Płock 2010r. Politechnika Warszawska W. B. M. i P. w Płocku

Materiały Budowlane.

Sprawozdanie.

Badanie i identyfikacja próbki na podstawie norm.

Wykonali:

Jarosław Oczkiewicz Łukasz Pijankowski Radosław Fydrch

Spis treści:

1. Cel ćwiczenia oraz harmonogram.......................................................................................................................3

2. Część teoretyczna…………..………………………………………….………………………………………………..…..3

3. Metodyka wykonywania ćwiczeń………………………........................................................................................................9

4. Część eksperymentalna…....……………………………………………………………………………………………..13

5. Wnioski..…………………………………………………………………………………………………………………………..

6. Literatura…………………………………………………………………………………………………………………………..

Cel ćwiczenia.

Celem naszego ćwiczenia było rozpoznanie danej próbki na podstawie badań zawartych w obowiązujących normach. Doświadczenia te miały za zadanie również pokazać nam w jaki sposób przeprowadza się badania, które decydują o przydatności materiału do wykorzystania.

Harmonogram Wykonanych Ćwiczeń

Temat	Data
Badanie wizualne pod mikroskopem.	20.10.2009r
Oznaczenie gęstości cementu.	27.10.2009r
Badanie konsystencji, czasu wiązania i przygotowanie próbek	3.11.2009r
Oznaczenie wytrzymałości przygotowanych próbek. Przygotowanie próbki w postaci sześcianu.	1.12.2009
Prażenie cementu.	8.12.2009r
Przygotowanie próbki w postaci walca.	15.12.2009r
Badanie wytrzymałości na ściskanie próbki w postaci walca.	5.01.2010r
Badanie ścieralności próbki w postaci sześcianu.	12.01.2010r.
Oznaczenie stopnia zmielenia cementu	12.01.2010r.

2. Część Teoretyczna.

Cement - to hydrauliczne spoiwo mineralne, otrzymywane z surowców mineralnych (margiel lub wapień i glina) 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. W zależności od składu klinkieru, sposobu produkcji.

Zawartość poszczególnych składników może ulegać dość znacznym wahaniom, jednak ich wzajemny stosunek musi być w przybliżeniu stały i odpowiadać tzw. współczynnikowi lub modułowi hydraulicznemu, określającemu stosunek procentowy zawartości składników zasadowych(CaO, MgO) do hydraulicznych:

Przeciętnie wartość współczynnika M_c wynosi od 1.7 do 2.3, a niekiedy i więcej. Duże znaczenie dla charakterystyki cementu ma również współczynnik krzemianowy, tj. stosunek procentowej zawartości krzemionki do tlenków glinu i żelaza, który wynosi dla cementu średnio od 2.4 do 2.7

Duże znaczenie dla charaktrystyki cementu ma także moduł glinowy, określający stosunek zawartości tlenków glinowych do tlenków żelazowych

Wartość liczbowa tego współczynnika wynosi dla cementu portlandzkiego od 1 do 4.

Dla utrzymania jednolitej jakości cementu konieczne jest stałe zachowanie powyższych współczynników.

Hydrauliczne spoiwa mineralne wiążą i po zarobieniu wodą zarówno w wodzie jak i na powietrzu. Twardnienie jest to proces kiedy cement nabiera wytrzymałości i przedstawia się go następująco:

3CaO·SiO₂+mH₂O→CaO·SiO₂·nH₂O+2Ca(OH)₂

W technologii cementu szereg procesów fizycznych i chemicznych związanych po zmieszaniu cementu i wody nazywamy hydratacją. Zachodzą tu reakcje na powierzchni ziaren cementu oraz następuje rozpuszczenie się składników cementu w fazie ciekłej, a także niektórych produktów zachodzących reakcji. Dla uproszczenia rozpatruje się odrębnie reakcje poszczególnych związków mineralogicznych z wodą, a następnie reakcje syntezy między tymi związkami bądź produktami ich hydrolizy. Cement stosowany jest do przygotowywania zapraw cementowych, cementowo-wapiennych i betonów.

Cementy dzielą się na:

• cement portlandzki,

• cement portlandzki wieloskładnikowy,

• cement hutniczy,

• cement glinowy,

• cement pucolanowy,

• cement z dodatkiem kamienia wapiennego

oraz cementy specjalne np. cement kwasoodporny (otrzymywany z piasku kwarcowego z aktywną domieszką krzemionkową) - obecnie nie stosowany.

Ze względu na sposób i szybkość wiązania i twardnienia wyróżnia się:

• cement ekspansywny,

• cement szybkotwardniejący,

• cement tamponażowy.

