Cement
Cement jest to spoiwo hydrauliczne, które po zmieszaniu z wodą daje zaczyn, wiążący i twardniejący w wyniki reakcji i procesów hydratacji, który po stwardnieniu pozostaje wytrzymały i trwały także pod wodą.
Cement zgodny z ustaloną normą, nazywany cementem CEM, odpowiednio odmierzony, mieszany z kruszywem i wodą, powinien tworzyć beton lub zaprawę, które posiadają określony czas urabialność oraz odpowiednią wytrzymałość po stwardnieniu.
Cementy CEM składają się z różnych materiałów, lecz pod względem składu są jednorodne dzięki zapewnieniu odpowiedniej jakości procesów produkcji i postępowania z materiałem.
Składniki główne:
- klinkier cementu portlandzkiego
- granulowany żużel wielkopiecowy
- pucowany
- popiół lotny
- łupek palony
- wapień
- pył krzemionkowy
Cementy powszechnego użytku, zostały podzielone na pięć głównych rodzajów, ze względu na ich skład oraz jakość:
- CEM I - cement portlandzki
- CEM II - cement portlandzki wieloskładnikowy
- CEM III - cement hutniczy
- CEM IV - cement pucolanowy
- CEM V - cement wieloskładnikowy
2a. Badanie konsystencji normowej.
Konsystencję normową wyznacza się na podstawie obserwacji zagłębiania się znormalizowanego bolca w zaczyn cementowy.
Do badania konsystencji stosuje się ręczny aparat Vicata z walcowym bolcem wykonanym z nierdzewnego metalu o długości roboczej min 45mm a średnicy 10mm, który powinien poruszać się swobodnie w kierunku pionowym bez tarcia.
Zaczyn umieszcza się w cylindrycznym lub stożkowym pierścieniu Vicata, który powinien być wykonany z twardej gumy, tworzywa sztucznego lub brązu, o wewnętrznej średnicy 75+- 10mm, oraz głębokości 40mm. Pierścień powinien być wyposażony w płytkę bazową, większą od niego o grubości min 2,5mm, wykonany z materiału odpornego na działanie zaczynu cementowego, np. szkła.
2b. Sposób postępowania.
- Mieszanie zaczynu cementowego:
a) 500g cementu umieścić w misie wraz z ustaloną ilością wody, unikając strat składników w przeciągu 10s
b) uruchomić mieszarkę na niskich obrotach, jednocześnie odnotowując czas jako `czas zero'
c) po 90s zatrzymać mieszarkę na 30s, podczas których należy zebrać zaczyn ze ścianek misy
d) uruchomić mieszarkę na 90s na niskich obrotach, całkowity czas mieszania powinien wynosić 3min
- Napełnianie pierścienia
Natychmiast przenieść zaczyn z niewielkim nadmiarem do lekko naoliwionego pierścienia, umieszczonego na lekko naoliwionej płytce bazowej. Należy usunąć puste przestrzenie w zaczynie poprzez stukanie końcem kciuka w pierścień. Nadmiar zaczynu usunąć ostrożnie za pomocą prostokątnego narzędzia ruchem tnącym aby uzyskać wygładzoną górną powierzchnię.
- Oznaczanie konsystencji normowej
Przygotować aparat Vicata z umocowanym bolcem. Aparat zerujemy opuszczając bolec do momentu zetknięcia z płytką bazową. Przygotowaną próbkę w pierścieniu umieścić bezpośrednio pod bolcem tak by znajdował się on nad środkiem pierścienia, następnie ostrożnie go opuścić aż zetknie się z zaczynem. Odczekać 1-2s w celu uniknięcia prędkości początkowej, a następnie szybko zwolnić ruchome części, aby bolec zagłębił się pionowo w zaczynie. Odczytać wskazanie skali, co najmniej po 5s od ustania zagłębiania się bolca lub 30s od zwolnienia. Zanotować odczyta skali stanowiący odległość między dolnym końcem bolca a płytką bazową, oraz zawartość wody w zaczynie wyrażoną w procentach w odniesieniu do masy cementu.
3a. Badanie czasów wiązania.
Do badania czasów wiązania zaczynu cementowego wykorzystujemy ręczny aparat Vicata, używając znormalizowanej igły zamiast bolca, całkowita masa ruchomych części aparatu powinna wynosić 300g.
3b. Sposób postępowania.
- Początek czasu wiązania
Napełniony pierścień Vicata na płytce bazowej umieścić pod igłą aparatu. Opuścić igłę tak by zetknęła się z powierzchnią zaczynu, utrzymać w tej pozycji przez 1-2s w celu uniknięcia prędkości początkowej. Następnie szybko zwolnić ruchome części i pozwolić igle na pionowe zagłębienie się w zaczynie, oraz odczytać wskazania skali gdy zagłębienie ustanie lub najpóźniej po 30s od zwolnienia igły.
