POLITECHNIKA BIAA
OSTOCKA
WYDZIAA
BUDOWNICTWA I INŻYNIERII ŚRODOWISKA
Instrukcja do zajęć laboratoryjnych z przedmiotu:
TECHNOLOGIA BETONU
Ć W I C Z E N I E NR 3 (3N)
Temat ćwiczenia: Spoiwa hydrauliczne  cement.
Oznaczenie wytrzymałości na zginanie
i ściskanie. Oznaczenie czasów
wiÄ…zania.
Białystok 2011
Instrukcja nr 3 2
Ćwiczenie 3a
1. PODSTAWOWE OKREÅšLENIA I DEFINICJE
1.1. KLINKIER CEMENTOWY  materiał hydrauliczny składający się głównie z
krzemianów wapnia, a także zawierający glin oraz żelazo związane w fazach klinkieru.
1.2. PODSTAWOWE MINERAA
Y WYST
PUJ
CE W KLINKIERZE
3CaO · SiO2 alit  krzemian trójwapniowy (C3S),
2CaO · SiO2 belit - krzemian dwuwapniowy (C2S),
3CaO · Al2O3glinian trójwapniowy (C3A).
4CaO · Al2O3 · Fe2O3 brownmileryt - czterowapniowy zwiÄ…zek tlenku glinu i tlenku żelaza
(C4AF),
1.3. CEMENT  spoiwo hydrauliczne stanowiące drobno zmielony materiał nieorganiczny
po zmieszaniu z wodą tworzący zaczyn, wiążący i twardniejący w wyniku procesów
hydratacji, który po stwardnieniu pozostaje wytrzymały i trwały pod wodą.
1.4. SKA
ADNIKI GA
ÓWNE CEMENTÓW  w zależności od rodzaju mogą wystąpić
następujące składniki oprócz klinkieru cementu portlandzkiego:
" granulowany żużel wielkopiecowy (S),
" pucolona naturalna (P),
" pucolana naturalna wypalana (Q),
" popiół lotny krzemionkowy (V),
" popiół lotny wapienny (W),
" Å‚upek palony (T)
" wapień (L, LL),
" pył krzemionkowy (D).
1.5. RODZAJE CEMENTÓW  w zależności od składu cementy dzielimy:
CEM I  cement portlandzki,
CEM II  cement portlandzki wieloskładnikowy,
CEM III  cement hutniczy,
CEM IV  cement pucolanowy,
CEM V  cement wieloskładnikowy,
1.6 CEMENTY SPECJALNE
" cement o niskim cieple hydratacji LH
" cement o wysokiej odporności na siarczany HSR
" cement o małej zawartości alkaliów NA
CEMENT PORTLANDZKI SIARCZANOODPORNY
Ze wzglÄ™du na zawartość glinianu trójwapniowego (3CaO · SiO2) i alkaliów cement
portlandzki siarczanoodporny dzieli siÄ™ na cztery odmiany:
" CEM I MSR  o umiarkowanej odporności na siarczany
" CEM I HSR  o dużej odporności na siarczany
" CEM I MSR NA  niskoalkaliczny, o umiarkowanej odporności na siarczany
" CEM I HSR NA  niskoalkaliczny, o dużej odporności na siarczany
Instrukcja nr 3 3
1.7. KLASY CEMENTÓW  w zależności od wytrzymałości normowej (badany po
28 dniach dojrzewania) oraz wczesnej (po 2 lub 7 dniach dojrzewania) wyróżniamy
następujące klasy cementów:
klasa 32,5N; klasa 42,5N; klasa 52,5N;
klasa 32,5R; klasa 42,5R; klasa 52,5R;
Liczba określa minimalną normową wytrzymałość na ściskanie (MPa), natomiast
symbol ,,R  jest wyróżnikiem klasy wysokiej wytrzymałości wczesnej.
1.8. ZACZYN CEMENTOWY  plastyczna mieszanina cementu i wody.
1.9. NORMOWA ZAPRAWA CEMENTOWA  mieszanina piasku normowego,
cementu i wody w normowych proporcjach (3:1:0,5).
1.10. WI
ZANIE CEMENTU  nieodwracalny zanik plastyczności zaczynu
cementowego w wyniku uwodnienia.
