Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 3,14

IIBZ

- 1 -

ĆWICZENIE 3, 14

CEMENT

3.1. PRZYGOTOWANIE PRÓBEK I PRZYRZĄDÓW DO BADAŃ
WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH

Pobieranie i przygotowywanie próbek cementu do badania należy wykonywać na
podstawie PN-EN 196-7:2008. W czasie odmierzania składników jest wymagana następująca
dokładność: ważenie - do 1 g; odmierzanie wody - do 1,0 cm

3

(ml). Średnią próbkę

laboratoryjną przed wykonaniem oznaczania należy zważyć, zanotować masę i przesiać przez
sito o boku oczka kwadratowego 1 mm. Ewentualne grudki cementu rozciera się w palcach.
Należy zważyć pozostałość na sicie, zanotować masę i obliczyć pozostałość w procentach.
Bada się przesiany cement, który należy umieścić w szczelnie zamkniętym naczyniu.

Warunki wykonywania badań. Oznaczania należy wykonywać w pomieszczeniach o
temperaturze 20

 2°C i wilgotności względnej minimum 50. Używane przyrządy i surowce

(cement, woda, piasek) powinny mieć temperaturę pomieszczenia. Do oznaczań należy
stosować naczynia i przyrządy wykonane z materiałów nie reagujących z cementem,
zaczynem cementowym i zaprawą. Wodę do badań pobiera się z sieci wodociągowej.

Wymagane urządzenia i przyrządy. Laboratorium powinno być wyposażone w
odpowiednią aparaturę pomiarowo-badawczą. Wykorzystywane do badań urządzenia i
przyrządy zostaną krótko scharakteryzowane. Kolejno są to:

mieszarka z przystawką programową i urządzeniem do automatycznego lub

ręcznego sterowania szybkością obrotów; zasadnicze elementy mieszarki to: miska z nierdzewnej
stali i pojemności ok. 5 l; obracające się mieszadło wykonane z brązu, dopasowane kształtem do
miski (odległość krawędzi mieszadła od ściany bocznej miski powinna się zawierać w zakresie
3

 1  8  1 mm); obudowa przyrządu wraz z wbudowanym zbiornikiem na piasek

(automatycznie opróżnianym) oraz silnik o regulowanej szybkości; co pewien czas należy
sprawdzać stopień zużycia mieszadła i miski; w tab.6.1 zamieszczono parametry pracy mieszarki;

wstrząsarka z płytą stalową (stolikiem) do mocowania formy; częstotliwość

wstrząsania: 1 wstrząs na sekundę; wysokość podnoszenia płyty: 15

 0,3 mm; po podniesieniu się

na wymaganą wysokość stolik powinien swobodnie opadać; całkowita masa płyty, pustej formy i
nakładki: 20

 0,5 kg; wskazane jest zamontowanie na wstrząsarce licznika; całkowita liczba

wstrząsów powinna wynosić 60 (przyrząd powinien się wyłączyć automatycznie); wymienione
przyrządy (mieszarka z pełnym wyposażeniem oraz wstrząsarka z umieszczoną na niej formą)
zostały przedstawione na rys. 3.1.

Tab. 3.1. Charakterystyka obrotów mieszadła w misce.

Liczba obrotów mieszadła

wokół własnej osi

wokół osi miski

Prędkość

obr/min

Mała 140±5 62

5

Duża

285

10 12510

forma

(rys.3.1) wykonana ze stali nierdzewnej o minimalnej twardości

200

HV, oszlifowana wewnątrz, rozbieralna, tworząca 3 poziome przegródki

do formowania beleczek o przekroju 40

40

mm i długości 160

mm; kąty po-

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 3,14

IIBZ

- 2 -

między wszystkimi przylegającymi płaszczyznami formy powinny być zbliżone do 90°;
dopuszczalne tolerancje wymiarowe podano na rys. 3.1.b; przegrody powinny mieć grubość
10 mm; wszystkie elementy formy powinny szczelnie przylegać do siebie;

prasa hydrauliczna do 200 kN i dokładności pomiaru

1, z możliwością

regulacji prędkości przyrostu nacisku; można wykorzystać prasę o większej sile nacisku, pod
warunkiem że jeden z zakresów nie przekracza 200 kN;

a) b)

Rys. 3.1. Forma do wykonywania normowych beleczek: a) widok ogólny; b) schemat i wymiary.

wkładkę do prasy, w której umieszcza

się

ściskane

beleczki;

wkładka jest złożona z dwóch

prostokątnych płytek, jej zadaniem jest zapewnienie pionowego oddziaływania sił ściskających na
próbkę; płytki wkładki po dociśnięciu powinny idealnie przylegać do siebie, nie tworząc skosów;

klimatyzowane pomieszczenie (lub duży pojemnik do przechowywania form z zaprawą),

zapewniające utrzymanie

dużej

wilgotności

powietrza (pow. 90

) i temperaturze 20,0 ± 1,0

o

C;

pojemnik z wodą do przechowywania rozformowanych beleczek; na dnie powinien być

umieszczony nierdzewny ruszt; orientacyjnie pojemność naczynia powinna być taka, aby na jedną
objętość próbek wyrobów przypadały cztery objętości wody.