Są także inne spoiwa, które w swojej nazwie mają słowo cement:

• cement anhydrytowy (nazywany cementem Keena), spoiwo powietrzne,

• spoiwo magnezjowe nazywane cementem Sorela, spoiwo powietrzne,

• cement romański, będący spoiwem hydraulicznym, opatentowany w 1796 roku przez Josepha Parkera, wytwarzany poprzez wypalenie margla zawierającego składniki ilaste, podobny do wapna hydraulicznego (które powstaje poprzez wypalenie mieszaniny kredy i gliny).

Cement Portlandzki:

Cement portlandzki "CEM I" – najczęściej stosowany, szary, sypki materiał, otrzymywany ze zmielenia klinkieru z gipsem w ilości do 5%. Nazwa pochodzi od koloru otrzymanego cementu, który przypominał wynalazcy kolor skał z wyspy Portland - wówczas jednego z najlepszych i najdroższych materiałów budowlanych w Wielkiej Brytanii.

Klinkier cementowy otrzymuje się przez wypalenie w temperaturze 1450 °C mieszaniny zmielonych surowców zawierających wapień i glinokrzemiany. Podstawowe składniki klinkieru to:

• alit, krzemian trójwapniowy (50–65% masy klinkieru) – 3CaO·SiO₂

• belit, krzemian dwuwapniowy (ok. 20% masy klinkieru) – 2CaO·SiO₂

• brownmilleryt, związek tlenku wapnia, tlenku glinu i tlenku żelaza(III) (ok. 10% masy klinkieru) – 4CaO·Al₂O₃·Fe₂O₃

• glinian trójwapniowy (ok. 10% masy klinkieru) – 3CaO·Al₂O₃

• inne związki glinu, wapnia, magnezu

Składniki drugorzędne są to specjalnie wyselekcjonowane naturalne materiały nieorganiczne, pochodzące z procesy produkcji klinkieru, lub składniki z powyższej listy, jeżeli nie są one głównymi składnikami cementu, których udział w stosunku do sumy składników cementu nie przekracza 5% (wagowo).

Siarczan wapnia dodawany jest do cementu podczas jego wytwarzania w celu regulacji czasu wiązania.

Dodatki są to składniki nie wymienione na powyższej liście, dodawane w celu poprawy wytwarzania bądź właściwości cementu. Całkowita ich ilość nie powinna przekraczać 1% masy cementu, a w przypadku dodatków organicznych- 0,5% masy cementu.

Omówimy teraz składniki główne, nie klinkierowe cementu.

Granulowany żużel wielkopiecowy (S) jest produktem odpadowym powstającym przy wytapianiu surówki w wielkich piecach hutniczych, przy użyciu wapieni jako topników.

Żużle w wyniku szybkiego studzenia są spulchniane i rozpadają się na okruchy o prawie jednakowej wielkości –granulacja. Struktura ziaren jest szklista bądź gąbczasta.

Żużel jest materiałem o utajonych właściwościach hydraulicznych, tj. wykazuje właściwości hydrauliczne przez odpowiednie pobudzenie ( aktywację ).

Aktywatorami żużla mogą być:

• materiały zasadowe np. CaO, Ca(OH)₂, NaOH,

• materiały słabo kwaśne np. CaSO₄, Al₂(SO₄)_3,

• podwyższona temperatura, ciśnienie.

Pucolany P,Q- są to materiały krzemionkowe lub glinokrzemionkowe.

Mogą być pochodzenia :

• naturalnego ( P)- skały wulkaniczne lub osadowe, popioły i pyły wulkaniczne, tufy,

pumeksy, ziemia okrzemkowa, surowa glina,

• sztucznego (Q) – wypalone gliny i łupki.

Samodzielnie nie twardnieją, ale drobno zmielone i w obecności wody reagują w normalnej temperaturze otoczenia z Ca(OH)₂, tworząc związki o właściwościach hydraulicznych (uwodnione krzemiany i gliniany wapniowe).

Główne składniki to : SiO₂ i Al₂O₃.

Popioły lotne V,W otrzymywane są przez elektrostatyczne lub mechaniczne osadzanie pylastych cząstek( o średnicy mniejszej niż ) spalin z palenisk opalanych pyłem węglowym.

• Popiół lotny krzemionkowy V – jest to popiół z pyłu węgla kamiennego. Główne składniki to SiO₂, Al₂O₃. Wykazuje własności pucolanowe

• Popiół lotny wapienny W –jest to popiół z węgla brunatnego, zwykle zawierającego dużo CaO.

Wykazuje właściwości hydrauliczne i pucolanowe.

Wapień ( kamień wapienny ) L,LL jest to zmielony do dużej miałkości (około 5000cm²/g) węglan wapniowy.

Zawartość węglanu wapnia min 75% masy.

