Spis treści:
str.
Harmonogram wykonania badań……………………………….3
Część teoretyczna………………………………………………4
Rodzaje cementów wykorzystywanych w
budownictwie i ich właściwości…………………..4-8
Teoretyczne zasady hydratacji cementu………....9-11
Technologie produkowania cementu…………...11-12
Wykorzystanie w budownictwie……………….12-17
Metodyki oznaczeń badanych właściwości substancji (w załączniku)…………………………………………………….17
Część eksperymentalna (wyniki badań)…………………….....17
Badanie wizualne pod mikroskopem……………....17
Oznaczenie gęstości w kolbie Le Chateliera………17
Oznaczenie konsystencji normowej……………….18
Oznaczenie czasu wiązania………………………..19
Oznaczenie stopnia zmielenia……………………..20
Oznaczenie wytrzymałości beleczek cementowych na rozciąganie i ściskanie……………….20-22
Oznaczenie wytrzymałości zaprawy murarskiej marki M-12 z piaskiem wiślanym....................................22-23
Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie walców cementowych……………..……………………23-24
Oznaczenie ścieralności sześcianu cementowego……………………………………………24-25
Oznaczenie straty prażenia………………………...25
Porównawcza tablica i wnioski……………………………26-27
Bibliografia……………………………………………………28
Załączniki
Harmonogram wykonania badań.
Nr ćwiczenia | Nazwa wykonywanego ćwiczenia | Data wykonania |
---|---|---|
1 | Badanie mikroskopowe substancji niewiadomej | 20.10.2008r |
2 | Oznaczenie gęstości absolutnej za pomocą Kolby Le Chateliera | 27.10.2008r |
3 | Oznaczenie konsystencji normowej cementu | 17.11.2008r |
4 | Oznaczenie czasu wiązania cementu | 24.11.2008r |
5 | Stopień zmielenia | 08.12.2008r |
6 | Oznaczenie wytrzymałości beleczek cementowych | 15.12.2008r |
7 | Oznaczenie wytrzymałości sporządzonej zaprawy murarskiej marki M-12 z piaskiem wiślanym oraz oznaczenie wytrzymałości na zginanie walców cementowych | 22.12.2008r |
8 | Ścieralność sześcianu cementowego | 05.01.2009r |
9 | Straty prażenia | 12.01.2009r |
Część teoretyczna
2.1 Rodzaje cementów wykorzystywanych w budownictwie i ich właściwości
Cement - jest materiałem wiążącym hydraulicznym, który otrzymuje się przez zmielenie klinkieru cementowego z siarczanem wapnia oraz dodatkami hydraulicznymi i pucolanowymi. Znacząca rola tego spoiwa we współczesnym budownictwie wynika nie tylko z korzystnych jego cech użytkowych i możliwości ich modyfikacji w skutek wprowadzenia różnego typu dodatków, ale również powszechnej dostępności tanich surowców, z których jest wytwarzany. Cement stanowi blisko 20% ogólnej masy materiałów używanych w budownictwie.
Światowa produkcja cementu wynosi ok. 1,6 mld ton i rośnie o 2 - 5% rocznie. W Polsce produkuje się ok. 15 mld ton tego spoiwa. Polska ma wieloletnią tradycję w produkcji cementu. Pierwsza cementownia została zbudowana w 1857 r. Grodźcu ok. Będzina ; była to piąta cementownia na kontynencie europejskim.
Asortyment produkowanych cementów jest następujący : cementy portlandzkie, hutnicze, pucolanowe i cementy specjalne, w tym cement o niskim cieple hydratacji, cement o wysokiej odpornośći na siarczany, cement niskoalkaliczny oraz cement biały i glinowy.
