Wydział Inżynierii Lądowej

i Środowiska

Katedra Konstrukcji Betonowych

i Technologii Betonu

,,Cementy”

Paweł Stefanowski

Adam Smycz

Łukasz Stempin

Badanie cementu przeprowadziliśmy by sprawdzić jego wytrzymałość.

Zgodnie z normą:

Cement ,jest to spoiwo hydrauliczne, tj. drobno zmielony materiał nieorganiczny, który po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, wiążący i twardniejący w wyniku reakcji i procesów hydratacji, który po stwardnieniu pozostaje wytrzymały i trwały także pod wodą.

Najważniejsza cechą cementu jest jego wytrzymałość. Wytrzymałość normowa to wytrzymałość na ściskanie oznaczana po 28 dniach. Pod względem wytrzymałości na ściskanie wyróżnia się 3 klasy

cementu:

32,5; 24,5 i 52,5 MPa.

Cementy, poddane badaniu po 2 lub 7 dniach mają określoną wytrzymałość

wczesną oznaczaną literą R/ N (R- klasa cementów o wysokiej wytrzymałości wczesnej, N- klasę o normalnej wytrzymałości wczesnej).

Ze względu na skład chemiczny rozróżniamy 5 rodzajów cementów:

1. CEM I – cement portlandzki,

2. CEM II – cement portlandzki wieloskładnikowy,

3. CEM III – cement hutniczy,

4. CEM IV – cement pucolanowy,

5. CEM V cement wieloskładnikowy.

Badania przeprowadzane na próbkach:

1. Wytrzymałość na zginanie

Wytrzymałość na zginanie bada się z użyciem aparatu Michaelisa. Uprzednio przygotowane belki obciąża się siłą P w środku rozpiętości równolegle do płaszczyzny zlicowanej w czasie układania zaprawy w formach. Siła P powodowana jest przez ciężar naczynia wraz z śrutem nasypującym się do naczynia zawieszonego na ramieniu dźwigni. Aparat skonstruowany jest w ten sposób, że pęknięcie próbki powodowało zaprzestanie przesypywania się śrutu do naczynia.

1. Wytrzymałość na ściskanie

Badanie to wykonywane było w prasie hydraulicznej na połówkach beleczek złamanych prędzej przy badaniu wytrzymałości na zginanie.

Wytrzymałość próbek na ściskanie oblicza się z wzoru :

R_c=Fc/P [MPa] gdzie :

-P - to powierzchnia ściskana ;

-Fc –to siła powodująca zniszczenie próbki , odczytywana każdorazowo z manometru prasy w kN

1. Oznaczanie konsystencji i czasu wiązania

Oznaczanie normowej konsystencji

Badania te przeprowadza się na aparacie Vicata. Do oznaczenia normowej konsystencji jako końcówki używa się bolca. Na początku do miski mieszarki wlewa się 130g wody i wsypuje500g cementu a następnie miesza przez 1,5 minuty. Jeżeli zaczyn jest zbyt gęsty dolewamy odmierzoną ilość wody i mieszamy przez kolejną minutę na dużej prędkości. Następnie zaczyn umieszcza się w pierścieniu usytuowanym na szklanej płytce, należy wyrównać powierzchnię i ustawić bezpośrednio pod bolcem. Obniża się bolec do momentu zetknięcia końcówki z powierzchnią zaczynu. Następnie mechanizm aparatu Vicata należy zwolnić na 30 sekund po czym odczytuje się głębokość wniknięcia bolca w zaczyn. Wartość pomiarową stanowi odległość od końca bolca do szklanej płytki. Zaczyn ma normalną konsystencję jeżeli bolec zatrzyma się na wysokości 5-7 mm ponad poziomem szklanej płytki. Badanie powtarza się dolewając odmierzoną ilość wody aż do uzyskania odpowiedniej wysokości.

Oznaczanie czasu wiązania

Należy sporządzić zaczyn o konsystencji normowej, wypełnić nim pierścień i ustawić centrycznie pod igłą aparatu Vicata. Następnie ustawić igłę tuż nad zaczynem i spuścić. Początkiem wiązania jest czas, gdy igła zatrzyma się 3-5mm nad płytką. Koniec czasu wiązania nastąpi wtedy, gdy igła nie zagłębia się w zaczyn głębiej niż na . Wg normy ten czas wynosi 12 h.

