Data oddania: 17.04.2014

SPRAWOZDANIE

TECHNOLOGIA BETONÓW

CEMENTY

GRUPA 9A

Cement jest to drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, który jest wykorzystywany, jako spoiwo. Zwany też klinkierem portlandzkim, jest otrzymywany w procesie wypalania takich materiałów jak kreda, margiel, wapień. Dzielimy cementy ze względu na:

1. skład

• nieorganiczne

• organiczne (żywiczne, akrylowe, epoksydowe, bitumiczne, asfaltowe)

Na skład cementu wpływa: składnik główny (więcej niż 5% masy), składniki drugorzędne (mniej niż 5%) oraz regulatory wiązania (gips, anhydryt, fosfogips).

1. sposób wiązania

• powietrzne (wiążą w warunkach suchych, dzięki CO₂ zawartemu w powietrzu, np. gips, wapień)

• hydrauliczne (wiążą w warunkach suchych oraz w środowisku wodnym)

Zaczyny cementowe można wzbogacać różnymi dodatkami mineralnymi wpływającymi na parametry cementu. Wyróżniamy dodatki: hydrauliczne (np. żużel wielkopiecowy), pucolanowe

(popiół), mieszane (łupek palony) i obojętne (wapień).

Według normy PN-EN 197-1:2002 występują trzy klasy wytrzymałości cementu: 32.5, 42.5, 52.5 MPa. Przy oznaczaniu klasy cementu bierzemy pod uwagę także poziom wytrzymałości wczesnej (N - normalna wytrzymałość, R – wysoka wytrzymałość wczesna).

Badanie polegało na sporządzeniu zaprawy, z której następnie wykonano trzy belki o wymiarach 4x4x16cm. Wykonana zaprawa nie była normowa, gdyż dodano 45g popiołu pochodzącego z biomasy z oczyszczalni ścieków (zamiast 10% zakładanej ilości cementu). Po 24 godzinach próbki zostały rozformowane i zanurzone w wodzie, gdzie były przechowywane przez 28 dni. Głównym celem doświadczenia było określenie wytrzymałości na zginanie i ściskanie otrzymanych belek i porównanie z oczekiwanymi wynikami.

Badana zaprawa cementowa składała się z:

• 405g cementu 32,5 I

• 45g popiołu

• 1350g piasku normowego

• 225g wody

Za pomocą mieszarki sporządzono zaprawę z wyżej wymienionych składników, gotową do zalania form, uprzednio wysmarowanych olejem adhezyjnym w celu uniknięcia zjawiska przywierania cementu do formy. Następnie wykorzystując wstrząsarkę laboratoryjną zagęszczono próbki zaprawy w formach.

BADANIE NA ZGINANIE

Norma zakłada tylko badanie wytrzymałości na ściskanie cementu. Ten parametr pozwala na przybliżone określenie pozostałych cech wytrzymałościowych i dlatego jest kluczowy w ocenie jakości cementu. Mimo to wykonano również osobne badanie cementu pod kątem wytrzymałości na zginanie. Posłużył do tego aparat Michaelisa: przyłożono siłę skupioną na środek belki ułożonej tak, aby obciążenie przyłożone było prostopadłe do kierunku układania warstw w cemencie. Siłę stopniowo zwiększano do momentu przerwania struktury belki cementowej.

Otrzymano następujące wyniki:

Badanie wytrzymałości na zginanie – aparat Michaelisa
nr beleczki
I
II
III

Obliczenie końcowej wytrzymałości na zginanie poszczególnych beleczek:

Wariant I:

R_f = 1,17xP

• Beleczka I – R_f = 1,17 x 4,953 = 5,795 MPa

• Beleczka II – R_f = 1,17 x 4,485 = 5,247 MPa

• Beleczka III – R_f = 1,17 x 5,507 = 6,443 MPa

Wariant II:

R_f = $\frac{1,5\ x\ F_{f}\ x\ l}{b^{3}}$ F_f – 5x100xP , l = 100mm , b=40mm

• Beleczka I – R_f = $\frac{1,5\ x\ 2476,5\ x\ 100}{40^{3}}$= 5,804 MPa

• Beleczka II – R_f = $\frac{1,5\ x\ 2242,5\ x\ 100}{40^{3}}$= 5,256 MPa

• Beleczka III – R_f = $\frac{1,5\ x\ 2753,5\ x\ 100}{40^{3}}$= 6,454 MPa

BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE

Jest to badanie uznawane przez normę. Na podstawie tego parametru można ustalić pozostałe wytrzymałości cementu. Badanie to robi się na prasie hydraulicznej, wykorzystując połówki beleczek złamane wcześniej w aparacie Michaelisa. Podczas określania wytrzymałości na ściskanie każdą połówkę beleczki umieszcza się na płytce dociskowej (4x6,5cm) i obciąża siłą ściskającą N do momentu widocznego zmiażdżenia belki (pojawienie się rys pęknięć z boku).

Otrzymano następujące wyniki:

Badanie wytrzymałości na ściskanie – prasa hydrauliczna
Nr beleczki
1/I
2/I
3/II
4/II
5/III
6/III

Obliczenie końcowego parametru wytrzymałości na ściskanie poszczególnych beleczek:

R_c = $\frac{N}{A}$

• Beleczka 1/I – R_c = $\frac{33,0}{1600}$ = 20,625 MPa

• Beleczka 2/I - R_c = $\frac{37,4}{1600}$ = 23,375 MPa

• Beleczka 3/II - R_c = $\frac{41,5}{1600}$ = 25,938 MPa

• Beleczka 4/II R_c = $\frac{38,6}{1600}$ = 24,125 MPa

• Beleczka 5/III R_c = $\frac{34,5}{1600}$ = 21,563 MPa

• Beleczka 6/III R_c = $\frac{41,4}{1600}$ = 25,875 MPa

Wartość średnia Rc = 23,6 MPa => spadek klasy = $\frac{32,5 - 23,6}{32,5}x100\% = 27,4\%$

WNIOSKI

• Wytrzymałości na zginanie poszczególnych beleczek wyszły podobne w obu wariantach obliczeniowych. Według normy PN-EN 196-1:1996 wytrzymałość na zginanie dla cementu CEM I 32,5R powinna wynosić minimalnie 6MPa. W badanych próbkach tylko jedna belka spełniła warunek, natomiast pozostałe dwie uzyskały wytrzymałość minimalnie mniejszą od normowej. Jednym z powodów niedostatecznej odporności cementu na zginanie jest zbyt duża ilość wody użyta przy wyrabianiu zaprawy.

• Wytrzymałości na ściskanie poszczególnych beleczek są porównywalne. Według normy wytrzymałość na ściskanie dla CEM I powinna, co najmniej przekraczać 32,5MPa. Również w tym przypadku nadmiar wody spowodował nieuzyskanie oczekiwanego parametru.

• Średnia wytrzymałość na ściskanie 16 MPa w stosunku do oczekiwanej 32,5 MPa świadczy o spadku klasy cementu o 50% . Stosunek woda/cement wyniósł 1,11. Niski stosunek woda/cement gwarantuje trwałość betonu w różnych warunkach eksploatacji. Zwiększając ten stosunek poprzez nadmiar wody spowodowano osłabienie struktury wytrzymałościowej cementu.

• Dodatek mineralny w postaci popiołu lotnego w początkowej fazie wiązania obniża parametr wytrzymałościowy, lecz w późniejszych etapach ma korzystny wpływ na wzrost odporności mechanicznej, chemicznej oraz działanie niskich temperatur.

• Stosowanie popiołów lotnych w wytwarzaniu betonów oraz cementów pozwala na obniżenie kosztów materiałowych produkcji, a także na poprawienie wielu cech technicznych uzyskiwanych materiałów.