Плотность портландцемента в зависимости от вида и количества добавок составляет 2900... 3200 кг/м3, насыпная плотность в рыхлом состоянии 1000... 1100 кг/мз, в уплотненном - до 1700 кг/мЗ.
Тонкость помола характеризуется количеством цемента, проходящим через сито с сеткой № 008 (размер отверстий 0,08 мм) и его удельной поверхностью. Согласно ГОСТу через сито с сеткой № 008 должно проходить не менее 95% цемента, при этом удельная поверхность у обычного портландцемента должна быть в пределах 2000... 3000 см2/г и у быстротвердеющего портландцемента 3500.... 5000 см2/г.
Сроки схватывания портландцемента, рассчитываемые от момента затворения, должны быть: начало - не ранее 45 мин; конец - не позднее 10 ч.
Прочность портландцемента характеризуется его маркой. Марку портландцемента определяют по пределу прочности при сжатии и изгибе образцов-балочек 40 х 40 х 160 мм, изготовленных из цементно-песчаного раствора (состава 1: 3) стандартной консистенции и твердевших 28 сут (первые сутки в формах на влажном воздухе и 27 сут в воде при 20° С).
Промышленность выпускает портландцемент четырех марок: 400; 500; 550 и 600 (цифра соответствует округленной в сторону уменьшения средней прочности образцов при сжатии, выраженной в кгс/см2).
Тепловыделение при твердении. Твердение портландцемента сопровождается выделением большого количества теплоты. Так как эта теплота выделяется в течение длительного времени (дни, недели), заметного разогрева цементного бетона или раствора не происходит. Однако если объем бетона велик (например, при бетонировании плотин, массивных фундаментов), то потери теплоты в окружающее пространство будут незначительны по сравнению с общим количеством выделяющейся теплоты и возможен разогрев бетона до температуры 70... 80° С, что приведет к его растрескиванию.
Равномерность изменения объема. При твердении цементное тесто уменьшается в объеме. Усадка на воздухе составляет около 0,5... 1 мм/м. При твердении в воде цемент немного набухает (до 0,5 мм/м). Однако изменение объема при твердении должно быть равномерным. Это свойство проверяют на лепешках из цементного теста, которые не должны растрескиваться после пропаривания в течение 3 ч (до пропаривания лепешки 24 ч твердеют на воздухе). Неравномерность изменения объема возникает из-за присутствия в цементе свободных СаО и MgO, находящихся в виде пережога.
Современные виды цементов.
По ГОСТ 30515-97 «Цементы. Общие технические условия» цементы по назначению подразделяют на:
- общестроительные;
- специальные.
По виду клинкера цементы подразделяют на основе:
- портландцементного клинкера;
- глиноземистого (высокоглиноземистого) клинкера;
- сульфоалюминатного (-ферритного) клинкера.
По вещественному составу цементы подразделяют на типы, характеризующиеся различным видом и содержанием минеральных добавок. Вид и содержание минеральных добавок регламентируют в нормативных документах на цемент конкретного вида или группу конкретной продукции.
По прочности на сжатие цементы подразделяют на классы: 22,5; 32,5; 42,5; 52,5. В нормативных документах на цементы конкретных видов могут быть установлены дополнительные классы прочности.
Для некоторых специальных видов цементов с учетом их назначения классы прочности не устанавливают.
Для цементов конкретных видов, выпускаемых по ранее утвержденным нормативным документам до их пересмотра или отмены, сохраняется подразделение цементов по прочности на сжатие по маркам.
Классы прочности на сжатие цементов аналогичны установленным EN 197-1. Значения классов прочности имеют вероятностный характер и установлены с доверительной вероятностью 95%.
Для некоторых специальных видов цементов с учетом их назначения классы прочности не устанавливают.
Для цементов конкретных видов, выпускаемых по ранее утвержденным нормативным документам до их пересмотра или отмены, сохраняется подразделение цементов по прочности на сжатие по маркам.
