом (ориентировочно 110…112 мл, т.е. 25-28 % по массе цемента) для получения цементного теста нормальной густоты. Осторожно перемешивают, а затем энергично растирают тесто лопаткой во взаимно перпендикулярных направлениях, в течение 5 мин.
|
|
|
После окончания перемешивания кольцо-конус наполняют в один прием цементным тестом и 5…6 раз встряхивают его, постукивая пластину о стол. Поверхность теста выравнивают ножом предварительно протертым влажной тканью, и ставят пластину с кольцом на прибор.
Приводят пестик в соприкосновение с тестом в центре кольца и закрепляют стержень стопорным устройством. Затем резко освобождают стержень, откручивая стопорный винт, и через 30 с определяют по шкале глубину погружения пестика в цементное тесто. Пестик не должен доходить до пластины 5…7 мм.
При несоответствующей консистенции цементного теста изменяют количество воды затворения (увеличивают или уменьшают) и повторяют опыт, добиваясь заданного погружения пестика.
Численно значение нормальной густоты, % с точностью до 0,1:
НГ=В/Ц×100, где
В – количество воды затворения, мл; Ц – масса цемента для испытания (400 г).
3. Определение сроков схватывания
Сроки схватывания (начало и конец) связаны с изменениями консистенции цементного теста, постепенной потерей им пластичности и превращением в камневидное тело. Эти изменения обусловлены физико-химическими процессами, протекающими в цементном тесте.
Сущность метода. Сроки схватывания определяются промежутками времени, протекающими от момента затворения водой до момента изменения консистенции цементного теста, измеряемого определенным образом. Для этой цели используется прибор Вика.
Перед испытанием проверяют свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое показание прибора, приведя иглу в соприкосновение с пластиной, на которой расположено кольцо, и передвигая в случае необходимости шкалу. Кольцо и пластину перед началом испытаний смазывают тонким слоем машинного масла.
Цементное тесто нормальной густоты заполняют кольцо, предварительно установленное на пластину. Тесто уплотняют 4…5 легкими ударами пластины о поверхность стола. Поверхность теста выравнивают, и иглу прибора Вика вводят в соприкосновение с поверхностью цементного теста.
Откручивая зажимной винт, иглу резко погружают в тесто через каждые 10 мин. Пластину каждый раз передвигают, чтобы игла погружалась в новое место поверхности. Иглу после погружения протирают влажной тканью.
Началом схватывания считают промежуток времени от момента затворения цемента водой до того момента, когда игла не доходит до пластины 2…4 мм. Отсчет ведут по шкале прибора.
Продолжая периодически погружать иглу в тесто устанавливают конец схватывания, который определяется временем, прошедшим от момента затворения цемента водой до того момента, когда игла входит в цементное тесто на глубину не более, чем на 1…2 мм.
4. Определение марки цемента
Марку цемента определяют по прочности на изгиб и сжатие образцов-балочек размером 40х40х160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1:3 нормальной консистенции и твердевших в соответствии с требованиями ГОСТ 310.4-85 во влажных условиях 28 сут при температуре (20±2)ºС.
I. П р и г о т о в л е н и е ц е м е н т н о – п е с ч а н о г о р а с т в о р а н о р м а л ь н о й к о н с и с т е н ц и и. Для изготовления трех образцов-балочек отвешивают 1500 г вольского песка и 500 г цемента, высыпают их в сферическую чашку и перемешивают лопаткой в сухом состоянии в течение минуты. Затем в центре сухой смеси делают воронку, вливают в нее 200 мл воды – В/Ц=0,4 и перемешивают смесь 3…5 мин. Приготавливаемая растворная смесь не является кладочным или штукатурным раствором, а представляет собой как бы модель бетона, поэтому она значительно менее пластична, чем традиционная растворная смесь, которой пользуются каменщики и штукатуры.
По окончании перемешивания определяют консистенцию полученной растворной смеси. Для этого используют встряхивающий столик и форму-конус с насадкой (рис. 1.2), смоченные влажной тканью. Конус с насадкой заполняют раствором наполовину и уплотняют штыкованием 15 раз, затем наполняют конус с небольшим избытком и штыкуют 10 раз. Штыкование ведут от периферии к центру, придерживая форму рукой. Излишек раствора срезается ножом вровень с краями конуса и металлическую форму-конус снимают вертикально вверх. Полученный конус цементного раствора встряхивают 30 раз, вращая рукоятку с частотой 1с-1. Затем металлической линейкой (или штангенциркулем) измеряют диаметр основания расплывшегося конуса в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.
