1. Definicje:

spoiwo hydrauliczne - Spoiwo, które po zarobieniu z wodą wiąże i zachowuje swoje cechy wytrzymałościowe zarówno na powietrzu  jak i w wodzie;

zaczyn cementowy - mieszanina cementu i wody;

zaprawa - mieszanina cementu, wody i dodatku drobnoziarnistego;

mieszanka betonowa - mieszanina cementu, wody i dodatku drobno- i gruboziarnistego przed związaniem betonu

beton - materiał budowlany powstały z mieszanki betonowej po zakończeniu wiązania;

projektowanie betonu - czynność polegająca na ilościowym ustaleniu optymalnego udziału poszczególnych składników betonu, w celu uzyskania wymaganych właściwości świeżej mieszanki betonowej i stwardniałego betonu.

2. Podstawy teoretyczne

Cementami portlandzkimi powszechnego użytku nazywamy spoiwa otrzymywane ze zmielenia klinkieru cementowego z dodatkiem do 5% kamienia gipsowego, a także dodatków żużla, pyłu krzemionkowego, pucolany, popiołu lotnego bądź wapienia. Wyróżnia się 5 rodzajów cementów powszechnego użytku wg nowej normy na cement PN-EN 197-1:

CEM I - cement portlandzki,

CEM II - cement portlandzki wieloskładnikowy,

CEM III - cement hutniczy,

CEM IV - cement pucolanowy,

CEM V - cement wieloskładnikowy.

Do najczęściej stosowanych dodatków w naszym kraju zaliczamy:

• granulowany żużel wielkopiecowy

• popiół lotny krzemionkowy

• kamień wapienny

Każdy rodzaj cementu może również zawierać składnik drugorzędny w ilości do 5% masy cementu. Składnikami drugorzędnymi mogą być mineralne materiały nieorganiczne lub składniki główne cementu wymienione w normie PN-EN 197-1.

W zależności od wytrzymałości na ściskanie po 28 dniach twardnienia, oznaczonej zgodnie z PN-EN 196-1, norma PN-EN 197-1 wyróżnia trzy klasy wytrzymałości (wyrażonej w N/mm²; 1MPa= N/mm²):

• klasa 32,5

• klasa 42,5

• klasa 52,5

Dodatkowo przy oznaczeniu klasy cementu występują symbole N lub R, które informują o poziomie wytrzymałości wczesnej:

N - cement o normalnej wytrzymałości wczesnej, np. CEM I 32,5 N

R - cement o wysokiej wytrzymałości wczesnej, np. CEM V 52,5 R

3. Oznaczenia

1. Oznaczanie wytrzymałości

Metoda dotyczy oznaczania wytrzymałości na ściskanie lub na zginanie próbek w kształcie prostopadłościanów o wymiarach 4x4x16 cm. Beleczki wykonywane są z zaprawy o konsystencji normowej. Zaprawa zawiera 1 część masy cementu i 3 części masy piasku normowego, przy stosunku wodno-cementowym (w/c) 0,50. Woreczki piasku są pakowane po 1350g. Wobec tego wody potrzeba 225g, a cementu 450g. Cement wsypujemy do wody i mieszamy na wolnych obrotach, po 30s wsypywać równomiernie piasek przez kolejne 30s, następnie przestawić mieszarkę na szybkie obroty na następne 30s. Do tego używamy mieszarki normowej o specjalnym kształcie misy i mieszadła. Po upływie 1,5 minuty zatrzymujemy mieszankę na 15s. W tym czasie można zdjąć z bocznych ścianek misy przyległy zaczyn i przenieść ją na środek misy. Następnie ponownie mieszamy przez 60s przy wysokich obrotach. Tak przygotowaną zaprawą napełniamy formy normowe do połowy. Tam zagęszczana jest za pomocą znormalizowanej wstrząsarki. Nadmiar usunąć za pomocą prostej metalowej linijki zgarniającej. Beleczki przechowywane są w formach przez 24 godziny w wilgotnym powietrzu. Następnie po rozformowaniu są przechowywane w wodzie aż do chwili badań wytrzymałości po 28 dniach.

W celu oznaczenia wytrzymałości na zginanie tak przygotowane belki ustawia się na podporach odpowiedniego aparatu do badań i obciąża się siłą skupioną w środku między podporami aż do złamania.

Obliczenie wytrzymałości na zginanie w MPa oblicza się wg wzoru:

- w aparacie Michaelisa gdy P jest w KG

-w prasie hydraulicznej gdy P jest w kN

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na połówkach beleczek, stosując nakładki metalowe 4x4xm (F=16cm²). Wytrzymałość na ściskanie oblicza się w MPa według wzoru:

gdzie: P - siła niszcząca [kN];

F - powierzchnia ściskania.

Jako wynik powyższych pomiarów podaje się średnią arytmetyczną uzyskanych wyników.

