Cement i gips - sprawozdanie

1. Badania wybranych cech technicznych cementu portlandzkiego CEM I - klasy 32,5.

1.1 Oznaczenia normowej konsystencji zaczynu.

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.

NA zajęciach laboratoryjnych do użyto 500 [g] cementu oraz 153 [ml] wody, co pozwoliło na uformowanie zaczynu cementowego o normalnej konsystencji, gdyż trzon zagłębił się na głębokość 4 [mm] od górnej płaszczyzny próbki.

1.2. Oznaczenie czasu wiązania cementu.

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 4 [mm].

1.3 Oznaczenie powierzchni właściwej metodą Blaine’a

Powierzchnia właściwa cementu to suma powierzchni ziarenek cementu przypadająca na jednostkę masy cementu (im drobniejsze ziarenka cementu tym większa jego powierzchnia właściwa. Dla oznaczenia tej cechy stosujemy metodę Blaine’a - sprasowujemy cement w rurze przyrządu, po czym przepuszczamy przez niego powietrze i z ilości przepuszczonego przez cement powietrza wyznaczamy powierzchnię właściwą cementu w [cm2/g].

Przykładowo, dla cementów portlandzkich oznaczenie zgodne z normą wynosi 3000-3500 [cm2/g].

1.4 Oznaczenie stałości objętości cementu w pierścieniu La Chatelier’a.

Betony (zaczyny) wykazują skurcz, tzn. wyparowuje z nich woda podczas zastygania, a w warunkach wilgotnych pęcznieją, co powoduje zmiany jego objętości, więc muszą wykazywać pewną stałość objętości. Oznaczenie stałości objętości przeprowadzamy przy użyciu zaczynu normowego, który umieszczamy w pierścieniu Le Chatelier’a z drutami pomiarowymi. Po napełnieniu pierścienia należy całość przechowywać w temperaturze 200C i wilgotności względnej powietrza co najmniej 98% przez 24h. Po upływie 24h należy zmierzyć odległość X pomiędzy drucikami. Następnie pierścień z zaczynem ogrzewamy do temperatury wrzenia wody i trzymamy go w tych warunkach 3h. Na zakończenie chłodzimy pierścień do temperatury 200C i mierzymy odległość Y między drucikami. Różnica Y-X jest miarą stałości objętości i jest w normie jeśli nie przekracza 10mm.

1.5 Oznaczenie cech wytrzymałościowych cementu.

Cechy wytrzymałościowe cementu to jego odporność na ściskanie i zginanie, i pozwalają nam określić klasę wytrzymałościową cementu, która jest jego cechą wytrzymałościową określoną przez badanie na ściskanie połówek beleczek z zaprawy normowej 1:3:0,5 po 28 dniach (1 w wodzie).
Cechy wytrzymałościowe cementu na zginanie i ściskanie wykonujemy na połówkach beleczki zaprawy normowej o składzie 1:3:0,5 (spoiwo : kruszywo : woda).

Przygotowujemy zaprawę normową z ilości 450:1350:225 (spoiwo : kruszywo : woda) i wykonujemy trzy beleczki normowe o wymiarach 4x4x16mm, w formach, umieszczonych w wstrząsarce, napełnionych najpierw
do połowy, po 30s do końca, i wyrównanych. Po 24h pod folią przechowujemy je w kąpieli wodnej na ruszcie w wannie laboratoryjnej do czasu badania. Pomiary przeprowadzamy po upływie 2, 7 i 28 dni.

W celu oznaczenia wytrzymałości na zginanie kładziemy beleczkę na podporach o rozstawie 10cm i obciążamy siłą skupioną w środku rozpiętości. Wartości naprężeń niszczących wyliczamy ze wzoru:

gdzie: M=P*l/4
W=b*h2/6
M – moment zginający [N*m]
W – wskaźnik wytrzymałości [m3]
P – siła niszcząca [N]
l = 0,1m – rozstaw podpór
b,h = 0,04m – wymiary poprzeczne beleczki

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na połówkach beleczek. Siłę niszczącą przekazuje się przy użyciu podkładek metalowych. Wytrzymałość na ściskanie obliczamy ze wzoru:

gdzie: P – siła niszcząca [N]
A = 16 cm2

Jako wynik pomiaru przyjmuje się średnią arytmetyczną 3 wyników dla wytrzymałości na zginanie i 6 wyników dla wytrzymałości na ściskanie. Jeśli choć jedno z oznaczeń daje wynik ujemny partię cementu uznajemy za niezgodną z wymogami normy.

Ważne jest aby płaszczyzna beleczki, która powstała z wyrównania górnej powierzchni była ustawiona pionowo.