1.11. POCZ
TEK WI
ZANIA CEMENTU  Czas, który upłynął między  czasem zero a
czasem, w którym odległość igły od płytki bazowej wyniesie (6 ą 3) mm, uznaje się jako
poczÄ…tek czasu wiÄ…zania cementu. Podaje siÄ™ go w zaokrÄ…gleniu do 5 min..
1.12. KONIEC WI
ZANIA CEMENTU - czas (w minutach) który upłynął między
 czasem zero a czasem, gdy igła aparatu Vicata zagłębi się w zaczynie na 0,5 mm.
2. POBIERANIE PRÓBEK CEMENTU I PRZYGOTOWANIE
PRÓBEK LABORATORYJNYCH
2.1. PARTIA CEMENTU  określona ilość cementu, która została wyprodukowana
w jednakowych warunkach. Po wymaganych badaniach ilość ta jako całość
odpowiadajÄ…ca lub nie odpowiadajÄ…ca normom lub wymaganiom umowy.
2.2. PRÓBKA PIERWOTNA  ilość cementu pobrana jednorazowo za pomocą
urządzenia stosowanego do pobierania próbek.
2.3. MIEJSCE POBIERANIA PRÓBEK  worki, zbiorniki dużej pojemności, przy
napełnianiu autocysterny lub silosa, z pakowarki.
2.4. PRÓBKA OGÓLNA  próbka składająca się z jednej lub więcej próbek
pierwotnych pobranych bezpośrednio po sobie z różnych miejsc.
2.5. PRÓBKA ŚREDNIA  ujednorodniona (homogeniczna) mieszanina próbek
ogólnych pobranych z większej ilości tego samego cementu (masa 40 50 kg).
2.6. PRÓBKA LABORATORYJNA  próbka pobrana ze zhomogenizowanej
(ujednorodnionej) próbki średniej przeznaczona do badań laboratoryjnych.
2.7. PRZYGOTOWANIE PRÓBEK LABORATORYJNYCH
Po zhomogenizowaniu (ujednorodnieniu) średnią próbkę wysypujemy na czystą
równą powierzchnię, dzielimy na cztery części (metodą kwartowania). Następnie przy
pomocy próbnika mogącego pomieścić jednorazowo około 0,5 kg cementu pobieramy
kolejno próbki do pojemników lub woreczków z tworzywa sztucznego. Masa próbki
laboratoryjnej nie powinna być mniejsza niż 5 kg.
Pojemniki (torby) z cementów powinny być szczelnie zamknięte, oznakowane i
opieczętowane. Do każdej próbki powinien być dołączony protokół pobrania, podpisany
przez osoby uczestniczące przy pobieraniu próbek.
Instrukcja nr 3 4
3. Oznaczanie wytrzymałości na zginanie i ściskanie cementu zgodnie
z PN-EN 196-1
3.1. OprzyrzÄ…dowanie stanowiska badawczego
1) mieszarka normowa wraz z misÄ…,
2) waga laboratoryjna,
3) sekundomierz,
4) komplet form trójdzielnych, pojedyncza forma o wymiarach 40 mm x40 mm x160 mm
(rys 1)
5) szufelka, Å‚opatka, linijka zgarniajÄ…ca,
6) wstrzÄ…sarka,
7) komora wilgotnościowa lub szafa klimatyczna,
8) wanna do przechowywania próbek,
9) urządzenie do oznaczania wytrzymałości na zginanie i ściskanie z wkładkami.
Rys. 1 Forma trójdzielna do beleczek
Instrukcja nr 3 5
3.2. Przebieg realizacji eksperymentu
3.2.1. Przygotowanie zaprawy normowej
Przygotowanie zaczynu powinno się odbywać pod bezpośrednim nadzorem prowadzącego
zajęcia.
Każda mieszanka dla trzech beleczek powinna składać się z (450 ą 2) g cementu,
(1350 Ä… 5) g piasku normowego CEN i (225 Ä… 1) g wody. Piasek normowy CEN
oznaczany za pomocą analizy sitowej na reprezentatywnej próbce piasku o całkowitej
masie nie mniejszej niż 1345 g powinien odpowiadać wymaganiom w tabeli 1.