Przygotowanie formy przeprowadza się przed każdym kolejnym zaformowaniem beleczek.
Poszczególne części formy powinny zostać dokładnie oczyszczone, a następnie zamontowane
na podstawie i skręcone. Podczas skręcania należy zastosować środek uszczelniający naroża
(np. gorąca mieszanina kalafonii i parafiny w proporcji 1:3). Wewnętrzne powierzchnie formy
należy lekko zwilżyć olejem mineralnym. Tak przygotowaną formę można napełniać
zaprawą.

Normową zaprawę do sporządzania beleczek wykonuje się według następujących proporcji:
1 część cementu, 3 części piasku normowego i pół części wody (współczynnik wodno-
cementowy W/C = 0,5).

Normowy piasek jest z reguły pakowany w worki po 1350 g (jest to ilość

wystarczająca na wykonanie mieszanki na trzy beleczki). W związku z tym normowa zaprawa
do wykonania trzech beleczek (1 forma) składa się:

- z 450 ± 2 g cementu;
- z

1350 ± 5

g

normowego

piasku

według

PN-EN 196-1:2006;

- z 225 ± 1 cm

3

wody.

Kolejność wykonywanych czynności jest następująca: do miski mieszarki wlewa się
wodę, następnie wsypuje cement, a po wymieszaniu stopniowo dozuje piasek. Czynności te,
czas ich trwania i prędkość obrotu mieszadła zestawiono w tab.3.2.

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 3,14

IIBZ

- 3 -

Tab. 3.2. Czynności i ich czas podczas mieszania zaprawy.

Nazwa czynności

Prędkość obrotowa

mieszadła

Czas trwania

czynności, s

Mieszanie cementu z wodą mała

30

 2

Dozowanie piasku

mała

30

 2

Mieszanie zaprawy

duża

30

 2

Zebranie zaprawy przylepionej do ścianek
miski za pomocą skrobaka do środka miski

bez mieszania

90

 5

Mieszanie zaprawy

duża

60

 5

Przygotowanie beleczek. Przygotowaną według tego opisu formę należy przymocować za
pomocą uchwytów do płyty wstrząsarki. Z przygotowanej zaprawy pobiera się pierwszą z
dwóch porcji (ok. 300 g) i wypełnia się nią poszczególne przegrody formy. Aby ułatwić
napełnianie formy, należy stosować specjalne łopatki. Ułożoną pierwszą warstwę rozgarnia
się łopatką i zagęszcza na wstrząsarce. Po zatrzymaniu wstrząsarki (60 wstrząsów) można
przystąpić do napełniania przegród formy drugą warstwą zaprawy, a następnie ponownie
uruchomić wstrząsarkę. Po zakończeniu tych czynności zdjąć formę z nakładką ze wstrząsarki
i usunąć nadmiar zaprawy ostrą metalową linijką (stalową płytką), poruszaną powoli ruchem
tnącym wzdłuż formy (prostopadle do beleczek), wykonując ruch w obie strony. Następnie
powierzchnię zaprawy wyrównuje się tą samą linijką, trzymaną płasko.

Dojrzewanie beleczek. Formy ze świeżą zaprawą należy umieścić w szafie klimatyzacyjnej.
Formę z zaprawą przechowuje się w pozycji poziomej, tak aby wilgotne powietrze miało
swobodny dostęp do beleczek. Formę należy od góry przykryć płytką szklaną lub stalową
(zapobiegającą wysychaniu).

Rozformowanie beleczek zależy od terminu badania. Beleczki przeznaczone do

badania po 24 h (co zdarza się stosunkowo rzadko) należy rozformowywać na 20 min przed
badaniem. Natomiast beleczki przeznaczone do badania w innych terminach należy
rozformowywać po 20

 24 h.

Rozformowane

wyroby

należy w sposób trwały oznaczyć na górnej powierzchni i

umieścić w kąpieli wodnej o temperaturze 20

 1°C w przygotowanym pojemniku. Beleczki

należy układać na ruszcie oraz w pewnej odległości od siebie tak, aby zapewnić swobodny
dostęp wody (odległości między beleczkami, ścianą naczynia i lustrem wody powinny być
większe od 5 mm). Beleczki powinny przebywać w wodzie do czasu badania.

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 3,14

IIBZ

- 4 -

14.1. OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI ZAPRAW CEMENTOWYCH NA
ZGINANIE

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

maszynę wytrzymałościową lub prasę hydrauliczną), pod warunkiem że ma on układ łamiący
identyczny z przedstawionym na rys. 14.1. 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.