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

Wartości sił niszczące poszczególne próbki:
o I. P1 = 4 [kN]
o II. P2 = 3,85 [kN]
o III. P3 = 4 [kN]

Stąd. R1 = 9,375 MPa
R2 = 9,023 MPa
R3 = 9,375 MPa

Wartość średnia:

Rśr = (9,375 + 9,023 + 9,375) x 1/3 = 9,257 MPa

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 90o).
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 = 83
F2 = 78
F3 = 70
F4 = 80
F5 = 65
F6 = 60

Wytrzymałość na ściskanie obliczymy ze wzoru:

gdzie:
F – przekrój ściskanej próbki = 1600 [mm2]
P – siła niszcząca próbkę [N]

Stąd:
R1 = 51,87 MPa
R2 = 48,75 MPa
R3 = 43,75 MPa
R4 = 50 MPa
R5 = 40,62 MPa
R6 = 37,5 MPa

Wartość średnia:
Rśr = 45,415 MPa

1.6. 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 nieprzekraczającej 10mm.

2. Badania wybranych cech technicznych gipsu budowlanego.

2.1. Oznaczenia uziarnienia spoiw gipsowych.

Oznaczenie stopnia zmielenia spoiw gipsowych przeprowadzamy przy użyciu kompleksu sit o wymiarach oczek 1;0,75;0,5 i 0,2mm. Przed przesiewaniem próbkę spoiwa należy wysuszyć w temperaturze 500C i wykonać dwie naważki po 50g. Pozostałości na poszczególnych sitach waży się i porównuje z wymaganiami.

2.2. Oznaczenie normalnej konsystencji zaczynu gipsowego.

Dla uzyskania normowej konsystencji przyrządzamy zaczyn gipsowy, wsypując 300g gipsu do 180ml wody i dokładnie go mieszamy zgodnie z normą. Tak przygotowany zaczyn wlewamy do formy stalowej (i kilkakrotnie wstrząsamy, aby usunąć pęcherzyki powietrza), uprzednio przetartej olejem, o średnicy 50mm i umieszczamy na tarczy, również przetartej olejem, po czym szybkim ruchem ją podnosimy. Jeśli konsystencja jest normowa, to średnica placka z zaczynu gipsowego powinna wynieść ok. 183mm.
W trakcie ćwiczenia uzyskaliśmy placek o średnicy 180mm, więc konsystencja zaczynu gipsowego była normowa.

2.3. Oznaczenie czasu wiązania gipsu.

Oznaczenie czasu wiązania gipsu budowlanego wykonujemy przy użyciu zaczynu o konsystencji normowej – do ustalonej ilości wody dodaje się gips, dokładnie miesza i wypełnia pierścień aparatu Vickat’a.

Początek wiązania określamy liczbą minut, liczonych od chwili rozpoczęcia dodawania gipsu do wody, aż do chwili, gdy swobodnie opuszczona igła (o przekroju 1mm2 i masie części ruchomej 300g) po zanurzeniu w pierścieniu po raz pierwszy nie dochodzi do dna na odległość 2mm. Koniec wiązania określa się liczbą minut liczonych od chwili rozpoczęcia dodawania gipsu do wody, aż do chwili, gdy swobodnie opuszczona igła zanurzy się w zaczynie nie głębiej niż 1mm.

Jako wynik pomiaru czasu wiązania przyjmuje się średnią z dwóch oznaczeń.

2.4. Oznaczenie zmian liniowych związanego zaczynu gipsowego

Oznaczenie zmian liniowych związanego zaczynu gipsowego wykonuje przy użyciu przyrządu Graaf’a – Kaufman’a.

Zaczyn gipsowy wraz z upływem czasu wykazuje zmiany objętości, związane z parowaniem wody, co zmniejsza jego objętość (Cechę tę wykazują również betony, za wyjątkiem betonów ekspansywnych, służących do wypełniania szczelin w konstrukcjach uszkodzonych – np. rysy lub pęknięcia o szerokości ok. 0,5mm).

Badanie to wykonujemy na beleczkach normowych o wymiarach 4x4x16cm wykonanych z zaczynu gipsowego o konsystencji normowej, z umieszczonymi centralnie czopikami z obu stron beleczki na najmniejszych powierzchniach. Formy tych beleczek powinny być wcześniej natłuszczone, a otwory w ścianach przeznaczone do umieszczenia czopików zalepione np. plasteliną. Zaczyn do wypełnienia beleczek sporządzamy z 200g gipsu i odpowiedniej ilości wody. Oznaczenie wykonujemy na 6 beleczkach, które powinny być umieszczone w wstrząsarce w celu usunięcia nadmiaru powietrza. Po stwardnieniu sprawdzamy osadzenie czopików w beleczkach, i przechowujemy je w temp. ok. 200C i wilgotności ok. 60%.

Pierwszy pomiar wykonujemy po 2h licząc od chwili dodania gipsu do wody – oznaczamy wychylenie wskazówek czujnika. Następnie próbki suszymy do stałej masy w temp. 400C i wykonujemy kolejny pomiar. Przed i po pomiarami należy sprawdzić aparat przy pomocy wzorca. Pomiary wykonuje się z dokładnością do 0,01mm, a wyniki podawane są w %.