CEM I (cement portlandzki)
Składa się głównie z klinkieru portlandzkiego (ponad 95%)
Zastosowanie:
konstrukcje i elementy monolityczne lub prefabrykowane dojrzewające w warunkach naturalnych
konstrukcje i elementy sprężone dojrzewające w warunkach naturalnych i podwyższonej temperatury
drobnowymiarowe wyroby prefabrykowane dojrzewające w warunkach naturalnych
beton komórkowy
betonowanie w warunkach obniżonej temperatury
zaprawy murarskie i tynkarskie
CEM II (cement portlandzki wieloskładnikowy)
Cement portlandzki żużlowy:
Klinkier | Żużel wielkopiecowy | Pył krzemionkowy | Inne składniki | |
---|---|---|---|---|
CEM II/AS | 80 – 94% | 6 – 20% | - | 0 – 5% |
CEM II/BS | 65 – 79% | 21 – 35% | - | 0-5% |
CEM II/AD | 90 – 94% | - | 6 – 10% | - |
Zastosowanie:
konstrukcje hydrotechniczne i hydroenergetyczne
produkcja betonu do konstrukcji narażonych na działanie czynników agresywnych
produkcja zapraw murarskich i tynkarskich
produkcja galanterii betonowej
stabilizacja gruntów
Cement portlandzki pucolanowy:
Klinkier | Pucolana naturalna | Pucolana wypalana | |
---|---|---|---|
CEM II/AP | 80 – 94% | 6 – 20% | - |
CEM II/BP | 65 – 79% | 21 – 35% | - |
CEM II/AQ | 80 – 94% | - | 6 – 20% |
CEM II/BQ | 65 – 79% | - | 21 – 35% |
Zastosowanie:
konstrukcje i elementy monolityczne lub prefabrykowane dojrzewające w warunkach naturalnych
konstrukcje i elementy sprężone dojrzewające w warunkach naturalnych i podwyższonej temperatury
drobnowymiarowe wyroby prefabrykowane dojrzewające w warunkach naturalnych
beton komórkowy
betonowanie w warunkach obniżonej temperatury
zaprawy murarskie i tynkarskie
Cement portlandzki popiołowy:
Klinkier | Popiół lotny krzemiankowy | Popiół lotny wapienny | |
---|---|---|---|
CEM II/AV | 80 – 94% | 6 – 20 | - |
CEM II/BV | 65 – 79% | 21 – 35% | - |
CEM II/AW | 80 – 94% | - | 6 – 20% |
CEM II/BW | 65 – 79% | - | 21 – 35% |
Zastosowanie:
wykonywanie skomplikowanych i masywnych budowli hydrotechnicznych i hydroenergetycznych
wykonywanie konstrukcji betonowych w budownictwie morskim
produkcja zapraw murarskich i tynkarskich
produkcja betonu komórkowego
stabilizacji gruntów i budowa dróg
Cement portlandzki łupkowy:
Klinkier | Łupek palony | |
---|---|---|
CEMII/AT | 80 – 94% | 65 – 79% |
CEM II/BT | 6 – 20% | 21 – 35% |
Cement portlandzki wapienny:
Klinkier | Wapień L | Wapień LL | |
---|---|---|---|
CEM II/AL | 80 – 94% | 6 – 20% | - |
CEM II/BL | 65 – 79% | 21 – 35% | - |
CEM II/ALL | 80 – 94% | - | 6 – 20% |
CEM II/BLL | 65 – 79% | - | 21 – 35% |
Zastosowanie:
produkcja betonów samozagęszczalnych SCC
produkcja prefabrykatów wielko- i drobnowymiarowych
produkcja galanterii betonowej (kostka brukowa, krawężniki)
produkcja dachówki cementowej
wykonywanie betonów posadzkowych
wykonywanie konstrukcji i elementów sprężonych
betonowanie w warunkach obniżonych temperatur
produkcja zapraw murarskich i tynkarskich
Cement portlandzki wieloskładnikowy:
Zawiera wszystkie składniki oprócz żużlu
Klinkier | Inne składniki | |
---|---|---|
CEM II/AM | 80 – 94% | 6 – 20% |
CEM II/BM | 65 – 79% | 21 – 35% |
Zastosowanie :
beton komórkowy
betonowe elementy prefabrykowane
zaprawy murarskie, tynkarskie
beton o podwyższonej odporności na korozję chemiczną
CEM III (cement hutniczy)
Klinkier | Żużel wielkopiecowy | |
---|---|---|
CEM III/A | 36 – 64% | 36 – 65% |
CEM III/B | 20 – 34% | 66 – 80% |
CEM III/C | 5 – 19% | 81 – 95% |
Zastosowanie :
konstrukcje masywne, zbrojone : tamy, zapory, śluzy, nabrzeża, tunele, zbiorniki
beton narażony na działanie środowisk agresywnych: oczyszczalnie ścieków, składowiska odpadów
elementy i konstrukcje w budownictwie mostowym i drogowym
prefabrykaty betonowe, posadzki przemysłowe
prefabrykaty betonowe w konstrukcjach ekologicznych i instalacjach przemysłowych
beton komórkowy, zaprawy tynkarskie i murarskie
CEM IV (cement pucolanowy)
Bez żużlu, łupku i wapienia
Klinkier | Inne | |
---|---|---|
CEM IV/A | 68 – 89% | 11 – 35% |
CEM IV/B | 45 – 64% | 35 – 55% |
Zastosowanie :
wykonywania masywnych konstrukcji betonowych
produkcji betonu komórkowego
produkcji zapraw murarskich i tynkarskich
możliwość zastosowania kruszyw potencjalnie reaktywnych z alkaliami
stabilizacja gruntów
CEM V (cement wieloskładnikowy)
Klinkier | Żużel | Pucolana | |
---|---|---|---|
CEM V/A | 40 – 64% | 16 – 30% | 18 – 30% |
CEM V/B | 20 – 36% | 31 – 50% | 31 – 50% |
Zastosowanie:
wykonywanie betonów narażonych na działanie środowisk agresywnych,
wykonywanie fundamentów,
wykonywanie konstrukcji masywnych,
produkcja prefabrytkatów drobnowymiarowych
produkcja elementów poddanych niskociśnieniowej obróbce cieplnej,
stabilizacja gruntu w budownictwie drogowym,
produkcja zapraw murarskich i tynkarskich.