Całkowita zawartość węgla organicznego powinna spełniać jedno z 2 kryteriów

-LL- nie powinna przekraczać 0,20% masy

-L- nie powinna przekraczać 0,50% masy:

Nie ma on właściwości wiążących, pucolanowych czy hydraulicznych. Wpływa na poprawę niektórych właściwości betonu.

Pył krzemionkowy D składa się z bardzo drobnych kulistych cząstek o dużej zawartości bezpostaciowej krzemionki. Powstaje w elektrycznych piecach łukowych przy produkcji krzemu lub żelazostopów.

Do wypalonego klinkieru dodaje się gips w celu zmniejszenia reaktywności. W procesie wiązania powstają związki, które ulegając krystalizacji tworzą zwartą, twardą masę. Sam proces wiązania to reakcje chemiczne, z których dwie najważniejsze to:

6 CaO·SiO₂ + 9 H₂O → 6 CaO·SiO₂·9 H₂O

3 CaO·Al₂O₃ + 12 H₂O → 3 CaO·Al₂O₃·12 H₂O

Produkowane cementy różnią się między sobą klasami, tj. wytrzymałością mechaniczną określaną na zaprawach normowych oraz tempem przyrostu wytrzymałości w czasie (N - normalna wytrzymałość wczesna, R - wysoka wytrzymałość wczesna). Liczba określająca klasę cementu informuje o minimalnej wytrzymałości normowej zaprawy na ściskanie, wyrażonej w MPa po 28 dniach dojrzewania.

Do grupy cementów portlandzkich należy także cement portlandzki biały, otrzymywany bez domieszek związków żelaza, oraz cement murarski i cement portlandzki szybkotwardniejący. Rodzaje cementów dzielą się też w/g powierzchni Blaine'a na 52,5, 42,5, 32,5 itd.

Technologia produkowania cementu portlandzkiego:

- sposób mokry
Wapniaki i margle dostarczane są z kopalni wagonikami do łamarni, gdzie w łamaczach większe bryły ulegają kruszeniu. Następnie skruszony materiał dostarczany jest na podnośnikach do zbiornika surowca, a stąd do młyna surowego. Równocześnie glina z kopalni transportowana jest do basenów, tzw. Szlamiarni, gdzie ulega rozmieszaniu w wodzie, a później rurami przechodzi do młyna surowego. Jeżeli w produkcji stosowana jest kreda, to zostaje ona doprowadzona do tych samych szlamiarni i rozmieszana wraz z gliną. 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 ok. 40% wody, który zostaje przepompowany do zbiorników szlamowych W zbiornikach szlam ulega dalszemu przemieszaniu za pomocą sprężonego powietrza wtłaczanego od dołu do kompresorów; powietrze to silnie przedmuchuje i wzrusza znajdujący się w zbiornikach szlam. Jeżeli okaże się, że w danym zbiorniku pewien składnik, np. CaCO3, jest w nadmiarze, to następuje skorygowanie składu przez mieszanie z zawartością innego zbiornika, gdzie dany składnik jest w niedoborze.
Gotowy szlam dostarczany jest za pomocą pomp do aparatu rozdzielczego znajdującego się nad wlotem do pieca obrotowego; jest to aparat zsynchronizowany z ruchem i ilością obrotów pieca, który normuje odpowiedni dopływ szlamy do pieca.
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 50-120 m, średnica 2,5- 3,5 m. Im dłuższa rura i im większa średnica, tym wydajność pieca jest większa.
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.1450°C).
Świeżo wypalony jeszcze żarzący się klinkier wysypuje się do chłodnika. Chłodnik urządzony jest w postaci bębna umieszczonego pod piecem. Nowoczesny typ chłodnika składa się z szeregu rur walcowych o niewielkich średnicach otaczających wylot pieca i obracających się łącznie z nim. Rury te wyłożone są w środku okładziną kamionkową. Wewnątrz rur znajdują się łańcuchy, które poruszając się powodują ochładzanie klinkieru.
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. Dogaszanie odbywa się pod wpływem wilgoci powietrza lub skraplania wodą. Ze zbiorników klinkier jest transportowany do młynów, gdzie ulega zmieleniu na cement; bezpośrednio przed zmieleniem klinkieru dodaje się 1-3 % gipsu wagowo w celu opóźnienia wiązania.
Z młynów cement transportowany jest za pomocą podnośników do zbiorników tzw. silosów, gdzie przechowywany jest i skąd w miarę zapotrzebowania ładowany jest maszynowo w worki papierowe(ok.50 kg).

- 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.

W tej metodzie wilgotność składników wynosi 6%.

