Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

1

SPOIWA MINERALNE

Ćwiczenie nr 1:

CEMENTY.

Badanie wybranych cech użytkowych zaprawy

normowej oraz zaprawy

z udziałem dodatków mineralnych

Cel ćwiczenia: sporządzenie zaprawy normowej oraz zaprawy z udziałem dodatków

mineralnych. Ocena wybranych cech użytkowych utworzonych zapraw.

Część teoretyczna

Oznaczanie wytrzymałości na zginanie i ściskanie zapraw cementowych. Metoda

stosowana jest w odniesieniu do cementów, których rodzaje są określone w normie PN-EN

197-1:2012 Cement. Część. 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów

powszechnego użytku.

Metoda dotyczy oznaczania wytrzymałości na ściskanie i, jeśli to

konieczne, wytrzymałości na zginanie próbek w kształcie prostopadłościanów o wymiarach

40 mm x 40 mm x 160 mm. Beleczki wytwarzane są z zaprawy o konsystencji plastycznej,

zawierających 1 część masy cementu i 3 części masy piasku normowego przy stosunku

wodno-cementowym (w/c) = 0,50. Sporządzona zaprawa jest mieszana mechanicznie i

zagęszczana w formie za pomocą znormalizowanej wstrząsarki. Beleczki w formach

przechowywane są przez 24h, a następnie po rozformowaniu, aż do chwili badań

wytrzymałościowych, są przechowywane w wodzie. Po określonym czasie beleczki

wyjmowane są z wody i przełamywane na dwie połówki obciążeniem zginającym; każda z

połówek beleczki badana jest pod względem wytrzymałości na ściskanie.

Ogólne warunki wykonywania badań

Temp. pomieszczenia 20 2

o

C.

Wilgotność względna powietrza min. 65%.

Cement, piasek, woda odpowiadająca temp. pomieszczenia.

Woda do badań wzorcowych - destylowana, do innych – wodociągowa.

Cement przesiany przez sito o # 1 mm.

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

2

Charakterystyka urządzeń wykorzystywanych w badaniach laboratoryjnych

Mieszarka laboratoryjna

z automatyczną lub ręczną szybkością sterowania obrotów.

Skład mieszarki tworzą zasadnicze elementy:

Miska z nierdzewnej stali o pojemności ok. 5 dm

3

.

Mieszadło dopasowane kształtem do miski.
Wbudowany zbiornik na piasek (automatyczne

opróżnianie).

Wstrząsarka z płytą stalową (stolikiem) do mocowania formy stalowej.

Częstotliwość wstrząsania: 1 wstrząs na sekundę.

Całkowita ilość wstrząsów = 60 razy (po uzyskaniu
wymaganej ilości wstrząsów następuje automatyczne
wyłączenie przyrządu).

Wysokość podnoszenia płyty: 15±0,3 mm; po podniesieniu

na wymaganą wysokość, stolik swobodnie opada.

Forma stalowa do formowania jednorazowo trzech beleczek

; widok ogólny

Forma rozbieralna, tworzy 3 poziome przegrody do

formowania beleczek o wymiarach: 40x40x160 mm.

Kąty pomiędzy przylegającymi płaszczyznami formy

zbliżone do 90°, grubość przegród co najmniej 10 mm.

Wszystkie elementy formy szczelnie przylegają do siebie.

Przed wprowadzeniem zaprawy wewnętrzne powierzchnie
formy należy lekko zwilżyć olejem mineralnym.

P

ojemnik z wodą

do przechowywania rozformowanych

beleczek; na dnie umieszczony ruszt z nierdzewnej stali.

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

3

Cześć doświadczalna

1.

