Определение марки цемента

Определение марки цемента проводят по ГОСТ 310.4-81 «ЦЕМЕНТЫ. МЕТОДЫ ОПРЕДЕЛЕНИЯ ПРЕДЕЛА ПРОЧНОСТИ ПРИ ИЗГИБЕ И СЖАТИИ».

Марку цемента устанавливают по величине предела прочности при изгибе и сжатии образцов-балочек размером 40x40x160 мм³, изготовленных из пластичного цементного раствора состава 1:3 по массе (1 ч. цемента и 3 ч. эталонного монофракционного песка Привольского месторождения (Вольский песок), отвечающего требованиям ГОСТ 6139-2003 «ПЕСОК ДЛЯ ИСПЫТАНИЙ ЦЕМЕНТА. Технические условия»).

Применяемая аппаратура: мешалка для перемешивания цементного раствора; чаша и лопатка; встряхивающий столик и форма-конус; штыковка; формы для изготовления образцов-балочек; насадка к формам; вибрационная площадка; прибор для испытания на изгиб образцов-балочек; пресс для определения предела прочности при сжатии; пластинки для передачи сжимающей нагрузки.

Для перемешивания (приготовления) цементного раствора применяют лопастную (рис. 4.11) или бегунковую (4.12) мешалку.

Рис. 4.11 – Схема мешалки для приготовления цементного раствора

1 – чаша; 2 – ведомая лопасть; 3 – ведущая лопасть; 4 – лопасть-скребок

а) 1 – станина; 2 – смесительная чаша; 3 – откидная траверса; 4 – бегунок для перемешивания раствора

б) 1 – станина; 2 – чаша; 3 – ось чаши; 4 – откидная траверса; 5 – бегунок для перемешивания раствора

Рис. 4.12 – Бегунковая мешалка (а) и ее схема (б)

Чаша и лопатка показаны на рис. 4.5.

Конструкция встряхивающего столика (рис. 4.13) должна обеспечивать плавный без перекосов подъем подвижной части на высоту 10 мм и ее свободное падение с этой высоты до удара о неподвижную преграду.

а) 1 - станина; 2 - вал; 3 - кулачок; 4 - ось; 5 – диск; 6 – лист стекла; 7 - форма-конус с насадкой; 8 - маховик

б) 1 - кулачок; 2 - диск; 3 - шток; 4 - станина; 5 - форма-конус с центрирующим устройством; 6 -насадка

Рис. 4.13 – Встряхивающий столик с форма-конусом (а) и его схема (б)

Штыковка имеет размеры, показанные на рис. 4.14.

Рис. 4.14 – Штыковка

1 - стержень; 2 - рукоятка

Разъемная форма для изготовления балочек показана на рис. 4.15, а приспособления для их испытаний – на рис. 4.16.

Рис. 4.15 – Разъемная форма для изготовления балочек

а)

б)

Рис. 4.16 – Схема опирания балочки при испытаниях на изгиб (б)

и пластин для испытаний половинок балочек на сжатие

Образцы-балочки испытывают на изгиб с помощью машины МИИ-100 (рис. 4.17) следующим образом. Стрелку 2 устанавливают на 0 шкалы 1, перемещая винте грузом 6 вдоль прорези 5. Образец-балочку 11 устанавливают на опоры 13 изгибающего устройства (расстояние между центрами опор 100 мм) и маховичком 12 создают первичное натяжение валика 10. При отклонении стрелки 2 до деления 4,5 шкалы натяжение прекращают. После этого, поднимая рукоятку управления 7, включают электродвигатель машины, который перемещает с постоянной скоростью по одному коромыслу рычага груз постоянной массы. Коромысло 9 этого рычага связано с серьгой изгибающего устройства. При перемещении груза плавно увеличивается усилие на испытываемую балочку.

Машина снабжена счетчиком 8, который автоматически, в зависимости от положения груза, показывает напряжение в бал очке в данный момент испытания. В момент разрушения образца коромысло, падая, ударяется о шайбу 4 амортизатора 3 и выключает машину. На счетчике остается показание предела прочности при изгибе (в кгс/см²). Сняв половинки балочек, рукоятку управления опускают в крайнее нижнее положение. При этом машина возвращает груз в начальное положение, а счетчик сбрасывает показания до нуля.

Рис. 4.17 – Схема испытательной машины МИИ-100

Проведение испытаний. Сначала определяют консистенцию цементного раствора, которая требуется для изготовления образцов-балочек. Для этого отвешивают 1500 г песка и 500 г цемента и отмеряют 200 г воды (В/Ц = 0,4).

При использовании лопастной мешалки (рис. 4.11) компоненты загружают в предварительно протертую влажной тканью чашу мешалки в следующей последовательности: песок, вода, цемент. Чашу устанавливают на мешалку и производят перемешивание в течение (120±10) с.

При использовании бегунковой мешалки (рис. 4.12) отвешенные песок и цемент высыпают в предварительно протертую мокрой тканью сферическую чашу, перемешивают цемент с песком лопатой в течение 1 мин. Затем в центре сухой смеси делают лунку, вливают в нее воду в количестве 200 г (В/Ц=0,40), дают воде впитаться в течение 0,5 мин и перемешивают смесь в течение 1 мин. Далее раствор переносят в предварительно протертую мокрой тканью чашу мешалки и перемешивают в последней в течение 2,5 мин (20 оборотов чаши мешалки).

