Определение времени схватывания цементного теста

Определение сроков схватывания

При работе с растворами и бетонными смесями важно знать время начала и конца сроков схватывания этих составов.

До начала схватывания растворную или бетонную смесь не­обходимо приготовить, доставить на место укладки или закачать в закрепное пространство, в скважины и т.п., а также очистить оборудование — транспортные сосуды, растворо- и бетононасосы.

По ГОСТ 310.3-76 сроки схватывания рекомендуется опреде­лять на приборе Вика или при помощи прибора АПСС-6 с автома­тической записью сроков схватывания.

Для определения сроков схватывания цементного теста нормальной густоты его помещают в конусное кольцо прибора Вика, в котором пестик заменен стальной иглой сечением 1 мм 2 и длиной 50 мм. Игла должна быть ровной и гладкой. Так как при замене пестика иглой вес стержня уменьшается, то на плоскую го­ловку стержня накладывают дополнительный груз, чтобы вес под­вижной части прибора (стержня с иглой) остался прежним.

Цементное тесто нормальной густоты и прибор Вика готовят по методике, изложенной в п.1. После приготовления теста им за­полняют за один прием кольцо прибора Вика, установленное на пластинку (дно), и слегка встряхивают 5-6 раз для удаления воз­духа. Избыток теста снимают смоченным ножом и выравнивают его поверхность с краями кольца.

Кольцо с цементным тестом устанавливают на столик прибора, опускают стержень до соприкосновения иглы с поверхностью теста и закрепляют его винтом. Затем освобождают зажимной винт, чтобы игла могла свободно погружаться в тесто.

Иглу погружают в тесто через каждые 5 мин до начала схва­тывания и через каждые 15 мин до конца схватывания. Место по­гружения иглы в тесто каждый раз меняют, передвигая кольцо, а иглу вытирают мягкой тканью или фильтровальной бумагой.

Началом схватывания цементного теста считают время от на­чала затворения цемента водой до момента, когда игла не дойдет до дна конусного кольца на 1-2 мм, концом схватывания — время от начала затворения цемента водой до момента, когда игла опустится в тесто не более чем на 1 мм.

Сроки схватывания цементного теста зависят в основном от минералогического состава цемента, тонкости его помола и тем­пературы окружающей среды и регулируются введением в цементное тесто добавок.

Сроки схватывания некоторых цементов

Исследование влияния количества и вида добавок на водопотребность цементного теста

Цель работы – определить водопотребность цементного теста с данным видом и заданным количеством добавки. Затем сравнивается водопотребность цементного теста без добавки и с добавкой и делается заключение о влиянии вида и количества добавки на водопотребность.

При изготовлении растворных и бетонных смесей важно затворять их точно определенным количеством воды.

Если воды в цементном тесте меньше оптимального количества, то некоторые частицы цемента не будут участвовать в химической реакции и прочность цементного камня будет меньше проектной.

Избыточное количество воды в цементном тесте приводит к тому, что в теле цементного камня остается вода, которая, испаряясь или мигрируя, снижает механическую прочность камня, уменьшает его морозостойкость, повышает водопроницаемость.

Количество воды затворения принято выражать в % от веса цемента и обычно указывается для растворных и бетонных смесей, например В:Ц = 0.4; 0.5; 0.6.

Введение в цемент различных добавок меняет характеристики цементного теста, в том числе и водопотребность. Оптимальное количество воды затворения цемента с добавками можно определить экспериментальным путем, описываемым в данной работе.

Суть работы сводится к тому, чтобы методом проб приготовить из цемента без добавки тесто такой густоты, в котором пестик Тейтмайера прибора Вика, погружаясь в это тесто под действием веса подвижных частей, останавливался, не доходя до дна кольца на 5-7 мм.

Количество воды, израсходованное для затворения теста такой густоты в % по отношению к весу цемента, называется водопотребностью, а само тесто такой густоты называется тестом нормальной густоты.

