Работа 14. Определение равномерности изменения объема цемента
Цель работы: определить равномерность изменения объема цемента с помощью колец
Ле-Шателье.
Общие положения
Цементный камень в
процессе твердения испытывает изменение объема, связанное с процессами
гидратации клинкерных минералов либо изменением условий твердения. Так, в воде
цементный камень слабо набухает, а на воздухе, при низкой относительной
влажности, испытывает усадку. Объемные
изменения цементного камня, обусловленные внутренними процессами набухания и
усадки, называются собственными деформациями, а вызванные ими напряжения –
собственными напряжениями.
В цементном камне
нормального состава собственные деформации и напряжения не достигают опасного
уровня. Если же в цементе содержится значительное количество примесей –
свободного оксида кальция или магния, сульфатов, то собственные деформации и
напряжения становятся слишком большими, что может привести к растрескиванию и
искривлению цементного камня.
Равномерность изменения объема цемента –
свойство цемента в процессе твердения образовывать цементный камень,
деформация которого не превышает допустимых пределов и не вызывает разрушения
образцов. Равномерность
изменения объема цемента характеризуют величиной расширения образца из
цементного теста нормальной густоты в кольце Ле Шателье при кипячении.
Причины, вызывающие
неравномерность изменения объема твердеющего цемента, обусловлены спецификой
технологического процесса производства клинкера и цемента. В настоящее время
известно три причины, вызывающие неравномерность изменения объема цемента:
-
присутствие в клинкере несвязанного (свободного) оксида
кальция. Поскольку при обжиге клинкера СаО
подвергается высокотемпературному воздействию (при 1450 °С), он становится малореакционным
и при затворении цемента СаО гидратируется медленно, вызывая позднее расширение
и разрушение цементного камня. Внутренними нормативными документами цементных
заводов содержание СаОсвоб в клинкере обычно ограничивают 1 %;
-
присутствие в клинкере оксида магния (MgO), существующего в форме периклаза.
Периклаз является химически малоактивным соединением, характеризующимся
медленной гидратацией, приводящей к увеличению в объеме продуктов гидратации.
Его заметная гидратация и обусловленное этим расширение объема цементного камня
может наблюдаться через многие месяцы и годы после изготовления изделий из
цемента. В связи с этим для ускоренного определения магнезиального расширения
применяют автоклавный способ, при котором образец цементного камня выдерживают
в автоклаве в среде насыщенного водяного пара с давлением до 2 МПа и
температурой до 210 °С. Содержание MgO в клинкере ограничивают, как правило, 5 % (в
соответствии с ГОСТ 10178-85);
-
передозировка гипса в цементе
(по ГОСТ 10178-85 – 1,0–3,5 (4) % в
пересчете на SO3). Превышение
верхнего предела содержания гипса в цементе может вызвать расширение цементного
камня, связанное с поздним образованием эттрингита.
Определение
равномерности изменения объема
цемента с помощью колец Ле-Шателье проводится в соответствии с ГОСТ 30744-2001.
Кольцо Ле Шателье (рис. 5) представляет собой
разрезанный по образующей полый цилиндр (1) с двумя индикаторными иглами (2),
припаянными по обе стороны на одинаковом расстоянии от прорези. Для облегчения
расформовки кольцо может иметь скобы, припаянные с наружной стороны и
расположенные выше индикаторных игл. Упругость кольца должна быть такой, чтобы
под действием усилия, создаваемого грузом массой 300 г , приложенного в
середине прорези кольца (рис. 5, в), расстояние между концами индикаторных игл
увеличилось на (17,5±2,5) мм без постоянной деформации. Кольцо должно быть
снабжено двумя стеклянными пластинками (3), размеры которых превышают диаметр
кольца. На одну из пластинок устанавливают кольцо, вторую накладывают сверху.