Cement hutniczy:

Cement hutniczy – otrzymywany jest z klinkieru portlandzkiego, regulatora czasu wiązania, którym może być gips, REA-gips, anhydryt (lub ich mieszanina) i granulowanego żużla wielkopiecowego. Cement ten jest bardziej odporny na działanie siarczanów niż cement portlandzki. Ma wolniejszy niż cement portlandzki przyrost wytrzymałości w czasie i niższe ciepło hydratacji.

Wyróżnia się:

1. cement hutniczy CEM III/A - zawiera klinkier z dodatkiem 36-65% żużla

2. cement hutniczy CEM III/B - zawiera klinkier z dodatkiem 66-80% żużla

3. cement hutniczy CEM III/C - zawiera klinkier z dodatkiem 81-95% żużla

Cement glinowy:

Cement glinowy – cement otrzymywany przez zmielenie boksytu z wapieniem, stopienie i ponowne zmielenie mieszanki. Cechuje go szybki przyrost wytrzymałości w pierwszych dniach po użyciu, podwyższona odporność na działanie wyższych temperatur. Z uwagi na znaczne (wyższe niż dla cementu portlandzkiego) ciepło hydratacji (wydzielanie ciepła podczas reakcji wiązania) można stosować go podczas betonowania zimą (przy temperaturze do – 10°C) bez specjalnych zabezpieczeń.

Cement pucolanowy:

Cement pucolanowy - cement otrzymywany z klinkieru portlandzkiego, pucolany i siarczanu wapnia; najczęściej jest to: klinkier portlandzki, popiół lotny (popiół będący odpadem przy spalaniu węgla w elektrowniach) i gips. Cement pucolanowy posiada własności podobne do cementu hutniczego, czyli niskie ciepło hydratacji i większa odporność na działanie wód agresywnych (zwłaszcza na agresję siarczanową).

Klasyfikacja ze względu na sposób i szybkość wiązania i twardnienia

Cement ekspansywny - cement, który pęcznieje w okresie twardnienia. Istnieje kilka sposobów jego otrzymania: np. zmieszanie cementu portlandzkiego lub cementu glinowego z składnikiem ekspansywnym. Jest stosowany m.in. do zalewania ubytków, otworów na śruby w konstrukcjach betonowych.

Dawniej stosowany do zalewania pęknięć. Dziś do tego typu napraw stosuje się gotowe, specjalne mieszanki modyfikowane polimerami. Ich skład jest ściśle ustalony i przeznaczenie podane na opakowaniu (np. napraw rys do 2 mm, napraw rys 2 - 5 mm itp.). Użycie jest bezpieczniejsze. Posiadają lepsze własności czepne, większą niż beton wytrzymałość mechaniczną, przyrost objętości jest wcześniej sprawdzany w laboratoriach przygotowujących receptę składu.

Cement szybkotwardniejący - odmiana cementu portlandzkiego wysokiej wytrzymałości mechanicznej po stwardnieniu. Otrzymuje się go, jak cement portlandzki, jednak dobór składników do produkcji ustala się w taki sposób, aby zawartość alitu była jak najwyższa. Beton wykonany z takiego cementu może być poddany obciążeniom nawet po 24 godzinach.

Są także inne sposoby na uzyskanie betonu o dużym przyroście wytrzymałości w pierwszych godzinach po wylaniu do deskowania:

• użycie domieszek przyspieszających narastanie wytrzymałości

• użycie gotowych mieszanek szybkotwardniejących

• obróbka cieplna betonu – naparzanie stosowane zazwyczaj przy produkcji prefabrykatów.

Cement tamponażowy - cement portlandzki charakteryzujący się małą szybkością wiązania w podwyższonej temperaturze. Jest stosowany w przemyśle naftowym do cementowania otworów wiertniczych.

Pozostałe cementy:

Cement anhydrytowy (cement Keena) – powietrzne spoiwo mineralne, otrzymywane ze zmielonego kamienia gipsowego z dodatkiem katalizatorów. Stosowany do wyrobu detali architektonicznych ze względu na biały kolor i łatwość polerowania powierzchni.

Spoiwo magnezjowe – materiał budowlany należący do spoiw mineralnych powietrznych. Otrzymywane jest z wapieni dolomitowych poddanych wypalaniu w temperaturze od 800°C do 900°C z dodatkiem chlorku lub siarczku magnezowego. W wyniku wypalania otrzymywany jest tlenek magnezu MgO. Tlenek magnezu w połączeniu z rozpuszczonym w wodzie chlorkiem magnezu MgCl₂ nazywany jest cementem Sorela (Stanisław Sorel, wynalazł spoiwo magnezowe w 1867 r.) stosowany był do wykonywania zapraw magnezjowych. Spoiwo magnezjowe, po związaniu tworzy twardszą i bardziej odporną na czynniki zewnętrzne powłokę niż inne spoiwa powietrzne. Stosowane było do wykonywania tynków oraz po połączeniu z trocinami lub wiórami z drewna: posadzek bezspoinowych, płytek okładzinowych, podokienników i różnych detali architektonicznych. (Materiał otrzymany z połączenia cementu Sorela z trocinami nazywano skałodrzewem lub ksylolitem.) Wadą spoiwa magnezjowego jest powodowanie korozji stali. Obecnie, w Polsce nie stosuje się spoiwa magnezjowego w budownictwie.