2.2 Teoretyczne zasady hydratacji cementu
Minerały wchodząc w skład cementu portlandzkiego w wyniku reakcji z wodą tworzą mikrostruktury, w których istnieją siły łączące nowo powstałe substancje między sobą oraz te substancje z pozostałymi składnikami masy betonowej. W efekcie powstaje monolityczne ciał, które po pewnym czasie uzyskuje znaczną wytrzymałość mechaniczną. Reakcje zachodzące między minerałami klinkieru a wodą są reakcjami hydratacji (przyłączania wody do związku chemicznego bez jego rozkładu) bądź dysocjacji hydrolitycznej ( powodującej rozkład związku). Oba procesy przebiegają w zaczynie cementowym równolegle i są określane najczęściej jako hydratacja cementu.
Proces hydratacji głównych minerałów klinkierowych przebiega wg następujących reakcji chemicznych:
2(3CaO ∙ SiO2) + 6H2O → 3CaO∙ 2SiO2∙3H2O + 3Ca(OH)2 + Q
2(CaO∙SiO2) + 5H2O → 3CaO∙2SiO2∙4H2O + Ca(OH)2 + Q
2(3CaO ∙ Al2O3) + 21H2O → 4CaO ∙ Al2O3∙13 H2O + 2CaO ∙ Al2O3 ∙ 8H2O + Q
W wyniku hydratacji 4CaO ∙ Al2O3 ∙ Fe2O3 powstają hydraty analogicznie do uzyskanych przy uwodnieniu 3CaO ∙ Al2O3.
Wszystkie reakcje są egzotermiczne, czyli zachodzą z wydzieleniem ciepła. Najwięcej ciepła wydziela się przy hydratacji 3CaO ∙ Al2O3, a najmniej przy β – 2CaO ∙ SiO2. W uwodnionych krzemianach wapnia, określonych ogólnym wzorem C-S-H, stosunek CaO do SiO2 może wynosić 1,0 do 2,5. Uwolnione krzemiany mają największy udział w produkcji hydratacji cementu, stanowiąc 60 – 70%, a portlandy Ca(OH)2 ok. 20%.
Hydratacja cementu jest procesem skomplikowanym, co jest zrozumiałe, jeżeli uwzględni się wzajemny wpływ reagujących z wodą różnych faz klinkierowych oraz siarczanu wapnia (gipsu), stanowiącego regulator czasu wiązania. Pomimo szczególne fazy klinkierowe zachowują właściwe sobie szybkości reakcji z wodą, a mianowicie najszybciej reaguje glinian trójwapniowy, następnie alit i brownmilleryt, a najwolniej belit. Procesy hydratacji jednych faz oddziałują na pozostałe. W momencie zarobienia cementu woda do roztworu przechodzi duża ilość alkaliów, jonów wapnia i siarczanów oraz mniejsza ilość krzemionki, jonów żelaza i glinu. Gips zaczyna reagować z 3CaO ∙ Al2O3 wg następującej reakcji chemicznej:
3 CaO ∙ Al2O3 + 3CaSO4 + 32 H2O → 3 CaO ∙ Al2O3 ∙ 3CaSO4 ∙ 32H2O
i tworzy glino siarczan wapnia zwany etringiten. Gips zanika po 24 godz. reakcji. Alit zaczyna szybko reagować z wodą i roztwór nasyca się jonami Ca2+. Roztwór przesyca się i pojawia się portlandyt Ca(OH)2. Na początku występuje bezpostaciowy portlandyt I, który z czasem przechodzi w krystaliczny (heksagonalny) portlandyt II.
Średnia szybkość hydratacji cementu jest określana przez dyfuzje cząstek wody przez warstwę produktów hydratacji. Etringit 3CaO ∙ Al2O3 ∙ 3CaSO4 ∙ 32H2O w pierwszym okresie tworzy wraz z portlandytem szkielet stwardniałego zaczynu cementowego. W przestrzeń między porami wbudowuje się faza typu C-S-H (uwodnione krzemiany wapnia).
Etap hydratacji wg Lochera rozpoczyna się bezpośrednio po dodaniu do cementu wody. Powstaje roztwór przesycony, z którego jako pierwsze produkty hydratacji wytrącają się : etringit i wodorotlenek wapnia. Po upływie ok. godziny od chwili zarobienia cementu wodą rozpoczyna się drugi etap, w którym powstają pierwsze partie uwodnionych krzemianów wapnia w postaci długich włókien i igieł łączących ze sobą poszczególne ziarna cementu. Powstaje w ten sposób podstawowa struktura złożona z produktów hydratacji. Zakończenie tego etapu hydratacji następuje po ok. 24 godz. od chwili zarobienia cementu wodą. Konczy się wówczas powstawanie etringitu, a stanowiący regulator przereagowuje już całkowicie.
Trzeci etap hydratacji rozciąga się na szereg dni, a nawet miesięcy a nawet obejmuje już pełną hydratacje cementu. Istnieją jeszcze pory zapełniają się coraz bardzie produktami hydratacji i budowa (tekstura) stwardniałego zaczynu cementowego staje się przez to coraz bardziej zwięzła. W omawianych etapie zamiast etingitu powstaje już uwodniony glinian wapnia 4CaO ∙ Al2O3 ∙ 13H2O, w którym część tlenku glinu może być zastąpiona tlenkiem żelaza. W tym zaawansowanym stadium hydratacji etringit może przekształcić się w glinian jednosiarczanowy. Natomiast heksagonalne gliniany przechodzą w regularny 3CaO ∙ Al2O3 ∙ 6H2O.
