Temat: badanie podstawowych cech technicznych spoiw mineralnych.

1. Badanie wybranych cech technicznych cementu portlandzkiego, CEM I, klasa - 32,5.

1. Oznaczenie normowej konsystencji zaczynu.

• Opis oznaczenia.

Oznaczenie to przeprowadzamy przy użyciu aparatu Vicata z trzonem o powierzchni przekroju 1 cm². Aby wykonać oznaczenie należy wcześniej przygotować zaczyn cementowy składający się z 500 [g] cementu oraz wstępnie przewidywalnej ilości wody w mieszarce normowej (o określonych cyklach mieszania: 140 i 280 obrotów na minutę). Po wymieszaniu składników zaczyn należy przenieść do pierścienia Vicata, ustawionego na szklanej płytce o wymiarach 100x100 mm, następnie usunąć powietrze z zaczynu przez kilkakrotne wstrząśnięcie pierścienia. Pierścień wraz z płytką należy przetrzeć cienką warstwą oleju. Górną warstwę zaczyny wyrównujemy nożem i umieszczamy na podstawie aparatu Vicata tak aby koniec trzonu dotykał powierzchnię zaczynu. 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.

• Wyniki pomiarów.

Do badania użyto 500 [g] cementu oraz 155 [ml] wody, co pozwoliło na uformowanie zaczynu cementowego o normalnej konsystencji, gdyż trzon zagłębił się na głębokość 5 [mm]od górnej płaszczyzny próbki.

1. Oznaczenie czasu wiązania cementu.

• Szkic:

• Opis oznaczenia:

Do oznaczania czasu wiązania stosujemy zaczyn cementowy, o sprawdzonej normalnej konsystencji, który wraz z pierścieniem ustawia się na podstawie przyrządu Vicata wyposażonego w igłę o przekroju poprzecznym 1 [mm²]. Oznaczenie przeprowadza się analogicznie jak w oznaczaniu normowej konsystencji zaczynu cementowego. Igłę należy zanurzyć swobodnie w różnych miejscach zaczynu co 10 minut.

Początek wiązania jest to czas liczonych od chwili wymieszania cementu z wodą, do chwili, gdy igła zanurzona w zaczynie zatrzyma się w odległości 4 ± 1 [mm] nad powierzchnią płytki.

Koniec wiązania jest to czas liczonych od chwili wymieszania spoiwa z wodą do chwili, gdy igła zanurzy się w zaczynie tylko na głębokość 0,5 [mm].

• Wyniki pomiarów:

Wielkość zagłębienia igły po czasie 2 godzin równa jest 5 [mm].

1. Oznaczenie powierzchni właściwej metodą Blaine'a.

• Opis oznaczenia.

Miarą rozdrobnienia cementu jest powierzchnia właściwa cementu obliczona metodą Blein'a. Aparat Blaine'a składa się a cylindrycznego pojemnika, wyposażonego w sito metalowe o 30 ÷ 40 otworach średnicy 1 [mm], równomiernie rozmieszczonych na całej powierzchni. Górna część aparatu powinna być połączona szczelnie z pojemnikiem. Rurkę manometru napełnia się do poziomu dolnej linii pomiarowej mało lotną cieczą nie reagującą z cementem.

Zasadą oznaczania jest zmierzenie czasu przepływu określonej objętości powietrza przez sprasowaną próbkę cementu.

Zasada pomiaru polega na metodzie porównawczej czasu przepływu powietrza z czasem przepływu powietrza w aparacie Bleine'a cementu wzorcowego o znanej powierzchni właściwej.

• Szkic.

1. Oznaczenie stałości objętości cementu w pierścieniu Le Chatelier'a.

• Opis oznaczenia:

Zaczynem cementowym, o konsystencji jak do oznaczania czasu wiązania, wypełniamy dwa pierścienie Le Chateliera'a ustawione na szklanej płytce. Górną powierzchnię zaczynu wyrównujemy z brzegami pierścienia i przykrywamy szklaną płytką. Następnie pierścienie wraz z zaczynem przenosimy wraz z płytkami do wanny z wodą i obciążamy ciężarkiem ułożonym na górnej płytce szklanej.

Po 24 ± 2 [h] pierścienie należy wyjąć z wody, usuwamy szklane płytki i mierzymy odległość (d₁) między końcami igieł pomiarowych z dokładnością do 0.5 [mm]. Następnie pierścienie z zaczynem umieszczamy na siatce naczynia metalowego, do którego uprzednio nalewamy taką ilość wody, aby pokrywała ona pierścień z zaczynem. Wodę w naczyniu należy doprowadzić do temperatury wrzenia i utrzymywać w tej temperaturze przez 3 h. Po upływie tego czasu siatkę z pierścieniami wyjmujemy z naczynia i ochłodzić do temperatury otoczenia. Po ochłodzeniu zmierzyć z dokładnością do 0.5 [mm], odległość (d₂) pomiędzy końcami igieł pomiarowych.