Wapno hydrauliczne – spoiwo hydrauliczne o barwie szarej lub żółtawej otrzymywane przez wypalenie w temperaturze od 900 do 1100 °C margli lub wapieni marglistych zawierających od 6 do 20% domieszek gliniastych lub wapieni krzemiankowych, zgaszenie ich na sucho (czyli dodanie niewielkiej ilości wody) i zmielenie.

Zaprawy z wapna hydraulicznego mają niską wytrzymałość mechaniczną, przez to nie należą do często używanych spoiw. Niemniej stosuje się je do zapraw murarskich, do murów fundamentowych, do tynków narażonych na zawilgocenie, do betonów o niewielkiej wytrzymałości i do farb wapiennych.

Zastosowanie cementu w budownictwie:

• CEM I – cement portlandzki czysty (bez dodatków), zwłaszcza odmiany szybkowiążącej używany jest przede wszystkim do przygotowania betonów wykorzystywanych przy konstrukcjach zbrojonych stropów, nadproży, słupów. Wykazuje wysokie ciepło hydratyzacji, dzięki czemu może być wykorzystywany w niskich temperaturach otoczenia. Wymaga jednak starannej pielęgnacji zapewniającej utrzymanie właściwej wilgotności w okresie dojrzewania.

• CEM II – cementy portlandzkie z dodatkami: żużlowy (S), krzemionkowy (D), pucolanowy (P – naturalny lub Q – przemysłowy), popiołowy (V – popiół lotny krzemionkowy, W - popiół lotny wapienny), wapienny (L), żużlowo-popiołowy (SV) – główne zastosowanie tych cementów to przygotowanie zapraw murarskich i tynkarskich, betonów podkładowych. Cement z dodatkami wapiennymi (L) o jasnej barwie nadaje się do sporządzania zapraw i betonów barwionych.

• CEM III – cement hutniczy – wysoka odporność na działanie siarczanów i kwasów humusowych pozwala na stosowanie w środowiskach o podwyższonej agresywności, dlatego najczęściej wykorzystywany jest do prac fundamentowych. Nie powinien być jednak używany, gdy temperatura otoczenia spada poniżej +5°C

• CEM IV – cement pucolanowy – również wysoka odporność na negatywny wpływ środowisk o agresji kwaśnej (np. wody siarczanowe). Stosowany podobnie jak cement hutniczy oraz do zapraw i tynków w dolnych partiach domu.

3.Metodyka wykonywania zadań.

1. Badanie wizualne pod mikroskopem.

Badając naszą substancję używaliśmy mikroskopu z powiększeniem 62x. W ćwiczeniu tym musieliśmy wizualnie określić czy w naszej próbce znajdują się ziarenka piasku.

Obraz substancji pod mikroskopem:

-ziarna kwarcu niejednorodne (różnej wielkości), przezroczyste, wizualnie wyglądają jak bursztyny. Wielkość dla oka ok. 1 cm.

W otrzymanej substancji o numerze 4a zaobserwowaliśmy brak piasku co oznacza ze nieznana substancja to cement.

1. Badanie konsystencji, czasu wiązania i przygotowanie próbek.

Wykonanie zaczynu do badania konsystencji:

Odważyliśmy 500g cementu. Określoną ilość wody (140g) odmierzyliśmy do cylindra pomiarowego. Cement ostrożnie wsypywaliśmy do wody, tak aby czas wsypywania trwał nie mniej niż 5 sekund i nie więcej niż 10 sekund. Następnie uruchomiliśmy mieszarkę na wolnych obrotach 90 sekund, po czym zatrzymaliśmy ją na 15 sekund i znów uruchomiliśmy mieszarkę na 90 sekund na wolnych obrotach.

Badanie konsystencji:

Następnie przygotowaliśmy aparat Vicatta, czyszcząc igłę, bolec oraz smarując naczynia przyrządu olejem .Zaczyn przenieśliśmy do pierścienia , ustawionego na szklanej płytce o wymiarach 100x100 mm, następnie usuneliśmy powietrze z zaczynu przez kilkakrotne wstrząśnięcie pierścienia . Górną warstwę zaczynu wyrównaliśmy nożem i umieściliśmy na podstawie aparatu Vicata tak aby koniec trzonu dotykał powierzchnię zaczynu. Do badania konsystencji używaliśmy bolca zamiast igły. Po upływie 4 minut od rozpoczęcia mieszania należy zwolnić trzon i pozwolić mu na swobodne wniknięcie w zaczyn. Badany zaczyn ma normalną konsystencję wtedy, gdy po upływie 30 s od zwolnienia trzonu, zagłębił się on na odległość 6 + 1 [mm]. W przeciwnym wypadku oznaczenie należy powtórzyć zmieniając proporcje wody do cementu. W naszym przypadku udało znaleźć się prawidłowe proporcje po 3 próbie.

