WILiŚ Gdańsk, 14.04.13r.

Budownictwo sem. 3

Wiktor Wickland

Paweł Zawadzki

Jacek Winiarski

Sprawozdanie z laboratorium technologii betonu- CEMENTY

1. Cel ćwiczenia:

Celem ćwiczenia było określenie wytrzymałości cementu na zginanie oraz ściskanie.

Cement jest to hydrauliczne spoiwo mineralne, otrzymywane z surowców mineralnych wypalonych na klinkier w piecu cementowym a następnie zmielenie otrzymanego spieku z gipsem, spełniającym rolę regulatora czasu wiązania. Stosowany jest do przygotowywania zapraw cementowych, cementowo-wapiennych i betonów. Wykorzystywany jest do łączenia materiałów budowlanych.

Cementy dzielimy na:

• CEM I (cement portlandzki)

• CEM II (cement portlandzki wieloskładnikowy)

• CEM III (cement hutniczy)

• CEM IV (cement pucolanowy)

• CEM V (cement wieloskładnikowy)

Cement badany przez nas: CEM II/B-V 42,5 N - to cement portlandzki z dodatkiem popiołu lotnego; o podwyższonej klasie wytrzymałości ponad 42,5 MPa - stosowany wszędzie tam, gdzie musimy uzyskać wytrzymałe i trwałe betony w bardzo krótkim czasie.

1. Opis badania:

Wszystkich badań dokonywaliśmy pod okiem prowadzących zgodnie z ich zaleceniami. Próbki cementu zbadano pod kątem zginania oraz ściskania.

1. Wytrzymałość na zginanie:

Badanie wykonuje się w aparacie Michaelis’a. Badana próbkę w kształcie beleczki o wymiarach 4x4x16 [cm] obciąża się siłą skupioną wywołaną sypiącym się śrutem do pojemnika. Śrut będzie zwiększał siłę działająca na belkę do czasu pęknięcia jej. Następnie zostaje ważony pojemnik ze śrutem.

Wytrzymałość na zginanie oblicza się ze wzoru

R_zg=1,17 *P’

(P’– ciężar naczynia ze śrutem w [kg])

1. Wytrzymałość na ściskanie

Badanie wykonuje się w prasie hydraulicznej na połówkach beleczek złamanych podczas wcześniejszego badania w aparacie Michaelis’a. Próbki umieszcza się na płytce i obciąża siła ściskająca P do momentu zniszczenia. Wytrzymałość na ściskanie obliczamy ze wzoru:

R_c= P/ F [MPa]

Gdzie:

P- siła która zniszczyła próbkę [kN]

F- powierzchnia próbki 0,0025m²

Uzyskany wynik pozwala nam określić klasę cementu.

1. Opis próbki oraz obliczenia:

Próbka zaprawy składała się z:

• 450g cementu CEM II/ B-V 42,5 N (mieszanka cementu z popiołem)

• 225g wody wodociągowej

• 1350g piasku normowego 0/2

Według normy do przygotowania zaprawy powinny panować odpowiednie warunki:

• temperatura 20^oC +/- 2^oC

• wilgotność względna powietrza około 65%

• Woda użyta do wykonania zaprawy powinna być wodą wodociągową pozbawioną niekorzystnych środków chemicznych.

Po odmierzeniu składników zaprawy, do miski mieszarki wsypaliśmy cement oraz wlaliśmy odpowiednia ilość wody. Urządzenie rozpoczęło mieszanie i składało się z 4 etapów:

• 1 etap:

Prędkość mieszania wynosiła 140 obrotów na minutę i trwała 30 sekund. Maszyna ze stałą prędkością dosypywała piasek normowy do mieszanki.

• 2 etap:

Prędkość mieszania wzrosła i wynosiła 285 obrotów na minutę i trwała kolejne 30 sekund

• 3 etap – Postój:

Mieszanie zostało zatrzymane. postój trwał 90 sekund.

• 4 etap:

Trwał 60 sekund, a prędkość mieszania wynosiła 285 obrotów na minutę.

Po zakończeniu mieszania, foremki wysmarowaliśmy środkiem antyadhezyjnym po czym umieściliśmy w nich przygotowaną zaprawę. W celu pozbycia się pęcherzyków powietrza wewnątrz próbki, foremki z zaprawą umieściliśmy na wytrząsarce (1 uderzenie na sekundę, czas wytrząsania foremek - 60 sekund). Następnie pozbyliśmy się nadmiaru zaprawy i wyrównaliśmy powierzchnię. Tak przygotowaną próbkę pozostawiliśmy na 24 godziny, po czym zostały one zanurzone w wannie z wodą na 28 dni. Po 43 dniach na próbkach zostały przeprowadzone badania wytrzymałościowe.

OBLICZENIA:

WYTRZYMAŁOŚĆ NA ZGINANIE:

W pierwszej kolejności badaliśmy wytrzymałość na zginanie w aparacie Michaelis'a. Badania przeprowadzaliśmy dla 3 próbek.

Otrzymane pomiaru zawarliśmy w tabelce:

Nr beleczki	Badanie wytrzymałości na zginanie
	Masa naczynia ze śrutem [kg]
I	7,451
II	7,687
III	7,402

Średni ciężar=7,51 kg

Rzg=1,17*7,51=8,79 MPa

Wytrzymałość na zginanie według normy PN-EN 196-1:1996 dla cementu CEM II/B-V 42,5 N powinna być większa od 8,0 MPa.