Водопотребность цементного теста необходимо знать для того, чтобы определить количество воды затворения для приготовления из конкретных цементов высококачественных цементных растворов.

При введении добавок водопотребность цементного теста меняется в зависимости от вида и количества добавки.

Количество и вид добавки в процентном отношении к весу цемента обычно зависит от преследуемых целей и указывается в задании.

Водопотребность некоторых цементов без добавок указана в таблице 1.

Порядок проведения работы

Для выполнения данной работы необходимо иметь следующие приборы, инструменты и материалы:

1.Прибор Вика с пестиком Тетмайера (устройство прибора приведено в работе № 3).

2. Весы технические, позволяющие взвешивать грузы до 1 кг с точностью ± 1 г.

3. Мерный цилиндр емкостью до 250 мл с ценой деления до 1 мл, или стакан емкостью до 250 мл.

4. Часы песочные на 5 мин, либо часы с сигналом, либо реле времени для измерения интервала времени 5 мин.

5. Герметически закрывающаяся емкость для хранения цементов на 20 л по одной на каждый вид цемента.

6. При затворении цементного теста вручную сферическая чаша (рис.2) с круглой лопаткой (рис.3, лаб. раб.№ 3).

7. В случае механизированного приготовления цементного теста – механическая мешалка– в этом случае сферическая чаша не нужна.

9. Нож и совок для цемента.

10. Исследуемый цемент, каждого вида не менее 5 кг.

11. Вода для затворения (годна питьевая) примерно по 3 л на каждый цмент.

12. Масло машинное для смазки оборудования и инструмента 0.5 л.

13. Ветошь для чистки инструмента и оборудования 0.5 кг.

Определение сроков схватывания цементного теста

Приготовленное цементное тесто через определенное время начинает загустевать и схватываться. Это время для разных цементов различно. Если цементное тесто схватывается слишком быстро, это затрудняет технологический процесс, т.к. недостаточность времени схватывания не позволяет выполнить технологические операции (например, укладку бетонной смеси в форму). При чрезмерном увеличении времени схватывания снижается производительность труда на производстве. Поэтому сроки схватывания цементного теста в зависимости от его вязкопластических свойств и прочности условно разделяют на два периода, регламентированных ГОСТом. Эти периоды называются началом и концом схватывания. Условно принимается, что твердение происходит после конца схватывания цементного теста.

Определение сроков схватывания производят с помощью прибора Вика (рис 3.2). Пестик, применяемый для определения нормальной густоты цементного теста, заменяют на иглу длиной 50 мм и диаметром 1,1 мм. Масса перемещаемой части прибора должна быть 300±2 г. Для достижения этого на площадку верхней части стержня прибора устанавливают дополнительный груз.

Температура, при которой проводится опыт, должна быть 20±3°С. Порядок проведения испытания следующий.

Берут 400 г цемента и приготовляют тесто нормальной густоты. Тесто в один прием укладывают в кольцо прибора Вика. Стеклянную пластинку предварительно смазывают тонким слоем машинного масла.

Кольцо встряхивают 5. 6 раз, поверхность теста заглаживают ножом и устанавливают под иглой прибора. Освобождением винта иглу доводят до поверхности теста и закрепляют в таком положении. Быстро освобождают винт и иглу опускают в тесто. В целях предотвращения искривления иглы под воздействием ударов о стеклянную пластинку первое время при погружении иглы ее слегка придерживают рукой. После загустевания теста ее опускают свободно с интервалом 5 мин. Перед каждым погружением иглу вытирают влажной тряпкой и путем поворота кольца прибора меняют место погружения.

В табл. 4.2 приведены требования ГОСТа к срокам схватывания различных цементов.

Требования ГОСТа к срокам схватывания цемента

Время от начала затворения цемента водой до того момента, когда игла, погруженная в тесто, не будет доходить до стеклянной пластинки на 1. 2 мм, считается началом схватывания.

После начала схватывания иглу погружают в тесто через каждые 15 мин. Схватывание считается законченным тогда, когда игла входит в тесто не более чем на 1 мм. Время от начала затворения цемента водой до этого момента называется концом схватывания.