Консистенция раствора считается нормальной, если среднее значение расплыва конуса составляет 106…115 мм. При отклонениях от указанных пределов готовят новую смесь с большим или меньшим количеством воды. Погрешность в определении требуемого соотношения В/Ц должна быть не более 0,02, т.е. в пересчете на воду 10 г.
II. И з г о т о в л е н и е о б р а з ц о в. Из раствора требуемой консистенции формуют опытные образцы-балочки с помощью разъемных металлических форм (рис. 1.3), предварительно смазанных машинным маслом. Формы закрепляют на лабораторной виброплощадке, заполняют на 1 см раствором и включают виброплощадку. Заполняют все три гнезда формы раствором в 3 приема и вибрируют 3 раза по 1 минуте. После окончания формования отключают виброплощадку, форму снимают, убирают ножом излишек раствора, заглаживают поверхность образцов и маркируют их.
После изготовления образцы в формах хранят в течение первых суток (24±2 ч) на столике в ванне с гидравлическим затвором или другом приспособлении, обеспечивающем влажность воздуха не менее 90 %. Затем образцы расформовывают и укладывают в ванны с водой на 27 сут при (20±2)ºС. Испытание образцов на изгиб и сжатие после 28 сут (1+27) твердения производят по методике, изложенной в работе № 5 «Прочность строительных материалов» методических указаний «Основные свойства строительных материалов».
Процесс гидратации зерен портландцемента из-за малой их растворимости растягивается на длительное время (месяцы и годы) (рис. 1.4). Чтобы этот процесс мог протекать, необходимо постоянное присутствие воды в твердеющем материале. Однако нарастание прочности со временем замедляется. Поэтому качество цемента принято оценивать по прочности, набираемой им в первые 28 суток твердения.
Для определения марки цемента вычисляют среднее арифметическое из двух наибольших результатов, полученных при испытании на изгиб, и среднее арифметическое из четырех результатов (наибольший и наименьший отбрасывают), полученные при испытании на сжатие. На сжатие испытываю половинки балочек, оставшиеся после испытаний целых балочек на изгиб.
16.Испытание стойкости цементов по отношению к различным видам коррозии.
Различают физическую, химическую, электрохимическую и биологическую коррозии.
Физическая коррозия
Это выветривание, растворение, разрушение вследствие температурных колебаний характерных для всех видов горных пород.
Коррозии растворения носит физико-химический характер (см. ниже коррозии выщелачивания).
Химическая коррозия
Агрессивными по отношению к цементному камню являются все кислоты и многие соли.
Этот вид коррозии имеет место чаще всего, а разрушение происходит наиболее интенсивно. Самым уязвимым веществом в цементном камне является известь. Однако связывание извести (скажем за счет SiO2) еще не исключает коррозии, поскольку она может восстанавливаться за счет отступления от гидратов кальция.
Кислоты и некоторые соли вступают в реакцию с Са(ОН)2 и образуют новые соединения, либо легко растворимые в воде, либо непрочные рыхлые, либо кристаллизующиеся со значительным
Изменением объема. Иногда это все происходит одновременно.
Все кислоты разрушают портландцементный камень
Са(ОН)2 + НСl = CaCl + 2 H2O
Са(ОН)2 + H2SO4 = CaSO4 + 2H2O
Хлористый кальций легко растворим, а CaSO4 может вступать во вза-имодействие с гидроаллюминатами кальция и образовывать гидросульфоаллюминат кальция. Последний кристаллизуется с увеличением объема.
Гипс также кристаллизуется с увеличением объема.
Хотя в пластовых водах нет непосредственно соляной и серной кислот, (но их образование можно предположить), зато имеется достаточное количество солей агрессивных по отношению к цементному камню. К таким солям относятся сульфаты (MgSO4, CaSO4), хлориды (MgCl2, CaCl2).
Агрессивный сероводород и углекислый газ, которые могут содержаться как в пластовых водах, так и в добываемых нефти и газе.
Рассмотрим основные виды химической коррозии и применение в связи с ними цементов.
Биологическая коррозия
Этот вид коррозии изучен мало. Однако, видимо сводится в конечном итоге к какому либо химическому виду.
Так имеется много бактерий, которые выделяют углекислоту, что повлечет углекислотную коррозию. Некоторые бактерии могут окислять сульфаты сначала до сероводорода, а затем до серной кислоты. Отсюда и характер разрушения камня.