8,79 MPa>8,0MPa

WYTRZYMAŁOŚĆ NA ŚCISKANIE

Badanie przeprowadzaliśmy w prasie hydraulicznej na połówkach próbek złamanych we wcześniejszym doświadczeniu. Wytrzymałość na ściskanie wyznaczana jest jako średnia z 6 odczytów i obliczana jako iloraz siły krytycznej do pola powierzchni próbki.

Otrzymaliśmy następujące wyniki:

Nr próbki	Badanie wytrzymałości na ściskanie
	Powierzchnia ściskania [mm^2]
1/I	1600
2/I	1600
3/II	1600
4/II	1600
5/III	1600
6/III	1600

Obliczenia:

1/I :

Rs=60,9/1600=0,03875kN/mm²=38,75MPa

2/I :

Rs=62,2/1600=0,038875kN/mm²=38,875MPa

3/II :

Rs=64,4/1600=0,04025kN/mm²=40,25MPa

4/II :

Rs=67,6/1600=0,04225kN/mm²=42,25MPa

5/III :

Rs=54,4/1600=0,034kN/mm²=34MPa

6/III :

Rs=59,3/1600=0,037062kN/mm²=37,06MPa

Średnia wartość wytrzymałość na ściskanie:

Rs=38,53MPa

Wytrzymałość na ściskanie według normy powinna wynosić od 42,5MPa do 62,5MPa. Badania które przeprowadziliśmy wskazują na mniejszą wytrzymałość na ściskanie równą 38,53 MPa. Może to być wynikiem nieodpowiedniego zagęszczenia mieszanki lub doboru składników. Duży wpływ może mieć także dodatek popiołu lotnego do naszego cementu.

MECHANIZM I PRZEBIEG NISZCZENIA PRÓBKI ŚCISKANEJ:

Próbka ściskana zmniejsza swoją długość w kierunku ściskania, ale za to rozszerza się w kierunku prostopadłym do kierunku ściskania.

Schemat przebiegu niszczenia

a)odkształcenia b)naprężenia w przekroju A-A c) pęknięcia w strefie rozciągania

W strefie rozszerzania się powstają naprężenia rozciągające. Po przekroczeniu wytrzymałości na rozciąganie poprzeczne betonu próbka ulega zniszczeniu. Podnosić odporność na odkształcenia poprzeczne oznacza jednocześnie podnosić wytrzymałość betonu na ściskanie.

W próbce poddanej ściskaniu o wielkości powyżej 50-60% wytrzymałości występują pierwsze wewnętrzne pęknięcia z wyraźnymi dźwiękowymi odgłosami(trzask). Przy obciążeniu 75-90% wytrzymałości pojawiają się na powierzchniach badanych próbek pierwsze, niedostrzegalne jeszcze gołym okiem, rysy. Dalszy wzrost obciążenia wywołuje propagację rys polegającą na poszerzaniu się, rozprzestrzenianiu i łączeniu ze sobą rys aż do zniszczenia próbki.

Można więc wyróżnić 3 stadia w zakresie skutków wzrostu naprężeń:

I stadium- wstępne zniekształcenie rys technologicznych, jakie powstały wewnątrz betonu podczas dojrzewania

II stadium- powstawanie pęknięć wewnętrznych od obciążenia i propagacja wszystkich pęknięć w betonie

III stadium- lawinowy rozwój pęknięć prowadzący do zniszczenia próbki

1. Analiza wyników:

Przeprowadzone badania cementu CEM II/B-V 42,5N wykazała, że ma on wytrzymałość na ściskanie równą 38,53 MPa i jest ona mniejsza od wartości zawartej w normie PN-EN 197-1. Jest to wytrzymałość uzyskana po 43 dniach, a nie 28, więc otrzymany wynik jest jeszcze większy niż byłby po okresie 28 dni. Na podstawie dotychczasowych doświadczeń stosowania popiołów lotnych do betonów wiadomo, że popiół powoduje obniżenie wytrzymałości betonu dojrzewającego w okresie 28 dni. Po okresie trzech miesięcy następuje najczęściej wyrównanie wytrzymałości betonów z dodatkiem popiołu z wytrzymałością takich samych betonów, lecz wykonanych przy wyłącznym użyciu cementu. W późniejszych terminach, po dłuższym okresie dojrzewania, wytrzymałość betonów z dodatkiem popiołów jest zwykle wyższa od wytrzymałości betonów porównawczych. Zjawisko to jest efektem reakcji pucolanowych, które są procesami długotrwałymi, a stwierdzono, że jeszcze po okresie jednego roku około 50% nie weszło w reakcję. Opóźnienie wiązania i spowolnienie twardnienia betonu przyczynia się z drugiej strony do zmniejszenia efektów termicznych hydratacji składników mieszanki. Norma podaje że wytrzymałość tego typu cementu powinna się zawierać w przedziale od 42,5MPa do 62,5MPa. Oznacza to, że badany cement nie jest z nią zgodny, ponieważ nie spełnia warunku wytrzymałości na ściskanie. Obniżona wartość doświadczalna może być spowodowana także błędami podczas produkcji. Wytrzymałość próbki na zginanie wyniosła 8,79 MPa. Natomiast norma PN-EN 196-1:1996 mówi, aby wartość ta była większa od 8 MPa. Warunek ten został spełniony. Choć dany cement jest wytrzymały na zginanie nie może zostać zastosowany jako materiał budowlany, ponieważ nie jest spełniona wytrzymałość na ściskanie.

Źródła:

• materiały zawarte na portalu www.okno.pg.gda.pl

• http://www.utex.com.pl/

• norma PN-EN 197-1

• norma PN-EN 196-1:1996