Результаты опытов заносят в таблицу, форма которой представлена ниже (форма табл. 4.3).

Форма таблицы 4.3

Результаты определения сроков схватывания
цементного теста

Время затворения цемента водой, ч, мин

Время наблюдения, мин

Глубина проникания иглы, мм

Сроки схватывания цементного теста, ч, мин

Определение марки цемента

Марка цемента – это предел прочности при сжатии (кгс/см 2 ) половинок образцов-балочек размерами 4х4х16 см, изготовленных из цементно-песчаного раствора пластичной консистенции
(В/Ц ³ 0,40) состава 1:3, выдержанных в течение 28 сут в нормально-влажностных условиях.

Марка цемента зависит от минерального состава клинкера, тонкости его помола и водопотребности.

Для проведения лабораторных испытаний берут 500 г цемента и 1500 г кварцевого песка. Материалы засыпают в чашу со сферическим дном и перемешивают лопаточкой в течение 1 мин. В центре приготовленной смеси лопаточкой делают лунку, куда вливают воду из расчета В/Ц > 0,40. После впитывания воды смесь перемешивают в течение 1 мин и определяют ее консистенцию на встряхивающем столике (рис. 4.3).

Рис. 4.3. Встряхивающий столик:

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

Конус встряхивающего столика до половины высоты заполняют раствором и уплотняют металлической штыковкой 15 раз. Далее конус прибора заполняют с некоторым избытком и штыкуют еще 10 раз. Затем снимают воронку с конуса, металлической линейкой срезают излишек раствора и поверхность его разравнивают. Металлический конус вертикально снимают, растворный конус встряхивают на столике 30 раз в течение 30 с. Диаметр расплыва конуса по нижнему основанию измеряют в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение. Если это значение находится в пределах 106. 115 мм, то приготовленный цементно-песчаный раствор имеет нормальную консистенцию. В противном случае опыт повторяют с уменьшенным или увеличенным количеством воды. Водоцементное отношение (В/Ц), соответствующее расплыву конуса 106. 115 мм, принимают за основу для проведения дальнейших опытов.

Из цементно-песчаного раствора нормальной консистенции изготовляют три образца-балочки размерами 4х4х16 см. В форму укладывают раствор высотой примерно 1 см, включают виброплощадку и в течение 2 мин все три гнезда формы равномерно заполняют раствором. Через 3 мин от начала вибрирования отключают виброплощадку, насадку снимают, излишек раствора срезают ножом или металлической линейкой и заглаживают поверхность мастерком. Форму помещают в ванну с гидравлическим затвором, где хранят в течение 24 ч при температуре 20±2°С. Затем образцы распалубливают и укладывают в воду с температурой 20±2°С так, чтобы слой воды над ними был не менее 2 см. Воду в ванне меняют через 14 сут, образцы в возрасте 28 сут с момента изготовления вынимают из воды и не позднее чем через 30 мин испытывают на изгиб. Перед испытанием их насухо вытирают. Для определения предела прочности на изгиб используют прибор МИИ-100. Образец устанавливают на опорах так, чтобы верхняя (при изготовлении) поверхность находилась во время испытания в вертикальном положении. В момент разрушения образца счетчик прибора показывает значение предела прочности при изгибе (R_изг). На основании трех результатов испытания вычисляют среднее арифметическое значение R_изг.

Полученные после испытания шесть половинок-балочек подвергают испытанию на сжатие на гидравлическом прессе. Чтобы зафиксировать площадь поперечного сечения, данные половинки помещают между двумя стандартными металлическими пластинами. При этом верхняя при изготовлении поверхность образца должна находиться в вертикальном положении.

Предел прочности при сжатии образцов вычисляют по
формуле

(4.2)

где R_сж – активность цемента, МПа (кгс/см 2 ); Р – разрушающая сила, Н (кгс); S_пл – площадь металлической пластины 2500 мм 2
(25 см 2 ).