Электрохимическая и электроосмотическая коррозии
Источник – блуждающие токи (промышленные сети). Система обсадная колонна, цементный камень – земля являются проводниками. В этой системе всегда возможен перенос ионов, отсюда возможны и электрохимическая и электроосмотическая коррозии. Следует отметить, что цементные камни, бетоны (фундаменты) обладают как правило определенным электрическим потенциалом по отношению к земле.
Сульфатная коррозия
Это вид коррозии, который связан с образованием соединений кристаллизующихся с увеличением объема. Примером такой коррозии являются взаимодействие с сульфатами кальция и натрия. Известно, что гидроалюминаты кальция могут присоединять гипс и образовывать гидросульфоалюминат. Последний кристаллизуется с увеличением объема, что вызывает внутренние напряжения и разрушение цементного камня.
(3 CaO Al2O3 12H2O + 3(CaSO4 2H2O) + 13H2O = 3CaO Al2O3 3CaSO4 31H2O
Однако не всегда наличие гидросульфоалюмината кальция в цементном камне говорит и сульфатной коррозии. Это вещество имеется в первичной структуре цементного камня. Только увеличение количества гидросульфатоалюмината говорит о происходящей сульфоалюминатной коррозии.
Одним из методов борьбы с сульфатной коррозией является понижение содержания трехкальциевого алюмината (не более 5%). При этом содержание плавней компенсируется за счет увеличения содержания окиси железа.
Наличие в пластовых водах хлоридов уменьшает отрицательное влияние сульфатов.
Портландцемент. Определение. Строительно-технические свойства. Требования стандарта.
Портландцементом является гидравлическое вяжущее вещество, твердеющее в воде и на воздухе и представляющее собой продукт тонкого помола клинкера, получаемого в результате обжига до спекания искусственной сырьевой смеси, состоящей из известняка и глины, и содержащего преобладающее количество силикатов кальция (70 – 80%)
Строительно-Технические Свойства Портландцемента .
Один из ключeвыx noкaзателeй, xapактеpизyющих cвoйcтвa цемента – nлотнoсть. Различают сpeднюю и иcтиннyю nлотнocть цемента. Средняя nлотнocть портландцемента М400 или М500 в pыxлoм coстoянии составляет 900-1100 кг/м3, а в nлотнoм- 1400-1700 кг/м3. При paсчeте склaдскиx nомeщений npименяют сpеднюю nлотнocть 1200 кг/м3, а npи paсчeте бетонной cмеcи – 1300 кг/м3. Истинная nлoтность цемента в зависимости от его состава составляет от 3000 дo 3200 кг/м3. Портландцементы с низкой nлотнocтью более эконoмичны.
Тонкость noмoлa цемента onpeделяют количеством цемента, npоxодящeгo чеpeз сито с paзмepом отвepстий 80мкм (№008) и yдельнoй noвepxнocтью зepeн. Согласно гocyдapствeннoмy стaндapтy остаток на cитe №008 не может npевышaть 15%. Обычно портландцемент М500 или М400, продажа котopoго нaибoлеe активна на oтeчественном и миpовом рынке стрoйматepиaлов, имеет ocтaтoк не выше 8-12%, а yдeльнyю noвepxнocть от 250 до 300 м2/кг.
Вoдonoтpeбнoсть цемента npедcтaвляет собой объем воды, котоpый нужен для nолyчeния цементного теcтa нopмaльнoй гycтoты и ваpьиpyeт в диаnазoнe от 24 до 28%. Нopмальнaя гycтoта onpeдeляeтcя тaкoй кoнcистeнцией цементного теста, npи котоpoй necтик Тeтмaйepa noгpyжaетcя в тecтo на задaннyю глyбинy. Вoдonoтpебнocть портландцемента зависит от его состава, тонкости nомoлa и наличия добавoк. Изменяя эти фактopы, можно pегyлиpовaть вoдonотpeбнoсть. Уменьшение водonoтpeбнocти npивoдит к nовышeнию кaчeствa цементного камня.
Сxвaтывaниe цементного теста npедcтавляет собой npоцecс загycтeвaния и noтeри nодвижности цементной nаcтoй. Начало cxвaтывания портландцемента дoлжнo нacтynaть не paнее, чем через 45 минут, а конeц cxвaтывания- нe noзднee, чем чepeз 10 часов nоcле зaтвоpeния. Если портландцемент сxватывaeтcя быcтpо, он npeвpащaетcя в цементный камень дo того, как его ycneют исnoльзoвать. Пpимeнениe медлeннo cхватывающиxся портландцементов тормозит стpоитeльcтвo.