Масса верхней пластинки с дополнительным пригрузом должна быть не менее 75 г .
 |
Рис. 5. Кольцо Ле-Шателье: а
– вид сверху, б – вид сбоку, в
– схема проверки упругости,
1
– полый цилиндр, 2 – индикаторные иглы, 3 – пластины, 4 – пригруз
|
Перед началом
испытаний поверхности цилиндра и пластинки очищают и смазывают тонким слоем
машинного масла. Для определения равномерности
изменения объема цемента отвешивают 200 г цемента (цемента и добавки,
гомогенизировать) и помещают навеску в сферическую фарфоровую чашку. Затем
отмеряют мерным цилиндром необходимое количество водопроводной воды,
соответствующее нормальной густоте портландцемента. Делают в навеске цемента
углубление и вливают в чашу отмеренное количество воды. Перемешивают массу в
течение 2 мин, стараясь втирать воду в цементный порошок до получения
цементного теста.
Кольца устанавливают на пластинки и наполняют в
один прием цементным тестом с избытком, но без уплотнения и вибрации. При
заполнении колец исключают случайное раскрытие прорези осторожным сдавливанием
кольца пальцами или резиновой лентой. Избыток цементного теста срезают шпателем
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 твердения, 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.
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 по 0,5 мм . В соответствии с ГОСТ 31108-2016
равномерность изменения объема (расширение), не должно превышать 10 мм .
Материалы и
оборудование
Цемент; добавка; весы технические,
точность взвешивания 0,005 г ;
колба для смешения цемента с добавкой; мерный цилиндр на 100 мл; сферическая
фарфоровая чаша; шпатель; кольца Ле-Шателье; ванна с
гидравлическим затвором; бaк
для испытания кипячением.
Индивидуальное задание
Определение расширения
цемента по представленной выше методике проводят по заданию преподавателя
(табл. 28)
Таблица 28. Составы
цемента с добавками для определения расширения цемента
№
|
Вид добавки
|
Состав
|
||
конц. добавки, с, %
|
добавка,
m, г
|
цемент, m,
г
|
||
1
|
Без добавки
|
0
|
0
|
100
|
2
|
CaO
|
0,5
|
0,5
|
100
|
3
|
1
|
1
|
100
|
|
4
|
2
|
2
|
100
|
|
5
|
3
|
3
|
100
|
|
6
|
MgO
|
4
|
4
|
100
|
7
|
5
|
5
|
100
|
|
8
|
6
|
6
|
100
|
|
9
|
7
|
7
|
100
|
|
10
|
CaSO4∙H2O
|
3 (1,5% SO32-)
|
3
|
100
|
11
|
6 (3% SO32-)
|
6
|
100
|
|
12
|
8
|
8
|
100
|
|
13
|
10
|
10
|
100
|
|
Форма записи результатов
Название прибора –
Вид исследуемого цемента –
Вид добавки –
Концентрация добавки –
Расчет расширения проводят в соответствии
с формулой:
  |
||
где анач1, анач2 –
расстояние между концами индикаторных игл
после предварительного твердения для кольца 1 и 2 соответственно, мм; аконеч1,
аконеч2 – расстояние между концами
индикаторных игл после кипячения для кольца 1 и 2 соответственно, мм; ā
– расширение, мм.
|
||
Результаты определения расширения
записывают в табл. 29.
Таблица 29. Определение
равномерности изменения объема цемента
Исходные
данные
|
Результаты испытаний
|
||
1
|
2
|
3
|
|
Масса
цемента, г.
|
|||
Масса
добавки, г.
|
|||
Количество
воды, НГ, %
|
|||
анач, мм.
|
|||
аконеч, мм.
|
|||
Расширение, ā, мм
|
|||
Сводные результаты:
По итогам определения
расширения студенты сводят все данные в единую табл. 30 в соответствии с табл.
28 в порядке увеличения концентрации каждой из добавок.
Таблица 30. Комплексная оценка равномерности изменения объема цемента
№
|
Фамилия
|
Вид добавки
|
Конц. добавки, с, %
|
Расширение,
ā, мм
|
1
|
Без добавки
|
0
|
||
2
|
CaO
|
0,5
|
||
3
|
...
|
1
|
||
6
|
MgO
|
4
|
||
7
|
...
|
5
|
Студенты
делают вывод о влиянии вида и концентрации добавки на равномерность изменения объема
цемента.
Выводы:
_____________________________________________________________________
Комментариев нет:
Отправить комментарий