100 ± 0.5

40

~

160

50 ± 0.15

~

30

O10

± 0

.5

O10

± 0

.5

1

3

3

2

~

40

47,5 ± 2,5

1 - wałek obciążający; 2 - próbka; 3 - podpory

Rys.14.1 Schemat układu łamiącego do badania wytrzymałości na zginanie cementu.

Wytrzymałość na zginanie (R

f

), MPa, oblicza się według wzoru:

3

5

,

1

b

l

F

R

f

f







gdzie:

b – długość boczna przekroju beleczki, mm;

F

f

– obciążenie łamiące na środku beleczki, N;

l – odległość miedzy podporami, mm.

Stosując uproszczenia, tzn. przyjmując beleczki szerokości i wysokości b = h = 4 cm
oraz odległości między podporami l = 10 cm, wzór powyższy można uprościć do postaci:

R

f

= 2,34

 F

f

 10



3

Wynik końcowy. Z trzech otrzymanych wyników pomiarów (niezależnie od metody badania)
należy obliczyć średnią arytmetyczną z dokładnością do 0,1 MPa.

14.2. OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI ZAPRAW CEMENTOWYCH NA
ŚCISKANIE
Badanie

wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na połówkach wykonanych

wcześniej beleczek. Połówki otrzymuje się w wyniku wcześniej przeprowadzonego
oznaczania wytrzymałości na zginanie lub przez przepołowienie beleczek w taki sposób, aby
nie została naruszona ich struktura.

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 3,14

IIBZ

- 5 -

Pomiar w prasie hydraulicznej. Beleczki wyjęte z kąpieli wodnej i osuszone tkaniną należy
umieścić między płytkami ściskającymi wkładki do prasy. Górna płaszczyzna beleczki,
powstała z wyrównania stalową linijką, powinna być ustawiona pionowo. Następnie należy
nastawić przyrost obciążenia na 2,4 ± 0,2 kN/s, włączyć napęd prasy i doprowadzić do
zniszczenia próbek. W chwili zniszczenia odczytuje się na manometrze siłę nacisku (F

c

) za

pomocą wskazówki biernej (maksymalna wartość siły). W przypadku wskaźnika cyfrowego
korzysta się z pamięci urządzenia.
Można stosować aparaty obsługiwane ręcznie, muszą jednak być wyposażone w
regulację kontrolną przyrostu obciążenia. Zarówno aparaty ręczne, jak i automatyczne
powinny zapewniać pomiar siły z granicą błędu nie większą niż 1

.

Podobnie

należy zbadać pozostałe połówki beleczek. Obliczanie wytrzymałości na

ściskanie R

C

przeprowadza się zgodnie z zależnością:

,

A

F

R

c

C



MPa

gdzie: F

c

- siła nacisku powodująca zniszczenie beleczki, N;

A = 1600 mm

2

- pole płytek dociskowych (powierzchnia ściskana), mm

2

.

Wynik końcowy. Wynikiem oznaczania jest średnia arytmetyczna otrzymanych sześciu
wartości pomiarów wykonanych na komplecie trzech beleczek. Jeżeli jedna z sześciu wartości
różni się od średniej o więcej niż 10

, należy ją odrzucić, a z pozostałych pięciu ponownie

obliczyć średnią arytmetyczną. Jeśli kolejna z tych pięciu pojedyncza wartość różni się o
więcej niż 10

, należy cały wynik badania odrzucić (pomiar należy powtórzyć).Pojedyncze

wyniki oraz wartość końcową wytrzymałości podaje się z dokładnością do 0,1 MPa.

Uwaga dotycząca jednostek. W normach EN i PN-EN (normach europejskich i polskich
normach zgodnych z normami europejskimi) 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.

Normy przedmiotowe:
PN-EN 196-1:2006, PN-EN 1015-6:2000

Instrukcja do laboratorium „Materiały budowlane”

Ćwiczenie 3,14

IIBZ

- 6 -

Grupa LP - ………/zespół ………

Data (

ćwicz.3

)………………

1. …………………………

Data (

ćwicz.14

)………………

2. …………………………
3. …………………………
4. …………………………

Ćwiczenie 3 i 14

PRZYGOTOWANIE NORMOWYCH BELECZEK

I

OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI CEMENTU

NA ZGINANIE ORAZ ŚCISKANIE

BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ZGINANIE

Wartość siły

łamiącej

Wytrzymałość

na zginanie

Wartość średnia

Nr

próbki

N MPa

MPa

1

2

3

………………

BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE

Powierzchnia

ściskana

Wartość siły

niszczącej

Wytrzymałość

na ściskanie

Wartość średnia

Nr

próbki

mm

2

kN MPa MPa

1

2

3

4

5

6

………………

Wnioski: .…………………………………………………………………………
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….
…………………………………………………………………………………….