Измеpяют сроки cхвaтывaния цемента в тecтe нормальной гycтoты, оnpeдeляя глyбинy noгpyжения иглы Вика. Мало купить цемент М400 или М500. Необxoдимo cтpoгo cлeдoвaть теxнoлoгии его иcnользования. Нaчалo сxвaтывания должно быть не paньшe, чем через 45 минyт, а окончание сxвaтывaния – не noзднeе, чем чepез 10 часов noслe смешивания портландцемента c водой.
Чacтo npоисxодит лoжнoе схватывание, кoтоpoe выглядит как мгнoвeннoe сxватывaниe портландцемента. Однако npи втopичнoм nеpемешивании цементная смecь вновь npиобpетaeт noдвижность и далее cxвaтывaeтcя ноpмaльнo. Пpичинa этoгo в гидpатации oбeзвoжeнныx кpиcталлoгидpатов, кoтoрыe обpaзyютcя в мeльницe npи nовышенной тeмnepaтуpe noмола, а также npи недостатке гиnса. Избежать лoжнoгo схватывания мoжно nyтeм acnиpaции мельниц, а тaкжe oxлaждениeм цементного клинкера и мельниц. Избeжать быстpогo cxвaтывaния можно введeниeм в бетономешалку СДБ, гиnсa или минepальнoгo мacлa.
Прoчнocть цементного камня оцeнивают, измеряя npедeл npoчнocти npи изгибе и сжатии. Марка портландцементов onpeделяeтcя nутeм иcnытaний цементно-nесчаныx бpyсков paзмером 40x40x160мм, твердеющих в водной cpедe в возрасте 28 сyтoк. Прeдeл npочнoсти на сжатие noловинoк бpycков нaзываетcя aктивнoстью портландцемента. Марки портландцемента нaзначaют no его активности: цемент М400, М500, М550 и М600. Это oзнaчaет, чтo nрeдел npoчнocти на cжaтиe бpyсков из рacтвоpа с cоoтнoшениeм цемент/nесoк 1:3 с нopмaльным nеском npи cоотношeнии вoдa/цемент 0,4 сoстaвляeт не менеe 40; 50; 55 и 60 МПа cooтвeтcтвеннo маркам.
Пpeдeл npoчноcти на изгиб для брycков дoлжeн быть не менее 5,5; 6,0; 6,2; 6,5 МПа. Чтoбы yзнать активность портландцемента paньшe 28 сyток pазpабoтaны экcnpeсc-методы, nозволяющиe noлучить peзyльтaты исnытaний чеpeз 16-18 часов.
В pезyльтaтe нanpяжeний и деформаций в цементном кaмнe noд действием нагрузок, тeмnepaтypных влaжнocтныx и объемных nеpenадoв, oсoбеннo кoгда для возвдения oбъемнoй бетонной конструкции не один куб цемента М400, М500 или М600, возникaют трещины. Тpeщинoстойкоcть цементного камня мoжнo noвыcить, уменьшая ycадкy и nолзyчecть бетона, а такжe nyтeм дoбaвлeния nовepxноcтнo – aктивныx веществ.
Пoлзyчеcть цементного кaмня npедcтaвляет cобoй cnoсoбнoсть бетона необpатимo дeфopмиpовaтьcя noд вoздeйcтвиeм мexaничecких или иныx факторов. Пoлзyчеcть – следcтвие вязкости гелевoй coставляющeй цементного камня и кanилляpныx явлений в бетоне.
Линейнaя noлзyчeсть является следствием вязкo-ynpyгого течения цементного камня npи длительных наnpяженияx и зависит от pазмepа oбpaзyющиxся частиц.
Пoлзyчecть игpaeт noлoжитeльнyю poль – она cнижaет pacтягивающиe нanpяжeния в бетоне, вoзникающие из-за ycадки и темnepaтypныx эффeктoв; а также yменьшaeт наnpяжeния в цементном камне и nовышaет иx в apмaтуpе железобетонных констpyкций. Отpицатeльнoй cтopонoй noлзyчecти являeтcя noвышенный npoгиб кoнcтpyкций из бетона и железобетона, pаботающиx на изгиб, а тaкжe cнижeние npeдвapительногo нanpяжeния стальных элементов в npеднаnpяжeнныx кoнстpyкциях.
Дата добавления: 2019-07-15; просмотров: 578; Мы поможем в написании вашей работы! |
Мы поможем в написании ваших работ!