Za wynik oznaczenia zmiany objętości należy przyjąć różnicę odległości pomiędzy końcami igieł pomiarowych po gotowaniu (d₂) i przed gotowaniem (d₁), wyrażoną w [mm].

[mm]

• Szkic:

1. Oznaczenie cech wytrzymałościowych cementu.

• Skład jakościowy i ilościowy zaprawy normowej:

Proporcje składników: 1:3:0.5 cementu piasku o określonym składzie ziarnowym i wody. Skład ilościowy: na wykonanie trzech beleczek bierzemy 450 [g] cementu, 225 [g] wody, 1350 [g] piasku. Do wykonywania zaprawy normowej bierze się piasek normowy, zaprawy te wykonuje się także w specjalnych mieszarkach normowych.

• Przygotowanie zaprawy:

- mieszanie cementu z wodą 30 ± 2 s,

- dozowanie piasku 30 ± 2 s,

- mieszanie zaprawy 30 ± 2 s,

- postój 90 ± 5 s,

- mieszanie zaprawy 60 ± 5 s.

• Formowanie próbek:

Zaprawę przekładamy do przygotowanej formy, która jest przymocowana do płyty wstrząsarki. Z przygotowanej zaprawy odważamy trzy porcje po około 320 [g], napełniamy nimi poszczególne przegródki formy i uruchamiamy wstrząsarkę. Po zatrzymaniu wstrząsarki (60 wstrząsów), układamy drugą warstwę i ponownie uruchamiamy wstrząsarkę (60 wstrząsów). Następnie nakładkę wraz z formą zdejmujemy z wstrząsarki i wygładzamy powierzchnię beleczek. Beleczki ma ja wymiary: 40x40x160 [mm].

• Pielęgnacja:

Beleczki są sezonowane przez 24h w temp. 20ºC przykryte płyta szklaną, po 24h rozformowuje się je i dalej przechowuje w łaźni wodnej o temp. 20ºC + 2ºC aż do czasu wykonywania oznaczeń. Przed wykonywaniem oznaczeń beleczki należy przetrzeć szmatką.

• Terminy badań:

Po 28 lub 90 dniach.

• Szkic próbek z wymiarami:

• Badanie wytrzymałości na zginanie:

Badanie przeprowadziliśmy na maszynie wytrzymałościowej przy rozstawie podpór a =100 [mm].

Wartości sił niszczące poszczególne próbki:

• Dla próbki pierwszej: P₁ = 4.6 [kN]

• Dla próbki drugiej: P₂ = 4.25 [kN]

• Dla próbki trzeciej: P₃ = 4.55 [kN]

wytrzymałość na zginanie obliczamy ze wzoru:

[N/mm² = MPa], gdzie:

R_g - wytrzymałość na zginanie statyczne [MPa]

P_n - siła niszcząca [N]

l - rozstaw podpór [mm]  

b - szerokość próbki [mm]  

h - wysokość próbki [mm]  

Obliczając odpowiednio:

Wartość średnia:

Jeżeli jeden z wyników różni się od średniej o więcej niż o 10% należy go odrzucić i ponownie obliczyć średnią z pozostałych dwóch wyników. Jeżeli dwie próbki kwalifikują się do odrzucenia, badanie w całości powtórzyć.

• Badanie wytrzymałości na ściskanie:

Do oznaczenia wytrzymałości na ściskanie wykorzystujemy połówki beleczek z powyższego oznaczenia na zginanie. Gotową próbkę należy umieścić w maszynie wytrzymałościowej, jednak w ten sposób by ścianka, która w formie była górną teraz była boczną (obrót o 90^o).

Przyrost siły nacisku na daną beleczkę powinien wynosić 2,0 ± 0,5 MPa na sekundę.

Po zniszczeniu próbki należy odczytać wartość siły niszczącej P.

Siła potrzebna do zniszczenia poszczególnym połówek próbek (w [kN]):

• F₁ = 107

• F₂ = 112

• F₃ = 115

• F₄ = 103

• F₅ = 98

• F₆ = 107

Wytrzymałość na ściskanie obliczymy ze wzoru:

gdzie:

F - przekrój ściskanej próbki = 1600 [mm²]

P - siła niszcząca próbkę [N]

Obliczając odpowiednio:

Wartość średnia:

Jeżeli jeden z wyników różni się od średniej o więcej niż o 10% należy go odrzucić i ponownie obliczyć średnią z pozostałych dwóch wyników. Jeżeli dwie próbki kwalifikują się do odrzucenia, badanie w całości powtórzyć.