Znajomość hydratacji cementu wyjaśnia budowę stwardniałego zaczynu cementowego i daje podstawowe do analizy jego właściwości użytkowych. Przyjmuje się, że ok. 70% stwardniałego zaczynu stanowią produkty hydratacji, a ok. 30% pory.
Przebieg hydratacji cementu, a tym samym właściwości twardniejącego zaczynu cementowego są uzależnione od szeregu czynników, spośród których wymienić na leży przede wszystkim: skład chemiczny i mineralny cementu oraz jego skład ziarnowy, stosunek zawartości wody do cementu (współczynnik w/c), temperaturę hydratacji, różnego typu dodatki wprowadzane do cementu lub bezpośrednio do zaczynu, a także w sposób formowania mieszanki betonowej (wibrowanie, prasowanie).
2.3 Technologie produkowania cementu
sposób mokry
Wapniaki i margle dostarczane są z kopalni wagonikami do łamarni, gdzie w łamaczach większe bryły ulegają kruszeniu. Równocześnie glina z kopalni transportowana jest do basenów, tzw. Szlamiarni, gdzie ulega rozmieszaniu w wodzie, a później rurami przechodzi do młyna surowego. W młynie surowym następuje stopniowy dokładny przemiał. Nad młynem znajduje się zbiornik na wodę napełniany samoczynnie pompą, z którego woda dochodzi do młyna.
Z młyna wychodzi gęsty szlam o zawartości, który zostaje przepompowany do zbiorników szlamowych. Gotowy szlam dostarczany jest za pomocą pomp do aparatu rozdzielczego znajdującego się nad wlotem do pieca obrotowego. Piec obrotowy jest stalową rurą wyłożoną cegłą szamotową w części, w której panuje wysoka temperatura. Pochyłość rury wynosi 4-6%, szybkość obrotów 0,25-0,66 na minutę. Długość rury wynosi 50-, średnica 2,5- . Szlam dostając się do wyższego końca pieca, posuwa się stale naprzód w kierunku drugiego końca, gdzie znajduje się palenisko. Piec opala się mączką węglową odpowiednio przygotowaną z miału węglowego wysuszonego i zmielonego w młynie węglowym. Dmuchawa (wentylator) wysokoprężna wdmuchuje mączkę w niższym końcu pieca, gdzie ulega ona zapaleniu i przeobraża się w gaz. Gorący gaz idzie w kierunku wyższego końca pieca, gdzie stopniowa ochładza się, szlam natomiast posuwając się ku dolnemu końcowi najpierw rozgrzewa się, później traci wilgoć, dalej pozbywa się dwutlenku węgla i wreszcie w strefie największego żaru spieka się na klinkier w postaci zeszklonych drobnych bryłek barwy ciemnej. Temperatura w piecach doprowadzona jest do spiekania, lecz nie do stopienia masy(ok.14500C).
Świeżo wypalony jeszcze żarzący się klinkier wysypuje się do chłodnika. Z chłodnika klinkier spada na przenośnik, który za pośrednictwem wagi automatycznej dostarcza klinkier do hali klinkierowej, gdzie musi przeleżeć klika tygodni w celu dogaszenia cząstek wolnego wapna, jakie mogą się trafić w klinkierze. Ze zbiorników klinkier jest transportowany do młynów. Z młynów cement transportowany jest do zbiorników tzw. silosów, gdzie jest przechowywany.
sposób suchy:
Przy sposobie tym poszczególne surowce podlegają wysuszeniu i dokładnemu zmieleniu, po czym w stanie sproszkowanym są dozowane za pomocą wag automatycznych, odważone w określonych stosunkach składniki wsypywane są do zbiorników, gdzie następuje mieszanie. Zbiorników takich jest co najmniej 6. Jeżeli analiza chemiczna mieszanki z pierwszego zbiornika wykaże nadmiar jednego za składników(np. CaCO3), to do drugiego zbiornika dostarczają składniki z odpowiednio mniejszą ilością CaCO3. Następnie mączkę z 1i 2 zbiornika przesypują do 3; jeżeli skład mączki w tym zbiorniku wykaże brak lub nadmiar pewnego składnika, to do zbiornika 4 dostarczają składniki w odpowiednio uwzględnionym stosunku, a następnie w 5 zbiorniku mieszają mączkę ze zbiornika 3 i 4 itd. Ten sposób mieszania jest uciążliwy; ostatnio zmodyfikowano go przez sporządzenie dna w zbiorniku, dna z porowatych płytek, przez które od dołu przepuszcza się pod ciśnieniem powietrze poruszające mączkę i ułatwiające dzięki temu mieszanie.