По окончании перемешивания определяют консистенцию цементного раствора. Для этого используют встряхивающий столик и металлическую форму-конус (рис. 4.13). Встряхивающий столик состоит из чугунной станины 1 на валу 2 находится кулачок 3, который поднимает ось 4 сгоризонтальным диском 5 и закрепленным на нем листом зеркального стекла диаметром 300 мм. При вращении маховика 8 ось с укрепленным диском при помощи кулачка совершает возвратно-поступательное вертикальное движение. При этом столик поднимается на 10 мм, встряхивая форму 7.

Перед укладкой смеси в конус внутреннюю поверхность его и стеклянный диск слегка увлажняют. Растворную смесь укладывают в форму-конус двумя слоями равной толщины. Каждый слой уплотняют металлической штыковкой (рис. 4.14). Нижний слой штыкуют 15 раз, верхний – 10. Во время укладки и уплотнения раствора конус прижимают рукой к стеклянному диску. Излишек раствора срезают ножом и форму-конус медленно поднимают. Затем, вращая рукоятку маховика, встряхивают столик 30 раз в течение 30 с, при этом конус цементного раствора расплывается.

При помощи штангенциркуля или стальной линейки измеряют расплыв конуса по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях. Консистенцию раствора считают нормальной, если расплыв конуса оказался равным 106-115 мм. Если расплыв конуса окажется менее 106 мм, количество воды увеличивают для получения расплыва конуса 106-108 мм. Если расплыв конуса окажется более 115 мм, количество воды уменьшают для получения расплыва конуса 113-115 мм.

Водоцементное отношение, полученное при достижении расплыва конуса 106-115 мм, принимают для проведения дальнейших испытаний. Водопотребность раствора выражают в виде водоцементного отношения, при котором расплыв конуса составил нормируемую величину – 106-115 мм.

Образцы-балочки формуют в трехгнездовых металлических формах (см. рис. 4.15). Внутреннюю поверхность стенок и поддона слегка смазывают машинным маслом. На собранную форму надевают металлическую насадку и густой смазкой промазывают снаружи стык между формой и насадкой.

Цементный раствор нормальной консистенции для изготовления трех образцов-балочек приготовляют так же, как и для определения нормальной густоты раствора, т. е. из 500 г цемента и 1500 г песка. На каждый намеченный срок испытания изготовляют три образца.

Для уплотнения раствора подготовленную форму с насадкой прочно закрепляют на стандартной виброплощадке, создающей вертикальные колебания с амплитудой 0,35 мм и частотой 2800-3000 колебаний в 1 мин.

Готовый раствор укладывают в гнезда формы слоем приблизительно 1 см 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 выключают и снимают форму. Затем смоченным ножом срезают излишек раствора, зачищают поверхность образцов вровень с краями формы и маркируют образцы.

Готовые образцы в формах хранят в ванне с гидравлическим затвором (см. рис. 4.7) в течение (24±1) ч. Затем образцы осторожно расформовывают и укладывают в горизонтальное положение в ванну с водой, где хранят до момента испытания. Образцы в воде не должны соприкасаться один с другим и вода должна покрывать образцы не менее чем на 2 см. Необходимо, чтобы объем воды в сосуде для хранения образцов был в 4 раза больше объема образцов. Температуру воды в ванне поддерживают (20±2) ⁰С. Воду, в которой хранят образцы, рекомендуется менять через каждые 14 дней. Вынутые образцы испытывают, предварительно протерев, не позднее чем через 30 мин.

Для определения марки цемента образцы-балочки в возрасте 28 сут с момента их изготовления испытывают на изгиб, а затем каждую из полученных половинок – на сжатие.

При испытаниях на изгиб (в приборе МИИ-100, рис. 4.17) образец устанавливают на опорные элементы прибора таким образом, чтобы его горизонтальные при изготовлении грани находились в вертикальном положении. Предел прочности при изгибе образцов цементного раствора вычисляют как среднее арифметическое из двух наибольших результатов испытания трех образцов-балочек.

Половинки балочек испытывают на сжатие на гидравлическом прессе. Для передачи нагрузки на половинки балочек применяют плоские стальные шлифованные пластинки площадью 25 см² (рис. 4.16б). Каждую половинку балочки помещают между двумя пластинками таким образом, чтобы боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам формы, совпадали с рабочими поверхностями пластинок, а упоры пластинок плотно прилегали к торцевой гладкой стенке образца (рис. 4.18).

Рис. 4.18 – Схема испытаний половинок балочек на сжатие

1, 3 - нижняя и верхняя плиты пресса; 2 - пластинки

При испытании образца на сжатие скорость увеличения нагрузки должна быть около 5 кН/с.

Предел прочности при сжатии R _сж, МПа, определяют по формуле:

R _сж = Р/S, (4.2)

где Р – разрушающая нагрузка, Н; S – рабочая площадь пластинки, мм².

Предел прочности при сжатии образцов, изготовленных из испытываемого цементного раствора, вычисляют как среднее арифметическое четырех наибольших результатов шести испытанных образцов.

Полученные результаты испытаний сравнивают с требованиями ГОСТ 10178-85 для портландцемента, приведенными в табл. 4.2, и делают заключение о марке испытанного цемента.

Таблица 4.2

Требования к маркам портландцемента и его разновидностей

Цемент	Марка	Предел прочности в возрасте 28 сут, МПа (кгс/см2)
при изгибе	при сжатии
Портландцемент обыкновенный и Шлакопортландцемент		4,4 (45) 5,4 (55) 5,9 (60) 6,1 (62) 6,4 (65)	29,4 (300) 39,2 (400) 49,0 (500) 53,9 (550) 58,8 (600)