• Klasa cementu - 32,5 [MPa]

Klasa jest to wytrzymałoś średnia na ściskanie uzyskana z 6 połówek beleczek o wymiarach 4x4x16 [cm] wykonanych z zaprawy normowej i oznaczona po 28 dniach dojrzewania.

1. Ocena jakości cementu w odniesieniu do wymagań normowych.

Badany cement jest cementem portlandzkim CEM I o klasie 32,5 [MPa] o wytrzymałości na ściskanie równej 66.875 [MPa], o początku czasu wiązania większym od 45 minut, końcu czasu wiązania mniejszym od 10 godzin a stałości objętościowej nie przekraczającej 10mm.

2. Badania wybranych cech gipsu budowlanego.

1. Oznaczenia uziarnienia spoiw gipsowych.

• Opis oznaczenia.

Badanie polega na przesianiu próbki przez sita o odpowied­nich oczkach (#0,20; 0,50; 0,75 i 1,0 [mm]) i określeniu zawartości ziarn pozostających na tych sitach.

Próbkę gipsu w ilości 1000 [g] wysuszyć w temperaturze +40 + 2°C w czasie 1 godziny. Następnie ostudzić ją do temperatury pokojowej i odważyć z niej dwie porcje po 50 [g] spoiwa z dokładnością do 0,1 [g]. Potem obydwie próbki przesiać kolejno przez odpowiednie sita. Przesiewanie uważa się za zakończone, jeżeli w ciągu 1 minuty siania przez poszczególne sita przechodzi nie więcej niż 0,05 g spoiwa. Pozostałości na sitach zważyć z dokładnością do 0,05 [g].

Pozostałości na poszczególnych sitach Xn należy obliczyć z dokładnością do 0,1 % według wzoru:

[% mas]

Gdzie:

mn - masa ziarn pozostałych na kolejnych sitach [g]

m - masa całej badanej próbki spoiwa [g]

Za końcowy wynik oznaczenia uziarnienia przyjąć średnią arytmetyczną wyników co najmniej dwóch oznaczeń nie różniących się od siebie więcej niż o 10%.

1. Oznaczenie normalnej konsystencji zaczynu gipsowego.

• Opis oznaczenia.

Badanie polega na znalezieniu takiej masowej proporcji spoiwa i wody w zaczynie gipsowym, aby zaczyn ten posiadał pewną umowną konsystencję. Miarę konsystencji stanowi rozpływ zaczynu.

Odważyć 300 [g] spoiwa gipsowego. Do miski wlać wodę w ilości wstępnie przewidywanej, a następnie wsypać w ciągu 2 do 5s odważone spoiwo. Całość szybko mieszać mieszadłem przez 30 s licząc czas od momentu połączenia spoiwa z wodą. Po zakończeniu mieszania otrzymany zaczyn wlać do cylindra ustawionego na płytce, ewentualny jego nadmiar usunąć nożem i wyrównać powierzchnię zaczynu z górną krawędzią cylindra. Po 15 s — licząc od wymieszania zaczynu — cylinder szybko podnieść, po czym zmierzyć rozpływ, czyli średnicę utworzonego placka. Pomiar średnicy wykonać w dwóch prostopadłych do siebie kierunkach z dokładnością do 5 [mm].

Normalną konsystencję ma zaczyn, którego rozpływ ustalony jako średnia arytmetyczna dwóch wyników oznaczeń wynosi 180+ 5 [mm]. Jeżeli przyjęte proporcje gipsu i wody dały zaczyn o rozpływie większym lub mniejszym, oznaczenie powtórzyć z odpowiednio zmienioną ilością wody.

• Szkic

• Wyniki pomiarów:

Do uformowania zaczynu gipsowego o normalnej konsystencji użyto 300 [g] gipsu oraz 196 [ml] wody, średnica placka po podniesieniu cylindra wyniosła 185 [mm].

1. Oznaczenie czasu wiązania gipsu.

• Opis oznaczenia

Zasada badania: Badanie polega na oznaczeniu czasu, po którym zaczyni gipsowy o normalnej konsystencji osiąga pewne umowne stany stwardnienia, kojarzone z umownym początkiem i końcem wiązania. Badanie przeprowadza się analogicznie jak w przypadku badania czasu wiązania cementu, zasady oznaczenia początku i końca wiązania gipsu określa się tak jak powyżej w przypadku cementu. Ruchomy trzonek aparatu ustawić w takim położeniu, aby igła dotykała powierzchni zaczynu. W celu oznaczenia czasu wiązania igłę swobodnie zagłębiać w różnych miejscach zaczynu, w odstępach czasu nie dłuższych niż 30 s. Po każdym kolejnym zagłębieniu dokładnie ją oczyścić.

