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
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 sÄ… z zaprawy o konsystencji plastycznej,
zawierających 1 część masy cementu i 3 części masy piasku normowego przy stosunku
wodno-cementowym (w/c) = 0,50. SporzÄ…dzona 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 2oC.
Wilgotność względna powietrza min. 65%.
Cement, piasek, woda odpowiadajÄ…ca temp. pomieszczenia.
Woda do badań wzorcowych - destylowana, do innych  wodociągowa.
Cement przesiany przez sito o # 1 mm.
1
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
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 dm3.
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: 15ą0,3 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 przylegajÄ… do siebie.
Przed wprowadzeniem zaprawy wewnętrzne powierzchnie
formy należy lekko zwilżyć olejem mineralnym.
Pojemnik z wodÄ… do przechowywania rozformowanych
beleczek; na dnie umieszczony ruszt z nierdzewnej stali.
2
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
Cześć doświadczalna
1.Sporządzenie zaprawy normowej oraz zaprawy z udziałem dodatków mineralnych
Do sporządzenia trzech beleczek (40x40x160 mm) z zaprawy normowej należy odmierzyć:
450Ä…2 g cementu (CEM I)
1350Ä…5 g piasku normowego (naturalny piasek kwarcowy zgodny z normÄ… PN-EN 196-1),
225Ä…1 g wody pitnej, wodociÄ…gowej,
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. Skład 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
Prędkość obrotowa
Czas trwania
Opis czynności Faza mieszadła wokół
fazy, s
własnej osi, obr./min
Zaczyn - Mieszanie cementu z wodÄ…
Automatyczne dozowanie piasku Faza nr 1 140Ä…5 30
normowego do zaczynu
Zaprawa  wstępne mieszanie I Faza nr 2 285ą10 30
Zebranie zaprawy przylegajÄ…cej do
Faza nr 3 Bez mieszania 90
ścianek miski mieszarki
Zaprawa  zasadnicze mieszanie II Faza nr 4 285Ä…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.
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
Nadmiar zaprawy usunąć za pomocą stalowej płytki, poruszanej powoli ruchem tnącym
wzdłuż formy (prostopadle do beleczki), wykonując ruch w obie strony. Wyrównać
powierzchniÄ™.
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 20ą1oC.
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 wodÄ….
Badanie zapraw świeżych
Oznaczanie plastyczności
Zasada metody polega na określeniu średnicy rozpływu sporządzonej zaprawy poddanej
wstrzÄ…som 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,
4
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
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 (Rf) 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 ą1% oraz przyrostem
obciążenia (50ą10) N/s.
Rys. 2 -3 Widok ogólny oraz schemat badania wytrzymałości na zginanie beleczki cementowej
5
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
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,
sypiÄ…cego siÄ™ ze zbiornika do naczynia wiszÄ…cego na ramieniu dz
wigni. Przekładanie dz
wigni
(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 dz
wigni 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 (Rf) obliczyć korzystając ze wzorów (1 lub 2):
Rf = 1,17 x P [MPa] (1)
P  ciężar naczynia ze śrutem , kg
1,5 Ff l
Rf [MPa] (2)
b3
gdzie:
b  długość boczna przekroju beleczki [mm]  40 mm; Ff  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.
6
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. Badanie wytrzymałości zapraw na ściskanie (Rc)
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 mm2 (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:
Fc
Rc ,[MPa]
A
gdzie: Fc  wytrzymałość na ściskanie [kN], A  pole powierzchni płytek dociskowych [mm2]
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 póz
niej. Wytrzymałość na ściskanie 28-dniowa pozwala
przypisać badanemu cementowi jego podstawowa cechę: klasę cementu (Tabela 3).
7
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
Tabela 3. Wymagania mechaniczne i fizyczne podane jako wartości charakterystyczne
Wytrzymałość na ściskanie [MPa]
Początek Stałość
Wytrzymałość Wytrzymałość
Klasa czasu objętości
wczesna normowa
wytrzymałości wiązania (rozszerzalności
po 2 po 7 Po 28 dniach
[min] [mm]
dniach dniach min.  max.
32,5 N -
16,0
32,5 52,5 75
32,5 R -
10,0
42,5 N -
10,0
42,5 62,5 60 10
42,5 R -
20,0
52,5 N -
20,0
52,5 - 45
52,5 R -
30,0
Uwaga dotyczÄ…ca jednostek.
2
Stosowaną jednostką wytrzymałości jest 1 N/mm , natomiast w Polsce przyjęto za
2
jednostkę podstawową 1 MPa. Przelicznik jest następujący: 1 N/mm = 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.
8
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
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.
9