Suchej mieszanki nie można bezpośrednio transportować do pieca; w piecu obrotowym znaczna jej ilość mogłaby być uniesiona w strumieniu uchodzących gazów; w piecu szybowym nasypana mieszanka ułożyłaby się tak ściśle, że utrudniłaby ciąg gazów.
Z tych powodów mieszanka poddawana jest nawilżaniu, zazwyczaj w korycie z wałem ślimakowym przesuwającym mączkę od góry skrapianą. Po nawilżeniu mieszanina jest wypalana w piecach na klinkier. Dalszy przebieg fabrykacji jak przy sposobie mokrym.
2.4 Wykorzystywanie cementu w budownictwie:
Podział na poszczególne rodzaje cementu :
CEM I:
Cement | Przeznaczenie betonu |
---|---|
Symbol, klasa | właściwości |
CEM I 32,5 N | - niskie ciepło uwodnienia - wolne narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM I 32,5 R CEM I 42,5 N |
- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM I 42,5 R CEM I 52,5 N CEM I 52,5 R |
- bardzo wysokie ciepło uwodnienia - bardzo szybkie narastanie wytrzymałości - niewielkie późniejsze twardnieje |
CEM I 32,5 R NAa CEM I 42,5 NAa CEM I 42,5 R NAa CEM I 52,5 NAa CEM I 52,5 R NAa |
- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowane narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie - niska zawartość alkaliów |
CEM II:
Cement | Przeznaczenie betonu |
---|---|
Symbol, klasa | Właściwości |
CEM II/A-S 32,5 CEM II/A-V 32,5 CEM II/A-L 32,5 CEM II/A-SV 32,5 |
- niskie ciepło uwodnienia - wolne narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM II/A-S 32,5 R CEM II/A-V 32,5 R CEM II/A-L 32,5 R CEM II/A-SV 32,5 R CEM II/A-S 42,5 CEM II/A-V 42,5 CEM II/A-L 42,5 CEM II/A-SV 42,5 |
- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM II/A-S 42,5 R CEM II/A-V 42,5 R CEM II/A-L 42,5 R CEM II/A-SV 42,5 R |
- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM II/B-S 32,5 CEM II/B-V 32,5 CEM II/B-L 32,5 CEM II/B-SV 32,57 |
- niskie ciepło uwodnienia - wolne narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM II/B-S 32,5 R CEM II/B-V 32,5 R CEM II/B-L 32,5 R CEM II/B-SV 32,57 R CEM II/B-S 42,5 CEM II/B-V 42,5 CEM II/B-L 42,5 CEM II/B-SV 42,5 |
- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM II/A-D 42,5 R CEM II/A-D 52,5 CEM II/A-D 52,5 R |
- wysokie ciepło uwodnienia - szybkie narastanie wytrzymałości - dobre późniejsze twardnienie |
CEM III:
Cement | Przeznaczenie betonu |
---|---|
Symbol, klasa | Właściwości |
CEM III/A 32,5 CEM III/B 32,5 |
- bardzo niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie |
CEM III/A 32,5 R CEM III/B 42,5 R |
- niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie |
CEM III/A 42,5 CEM III/B 42,5 R |
- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie |
CEM IV:
Cement | Przeznaczenie betonu |
---|---|
Symbol, klasa | Właściwości |
CEM IV/A 32,5 CEM IV/B 32,5 |
- bardzo niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze narastanie wytrzymałości |
CEM IV/A 32,5 R CEM IV/B 32,5 R |
- niskie ciepło uwodnienia - powolne narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze narastanie wytrzymałości |
CEM IV/A 42,5 CEM IV/B 42,5 |
- umiarkowane ciepło uwodnienia - umiarkowanie narastanie wytrzymałości - bardzo dobre późniejsze twardnienie |
CEM V:
Cement CEM V wykazuje właściwości zbliżone do cementów hutniczych i pucolanowych, jego zakres zastosowania jest również zbliżony do ich zastosowań.
Metodyki oznaczeń badanych właściwości substancji
( w załączniku)
Metody badań na naszej substancji przeprowadziliśmy zgodnie z normami, które przedstawiliśmy w załączniku.
Część eksperymentalna (wyniki badań)
Badanie wizualne pod mikroskopem
Substancją oznaczoną numerem 1, którą dostaliśmy do zbadania, był sypki matowy szary proszek. Gdy obejrzeliśmy go pod mikroskopem okazało się że jest to cement, gdyż nie było widać żadnych śladów ziaren piasku.
Oznaczenie gęstości w kolbie La Chateliera
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-76/B-06714, załącznik nr 1.
Wynik: Odważone 77g cementu wsypaliśmy delikatnie do kolby napełnionej denaturatem do dolnej podziałki, aż poziom denaturatu osiągnął wartość 20cm3.
Po wykonaniu doświadczenia pozostało 16g cementu, zatem do kolby wsypaliśmy 61g.
Gęstość badanego cementu obliczyliśmy ze wzoru:
m- masa całej próbki, w g (77 g)
m1-masa części próbki pozostałej po wsypaniu do kolby
V -objętość części próbki wsypanej do kolby, odpowiadająca objętości zajmowanej przez nią cieczy, w cm3 (20 cm3)
Gęstość cementu wyniosła 3,05 g/cm3
Oznaczenie konsystencji normowej
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-EN 196-3, załącznik nr 2
Wyniki:
Prawidłową konsystencje otrzymano kiedy igła zatrzymała się w odległości 6,8mm od płytki szklanej.