Sporządzenie zaprawy normowej oraz zaprawy z udziałem dodatków mineralnych

Do sporządzenia trzech beleczek (40x40x160 mm) z zaprawy normowej należy odmierzyć:

450±2 g cementu (CEM I)

1350±5 g piasku normowego

(naturalny piasek kwarcowy zgodny z normą PN-EN 196-1),

225±1 g wody pitnej, wodociągowej,

Stosunek wodno-cementowy sporządzonej zaprawy: (w/c) = 0,5. Realizacja badań zgodnie z

normą PN-EN 196-1. Metody badania cementu. Część 1: Oznaczanie wytrzymałości.

Uwaga.

S

kład zaprawy z udziałem dodatków mineralnych – prowadzący poda na zajęciach

Przygotowanie zaprawy:

Do miski mieszarki wlać odważoną ilość wody, następnie wsypać cement. Do podajnika

wsypać piasek normowy.

Uruchomić mieszarkę. Wszystkie czynności (mieszanie zaczynu, dozowanie piasku,

wstępne i zasadnicze mieszanie zaprawy) odbywają się automatycznie zgodnie z opisem

ustalonym przez normę PN-EN 196-1 (Tabela 1). Całkowity czas przygotowania zaprawy

wynosi 4 minuty.

Tabela

1. Charakterystyka pracy (ilość i czas trwania obrotów) mieszarki mechanicznej

Opis czynności

Faza

Prędkość obrotowa

mieszadła wokół

własnej osi, obr./min

Czas trwania

fazy, s

Zaczyn - Mieszanie cementu z wodą

Faza nr 1

140±5

30

Automatyczne dozowanie piasku
normowego do zaczynu
Zaprawa – wstępne mieszanie I

Faza nr 2

285±10

30

Zebranie zaprawy przylegającej do
ścianek miski mieszarki

Faza nr 3

Bez mieszania

90

Zaprawa – zasadnicze mieszanie II

Faza nr 4

285±10

60

Bezpośrednio po wymieszaniu składników, zaprawę umieścić w formie trójdzielnej

(jednorazowo trzy beleczki). Wnętrze formy uprzednio wysmarować środkiem

antyadhezyjnym.

Zaprawę wprowadzić do przygotowanej formy w dwóch warstwach (pierwsza warstwa

do połowy formy). Warstwę zagęścić za pomocą znormalizowanej wstrząsarki w cyklu

60 wstrząsów/min. Uzupełnić formę pozostałą ilością zaprawy i ponownie zagęścić.

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

4

Nadmiar zaprawy usunąć za pomocą stalowej płytki, poruszanej powoli ruchem tnącym

wzdłuż formy (prostopadle do beleczki), wykonując ruch w obie strony. Wyrównać

powierzchnię.

W celu ograniczenia odparowania wody z zaprawy, powierzchnię formy zabezpieczyć

płytą szklaną. Sporządzone beleczki rozformować po 24 godz. od momentu ich

wykonania. Do czasu badań przechowywać w wodzie o temperaturze 20±1

o

C.

Beleczki wyjąć z wody nie wcześniej niż 15 min przed wykonaniem ustalonych badań

(wytrzymałości na zginanie i ściskanie). Wiek beleczki należy liczyć od momentu

zmieszania cementu z wodą.

Badanie

zapraw świeżych

Oznaczanie

plastyczności

Zasada metody polega na określeniu średnicy rozpływu sporządzonej zaprawy poddanej

wstrząsom dynamicznym.

Rys. 1 Widok ogólny oraz schemat stolika rozpływu

Wykonanie badania:

przed wykonaniem pomiaru powierzchnie stolika rozpływu zwilżyć mokrą szmatką,

na środku płyty ustawić formę w kształcie ściętego stożka,

badaną zaprawę włożyć do formy w dwóch warstwach, zagęszczając każdą warstwę przez

10-krotne zanurzenie ubijaka,

po ubiciu drugiej warstwy nadmiar zaprawy zgarnąć za pomocą płaskiego zgarniaka.