На основании полученных шести показателей прочности находят среднеарифметическое R_сж. По значениям R_изг и R_сж назначают марку цемента согласно ГОСТ 10178-85 (табл. 4.4). Для ориентировочного расчета прочности цемента в возрасте 28 сут можно использовать результаты испытаний образцов-балочек более раннего срока твердения и приближенную эмпирическую формулу

(4.2)

где R₂₈ – прочность цемента в возрасте 28 сут, МПа; R_n – то же в возрасте n сут, МПа; n – число суток твердения цемента (n ³ 7).

Назначение марки портландцемента в зависимости
от значений прочностных характеристик

Определение сроков схватывания цементного теста

Затворенный водой цемент, утрачивая пластичность, постепенно густеет (что соответствует началу схватывания) и переходит в камневидное состояние (наступает конец схватывания). Сроки схватывания цемента имеют важное значение для проведения работ, так как регламентируют возможные сроки перевозки и укладки растворной или бетонной смеси.

Для определения сроков схватывания цемента необходимо оборудование, указанное в предыдущей работе, но в прибор Вика, вместо пестика, в стержень закрепляется игла площадью сечения 1,1 мм 2 и на верхнюю часть стержня закрепляется дополнительный груз, чтобы сохранить общую массу стержня с иглой 300 г (рис. 6.2).

Сроки схватывания цемента определяют в следующей последовательности.

В сферической металлической чашке готовят цементное тесто нормальной плотности: 400 г цемента и соответствующее количество воды; раньше описанным способом заполняют кольцо тестом и устанавливают его на столик прибора под иглу. Иглу прибора Вика приводят в соприкосновение с поверхностью теста, закрепляют стержень винтом, после чего, отвинчивая винт, освобождают стержень и дают игле свободно погружаться в тесто.

Иглу погружают в тесто через каждые 10 мин., передвигая кольцо после каждого погружения, чтобы игла каждый раз попадала в другое место.

После каждого погружения иглу нужно вытирать тряпочкой.

Началом схватывания цементного теста считают время от начала затворения, т.е. доливания воды, до момента, когда игла не будет доходить до дна на 1-2 мм.

Концом схватывания цементного теста считают время от начала затворения до момента, когда игла будет погружаться в тесто не больше, чем на 1-2 мм.

Согласно стандарту начало схватывания цемента должно наступать не раньше 45 мин., а конец схватывания − не позднее 10 ч от начала затворения.

Поскольку определение сроков схватывания цемента подобно определению сроков схватывания гипса, учитывая продолжительность проведения испытания (2-8 часов), эта работа студентами не выполняется. В журнал лабораторных работ заносят необходимые данные и выполняют описание работы. Результаты испытания заносят в лабораторный журнал (табл. 6.2).

Таблица 6.2

Определение сроков схватывания цементного теста

а) начало схватывания не раньше 45 мин.

б) конец схватывания не позднее 10 час.

Определение равномерности изменения объема цемента во время твердения

При недостаточной тонкости помола, неправильном хранении и наличии в разных количествах примесей СаО, MgО, CaSO₄ может наблюдаться неравномерное изменение объема цемента в процессе твердения цементного теста, растворов и бетонов.

Равномерность изменения объема цемента определяется в следующем порядке.

Из теста нормальной густоты вручную делают четыре шарика (диаметром около 5 см), которые укладываются на стеклянную пластинку, протертую машинным маслом. Потом пластинку встряхивают до расплыва шариков в лепешку диаметром 7-8 см и толщиной в середине около 1 см (рис.6.3).

Для получения гладкой поверхности лепешки сглаживают от внешних краев к центру лабораторным ножом, смоченным водой. Изготовленные лепешки на протяжении 24 (±2) ч. с момента изготовления сохраняют при температуре 20+5° в ванне с гидравлическим затвором, а затем подвергают испытанию.