Nr próby | Ilość cementu [g] | Ilość wody [g] | Wynik |
---|---|---|---|
1 | 500 | 125 | Konsystencja tak przygotowanej mieszanki była za gęsta |
2 | 500 | 140 | Konsystencja tak przygotowanej mieszanki była za gęsta |
3 | 500 | 145 | Konsystencja tak przygotowanej mieszanki była dobra, igła zatrzymała się w odległości 6,7mm od płytki szklanej |
Prawidłową konsystencję osiągnięto dla 145 g wody objętościowo i 500g cementu.
Procentowa zawartość wody w zaczynie wynosi:
$$\frac{125g}{625g} \times 100\% = \ 20\%$$
$$\frac{140g}{640g} \times 100\% = 21,9\%$$
$$\frac{145g}{645g} \times 100\% = 22,5\%$$
Oznaczenie czasu wiązania
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-EN 196-3, załącznik nr 3
Wyniki: Początek wiązania nastąpił po upływie 4 godzin i 28 minut, czyli 268 minut - był to czas, po którym igła aparatu zanurzyła się na głębokość 3 mm nad powierzchnią szklanej płytki. Koniec wiązania nastąpił po upływie 5 godzin 54 minut (354 minut). Był to czas, po którym igła nie pozostawiała już śladu na powierzchni zaczynu.
Przebieg badania przedstawia tabela:
godzina pomiaru | czas [min] | zanurzenie [mm] |
---|---|---|
8:42 | 0 | 0 |
9:12 | 30 | 0 |
10:07 | 85 | 0 |
10:25 | 103 | 0 |
11:15 | 153 | 0 |
12:20 | 218 | 0 |
13:10 | 268 | 3 początek wiązania |
13:30 | 286 | 15 |
14:06 | 322 | 29 |
14:31 | 347 | 38 |
14:38 | 354 | 40 koniec wiązania |
Początek wiązania nastąpił po upływie 4 godzin i 28 minut (268 minut)
Koniec wiązania nastąpił po upływie 5 godzin 54 minut (354 minut)
Czas wiązania: 1 godzina i 54 minut (114 minut)
Oznaczenie stopnia zmielenia
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-EN 196-6.
Wyniki: Po wykonaniu naszego ćwiczenia zważyliśmy pozostałości próbek cementu znajdujące się na poszczególnych sitach. Wyniki naszego doświadczenia przedstawiają poniższe tabele.
Numer sita | Pozostałość |
---|---|
0,6 | 0 g |
0,25 | ślady |
0,075 | 2 g |
denko | 7 g |
Próbka nr 1 Próbka nr 2 Próbka nr 3
Numer sita | Pozostałość |
---|---|
0,6 | 0 g |
0,25 | ślady |
0,075 | 4 g |
denko | 5 g |
Numer sita | Pozostałość |
---|---|
0,6 | 0 g |
0,25 | ślady |
0,075 | 3 g |
denko | 6 g |
Próbka nr 1 – 2g (20% masy)
Próbka nr 2 – 4g (40% masy)
Próbka nr 3 – 3g (30% masy)
Średnia arytmetyczna wynosi 3g (30% masy)
Procentowa pozostałość cementu na sitach z każdej z naszych próbek nie odpowiada wymaganiom normowym. Prawidłowy wynik pozostałości cementu na sitach wg normy PN-EN 196-6 wynosi maksymalnie 10% całej próbki.
Oznaczenie wytrzymałości beleczek cementowych na rozciąganie i ściskanie
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-EN 196-1, załącznik nr 4
Wyniki badań wytrzymałości beleczek cementowych na rozciąganie:
Beleczka nr 1 – 380 daN ( 3800 N)
Beleczka nr 2 – 380 daN ( 3800 N)
Beleczka nr 3 – 380 daN (3800 N)
Wyniki badania odczytywane były w daN (deka Newtony) , zaś wytrzymałość na rozciąganie Rt obliczyliśmy wg wzoru:
Rt – wytrzymałość na rozciąganie [MPa]
b – długość boczna przekroju beleczki w[mm]
Ft - obciążenie łamiące na środku beleczki, w [N]
l –odległość między podporami w milimetrach (dla użytego aparatu l= 100 mm)
Wyniki:
1)
2)
3)
Za ostateczny wynik przyjęliśmy średnią arytmetyczną z trzech prób. Wartość średniej wyniosła 22,27MPa ±10% (2,2 MPa). Jest to przedział 20 – 24,40 MPa.
