Работа 8. Определение нормальной
густоты и сроков схватывания цементного теста
Цель работы: определить нормальную густоту и сроки схватывания
цементного теста на малом приборе Вика.
Общие
положения
Цементным тестом
называется смесь цемента с водой.
Нормальной густотой
цементного теста называется такая его консистенция, при которой
пестик прибора Вика, погружаемый в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5–7 мм до
пластинки, на которой оно установлено. Нормальная густота цементного теста (водопотребность) характеризуется
количеством воды затворения в процентах от массы цемента. Тесто нормальной
густоты имеет хорошую подвижность и удобоукладываемость, позволяющую плотно
укладывать его в форму.
Водопотребность портландцемента колеблется обычно в пределах
23–28 %, что превышает количество воды, необходимой
для прохождения реакций гидратации клинкерных минералов. В результате вводимая
в тесто избыточная вода повышает пористость цементного камня и отрицательно
сказывается на его прочности.
Водопотребность портландцемента зависит от многих факторов.
Увеличению водопотребности способствуют следующие факторы: повышенное содержание алюминатов кальция в
составе портландцемента, высокая удельная поверхность, наличие в составе
портландцемента активных минеральных добавок осадочного происхождения (трепел,
диатомит и др.). Снижению водопотребности способствует использование в качестве
активной минеральной добавки доменного гранулированного шлака, введение в
состав цементного раствора различных пластифицирующих добавок.
Схватыванием цементного
теста называется процесс, при котором происходит потеря его
подвижности, т.е цементное тесто постепенно густеет, в нем происходят процессы
структурообразования, твердения и набора начальной прочности. Схватывание
вяжущих материалов характеризуется временем начала
и конца схватывания. Началом схватывания считается время от момента
затворения цемента водой до момента, когда игла прибора Вика не достигает дна
формы на 1–2 мм. Концом схватывания цемента называется время от момента
затворения цемента водой до момента, когда игла прибора Вика начинает
погружаться в цементное тесто на глубину 1–2 мм. Сроки схватывания определяют
на тесте нормальной густоты.
В соответствии с ГОСТ 31108-2016 для портландцемента
регламентируется только время начала схватывания, которое, в зависимости от
класса прочности цемента, должно быть не менее 45–75 мин. Примерные сроки
схватывания других вяжущих материалов представлены в табл. 8.
Таблица 8. Сроки схватывания вяжущих материалов
Вяжущее
|
Сроки
схватывания
|
|
начало
(не
ранее)
|
конец
(не
позднее)
|
|
Строительный гипс
|
2
мин
|
30
мин
|
Высокообжиговый гипс
|
2
ч
|
12
– 36 ч
|
Каустический магнезит
|
20
мин
|
6
ч
|
Портландцемент
|
45
мин
|
12
ч
|
Дорожный цемент
|
2
ч
|
12
ч
|
Цемент для
производства асбестоцементных изделий
|
1
ч 30 мин
|
10
ч
|
Глиноземистый цемент
|
45
мин
|
12
ч
|
Гипсоглиноземистый
цемент
|
10
мин
|
4
ч
|
До начала схватывания тесто обладает пластичными свойствами,
что позволяет придавать ему заданную форму. По мере приближения к концу
схватывания необходимо обеспечивать неподвижность цементного теста.
Воздействие
на тесто после наступления схватывания приводит к резкому снижению прочности
системы.
Сроки схватывания вяжущих материалов зависят от ряда
факторов: минералогического состава, тонкости помола портландцемента, вида и
количества вводимых добавок, водоцементного отношения, температуры твердения.
Цементы, минералогический состав которых характеризуется
значительным количеством алюминатов кальция, имеют более короткие сроки
схватывания. Белитовые цементы схватываются гораздо медленнее.
Регулятором скорости схватывания портландцементов является
двуводный гипс, который вводится при помоле цемента в количестве 3–6 % по массе (1,5–3,5 масс. % в
пересчете на SO3) от
массы портландцементного клинкера. Клинкер, измельченный без двуводного гипса
или с недостаточным его содержанием, характеризуется очень короткими сроками
схватывания, что препятствует его использованию. Это
происходит потому, что в отсутствие гипса на поверхности частиц цемента быстро
образуется большое количество пластинчатых гидроалюминатов кальция состава С4АН13-19
и С2АН8, мгновенно перекрывающих заполненное водой
межзерновое пространство и физически адсорбирующих большое количество воды.