Rys. Aparat Vicata

Badanie czasu wiązania:

Przygotowanie zaprawy polegało na wymieszaniu: pół minuty na wolnych obrotach, pół minuty na wolnych obrotach plus wsypywanie piasku, pół minuty na szybkich obrotach, półtorej minuty przerwy, jedna minuta na szybkich obrotach.

Do badania użyliśmy również aparatu Vicatta, zamieniliśmy bolec na igłę.

Początek wiązania zaprawy to czas po którym igła zatrzymuje się w zaprawie na głębokości 1 mm od dołu, natomiast koniec wiązania to czas po którym igła zatrzymuje się na głębokości 40 mm.

Do przygotowania próbek w kształcie beleczek użyliśmy tej samej zaprawy, którą użyliśmy do badania czasu wiązania.

Bezpośrednio po wymieszaniu zaprawy uformowaliśmy beleczki. Do przymocowanej na wstrząsarce formy z nakładką za pomocą odpowiedniej kielni pobraliśmy kilka porcji zaprawy i ułożyliśmy pierwszą z 2 warstw (każda około 300g) w każdej przegródce formy. Zaprawę rozprowadziliśmy równomiernie dużą łopatką trzymaną prostopadle. Następnie pierwszą warstwę zagęściliśmy na wstrząsarce 60 wstrząsami i nałożyliśmy drugą warstwę zaprawy, a po rozprowadzeniu jej małą łopatką zagęściliśmy za pomocą dalszych 60 wstrząsów. Nadmiar zaprawy po zagęszczeniu niezwłocznie usunęliśmy, z pomocą metalowej linijki, trzymanej prostopadle. Formy zaopatrzyliśmy w etykiety. Każda z form następnie została umieszczona w pomieszczeniu klimatyzowanym, na poziomym podłożu. Po upływie 24 h beleczki zostały rozformowane i umieszczone w wodzie o temp. 20±1 ^oC w odpowiednim pojemniku. Podczas przechowywania w wodze powierzchnie gładzone były zwrócone ku górze. W czasie przechowywania poziom wody miedzy beleczkami nie był mniejszy niż 5 mm. Wiek beleczek liczony był od momentu zmieszania cementu z woda do początku badania i w chwili wykonania oznaczenia był on większy niż 28 dni. Wykonaliśmy 3 belki.

Rys. Forma do formowania beleczek

1. Oznaczenie wytrzymałości.

Wytrzymałość na zginanie:

Próbki beleczek które przygotowywaliśmy w poprzednim ćwiczeniu umieściliśmy w prasie mechanicznej, zostały one ułożone w aparacie do badań powierzchnia boczną – urządzeniu które zgniata beleczki badając przy tym działającą na nie siłę.

Wytrzymałość na ściskanie:

Badaniu wytrzymałości na ściskanie poddane zostały połówki beleczek uzyskane w skutek badania beleczek na zginanie. Umieszczone zostały one w aparacie powierzchnią boczna na środku płytki z dokładnością ±0,5 mm i w kierunku wzdłużnym tak, aby czołowe powierzchnie beleczki wystawały około 10 mm poza płytki

1. Oznaczenie gęstości cementu.

Oznaczenie gęstości.

Badanie gęstości metodą kolby Le Chatelier’a przeprowadzamy w celu obliczenia gęstości materiałów porowatych. Do dyspozycji mamy 60 g substancji 4a. Do kolby Le Chatelier’a wlewamy denaturat do tego stopnia, aby ciecz osiągnęła poziom 0 cm3. Do tak wykalibrowanego objętościomierza wsypujemy sproszkowany materiał. W miarę jego wsypywania poziom cieczy podnosi się. Napełnianie kolby proszkiem odbywa się do osiągnięcia poziomu 18 cm3. Z różnicy ciężaru proszku przed wsypaniem do kolby i pozostałością (częścią nie wsypaną) określa się masę proszku wsypanego.

Oznaczenie gęstości objętościowej.

Ćwiczenie to polegało na wsypaniu materiału cementowego do aluminiowego pojemnika w kształcie walca, a następnie zagęszczeniu go uderzając pojemnikiem o twarde podłoże. Po wypełnieniu w całości pojemnika zważyliśmy ile substancji wsypaliśmy i na podstawie obliczonej wcześniej objętości pojemnika wyliczyliśmy gęstość objętościową.