2.5. Oznaczenie cech wytrzymałościowych zaczynu gipsowego po 2 godz., oraz po wysuszeniu w temp. 40ºC do stałej masy.

Oznaczenie wytrzymałości na zginanie i ściskanie gipsu budowlanego wykonuje się przy współczynniku wodno-gipsowym odpowiadającym konsystencji normalnej. Do 1,3 dm3 dodaje się gips w odpowiedniej ilości. Po dokładnym wymieszaniu uzyskany zaczyn wlewamy do form w celu uzyskania 6 beleczek i wstrząsamy, aby pozbyć się pęcherzyków powietrza. Po upływie 2h beleczki poddajemy się badaniom oraz wysuszeniu w temp. 500C do stałej masy.

W celu oznaczenia wytrzymałości na zginanie kładziemy beleczkę na podporach o rozstawie 10cm i obciążamy siłą skupioną w środku rozpiętości. Wartości naprężeń niszczących wyliczamy ze wzoru:

gdzie: M=P*l/4
W=b*h2/6
M – moment zginający [N*m]
W – wskaźnik wytrzymałości [m3]
P – siła niszcząca [N]
l = 0,1m – rozstaw podpór
b,h = 0,04m – wymiary poprzeczne beleczki

Oznaczenie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na połówkach beleczek. Siłę niszczącą przekazuje się przy użyciu podkładek metalowych. Wytrzymałość na ściskanie obliczamy ze wzoru:

gdzie: P – siła niszcząca [N]
A = 25 cm2

Jako wynik pomiaru przyjmuje się średnią arytmetyczną 3 wyników dla wytrzymałości na zginanie i 6 wyników dla wytrzymałości na ściskanie. Jeśli choć jedno z oznaczeń daje wynik ujemny partię cementu uznajemy za niezgodną z wymogami normy.

Wytrzymałość na ściskanie po 2 godzinach
R1 = 7,2 x 103/2400 = 3 MPa
R2 = 7 x 103/2400 = 2,91MPa
Rśr = 2,95 MPa


Średnia wytrzymałość na ściskanie dwóch próbek gipsu budowlanego GB-6 wyniosła 2,95[MPa]

Wytrzymałość próbki na zginanie wyniosła 0,4 kN.

3. Zestawienie normowych cech technicznych dla

a) Cementów budowlanych
Cementy budowlane (portlandzkie, portlandzkie mieszane, hutnicze) to spoiwa hydrauliczne, otrzymywane ze zmielenia klinkieru cementowego (wapienie i glinokrzemiany wypalane w temp 14500C) z dodatkiem do 5% kamienia gipsowego lub dodatków żużla, pyłu krzemionkowego, popiołu lotnego bądź wapienia w ilościach 3-55%. Różnią się one cechami wytrzymałościowymi – klasami [MPa], a także szybkością przyrostu wytrzymałości zaprawy normowej na ściskanie.

Właściwości mechaniczne i fizyczne cementów portlandzkich

Oznaczenie rodzajów cementów portlandzkich z uwagi na ilość dodatków

Cementów glinowe powstają poprzez spiekanie i rozdrobnienie surowców zawierających Al203 – np. boksyd – ,wypalane są w temp. 13000C, charakteryzują się bardzo wysokim ciepłem hydratacji – można je stosować nawet przy temp. –100C np. w pracach awaryjnych. Po dobie osiągają wytrzymałość co najmniej 30 [MPa], po 3 dniach 60 [MPa] i więcej, ale są około 10-krotnie droższe od cementów portlandzkich.

b) Gipsów
Gipsy – budowlane, szybkowiążące, szpachlowe, modelowe i tynkarskie – to spoiwa gipsowe otrzymane przez prażenie kamienia gipsowego w prażarkach lub piecach obrotowych a następnie jego zmielenie.

Gips budowlany (tzw. półwodny) dzieli się na dwie marki: GB-G6 i GB-G8, które to liczby oznaczają wytrzymałość na ściskanie [MPa] gipsu po wysuszeniu w temp. 500C zaczynu normowego.
W zależności od stopnia rozdrobnienia dzieli się na grubo mielony (GB-G) i drobno mielony (GB-D). Przeznaczony jest do produkcji wyrobów z zaczynów, zapraw, rzadziej betonów, które będą wbudowane w budynki, zabezpieczając te wyroby przed zawilgoceniem.
Gipsy szpachlowe przeznaczone są do szpachlowania powierzchni z wyrobów gipsowych (G), betonowych (B) oraz do spoinowania płyt gipsowo-kartonowych (F).
Gipsy tynkarskie przeznaczone są do wykonywania wewnętrznych wypraw tynkarskich sposobem zmechanizowanym (GTM) lub ręcznym (GTR).

Właściwości gipsu budowlanego

Cechy techniczne gipsów szpachlowych i tynkarskich

Wadą spoiw gipsowych jest ich korozyjny wpływ na stal zbrojeniową, oraz to, że charakteryzują się bardzo dużym spadkiem wytrzymałości na ściskanie – ok. 70% - po nawilżeniu suchego zaczynu gipsowego.