Считается, что в присутствии двуводного гипса на поверхности
зерен цемента образуются довольно крупные кристаллы эттрингита, обладающие
невысокой удельной поверхностью. Эти кристаллы покрывают зерна цемента
оболочкой, препятствующей диффузии молекул воды и ионов SO42–
к поверхности зерна, замедляя таким образом процесс гидратации и схватывание
цементного теста.
Для ускорения сроков схватывания часто используют хлористый
кальций, вводимый в количестве 0,5–1,5 % от массы цемента. Однако при введении малых количеств
хлористого кальция он может действовать как замедлитель схватывания
портландцемента. Аналогичное действие наблюдается при введении в цемент нитрата
кальция, углекислого натрия и силиката натрия. Сода, действуя как ускоритель,
часто вызывает снижение прочности.
Группа веществ, включающая фосфат, борат натрия, винную кислоту и др., резко замедляют
скорость схватывания цементов. Некоторые из них, вводимые в соответствующем
количестве (1–3 мас.%), отодвигают схватывание цемента на неопределенно долгое
время.
На скорость схватывания цементов влияют и такие факторы, как
водоцементное отношение и температура. С увеличением количества воды затворения
и понижением температуры твердения цементного камня скорости схватывания и
твердения уменьшаются. Повышение тонкости помола цемента способствует росту
скорости схватывания цементного теста.
При применении цементов иногда
наблюдается явление, известное под названием ложного схватывания, или преждевременного загустевания. Данное
явление заключается в том, что при затворении цемента водой и перемешивании в
течение короткого времени тесто теряет пластичность и начинает схватываться.
Дальнейшее перемешивание прекращает этот процесс, и схватывание протекает нормально.
Наиболее частой причиной
появления ложного схватывания считают
переход двуводного гипса в полуводный при помоле портландцемента. Если в
процессе помола температура цемента повышается до 120 оС и более, то
двуводный гипс начинает терять часть воды и превращаться в полуводный гипс. При
затворении такого цемента водой полуводный гипс быстро гидратируется, что
приводит к образованию значительного количества кристаллов эттрингита и
двуводного гипса как на поверхности частиц цемента, так и в пространстве между
ними, что и вызывает резкую потерю пластичности цементного теста.
Методика
выполнения работы
Определение нормальной
густоты. В данной работе используют малый прибор Вика (рис. 3). Малый
прибор Вика отличается от стандартного массой подвижной части, которая
составляет 70 г ,
а также размерами пестика (d = 4,5
мм и l = 20 мм ) и иглы (d = 0,5 мм и l = 25 мм ). При работе с малым прибором Вика
используют коническую форму с нижним диаметром 30 мм , верхним диаметром 25 мм и высотой 15 мм .
При определении нормальной густоты цементного теста в нижнюю
часть стержня вставляют металлический цилиндр-пестик (определение производят
плоским основанием пестика). Иглу вставляют в верхнюю часть подвижного стержня.
Перед началом испытаний на шкале прибора Вика проверяют нулевое
показание: стержень (1) опускают при открученном винте (3) на пластинку (8) и
фиксируют нулевое положение индикаторной стрелки (4) относительно шкалы.
 |
Рис. 3. Малый прибор Вика:
1 – подвижный металлический
стержень; 2 – станина; 3 – стопорный винт; 4 – индикаторная стрелка; 5 – шкала с ценой деления
|
Поверхности пестика, конической формы и пластинки очищают и
смазывают тонким слоем машинного масла.
Для определения нормальной густоты цементного теста
отвешивают 25 г
цемента (или цемента с указанной преподавателем добавкой) и помещают навеску в
фарфоровую чашку со сферическим днищем. Затем отмеряют мерным цилиндром
необходимое количество дистиллированной воды, примерно соответствующее
нормальной густоте портландцемента (25–27 % от массы цемента).
Делают в навеске цемента углубление и вливают в чашу
отмеренное количество воды. В момент добавления воды к цементу включают
секундомер. Перемешивают массу в течение 2 мин, стараясь втирать воду в
цементный порошок до получения гомогенного цементного теста.
Приготовленное цементное тесто
выкладывают в кольцо на пластине. Пластину с кольцом и цементным тестом слегка
постукивают о край стола 5–6 раз для равномерного распределения теста в кольце,
после чего заглаживают поверхность, снимая излишек теста шпателем. Пластину с
кольцом и цементным тестом помещают в прибор Вика.
Пестик подводят к поверхности
теста и фиксируют стопорным винтом.
Затем отпускают стопорный винт и дают пестику свободно погружаться в
цементное тесто в течение 10 с. Производят отсчет глубины погружения пестика в
цементное тесто.
За
нормальную густоту цементного теста принимают такую его консистенцию, при
которой пестик не доходит до дна кольца на 3–4 мм .