Za wynik końcowy oznaczenia przyjąć średnią wyników co najmniej dwóch oznaczeń.

• Szkic

1. Oznaczenie zmian liniowych związanego zaczynu gipsowego

• Opis oznaczenia:

Badanie to polega na określeniu wielkości zmiany długości próbek beleczkowych wykonanych z zaczynu gipsowego o normalnej konsysten­cji, spowodowanej wysuszeniem ich do stałej masy gdyż w skutek odparowania nadmiaru wody ponad ilość stechiometryczną zaczyn gipsowy ulega skurczowi. Do wykonania oznaczenia potrzebny jest aparat Graf-Kaufmana wyposażony w czujnik przemieszczeń.

Do próbek należy zamocować repery (czopy) służące do pomiaru zmian długości. Z przygotowanego wcześniej normowego zaczynu uformować beleczki o wymiarach 40x40x160 [cm]. Po zakończeniu procesu wiązania gipsu rozformować go. Próbki ustawić na rusztach drewnianych, zachowując odstęp między beleczkami nie mniejszy niż 40 [mm]. Wilgotność względna pomieszczenia, w którym są prze­chowywane próbki powinna wynosić 65 + 5%, a temperatura +20 + 2°C.

Pierwszy pomiar wykonać po 2 godzinach i oznaczyć wychylenie wskazówek czujnika przemieszczeń l₁ Następnie próbki trzeba suszyć w suszarce elektrycznej w temperaturze + 40 + 2°C do momentu, gdy dwa kolejne ważenia nie będą się różnić między sobą więcej niż o 0,1 [g]. Po ostudzeniu próbek w eksykatorze wykonać następny pomiar l₄₀.

Wielkość zmian liniowych obliczamy według wzoru:

[mm/m]; [‰], gdzie:

l₁ - odczyt początkowy po 2 godzinach twardnienia [mm],

l₄₀ - odczyt po wysuszeniu próbki do stałej masy [mm],

0,160 - nominalna długość beleczki [m].

Z trzech wyników oznaczeń oblicza się średnia arytmetyczną. Jeżeli jeden wynik różni się od średniej o więcej niż o 10 %, należy go odrzucić a z pozostałych ponownie obliczyć średnią.

• Szkic:

1. Oznaczenie cech wytrzymałościowych zaczynu gipsowego po2 godz., oraz po wysuszeniu w temp. 40ºC do stałej masy.

• Skład zaczynu:

Zaczyn do sporządzenia 3 beleczek wykona z 1000 do 1500 [g] spoiwa i wody w ilości potrzebnej do otrzymania zaczynu o normalnej konsystencji. Przygotowany zaczyn natychmiast rozlewa się do przegród 2 form o wymiarach 4 x 4 x 16 [cm].

• Opis wykonania próbek:

Do miski przetartej wilgotną tkaniną wlać wodę i wsy­pać odważone spoiwo w ciągu 5 do 20 s, a następnie przez 60 s energicznie mieszać ręcznie mieszadłem. Przygoto­wanym zaczynem napełnić formę wcześniej W celu usunięcia pęcherzyków powietrza z zaczynu formę kilkakrotnie wstrząsnąć. Usunąć nadmiar zaczynu. Po 15 + 5 minutach od widocznych objawów końca wiązania beleczki rozformować.

• Szkic próbek z wymiarami:

• Oznaczenie marki gipsu.

Marka gipsu to wytrzymałoś średnia na ściskanie uzyskana z 6 połówek beleczek o wymiarach 4x4x16 [cm] wykonanych z zaprawy normowej i oznaczona po 2 i po 24 godzinach dojrzewania.

• Wytrzymałoś na zginanie po 2 godzinach:

Po upływie 2 godzin (±10 minut), licząc od momentu połączenia gipsu z wodą, beleczki poddać badaniu na zginanie. Należy je układać na podporach w taki sposób,

[N/mm² = MPa], gdzie:

R_g - wytrzymałość na zginanie statyczne [MPa]

P_n - siła niszcząca [N]

l - rozstaw podpór [mm]  

b - szerokość próbki [mm]  

h - wysokość próbki [mm]  

Za końcowy wynik oznaczenia przyjąć średnią arytmetyczną wyników trzech oznaczeń podaną z dokładnością do 0,1 MPa. Jeżeli jeden z wyników różni się od średniej o więcej niż 10 %, odrzucić go i ponownie obliczyć średnią z pozostałych dwóch wyników. Jeżeli dwa wyniki kwalifikują się do odrzucenia, badanie w całości powtórzyć.