Tabela 1 Rozkład wielkości ziarn piasku wzorcowego CEN
Sposób postępowania:
" odważyć 450g cementu z dokładnością do 2 g,
" odważyć w cylindrze 225 ml wody z dokładnością do 1 g,
" wstawić misę do mieszarki,
" wsypać odważony piasek normowy do zasypnika mieszarki,
" wlać wodę do misy mieszarki,
" wsypać do misy odważoną ilość cementu,
" bezpośrednio po zetknięciu się cementu z wodą uruchomić mieszarkę na niskich
obrotach równocześnie zaczynając odmierzanie etapów mieszania. Dodatkowo
zanotować czas w zaokrągleniu do minuty jako  czas zero . Po 30 s mieszania
równomiernie sypać piasek przez następne 30 s.
" włączyć mieszarkę na wysokie obroty i kontynuować mieszanie jeszcze przez 30 s.
 Czas zero jest momentem, od którego liczy się czas rozformowania beleczek i oznaczanie
wytrzymałości.
" zatrzymać mieszarkę na 90 s. W czasie pierwszych 30 s zebrać skrobakiem
(gumowym lub z tworzywa sztucznego) zaprawę, która przykleiła się do ścianek i dna
misy i przenieść ją na środek misy,
" kontynuować mieszanie przez 60 s utrzymując wysokie obroty mieszarki.
3.2.2. Formowanie beleczek do badania
" do przymocowanej na wstrząsarce formy z nakładką odpowiednią szufelką pobrać
bezpośrednio z misy jedną porcję zaprawy i ułożyć pierwszą z dwóch warstw (każda
warstwa ok. 300 g) w każdej przegródce formy,
" zaprawę równomiernie rozprowadzić dużą łopatką trzymając prawie prostopadle, tak
aby jej ramiona stykały się z górną krawędzią nakładki i prowadzić w każdej
przegródce jednokrotnie tam i z powrotem,
" pierwszą warstwę zaprawy zagęścić 60 wstrząsami wstrząsarki,
" nałożyć drugą warstwę i postępować jak w przypadku pierwszej warstwy,
" podnieść formę z wstrząsarki i usunąć nakładkę,
Instrukcja nr 3 6
" nadmiar zaprawy usunąć za pomocą prostej metalowej linijki zgarniającej trzymanej
prawie prostopadle z pochyleniem w kierunku zgarniania, powoli przesunąć poziomo
ruchem tnącym jeden raz w każdym kierunku,
" powtórzyć procedurę zgarniania za pomocą linijki zgarniającej trzymanej prawie
płasko w celu wygładzenia powierzchni,
" z krawędzi formy usunąć resztki zaprawy, która pozostała po zgarnianiu w czasie
wyrównywania,
" w celu identyfikacji formy zaopatrzyć w etykiety lub opis (nr grupy i zespołu,  czas
zero ).
3.2.3 Przechowywanie beleczek do badania
" na formie umieścić gładką płytkę szklaną, metalową lub z innego nieprzepuszczalnego
materiału o wymiarach 210 mm x 185 mm x 6 mm,
" każdą przykrytych form umieścić na poziomym podłożu w komorze wilgotnościowej
lub szafie klimatycznej; wilgotne powietrze powinno mieć dostęp do każdej strony
formy,
" beleczki przeznaczone do badania po 24 h rozformować 20 min przed badaniem,
" beleczki przeznaczone do badan po okresie dłuższym rozformować 20 h do 24 h po
ich zagęszczeniu,
" beleczki oznakować we właściwy sposób w celu póz
niejszej identyfikacji,
" oznakowane beleczki niezwłocznie umieścić w dowolny sposób (poziomo lub
pionowo) w pojemnikach wypeÅ‚nionych wodÄ… o temp (20,0 Ä… 1,0) °C,
" beleczki układać na rusztach tak, aby woda miała swobodny dostęp do wszystkich
sześciu powierzchni; odstęp między beleczkami i poziom wody nad nimi nie powinien
być mniejszy niż 5 mm.