Wyniki badań wytrzymałości beleczek cementowych na ściskanie:
Nr badanej beleczki | Wartość siły w [daN] | Wartość siły w [N] |
---|---|---|
1 | 2900 | 29000 |
2 | 4980 | 49800 |
3 | 3860 | 38600 |
4 | 3100 | 31000 |
5 | 4620 | 46200 |
6 | 2300 | 23000 |
Wyniki:
Wyniki badania odczytywane były w dN, zaś wytrzymałość na ściskanie Rc obliczyliśmy wg. wzoru:
Rc –wytrzymałość na ściskanie w MPa,
Fc –najwyższe obciążenie przy zgnieceniu próbki w N,
0.0016 –powierzchnia płytek w m2
1)
2)
3)
4)
5)
6)
Wartość średnia to 22,6 MPa. Przedział ± 10% wynosi: 20,34 - 24,9 MPa
W tych granicach mieści się tylko wynik nr 3, który wynosi 24,1 MPa.
Badanie należy powtórzyć.
Oznaczenie wytrzymałości sporządzonej zaprawy murarskiej marki M-12 z piaskiem wiślanym
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-85/B-04500, załącznik nr 5
Wyniki: Zaprawę przygotowaliśmy dla stosunku cement/piasek = 1/3.5, czyli użyliśmy 1946g piasku i 556g cementu. Następnie przystąpiliśmy do badania konsystencji aparatem stożkowym. Wyniki przedstawia poniższa tabela.
Nr próby | Ilość cementu [g] | Ilość wody [ml] | % zawartość wody | Ilość piasku [g] | Wynik |
---|---|---|---|---|---|
1 | 556 | 350 | 12,27 | 1946 | Konsystencja za gęsta, głębokość zanurzenia to 4,9cm |
2 | 556 | 380 | 13,12 | 1946 | Konsystencja za rzadka, głębokość zanurzenia to 7,4 cm |
3 | 556 | 375 | 13,03 | 1946 | Konsystencja prawidłowa, głębokość zanurzenia to 7cm |
Oznaczenie wytrzymałości na zgniatanie walców cementowych z zaprawy murarskiej marki M-12
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-85/B-04500.
Po dokładnym wymieszaniu składników z w/w ćwiczenia, uformowaliśmy walce, wstrząsnęliśmy, po czym przechowywaliśmy przez okres 28 dni w środowisku suchym.
Po 28 dniach przystąpiliśmy do badania wytrzymałości walców na ściskanie.
Wytrzymałość na zgniatanie obliczyliśmy ze wzoru:
Rc –wytrzymałość na ściskanie w MPa,
Fc –najwyższe obciążenie przy zgnieceniu próbki w N,
S –powierzchnia podstawy walca w cm2
Wartość siły działającej na walec nr 1: 1520 daN = 15200 N
Wartość siły działającej na walec nr 2: 2900 daN = 29000 N
Średnia arytmetyczna: 4,3 MPa
Z naszego doświadczenia wynika, ze powinniśmy ćwiczenie powtórzyć.
Ścieralność sześcianu cementowego
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-84/B-04111, załącznik nr 6.
Waga sześcianu – 662 g
Wyniki:
Nr punktu mierzonego | Grubość sześcianu w poszczególnych punktach przed badaniem wytrzymałości na ścieralność [mm] | Grubość sześcianu w poszczególnych punktach po badaniu wytrzymałości na ścieralność [mm] | Różnica grubości sześcianu przed i po badaniu wytrzymałości na ścieralność [mm] |
---|---|---|---|
1 | 70,0 | 64,0 | 6,0 |
2 | 69,5 | 61,9 | 7,6 |
3 | 66,5 | 60,8 | 5,7 |
4 | 71,5 | 59,2 | 12,3 |
5 | 70,0 | 59,3 | 10,7 |
6 | 70,0 | 58,2 | 11,8 |
7 | 72,0 | 57,9 | 14,1 |
8 | 71,0 | 57,3 | 13,7 |
9 | 69,6 | 56,1 | 13,5 |
Waga sześcianu po wykonaniu ścieralności: 557 g
Obliczenie wyników oznaczenia ścieralności na podstawie straty wysokości
S1=$\frac{K1 + K2 + K3 + K4 + K5 + K6 + K7 + K8 + K9}{9}$
K – różnice wysokości próbki
S – średnia strata wysokości próbki
S1=$\frac{6,0 + 7,6 + 5,7 + 12,3 + 10,7 + 11,8 + 14,1 + 13,7 + 13,5}{9}$ = 10,6mm
Obliczenie wyników oznaczenia ścieralności na podstawie straty masy
S2=$\frac{M}{F} \times \frac{1}{G}$
M – strata masy próbki po 440 obrotach tarczy [g]
F – powierzchnia próbki poddana ścieraniu [mm2]
G – gęstość pozorna próbki [g/mm3], obliczona wg PN-66/B-04100
Różnica masy:
M = 662 – 557 = 105g
F = 70 x 70 = 4900mm2
G = 662/703=0,0019 g/mm3
S2=$\frac{105}{4900} \times \frac{1}{0,0019} = 10,52$ mm
Straty prażenia
Oznaczenie było prowadzone wg normy PN-EN 196-2, załącznik nr 7.
Wyniki: Nasz tygiel oznaczony brązowym numerem IV wraz z cementem, o wadze 60,45g, wstawiliśmy do eksykatora na okres jednego tygodnia. Po tym okresie waga naszego tygla i cementu wynosiła 60,09g.