Oznaczenie gęstości nasypowej:

Do oznaczenia gęstości nasypowej użyliśmy tego samego pojemnika, materiał cementowy wsypywaliśmy do pojemnika z określonej wysokości, nie zagęszczając go . Do obliczenia gęstości nasypowej użyliśmy tego samego schematu obliczeń.

1. Prażenie cementu.

W doświadczeniu tym umieściliśmy małą próbkę naszego cementu w małym naczyniu odpornym a wysokie temperatury (tygiel), po cym zważyliśmy ją z duża dokładnością (ze względu na małe ilości). Naszą próbkę następnie umieściliśmy w piecu. Po umieszeniu naszych naczyń w piecu musieliśmy odczekać aż temperatura w środku osiągnie 900°C, następnie zaczęliśmy odliczać czas. Próbki trzymaliśmy w piecu 15 minut przy temperaturze 900°C. Ćwiczenie to musiało być wykonane ze szczególną ostrożnością ze względu na wysoką temperaturę. Nasze naczynia wraz z próbkami cementu znów zważyliśmy. Naszym zadaniem była obserwacja zmiany masy (różnica masy).Następnie obliczyliśmy procentowy spadek masy.

1. Oznaczenie ścieralności cementu.

Aby wykonać to ćwiczenie wykonaliśmy wcześniej sześcian z zaprawy cementowej. Następnie po odczekaniu odpowiedniej ilości czasu wiązania opisaliśmy na jednej powierzchni osiem punktów. Znajdowały się one na zewnętrznych krawędziach powierzchni jednej ze ścian naszego sześcianu.

Następnie umieściliśmy naszą próbkę w maszynie ścierającej. Składała się ona z odważnika który miał przyciskać próbkę, z formy, która miała ją utrzymywać w miejscu oraz z tarczy ścierającej która kręcąc się ścierała naprzeciwległe podłoże do naszego opisanego.

Wykonując ćwiczenie musieliśmy zmieniać położenie naszej bryły tak aby każda krawędź podstawy była po jednym razie w każdym położeniu. Położeń takich było zatem 4. Na każde położenie musieliśmy wysypać na tarcze ścierającą po pięć razy 20g specjalnego piasku. Próbka piasku na tarczy ścierającej była zmieniana dokładnie co 22 obroty tarczy.

7. Oznaczenie stopnia zmielenia cementu:

Przesiewanie wykonano w celu wydzielenia domieszek i ustalenia ich zawartości procentowej.

Przesiewanie wykonano poprzez zastosowanie tzw. metody sitowej. Polega ona na przesiewaniu cementu przez znormalizowane sita. Metoda ta pozwoliła na zbadanie zawartości frakcji cementu. Aparaturę do badań stanowił zestaw sit o grubości kolejno: 0,5 mm; 0,25 mm; 0,125 mm oraz 0,063 mm . Odważoną próbkę 500g cementu na samym początku wstrząsaliśmy w zamkniętym naczyniu w celu rozdrobnienia zbryleń. Naczynie odstawiliśmy. Następnie próbkę cementu ostrożnie wymieszaliśmy czystym, suchym pręcikiem, w celu równomiernego rozprowadzenia drobnych frakcji cementu, a następnie bez wstrząsania przenieśliśmy na sito. Na sicie umieściliśmy pokrywę, zaś samo sito było poruszane ruchem kołowym, tak długo, dopóki cząstki cementu nie przestały przez nie przechodzić. Pozostałości na kolejnych sitach były ważone na wadze z dokładnością do 0,01 g.

8. . Oznaczenie wytrzymałości sporządzonej zaprawy murarskiej marki M-15

Konsystencje normową badaliśmy za pomocą stożka pomiarowego –analogicznie jak przy oznaczeniu konsystencji normowej. Po uzyskaniu odpowiedniej konsystencji czyli zanurzenie stożka na głębokość 7,75 cm, uformowaliśmy próbkę w kształcie walca by potem zbadać jej wytrzymałość na ściskanie.

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie przeprowadziliśmy w analogiczny sposób jak w przypadku beleczek.

4. Część eksperymentalna:

1. Badanie wizualne pod mikroskopem.

Badanie kontrolne po wypłukaniu: Brak piasku, widoczne ziarna żelaza.

2. Badanie konsystencji, czasu wiązania i przygotowanie próbek.

Proporcje: cement – 500g, wody – 135g

Pierwsza próba: -11mm.

Druga próba -dla 500g cementu + 138 g wody: 9mm.

Trzecia próba –dla 500g cementu + 140g wody: 7mm.