Powtarzać zagłębianie w tej samej próbce w położonych blisko siebie miejscach nie bliżej nic 8mm od brzegu pierścienia i 5mm od siebie, oraz co najmniej 10mm od miejsca ostatniego zagłębienia. Powtarzanie wykonywać w odstępach czasu np. co 10min.
- Koniec czasu wiązania
Odwrócić napełniony pierścień tak aby powierzchnia stykająca się uprzednio z płytką bazową była teraz powierzchnią górną. Opuścić igłę aparatu Vicata tak by stykała się delikatnie z zaczynem oraz utrzymać unikając prędkości początkowej. Następnie postępujemy analogicznie jak w przypadku oznaczania początku czasu wiązania. Odnotować czas w którym igła po raz pierwszy zagłębi się w próbce tylko na 0,5mm, jest to czas w którym pierścieniowa nasadka igły nie pozostawia śladu na powierzchni badanej próbki. Koniec czasu wiązania należy potwierdzić powtarzając badanie w dwóch różnych miejscach.
4. Oznaczanie wytrzymałości cementu.
Badanie oznaczania wytrzymałości na ściskanie i zginanie wykonuje się na beleczkach o wymiarach 40mm x 40mm x 160mm. Beleczki te wytwarzane są z zaprawy o konsystencji plastycznej, zawierającej cement, piasek i wodę w proporcjach 1 : 3 : 0,5.
Beleczki przechowuje się w formach przez 24h w wilgotnych otoczeniu, a następnie po rozformowaniu przechowuje się pod wodą aż do chwili badania wytrzymałości.
4a. Przygotowanie zaprawy.
Udziały masowe składników powinny wynosić: jedna część cementu, trzy części piasku normowego i pół części wody. Każda mieszanka dla trzech beleczek powinna składać się z 450g cementu, 1350g piasku i 225g wody.
Procedura mieszania powinna być następująca:
przenieść wodę i cement do misy, unikając strat składników
bezpośrednio po zetknięciu się cementu z wodą, uruchomić mieszarkę na niskich obrotach, odnotowując czas zero, następnie po 30s mieszania równomiernie sypać piasek przez kolejne 30s, włączyć mieszarkę na wysokie obroty i kontynuować mieszanie jeszcze przez 30s
zatrzymać mieszarkę na 90s, w czasie pierwszych 30s zebrać zaczyn ze ścianek misy
kontynuować mieszanie przez 60s na wysokich obrotach mieszania
4b. Przygotowanie beleczek do badania
Próbki do badań powinny mieć kształt prostopadłościanów o wymiarach 40mm x 40mm x 160mm. Beleczki formować bezpośrednio po przygotowaniu zaprawy. Zaprawę równomiernie rozprowadzić łopatką, następnie pierwszą warstwę zagęścić 60 wstrząsami wstrząsarki. Nałożyć drugą warstwę z nadmiarem i zagęścić kolejnymi 60 wstrząsami. Ostrożnie podnieść formę z wstrząsarki i usunąć nakładkę, nadmiar zaprawy usunąć.
4c. Wytrzymałość na zginanie
Umieścić beleczkę w urządzeniu do oznaczania wytrzymałości na zginanie dysponujące obciąganiem do 10kN z dokładnością do 1% rejestrowanego obciążenia oraz przyrostem obciążenia 50N/s. Aparat powinien być wyposażony w urządzenie zginające składające się z dwóch podporowych rolek stalowych o średnicy 10mm oddalonych o 100mm oraz trzeciej takiej samej umiejscowionej centralnie między obiema podporami.
Za pomocą rolki obciążającej przenosić obciążenie pionowo na przeciwległą powierzchnię boczną beleczki i równomiernie zwiększać nacisk o 50N/s aż do złamania.
Rf = 1,5*Ff*l / b^3
Rf - wytrzymałość na zginanie [MPa]
b - długość boczna przekroju beleczki [mm]
Ff - obciążenie łamiące na środku beleczki [N]
l - odległość między podporami [mm]
4d. Wytrzymałość na ściskanie
Badanie wykonać na połówkach beleczek uzyskanych z badania na zginanie. Połówki umieszczać boczną powierzchnią na środku płytki, tak aby czołowe powierzchnie beleczki wystawały około 10mm poza płytki. Podczas całego badania zwiększać obciążenie z prędkością 2400 N/s aż do zgniecenia.
Rc = Fc/1600
Rc - wytrzymałość na ściskanie [MPa]
Fc - najwyższe obciążenie przy zgnieceniu próbki [mm]
1600 - powierzchnia płytek [mm^2]