Strata prażenia wyniosła:
60,45g – 60, 09g = 0,36g
$$\frac{0,36 \times 100\%}{60,45} = 0,6\%$$
Porównawcza tablica i wnioski
Tablica przedstawiająca porównanie naszych wyników z wymaganiami normowymi odnośnie cementu.
Właściwość | Wyniki | Wymaganie normowe |
---|---|---|
Gęstość | 3,05 g/cm3 | 3,15g/cm3 |
Konsystencja normowa | dla 145g. wody (22,5%) | - |
Początek wiązania | 4h i 28min | ≥75min |
Koniec wiązania | 5h 54min | ≤12h |
Czas wiązania | 1h 54min | - |
Wytrzymałość na rozciąganie | 22,27MPa | - |
Wytrzymałość na ściskanie | 22,60MPa | ≥32,5MPa ≤52,5MPa |
Straty prażenia | 0,6% | ≤5% |
Tablica przedstawiająca porównanie naszych wyników z wymaganiami normowymi odnośnie zaprawy murarskiej M – 12.
Właściwość | Wyniki | Wymaganie normowe |
---|---|---|
Wytrzymałość zaprawy M12 na ściskanie | 4,3 MPa | min 12MPa |
Wynik przeprowadzonego doświadczenia wytrzymałości beleczek cementowych na ściskanie – 22,6 MPa, nie pozwala nam na sklasyfikowanie badanego cementu, gdyż nie mieści się w granicach normy PN-EN-197-1:2002. Wytrzymałość na ściskanie po 28 dniach w w/w normie powinna mieścić się w granicach 32,5MPa – 52,5MPa.
Dodatkowo po przeanalizowaniu wyniku wykonanego przesiewania – skład badanego cementu określiliśmy jako 70% klinkieru i 30% dodatków. Po porównaniu z wartościami zamieszczonymi w tablicy 1 normy PN-EN-197-1:2002 mogliśmy sklasyfikować nasz rodzaj cementu jako cement portlandzki CEM II – 65-79% klinkieru i 0-5% składników drugiego rzędu.
Analizując dalej nasze ćwiczenia zauważamy, że czas wiązania zgadza się z danymi z tablicy 8 normy PN-EN-197-1:2002 dla cementu klasy 32,5R – początek wiązania nie wcześniej, niż po upływie 75 minut, a koniec wiązania przed upływem 12h. My osiągnęliśmy wyniki: początek wiązania po upływie 4h 28min, koniec wiązania po upływie 5h 56min.
Również wynik przeprowadzonego doświadczenia w celu określenia straty prażenia, jest zgodny z tablicą 3 zamieszczoną w normie PN-EN-197-1:2002 i nie przekracza 5%.
Natomiast wyniki przeprowadzonych oznaczeń wytrzymałości zapraw murarskich M12 były nie zgodne z wartościami zamieszczonymi w normie PN-90/B-14501. Wytrzymałość zaprawy M12 na ściskanie jest o wiele niższa od wartości normowej (4,3 MPa przy wartości normowej min 12MPa). Może to wynikać z nieprawidłowego przyrządzenia próbek.
Reasumując, na podstawie wyżej opisanych doświadczeń, badaną substancję trudno nam sklasyfikować. Zauważamy jedynie, ze nasze wyniki są zbliżone do właściwości cementu portlandzkiego CEM II klasy 32,5R.
Klinkier portlandzki w ilości 65-79%
Składniki drugorzędne w ilości 0-5%
Regulator czasu wiązania - siarczan wapnia
Właściwości: zmniejszone ciepło hydratacji, mały skurcz, zwiększona odporność na działanie wód agresywnych.
Stosuje się go do produkcji: betonu towarowego, prefabrykatów wielko- i drobnowymiarowych, elementów prefabrykowanych i sprężonych.
Bibliografia
Małolepszy J.: Hydratacja i właściwości spoiwa żużlowo-alkalicznego. Zeszyt Naukowca AGH Nr 53 1989.
Domin T.: Materiały budowlane. Wydawnictwo Politechniki Krakowskiej, Kraków 1988.
Peukert S.:Cementy powszechnego użytku i specjalne. Wydawnictwo Polski Cement, Kraków 2000.
www.wikipedia.pl
Normy:
PN-EN 196-1:2005 Metody badania cementu – Część 1: Oznaczenie wytrzymałości
PN-85/B-04500 Zaprawy budowlane – Badanie cech fizycznych i wytrzymałościowych
PN-84/B-04111 Materiały kamienne – Oznaczenie ścieralności na tarczy Boehmego
PN-EN 196-2:1996 Metody badania cementu. Analiza chemiczna cementu
PN-76/B-06714 Oznaczenie gęstości w kolbie Le Chateliera
PN-EN 197-1:2002 Cement Część 1: Skład, wymagania i kryteria zgodności dotyczące cementów powszechnego użytku
PN-90/B-14501 Zaprawy budowlane zwykłe
PN-EN 196-3:1996 Metody badania cementu. Oznaczenie czasu wiązania i stałości objętości