Wygładzić powierzchnię zaprawy do krawędzi formy,

po upływie 10 s od zakończenia ubijania podnieść pionowo formę, a próbkę zaprawy

poddać 15 wstrząsom, obracając korbą z szybkością 1 obrót na sekundę,

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

5

Wynikiem badania jest średnica rozpływu zaprawy (placka) mierzona w dwóch prostopadłych

do siebie kierunkach. Wartość średnia średnicy rozpływu jest miarą konsystencji zapraw do

murów. Na podstawie uzyskanych wyników określić konsystencje zaprawy (Tabela 2).

Tabela 2

. Konsystencje zapraw do murów wg PN-EN 1015-6

Konsystencja zaprawy Średnica rozpływu [mm]
gęstoplastyczna

< 140

plastyczna

140 - 200

ciekła

> 200

Badania wybranych cech użytkowych wykonanych zapraw

1.

Badanie wytrzymałości zapraw na zginanie (R

f

) wg PN-EN 196-1/1996

Do oznaczania wytrzymałości na zginanie wykorzystuje się dowolny aparat (np.

Michaelisa lub prasę hydrauliczną), pod warunkiem że mają układ łamiący identyczny z

przedstawionym na rys.2-3. Badaną belkę umieszcza się na dwóch dolnych podporach

(wałkach), natomiast do podpory górnej przykłada się obciążenie, które powoduje złamanie

belki. Przyrząd do oznaczania wytrzymałości na zginanie powinien dysponować

maksymalnym obciążeniem 10 kN i dokładnością pomiaru siły ±1% oraz przyrostem

obciążenia (50±10) N/s.

Rys. 2 -3

Widok ogólny oraz schemat badania wytrzymałości na zginanie beleczki cementowej

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

6

Badanie przy użyciu aparatu Michaelisa

Zasada działania aparatu (schemat podany na rys.1) polega na obciążeniu beleczki siłą

skupioną, przyłożoną w środku rozpiętości beleczki. Siła ta jest wywołana przez ciężar śrutu,

sypiącego się ze zbiornika do naczynia wiszącego na ramieniu dźwigni. Przekładanie dźwigni

(1/5 i 1/10) zmieniają ciężar naczynia ze śrutem (P) na siłę łamiącą beleczkę (P’).

Badanie polega na wyjęciu beleczek z wody, powierzchniowym osuszeniu, umieszczeniu

na podporach aparatu, zawieszeniu naczynia na ramieniu dźwigni i otwarciu dopływu

śrutu. Sporządzone beleczki należy włożyć pomiędzy pręty podpór w ten sposób, aby

powierzchnia beleczki wygładzona była prostopadła do podstawy.

Równomierny strumień śrutu obciąża stopniowo beleczkę, aż do jej złamania. Z chwilą

złamania beleczki naczynie ze śrutem (o łącznej masie P) spada i zamyka dalszy dopływ

śrutu.

Wytrzymałość na zginanie (R

f

) obliczyć korzystając ze wzorów (1 lub 2):

R

f

= 1,17 x P [MPa]

(1)

P’ – ciężar naczynia ze śrutem , kg

3

1,5

[

]

f

f

F l

R

MPa

b

(2)

gdzie:
b – długość boczna przekroju beleczki [mm] – 40 mm; F

f

– obciążenie łamiące środek beleczki [N]

l – odległość miedzy podporami, - 100 mm

Badanie należy przeprowadzić na trzech beleczkach, a wynik końcowy podać jako średnią

arytmetyczną trzech pomiarów z dokładnością do 0,1 MPa.

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

7

2.

Badanie wytrzymałości zapraw na ściskanie (R

c

)

Badanie wykonuje się na prasie hydraulicznej na połówkach beleczek wcześniej

złamanych. Aby uniknąć każdorazowego pomiaru ich powierzchni (A), w badaniach należy

zastosować wkładkę do prasy o stałej powierzchni docisku równej 1600 mm

2

(40x40 mm i

grubości 10 mm). Beleczki należy umieścić powierzchniami bocznymi pomiędzy płytkami

dociskowymi.