1. Oznaczanie zmiany objętości

Skurcz badamy aparatem aparatu Graf – Kaufmana. Próbki muszą mieć małe bolce na końcach. Przechowuje je się w formach przez 48h w środowisku wilgotnym (90%), po rozformowaniu – w wodzie przez 5 dni. Po tym czasie bada się długość próbek l₁ . Następnie składa się je w pojemniku nad roztworem węglanu potasowego (zapewnia stałą wilgotność). Ostateczny skurcz bada się po 28 dniach (można po innym czasie – w zależności od receptury cementu) – otrzymujemy pomiar l₂. Skurcz cementu wyznacza się ze wzoru:

Pęcznienie bada się przy pomocy pierścienia La Chateliera. Przygotowujemy zaczyn o normalnej konsystencji, wypełniamy pierścień, zamykamy i wkładamy próbkę do wody na 24 h. Po 24 h mierzymy rozstaw igiełek aparatu(l₁ mm). Następnie wkładamy pierścień z zaczynem do wrzącej wody na 3 h. Po ostygnięciu mierzymy rozstaw igiełek (l₂ ).Miarą pęcznienia jest nierówność:

l ₂– l ₁ < 10 mm (wg normy)

Przygotowanie próbek do badania

Przedmiotowe badanie przeprowadzane powinno być w pomieszczeniach spełniających warunki:

- temperatura: 20⁰C ±2⁰C

- wilgotność względna powietrza: około 65%.

-woda użyta do badania powinna pochodzić z wodociągu.

Do sporządzenia belek użyliśmy 225g cementu CEM I 32,5R, 225g popiołu lotnego i 1350g piasku normowego 0/2.

Po odmierzeniu wymaganych składników, do miski mieszarki wsypaliśmy cement wraz z popiołem i dolaliśmy wodę, po czym rozpoczęliśmy proces mieszania. Najpierw prędkość mieszania wynosiła 140 obr/min i trwała 30 s podczas których równomiernie do mieszanki wsypywał się piasek. Następnie prędkość mieszania wzrosła do 285 obr/ min i również trwała 30 s. Po tym czasie nastąpiła 90 sekundowa przerwa podczas której należało za pomocą łopatki oderwać nienaruszone przez mieszadło części mieszanki . Ostatnim etapem było ponowne mieszanie z prędkością 285 obr/min przez 60 s.

W międzyczasie musieliśmy na specjalne trójdzielne formy nałożyć środek antyadhezyjny by gotowy beton dał się łatwiej rozformować.

Kolejnym krokiem było wypełnienie formy do połowy zaprawą i w celu uniknięcia pęcherzyków powietrza w belkach wibrowanie ich prze 1 min.

Następnie uzupełniliśmy formy do końca i po kolejnym wibrowaniu wyrównaliśmy powierzchnie próbek. Tak przygotowane formy zostały rozformowane i po 28 dniach były gotowe do wykonywania na nich badań.

Oznaczenie wytrzymałości na zginanie

Doświadczenie to przeprowadziliśmy w przytoczony wcześniej sposób aparatem Michaelisa dla naszych 3 próbek.

Nr beleczki	Badanie wytrzymałości na zginanie
	Masa naczynia ze śrutem [kg]
I	6,514
II	6,293
III	6,693

Średni ciężar naczynia ze śrutem P= 6,5kg

Wytrzymałość na zginanie obliczamy ze wzoru :

R_t=(1,5*Ft*l)/b³ [MPa]

,gdzie siła Ft=P*5*100, b=40mm, l=100mm,

Rt=7,62MPa

Według normy PN-EN 196-1:1996 wytrzymałość na zginanie dla cementu CEM I 32,5R powinna wynosić minimalnie 6MPa. W naszych próbkach wartość ta została przekroczona, czyli warunek normowy został spełniony.

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie

Badanie wytrzymałości na ściskanie przeprowadziliśmy w prasie hydraulicznej na połówkach beleczek połamanych wcześniej w aparacie Michaelisa. Wytrzymałość oznaczamy jako średnią z uzyskanych w prasie sił podzielona przez powierzchnie ściskania.

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

Średnia siła = 41,38kN

Średnia wytrzymałość: Rs = Fc/P = 41,38kN/16cm^2 = 25,86MPa

Według normy wytrzymałość na ściskanie dla CEM I powinna co najmniej przekraczać 32,5MPa. W naszym przypadku warunek ten nie został spełniony.

Wnioski

Po przebadaniu naszych próbek uzyskaliśmy ich średnią wytrzymałość na zginanie która wynosi 7,62MPa co mieści się w normie. Obliczona średnia wytrzymałość na ściskanie, czyli najważniejsza cecha betonu wynosi

25,86MPa co nie mieści się w normie dla CEM I 32,5MPa.

Nasze próbki powstały z materiałów normowych i w sposób normowy. Oznacza to że wytrzymałość betonu obniżył popiół lotny (kategoria A), którym zastąpiliśmy połowę masy cementu (po 225g popiołu i cementu w mieszaninie).