По скорости твердения общестроительные цементы подразделяют на:
- нормальнотвердеющие (Н) - с нормированием прочности в возрасте 2 (7) и 28 сут.;
- быстротвердеющие (Б) - с нормированием прочности в возрасте 2
сут., повышенной по сравнению с нормальнотвердеющими, и 28 сут.
По срокам схватывания цементы подразделяют на:
- медленносхватывающиеся – с нормируемым сроком начала схватывания более 2 ч;
- нормальносхватывающиеся – с нормируемым сроком начала схватывания от 45 мин до 2 ч;
- быстросхватывающиеся – с нормируемым сроком начала схватывания менее 45 мин.
Классификацию цементов по специальным требованиям при необходимости устанавливают в нормативных документах на конкретные виды специальных цементов.
Согласно ГОСТ 31108-2003 «Цементы общестроительные. Технические условия» общестроительные цементы по вещественному составу подразделяют на пять типов:
1) ЦЕМ I – портландцемент (не содержит минеральных добавок в качестве основного компонента);
2) ЦЕМ II – портландцемент с минеральными добавками;
3) ЦЕМ III – шлакопортландцемент;
4) ЦЕМ IV – пуццолановый цемент;
5) ЦЕМ V – композиционный цемент.
По содержанию портландцементного клинкера и добавок цементы типов ЦЕМ II – ЦЕМ V подразделяют на подтипы А и В.
По прочности на сжатие в возрасте 2 (7) сут. (скорости твердения) каждый класс цементов, кроме класса 22,5, подразделяют на два подкласса: Н (нормальнотвердеющий) и Б (быстротвердеющий) в соответствии с таблицей 2.5.
По ГОСТ 10178-85 «Портландцемент и шлакопортландцемент. Технические условия» цемент по вещественному составу классифицируют на следующие виды:
- портландцемент (без минеральных добавок);
- портландцемент с добавками (с активными минеральными добавками не более 20%);
- шлакопортландцемент (с добавками гранулированного шлака более 20%).
По прочности при сжатии в 28-суточном возрасте цемент подразделяют на марки:
- портландцемент – 400, 500, 550 и 600;
- шлакопортландцемент – 300, 400 и 500;
- портландцемент быстротвердеющий – 400 и 500;
- шлакопортландцемент быстротвердеющий – 400.
Ход работы
Марку цемента определяют по прочности на изгиб и сжатие образцов-балочек, изготовленных из цементно-песчаного раствора состава 1: 3 нормальной консистенции и твердевших во влажных условиях 28 сут при температуре (20 ± 2)° С.
Работа по определению марки цемента складывается из следующих операций: приготовления цементно-песчаного раствора и проверки его консистенции, формования образцов, их влажного твердения и испытания на прочность спустя 28 сут после формования.
I. Приготовление цементно-песчаного раствора нормальной консистенции.
Для изготовления трех образцов-балочек отвешивают 500 г портландцемента и 1500 г стандартного песка (стандартным песком считается чистый кварцевый песок с модулем крупности Мк = 2,5...2,7). Если такого песка нет, то его можно получить промывкой и рассевом имеющегося песка на ситах и подбором фракций в нужном соотношении.
Цемент и песок высыпают в протертую влажной тканью сферическую чашу и перемешивают 1 мин. Затем в центр сухой смеси заливают 200 г воды — В/Ц = 0,4. Это количество принято ориентировочно; точное же количество устанавливают в процессе работы, так как оно зависит от свойств цемента и песка.
Воде дают впитаться в сухую смесь и затем тщательно перемешивают с перетиранием всей массы в течение 5 мин. Приготавливаемая растворная смесь не является кладочным или штукатурным раствором, а представляет собой как бы модель бетона, поэтому она значительно менее пластична, чем традиционная растворная смесь, которой пользуются каменщики и штукатуры.
По окончании перемешивания определяют консистенцию растворной смеси. Для этого раствор загружают в коническую форму (рис. 9, б) с воронкой, установленную на встряхивающем столике (рис. 9, а) в два приема (слоями равной толщины). Каждый слой уплотняют штыковкой диаметром 20 мм и массой около 400 г. Нижний слой штыкуют 15 раз, верхний— 10. Штыкование ведут от периферии к центру, придерживая форму рукой. Излишек раствора срезают ножом и металлическую форму-конус снимают вертикально вверх.