Rys.4 Widok ogólny badania wytrzymałości na ściskanie beleczek cementowych

Uzyskana wartość siły ściskającej (kN) służy do obliczenia wytrzymałości na ściskanie

według wzoru:

,[

]

c

c

F

R

MPa

A

gdzie:

F

c

– wytrzymałość na ściskanie [kN], A – pole powierzchni płytek dociskowych [mm

2

]

Wynikiem badania jest średnia arytmetyczna z sześciu uzyskanych wytrzymałości

badanych połówek beleczek.

Zarówno wytrzymałość na zginanie jak i na ściskanie można badać, w zależności od potrzeb,
w terminach np. 2, 7 i 28 dniach lub później. Wytrzymałość na ściskanie 28-dniowa pozwala
przypisać badanemu cementowi jego podstawowa cechę: klasę cementu (Tabela 3).

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

8

Tabela 3. Wymagania mechaniczne i fizyczne podane jako

wartości charakterystyczne

Klasa
wytrzymałości

Wytrzymałość na ściskanie [MPa]

Początek

czasu

wiązania

[min]

Stałość

objętości

(rozszerzalności

[mm]

Wytrzymałość

wczesna

Wytrzymałość

normowa

po 2

dniach

po 7

dniach

Po 28 dniach

min. – max.

32,5 N

-

16,0

32,5

52,5

75

10

32,5 R

10,0

-

42,5 N

10,0

-

42,5

62,5

60

42,5 R

20,0

-

52,5 N

20,0

-

52,5

-

45

52,5 R

30,0

-

Uwaga dotycząca jednostek

.

Stosowaną jednostką wytrzymałości jest 1 N/mm

2

, natomiast w Polsce przyjęto za

jednostkę podstawową 1 MPa. Przelicznik jest następujący: 1 N/mm

2

= 1 MPa.

Wymagany zakres wiadomości teoretycznych (ćwiczenie nr 1):

Rodzaje spoiw mineralnych, przykłady.

Definicja cementu, w tym rodzaj podstawowych tlenków oraz faz klinkierowych.

Skład i rodzaje cementu; w tym klasy i odmiany.

Rodzaj stosowanych dodatków mineralnych, ich znaczenie.

Rodzaje wykonywanych badań na świeżych zaprawach oraz sposób ich przeprowadzenia.

Rodzaje wykonywanych badań na zaprawach stwardniałych oraz sposób ich realizacji.

Wymagania stawiane zaprawom budowlanym.

Warunki zaliczenia

ćwiczenia nr 1:

• przedstawienie sprawozdania z wykonania ćwiczenia z interpretacją wyników badań.

Politechnika Gdańska WILiŚ Przedmiot: Laboratorium z Technologii Betonu
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej Kierunek: Budownictwo, sem. IV
dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk

9

Literatura pomocnicza

1. Grabowski W. i in.: Budownictwo ogólne. Tom1, Arkady, Warszawa 2008

2. Jamroży Z: Technologia Betonu. Warszawa PWN, 2006

3. Osiecka E.: Materiały budowlane. Spoiwa mineralne. Kruszywa. Wydawnictwo

Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005

4. Osiecka E.: Wybrane zagadnienia z technologii mineralnych kompozytów budowlanych.

Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000

5. Peukert S.: Cementy powszechnego użytku i specjalne. Polski Cement, Kraków 2000

6. Rajczyk J., Halbiniak J., Langier B.: Technologia kompozytów betonowych w

laboratorium i w praktyce. Wydawnictwo Politechniki Częstochowskiej. Częstochowa

2012.

7. Neville A.M.: Właściwości betonu, Polski Cement, Kraków 2000

8. Zieliński K.: Podstawy Technologii Betonu. Wydawnictwo Politechniki Poznańskiej.

Poznań 2010.