2. Oznaczanie czasu wiązania

Jako czas wiązania przyjmuje się okres, po którym igła zanurza się do określonej głębokości w zaczynie cementowym o normowej konsystencji. Czas wiązania określa się dwoma pojęciami: początkiem i końcem wiązania. Za początek wiązania przyjmuje się czas, który upływa od momentu wymieszania cementu z wodą do chwili, gdy igła zanurzy się na odległość 3-5mm od szklanej płytki, na której ustawiony jest pierścień z badanym zaczynem. Koniec wiązania określa się na tych samych próbkach z tą różnicą, że odwracamy ją do góry dnem (czyli do góry częścią która przylegała do szklanej płytki) i używamy innej igły wyposażonej w pierścieniową nasadkę. Za koniec wiązania przyjmuje się czas między wsypaniem cementu do wody a momentem, w którym igła zanurza się na głębokość 0,5mm w twardniejącym zaczynie.

3. Oznaczanie konsystencji normowej

Jest to określenie ilości wody wymaganej do uzyskania konsystencji normowej na podstawie wielokrotnych prób zanurzania bolca w zaczynach cementowych o różnej zawartości wody. W tym celu stosuje się aparat igłowy Vicata, który przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Na rysunku jest zwymiarowany pierścień (wykonany z ebonitu), który napełnia się zaczynem cementowym, a także bolec do badania konsystencji normowej. W aparacie Vicata całkowita masa części ruchomych powinna wynosić 300±1g.

Mieszankę normową przygotowuje się dla 500g cementu i różnych ilości wody. Zaczyn wykonujemy tak samo jak przy beleczkach do oznaczenia wytrzymałości. Normową mieszarką przez 3 minuty mieszamy z przerwa 15-sekundową w połowie. Wymieszany zaczyn cementowy należy natychmiast wlać z pewnym nadmiarem do pierścienia Vicata, który został umieszczony na natłuszczonej szklanej płytce. Nadmiar ścina się płaskim nożem z górnej powierzchni pierścienia, aby zaczyn miał gładką powierzchnię. Wyregulowanie aparatu Vicata wraz z bolcem wykonujemy przez umieszczenie bolca na szklanej płytce i ustawienie wskazówki w punkcie zerowym skali. Następnie pierścień na płytce i z badanym zaczynem ustawiamy na aparacie Vicata. Bolec przesuwamy tuż nad górną powierzchnię. Następnie zwalniamy ruchomą część, aby bolec zanurzył się pionowo w środku zaczynu. Próbę zanurzenia bolca należy przeprowadzić po 4 minutach od zakończenia wsypywania cementu do wody (czas zerowy). Kiedy bolec przestanie się zanurzać, odczytujemy ze skali głębokość zanurzenia od dna (czyli odległość końca bolca od górnej powierzchni szklanej płytki). Po każdej próbie czyścimy mieszadło i misę mieszarki oraz pierścień z płytką i bolec Vicata. Badanie zaczynów z różną ilością wody powtarzamy, aż odstęp miedzy bolcem a płytką będzie w granicy 5-7mm. Wtedy badana próbka ma konsystencję normową.

4. Oznaczanie stałości objętości

Stałość objętości oznacza się mierząc zmianę objętości zaczynu cementowego o konsystencji normowej. Badanie przeprowadza się przy użyciu pierścienia Le'Chateliera z dwiema igłami. Układ przedstawiony jest na poniższym rysunku.

Badanie to dopuszcza zmiany objętości, które nie powodują szkodliwych naprężeń w tworzywie cementowym. Mogą być one wywołane głównie obecnością tzw. „martwo palonego” tlenku wapniowego i/lub tlenku magnezowego. W normowym oznaczeniu stałości objętości stwarzane są warunki pozwalające na przyspieszenie uwodnienia wyżej wspomnianych tlenków. Badanie przeprowadza się równocześnie na dwóch płytkach wykonanych z tego samego zaczynu cementowego. Pierścień wypełniony zaczynem o konsystencji normowej przechowuje się przez 24 godziny w temp. 20±1^oC i wilgotności względnej powietrza min. 98%. Po tym czasie mierzy się odległości między końcami igieł z dokładnością do 0,5mm. Następnie pierścienie ogrzewa się w łaźni wodnej przez 30 minut do temperatury wrzenia wody i utrzymuje się przez 3 godziny. Po tym czasie chłodzi się je do temp. 20±2 ^oC i mirzy odległość między końcami igieł. Za wynik przyjmuje się średnią arytmetyczną z różnic pomiarów po i przed gotowaniem próbek.

4. Wyniki pomiaru

Celem pomiarów było oznaczenie konsystencji normowej dla danego betonu. Badania przeprowadziliśmy zgodnie z zasadami opisanymi w części teoretycznej. Otrzymane kolejne wyniki zawiera poniższa tabela.

w/c	głębokość od dna [mm]
0,26	19
0,275	18
0,285	16
0,29	11
0.30	0

W wyniku przeprowadzonych pomiarów nie udało się otrzymać konsystencji normowej, lecz został ustalony przedział stosunku w do c, w którym się on znajduje a mianowicie miedzy 0,29 a 0,30.

1

---