Zatem prawidłowa proporcja ma postać: 500g cementu do 140g wody.

Badanie czasu wiązania:

Proporcje mieszaniny: 450g cementu, 225g wody, 1350g piasku normowego.

Początek wiązania po 3h 10 min ( igła zatrzymała się na 6 mm)

Koniec wiązania po 4h 35 min ( igła zatrzymała się na 39,5 mm)

Zatem czas wiązania wynosi 1h 25 min.

3. Oznaczenie wytrzymałości beleczek.

Wytrzymałość na rozciąganie:

N Pa MPa

Próba nr 1: 380 dN. 3800 8906250 8,91

Próba nr 2: 390 dN. 3900 9140625 9,14

Próba nr 3: 380 dN. 3800 8906250 8,91

Średni wynik: 383,3 dN 3833 8983594 8,98

±10% to 38,33 dN, nie odrzucono żadnego wyniku.

R_f=$\frac{1,5*F_{t}*l}{b^{3}} = \frac{1,5*38333*100}{40*40*40} = 8,98\ MPa$.

Wytrzymałość na ściskanie:

Próbka nr 1: 4780 dN 47800 29875000 29,9

Próbka nr 2: 4220 dN 42200 26375000 26,4

Próbka nr 3: 4560 dN 45600 28500000 28,5

Próbka nr 4: 4980 dN 49800 31125000 31,1

Próbka nr 5: 4910 dN 49100 30687500 30,7

Próbka nr 6: 3440 dN 34400 21500000 21,5

Średni 4690 dN. 46900 29312500 29,3

±10 % wartości średniej jest równy 469 dN.

Próbka nr 6 odrzucona.

Powierzchnia ściskania : 4cm x 4 cm = 16 cm² = 0,0016 m²

$$R_{c} = \frac{46900\ N}{0,0016\ m^{2}} = 29,3\ MPa$$

4.Oznaczenie gęstości cementu.

Oznaczenie gęstości metodą Le Chatelier’a .

W pojemniku szklanym pozostało 6 g substancji ρ=$\frac{54\ g}{18\ \text{cm}^{3}}$ = 3 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$.

Dane dotyczące naczynia:

Masa pojemnika = 103 g, średnica = 102,5 mm, wysokość = 101 mm.

Oznaczenie gęstości objętościowej.

Objętość = πr²h=3,14*5,125²*10,1=832,99 cm³.

Do pojemnika wsypaliśmy 1030 g substancji netto (pojemnik napełniliśmy do końca).

Gęstość objetościowa = 1030g/832,99cm³=1,24 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$

Oznaczenie gęstości nasypowej:

Masa wsypanej substancji : 950 g netto (pojemnik napełniliśmy do końca).

Gęstość nasypowa = 950g/832,99cm³=1,14 $\frac{g}{\text{cm}^{3}}$

5. Prażenie cementu.

Masa substancji przed prażeniem 1,1252 g.

Masa tygla 17,0330 g.

Masa substancji po prażeniu 1,0807 g.

Zatem procentowa strata masy wynosi $\frac{1,0807g\ }{1,1252g}*100\% = 3,95\%$

6. Oznaczenie ścieralności.

Proporcje zaprawy do przygotowania próbki:

300 ml wody,450 ml piasku i 180 ml wody

Wysokości sześcianu w poszczególnych punktach przed oraz po ścieraniu wartości w [g]:

Lp. Przed Po

1. 70,75 66,0

2. 70,7 66,45

3. 70,65 65,60

4. 70,7 65,40

5. 71 65

6. 70,75 66,1

7. 70,8 67,1

8. 70,7 67,05

Waga próbki przed ścieraniem 734 g, natomiast waga po ścieraniu wynosi 686 g.

7. Oznaczenie wytrzymałości zaprawy murarskiej M15.

Sporządzenie próbek: 375 g cementu i 395 ml wody oraz 1125g piasku.

Badanie konsystencji-zanurzenie stożka 7,75 cm.

Oznaczenie wytrzymałości:

Wymiary próbki w kształcie walca, średnica – 78,9 mm, h – 77,6 mm.

Wytrzymałość na ściskanie 2390 dN. Powierzchnia niszcząca πr²=0,004889 m².

Zatem wytrzymałość na ściskanie wynosi 23900N/0,004889m² = 4888525,26 Pa = 4,89 MPa.

8. Oznaczenie stopnia zmielenia cementu.

Masa pierwszego naczynia

Masa pierwszej próbki cementu przed przesianiem

Masa pierwszej próbki cementu po przesianiu

Procentowy udział nieprzesianej substancji

Masa drugiego naczynia

Masa drugiej próbki cementu przed przesianiem

Masa drugiej próbki cementu po przesianiu

Procentowy udział nieprzesianej substancji