Четыре цементных лепешки через 24±2 ч. после затворения снимают с пластинок, вынимают из ванны и помещают в бачок с водой на решетку. Воду в бачке доводят до кипения, которое поддерживают на протяжении 4 ч, после чего лепешки в бачке охлаждают и осматривают немедленно после испытания. Цемент считается качественным, если на поверхности лепешек не оказывается радиальных трещин, которые доходят до краев образца, или сетки мелких трещин, видимых в лупу или невооруженным глазом, а также если не оказывается искривления лепешек. Результаты испытаний заносят в лабораторный журнал (табл. 6.3).

Определение равномерности изменения объема цемента при твердении

Определение сроков схватывания цементного теста

Скорость схватывания –важное свойство портландцемента, определяющее жизнеспособность бетонной смеси. Быстрое и медленное схватывание – это существенный недостаток цемента. Если цемент схватывается быстро, то он превращается в камень, прежде чем его успевают использовать. Применение же медленно схватывающихся цементов замедляет темпы строительства.

Согласно ГОСТ 10178-85 начало схватывания должно наступить не ранее чем через 45 мин., а конец – не позднее чем через 10 ч. от начала затворения.

Тонкоизмельченный клинкер характеризуется короткими сроками схватывания (3 . 5 мин), поэтому в чистом виде он непригоден. Для получения нормальных сроков схватывания при помоле клинкера вводят добавку двуводного гипса в количестве 3 . 5%.

Начало схватывания характеризуется промежутком времени, прошедшим от начала затворения водой до того момента, когда игла при опускании не будет доходить до пластинки на 1 – 2 мм.

Концом схватывания характеризуется промежутком времени, прошедшим от начала затворения до момента, когда игла погружается в гипсовое тесто не более чем на 1,0 мм.

Примечание. В начальный момент опыта игла погружается до дна металлической формы.

Таблица 6.2 — Глубина погружений иглы прибора Вика в цементное тесто

5.Построить график схватывания цементного теста, и методом интерполяции, определить время конца схватывания. По горизонтальной оси надо откладывать время, по вертикальной оси – глубину погружения иглы. Построить график по точкам пересечения и затем плавно продолжить его до пересечения с горизонтальной осью. Это будет являться временем конца схватывания.

6.Определить по графику начало, конец и интервал схватывания цементного теста.

Заполнить строки 2, 3 и 4 итоговой таблицы 6.3.

Рисунок 6.2 – График схватывания цементного теста

Определение марки цемента.

Марка цемента определяется по его пределу прочности. Прочность затвердевшего цементного камня характеризуется пределом прочности при сжатии. Образец укладывают на стол гидравлического пресса и доводят до разрушения, фиксируя разрушающую нагрузку и площадь поперечного сечения образца.

Предел прочности при сжатии определяют как частное от деления разрушающей нагрузки на площадь поперечного сечения образца:

. (6.1)

По величине прочности на сжатие по табл. 2 определяется марка цемента.

Существует 6 марок цемента: 200, 300, 400, 500, 550, 600.Марка 500, например, имеет предел прочности на сжатие 500 кг/см 2 или 49,0 МПа.

Ход выполнения работы	Значение
1) Установить образец на стол гидравлического пресса, включить пресс. Разрушить образец. Записать усилие разрушения образца по прибору в Н.	Р= . Н
2) Вычислить площадь сечения образца, см 2 .	S= . см 2
3) Вычислить предел прочности образца на сжатие (МПа) по формуле:	σ сж = . Н/см 2 (т.к. 1МПа=100 Н/см 2 ) σсж = . МПа
,	где σ сж — предел прочности на сжатие в МПа Р –усилие разрушение образца в кН; S –площадь поперечного сечения образца в см 2 ;
4) Определить марку цемента в зависимости от предела прочности образца на сжатие согласно требованиям ГОСТ 125-7 по таблице 2. Заполнить строки 7 и 8 итоговой таблицы 6.6.	Марка цемента …

Таблица 6.3 — Марки цемента в зависимости от предела прочности на сжатие