Wiek beleczek przeznaczonych do badania wytrzymałości liczony od  czasu zero :
" 24 h Ä…15 min
" 48 h Ä… 30 min
" 72 h Ä… 45 min
" 7 dni Ä… 2 h
" 28 dni Ä… 8 h
Instrukcja nr 3 7
Ćwiczenie 3b
3.3 Wykonanie oznaczenia
3.3.1 Wytrzymałość na zginanie
Użyć trzypunktowej metody obciążenia. Umieścić beleczkę w urządzeniu powierzchnią
boczną na rolkach podporowych tak, aby jej oś podłużna był prostopadła do rolek
podporowych (rys. 2). Za pomocą rolki obciążającej przenosić obciążenie pionowo na
przeciwległą powierzchnię boczną beleczki i równomiernie zwiększać nacisk o (50 ą 10)
N/s aż do złamania. Połówki beleczek trzymać przykryte wilgotną ściereczką aż do
przeprowadzenia badania na ściskanie.
Rys. 2 Układ obciążający do oznaczania wytrzymałości na zginanie
3.3.2 Wytrzymałość na ściskanie
Zbadać każdą połówkę beleczki obciążając jej boczne powierzchnie za pomocą
urządzenia przedstawionego na rys. 3. Połówki beleczek umieścić boczną powierzchnią
na środku płytki z dokładnością ą 0,5 mm i w kierunku wzdłużnym tak, aby czołowe
Instrukcja nr 3 8
powierzchnie beleczki wystawały około 10 mm poza płytki. Zwiększać równomiernie
obciążenie z prędkością (2400 ą 200) N/s aż do zgniecenia.
Rys. 3 Typowa wkładka do oznaczania wytrzymałości na ściskanie
3.3.3 Wyniki
Obliczyć wynik badania wytrzymałości na zginanie jako średnią arytmetyczną z
trzech poszczególnych wyników wyrażonych z dokładnością co najmniej do 0,1 MPa.
Podać średnią arytmetyczną z zaokrągleniem do 0,1 MPa.
Obliczyć wynik badania wytrzymałości na ściskanie jako średnią arytmetyczną z
sześciu poszczególnych wyników wyrażonych z dokładnością co najmniej do 0,1 MPa.
Jeśli jeden z sześciu wyników oznaczania różni się więcej niż o ą 10% od średniej,
należy ten wynik odrzucić i obliczyć wartość średnią z pozostałych pięciu pojedynczych
wyników. Jeżeli jeden pozostałych pięciu wyników oznaczania różni się więcej niż o ą
10% od średniej, należy odrzucić cały wynik badania i powtórzyć oznaczenie. Wyrazić
średnią arytmetyczną z zaokrągleniem do 0,1 MPa.
Instrukcja nr 3 9
4. RODZAJE I SKA
AD CEMENTÓW PRODUKOWANYCH W POLSCE
(wg PN-EN 197-1)
Tabela 3
Instrukcja nr 3 10
5. Wymagania mechaniczne i fizyczne dla cementów według
PN-EN 197-1
Tabela 4
Wytrzymałość na ściskanie, MPa
PoczÄ…tek
Klasa Wytrzymałość Wytrzymałość Stałość objętości
czasu
wytrzy- wczesna normowa (rozszerzalność),
wiÄ…zania,
małości mm
minuty
po 2 po 7
po 28 dniach
dniach dniach
32,5 N - e" 16,0
e" 32,5 d" 52,5 e" 75
32,5 R e" 10,0 -
42,5 N e" 10,0 -
d" 10
e" 42,5 d" 62,5 e" 60
42,5 R e" 20,0 -
52,5 N e" 20,0 -
e" 52,5 - e" 45
52,5 R e" 30,0 -
Instrukcja nr 3 11
Ćwiczenie 3c
6. Oznaczenie czasów wiązania cementu zgodnie z PN-EN 196-3
6.1 OprzyrzÄ…dowanie stanowiska badawczego
" Aparat Vicata (ręczny lub automatyczny) (rys. 4),
" Pojemnik do przechowywania wypełnionych pierścieni pod wodą,
" Komora o temperaturze (20,0 Ä… 1,0) °C regulowanej termostatycznie,
" Waga laboratoryjna,
" Mieszarka normowa wraz z misÄ….