Если пестик погружается ниже 3–4 мм , опыт повторяют, уменьшая
количество воды на 1–1,5 %. Если пестик останавливается выше 3–4 мм, опыт
повторяют, увеличивая количество воды на 1–1,5 %. Поверхность пестика, кольца и
пластинки после каждого опыта протирают влажной ветошью и слегка смазывают.
Опыт повторяют до получения консистенции цементного теста, при котором пестик
не доходит до пластинки на 3–4
мм .
Нормальную
густоту (НГ, в %) рассчитывают по формуле:
где W – количество воды
затворения, мл; m –
навеска цемента (цемента с добавкой), г.
Определение сроков
схватывания. При определении сроков схватывания цементного
теста в нижнюю часть стержня прибора Вика вставляют иглу. Пестик вставляют в
верхнюю часть подвижного стержня.
Для определения сроков
схватывания цементного теста отвешивают 25 г цемента (или цемента с
указанной преподавателем добавкой) и помещают навеску в фарфоровую чашку со
сферическим днищем. Затем отмеряют мерным цилиндром количество дистиллированной
воды, соответствующее нормальной густоте цементного теста.
Делают в навеске цемента
углубление и вливают в чашку отмеренное количество воды. В момент добавления
воды к цементу включают секундомер. Перемешивают массу в течение 2 мин,
стараясь втирать воду в цементный порошок до получения гомогенного цементного
теста. Приготовленное цементное тесто помещают в кольцо прибора Вика,
установленное на пластине. Пластину с кольцом и цементным тестом слегка
постукивают о край стола 5–6 раз, после чего заглаживают поверхность, снимая
излишек теста шпателем. Пластину с кольцом и цементным тестом помещают в прибор
Вика.
Иглу подводят к поверхности
теста и фиксируют винтом, после чего отпускают стопорный винт и дают игле
свободно погружаться в тесто в течение 10 с.
Производят отсчет глубины погружения иглы в цементное тесто. Если игла
касается дна, то повторяют измерение глубины её погружения через 5 мин в другом
месте, слегка повернув кольцо. После каждого измерения необходимо протирать
иглу от цементного теста.
За
начало схватывания принимают время от момента затворения цемента водой до того
момента, когда игла не будет доходить до дня формы на 1–2
мм. За конец схватывания принимают время от момента затворения до
момента, когда игла будет погружаться в цементное тесто не более чем на 1–2 мм.
Материалы
и оборудование
Цемент;
добавка; весы технические, точность взвешивания 0,005 г ; колба с резиновыми
пробками для смешивания цемента с добавкой; малый прибор Вика; мерный цилиндр
на 25 мл; фарфоровая чашка со сферическим днищем; секундомер; шпатель.
Индивидуальное
задание
Выполнить определение
нормальной густоты и сроков схватывания цементного теста по представленной выше
методике для портландцемента с добавками, указанными в табл. 9.
Таблица 9. Концентрации добавок к цементам для
определения нормальной густоты и сроков схватывания
№ п/п
|
Добавка
|
Рекомендуемые концентрации
(сверх 100 %), мас. %
|
1
|
Суперпластификатор (С-3,
Melment F10)
|
0,25 – 1,00
|
2
|
Гиперпластификатор (Melflux
|
0,10 – 0,40
|
3
|
Li2CO3, Na2CO3
|
0,5 – 1,5
|
4
|
Тартрат натрия (K2C4H4O6)
|
0,25 – 1,00
|
5
|
Оксалат натрия (Na2C2O4)
|
0,25 – 1,00
|
Форма
записи результатов
Прибор
–
Цемент
–
Добавка
–
Концентрация
добавки –
Результаты определения нормальной густоты
цемента сводят в табл. 10. Результаты определения сроков схватывания цемента
сводят в табл. 11.
Таблица 10. Определение нормальной густоты цемента
Характеристика
|
Результаты испытаний
|
|||
Измер. 1
|
Измер. 2
|
…
|
Измер. i
|
|
Масса
цемента, г
Объем
воды, мл
Положение
пестика
|
||||
Нормальная густота цемента (цемента с добавкой) –
Таблица
11.
Определения сроков схватывания цемента
Параметр
|
Результаты испытаний
|
|||
Измер. 1
10 мин
|
Измер. 2
15 мин
|
…,
… мин
|
Измер. I,
… мин
|
|
Положение
иглы
|
||||
Время начала схватывания – мин
Время конца схватывания – мин
Выводы:
_________________________________________________________________________________
Комментариев нет:
Отправить комментарий