• Wytrzymałość na ściskanie po 2 godzinach:

Do badania stosuje się połówki beleczek pozostałe po oznaczeniu wytrzymałości na zginanie. Połówki beleczek umieszcza się we wkładce w taki sposób, aby powierzchnia zacierana była równoległa do kierunku dzia­łania siły. Następnie wkładka ustawiana jest osiowo między płytami dociskowymi maszy­ny wytrzymałościowej. Po uruchomieniu ma­szyny siłę nacisku zwiększa się w tempie 20 do 50 N/s, aż do zniszczenia próbki. Wytrzymałość na ściskanie obliczymy ze wzoru:

gdzie:

F - przekrój ściskanej próbki = 2400 [mm²]

P - siła niszcząca próbkę [N]

Jako końcowy wynik oznaczenia przyjmuje się średnią arytmetyczną wyni­ków sześciu oznaczeń, podawaną z dokładnością do 0,1 MPa. Jeżeli jeden z wyników różni się od średniej o więcej niż 10 %, odrzucić go i ponownie obliczyć średnią z pięciu pozostałych wyników.

• Obliczenia:

Średnia wytrzymałość na ściskanie dwóch próbek gipsu budowlanego GB-6 wyniosła 3,499[MPa]

3. Zestawienie normowych cech technicznych dla:

1. Cementów powszechnego użytku.

• Cechy fizyczne.

• Cechy chemiczne.

Właściwość	Metoda badania	Rodzaj cementu	Klasy	Wymagania
Strata prażenia	PN-EN 196-2	CEM I CEM III	Wszystkie	≤ 5,0 %
Pozostałość nierozpuszczalna	PN-EN 196-2	CEM I CEM III	Wszystkie	≤ 5,0 %
Siarczany (jako SO3)	PN-EN 196-2	CEM I CEM II CEM IV	32,5 32,5 R 42,5	≤ 3,5 %
						42,5 R 52,5 52,5 R	≤ 4,0 %
				CEM III	Wszystkie
Chlorki	PN-EN 196-21	Wszystkie	Wszystkie	≤ 0,1 %
Alkalia ^2) (jako Na2O)	PN-EN 196-21	Wszystkie	Wszystkie	≤ 0,6 %
Pucolanowość	PN-EN 196-5	CEM IV	Wszystkie	Wynik pozytywny

2. Gipsów.

• Gips budowlany jest spoiwem powietrznym otrzymywanym przez prażenie rozdrobnionego kamienia gipsowego w temperaturze 180 do 190[⁰C] (453 do 453 [K]), a następnie zmielenia na proszek.

• Gips budowlany szybko wiążący odznacza się bardzo krótkim czasem wiązania.

• Gips szpachlowy stanowi mieszankę gipsu półwodnego oraz dodatków regulujących uwadnianie i wiązanie gipsu. Gips szpachlowy po zarobieniu wodą daje zaczyn o konsystencji umożliwiającej gipsowanie, szpachlowanie i wykonywanie gładzi.

• Gips tynkarski jest mieszaniną gipsu budowlanego, estrichgipsu, lekkiego wypełniacza mineralnego oraz dodatków modyfikujących.

• Klej gipsowy jest mineralnym materiałem budowlanym w postaci suchego proszku, produkowanym na bazie gipsu, mączek mineralnych i dodatków modyfikujących. Po dodaniu wody charakteryzuje się doskonałą plastycznością.

Cecha	Gips
		budow­lany	Budowlany szybko wiążący	Klej gipsowy	szpa­chlowy	tynkarski
Stopień zmielenia: pozosta­łość na sicie o boku oczka kwadratowego 1 mm	<0,5		0	0	< 5
Pozostałość % na sicie o boku oczka kwadratowego 0,2 mm	<15		< 8	< 1	8 - 25
Czas wiązania: początek minut	5	3	1	4	90 - 160
koniec minut	10 - 40	7 - 15	50-60	30 - 60	240
Wytrzymałość na zginanie nie mniej niż: po 24 godz.	1,8		-	_
- po wysuszeniu do stałej masy (w temperaturze 50^0C)	4,0		2.5		2,0
- po 28 dniach	−			−
Wytrzymałość na ściskanie nie mniej MPa niż: - po 24 godz.	4,0		-	−
- po wysuszeniu do stałej masy (w temp. 50^0C)	9,0		6 [MPa]		5,0
- po 28 dniach	−		−		−

14

---