6.2 Oznaczenie poczÄ…tku wiÄ…zania
" Zanotować  czas zero jako czas zetknięcia się cementu z wodą.
" Zaczyn o konsystencji normowej (zapoznać się z procedurą badania zgodnie z
normą PN-EN 196-3) przenieść z niewielkim nadmiarem do lekko naoliwionego
pierścienia Vicata umieszczonego uprzednio na lekko naoliwionej płytce bazowej,
unikając nadmiernego zagęszczania lub wstrząsania. Wszelkie puste przestrzenie w
zaczynie usunąć delikatnie stukając końcem kciuka w nieznacznie przepełniony
pierścień. Nadmiar zaczynu z górnej powierzchni pierścienia usunąć ostrożnie ruchem
tnącym za pomocą prostokątnego narzędzia w taki sposób, aby zaczyn wypełniający
pierścień miał wygładzoną górną powierzchnię.
" Umieścić napełniony pierścień z płytką bazową w pojemniku, wypełnić wodą tak, aby
powierzchnia zaczynu była zanurzona na głębokość min. 5 mm i przechowywać w
komorze o regulowanej temperaturze (20,0 Ä… 1,0) °C .
" Po ustalonym czasie umieścić pierścień z płytką i pojemnikiem pod igłą aparatu Vcata.
" Opuszczać igłę delikatnie aż zetknie się z zaczynem. Utrzymać w tej pozycji przez 1 s
do 2 s w zelu uniknięcia prędkości początkowej.
" Szybko zwolnić ruchome części i pozwolić igle na pionowe zagłębienie się w zaczynie.
" Odnotować wskazania skali (odległość między końcem igły a płytką bazową), gdy
zagłębianie ustanie lub najpóz
niej po 30 s od zwolnienia igły.
" Powtarzać zagłębianie w tej samej próbce w położonych blisko siebie miejscach, nie
bliżej niż 8 mm od brzegu pierścienia i 5 mm od siebie oraz co najmniej 10 mm od
miejsca ostatniego zagłębienia, w niedługich odstępach czasu, np. co 10 min..
" Między czynnościami zagłębiania przechowywać próbkę w komorze o regulowanej
temperaturze (20,0 Ä… 1,0) °C.
" Po każdym zagłębieniu natychmiast wyczyścić igłę Vicata.
Czas, który upłynął między  czasem zero a czasem, w którym odległość igły od
płytki bazowej wyniesie (6 ą 3) mm, uznaje się jako początek czasu wiązania
cementu. Podaje siÄ™ go w zaokrÄ…gleniu do 5 min.
6.3 Oznaczenie poczÄ…tku wiÄ…zania
" Pierścień używany do oznaczenia początku wiązania odwrócić tak, aby oznaczanie
końca wiązania można przeprowadzić na powierzchni uprzednio przylegającej do
płytki bazowej.
Instrukcja nr 3 12
" Postępować jak przy oznaczaniu początku wiązania.
" Pod koniec oznaczania zaopatrzyć aparat Vicata w igłę jak na rys. 4e
" Odnotować czas, gdy igła po raz pierwszy zanurzy się w próbce tylko na 0,5 mm
(pierścieniowa nasadka igły nie pozostawia już śladu na powierzchni badanej próbki).
" Koniec czasu wiązania należy potwierdzić powtarzając badanie w dwóch różnych
miejscach.
Rys. 4 Aparat Vivata
Instrukcja nr 3 13
7. ZAKRES MATERIAA
U OBOWI
ZUJ
CEGO PRZY ZALICZANIU
" Materiał objęty ćwiczeniem,
" PN-EN 197-1:2002, Cement - Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności
dotyczące cementów powszechnego użytku.
" PN-EN 196-1, Metody badania cementu. Oznaczanie wytrzymałości.
" PN-EN 196-3, Metody badania cementu. Oznaczanie czasów wiązania i stałości
objętości.
" PN-EN 196-5, Metody badania cementu. Badanie pucolanowości cementów
pucolanowych.
" PN-EN 196-6, Metody badania cementu. Oznaczenie stopnia zmielenia.
" PN-EN 196-7, Metody badania cementu. Sposoby pobierania i przygotowania próbek
cementu.