Полученный конус цементного раствора встряхивают на столике 30 раз, вращая рукоятку с частотой 1 с-1. Затем металлической линейкой (или штангенциркулем) измеряют диаметр конуса раствора по нижнему основанию в двух взаимно перпендикулярных направлениях и берут среднее значение.
Консистенция раствора считается нормальной, если среднее значение расплава конуса составляет 106... 115 мм. Если расплыв конуса менее 106 мм или конус при встряхивании рассыпается, приготовляют новую порцию раствора с увеличенным количеством воды. Если расплыв более 115 мм, то новую порцию раствора готовят с меньшим содержанием воды. Погрешность в определении требуемого соотношения В/Ц должна быть не более 0,02, т. е. в пересчете на воду 10 г.
Рис. 9. Схема встряхивающего столика (а) и коническая форма (б):
1 — станина; 2— столик; 3— испытуемый раствор; 4— эксцентрик
II. Изготовление образцов.
Приготовленный раствор нормальной консистенции используют для изготовления образцов. Для этого применяют разъемные металлические формы (см. рис. 7). Перед заполнением формы растворной смесью ее внутренние поверхности слегка протирают машинным маслом. Для облегчения укладки растворной смеси можно использовать металлическую насадку, устанавливаемую на форму. Подготовленную форму закрепляют в центре лабораторной виброплощадки.
Сначала форму заполняют на 1...2 см растворной смесью и включают виброплощадку. Затем в течение 2 мин вибрации все три гнезда формы равномерно небольшими порциями заполняют раствором. Через 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают и снимают с нее форму. Возможно заполнение формы полностью заранее с послойным штыкованием и последующей вибрацией также 3 мин.
Излишек раствора срезают смоченным водой ножом, поверхность образцов заглаживают и затем каждый образец маркируют.
Образец в формах хранят в течение первых суток (24 ± 2) ч на столике в ванне с гидравлическим затвором или другом приспособлении, обеспечивающем влажность воздуха не менее 90 %, (например, в полиэтиленовом пакете вместе с влажной тканью).
Через сутки образцы осторожно вынимают из форм и помещают на 27 сут в воду при (20 ± 2)° С. Спустя 28 сут (1 + 27) твердения образцы испытывают на изгиб и сжатие по методике, описанной в работе “Определение марки гипса”.
Для определения марки цемента вычисляют среднее арифметическое из двух наибольших результатов, полученных при испытании на изгиб, и среднее арифметическое из четырех результатов (наибольший и наименьший отбрасывают), полученных при испытании на сжатие.
Вычисленные таким образом значения R изг и R cж сравнивают с требованиями ГОСТ для определения марки цемента (оба значения должны быть не ниже требуемых (табл. 28.).
Таблица 28 - Марки портландцемента (ПЦ) и шлакопортландцемента (ШПЦ)
| Вид цемента | Марка | Предел прочности, МПа (кгс/см2), не менее | |
| при изгибе | при сжатии | ||
| ШПЦ | 4,4 (45) | 29,4 (300) | |
| ПЦ; ШПЦ | 5,4 (55) | 39,2 (400) | |
| ПЦ; ШПЦ | 5,9 (60) | 49,0 (500) | |
| ПЦ | 6,1 (62) | 53,9 (550) | |
| ПЦ | 6,4 (65) | 58,8 (600) |
КОНТРОЛЬНЫЕ ВОПРОСЫ
1. Понятие о портландцементе и портландцементном клинкере.
2. Минералогический состав портландцементного клинкера.
3. Что называется нормальной густотой цементного теста, как она определяется.
4. Что называется сроками схватывания и как они определяются. Требования ГОСТа.
5. Как определяется равномерность изменения объема цемента. Требования ГОСТа.
6. Определение марки по прочности. Условия твердения цемента. Срок набора марочной прочности.
Лабораторная работа № 11
