Прочность цемента определяют после твердения через

Твердение цемента

Цемент – популярный строительный материал, получаемый искусственным путем. Он представляет собой мелкодисперсный порошок, который при взаимодействии с водой превращается в пластичную массу, способную затвердевать даже в условиях высокой влажности. Физико-химический процесс взаимодействия цемента с водой называется гидратацией. В результате его протекания растворы и смеси, изготовленные на базе цементного вяжущего, после твердения приобретают высокую прочность, водонепроницаемость, устойчивость к температурным перепадам.

Гидратация цемента – особенности процесса

Гидратация – это необратимый процесс, при котором молекулы воды соединяются с молекулами минералов, входящих в состав цемента. В результате таких взаимодействий образуется пластичная масса, которая после затвердевания преобразуется в камнеподобное твердое тело.

В нормативной документации указываются допустимые водоцементные соотношения, которые зависят от применяемой марки цемента и требуемых характеристик получаемых продуктов. При достаточном количестве химически связывается примерно 25 % воды, остальная жидкость переходит в физически связанное состояние. Введение в материал воды в количестве меньше допустимого приводит к неполной гидратации, а больше допустимого – к образованию пор. В обоих случаях прочностные характеристики конструкции снижаются.

Основные стадии гидратации

Первая стадия гидратации цементного вяжущего – схватывание, протекающее в первые часы после затворения сухих компонентов водой. Время начала схватывания и скорость протекания этого процесса определяют следующие факторы:

• Температура окружающей среды. Чем она выше, тем быстрее протекает процесс. При комнатной температуре он длится до трех часов, при высоких температурах, созданных в камерах пропаривания, – до 20 минут. При 0 °C схватывание может занять до 20 часов.
• Состав вяжущего – номенклатура и соотношение минеральных компонентов, применяемые добавки. По ГОСТу 30515-2013 выделяют по скорости схватывания при стандартных условиях (+20 °C, относительная влажность – 75 %) три категории цементов: медленно схватывающиеся (начало процесса – через 2 часа после затворения), нормально схватывающиеся (начало схватывания – от 45 минут до 2 часов после затворения), быстро схватывающиеся (начало схватывания – до 45 минут после затворения цемента водой).
• Тонкость помола – чем порошок мельче, тем быстрее происходит схватывание.

Ненадолго отложить начало схватывания позволяет перемешивание пластичного материала. В вязком продукте даже при перемешивании через определенное время начинаются необратимые процессы, которые негативно влияют на прочность отвердевшего элемента. Строители называют такое явление «свариванием бетона». Скорость схватывания и последующего твердения можно изменить введением в состав раствора или бетона пластификаторов и других добавок.

Следующий после схватывания более длительный этап – твердение цемента. Этот процесс, который обычно начинается в течение суток после начала гидратации, может протекать в течение нескольких лет. В течение первых 7 дней созданная конструкция приобретает примерно 70 % прочности. Через 28 дней после заливки раствор или смесь набирают марочную прочность. Она составляет примерно 90-95 % от максимального показателя, для достижения которого требуется несколько лет.

Для получения качественного конечного продукта обеспечивают нормальные условия твердения цемента. Для этого необходимо:

1. Оградить конструкцию от малейших механических воздействий, поскольку связи, созданные на начальных этапах гидратации, – непрочные. Они легко разрушаются и восстановлению не подлежат.
2. Первые 2-3 недели для нормального протекания в гидратации создавать влажную среду и оберегать конструкцию от прямого воздействия солнечных лучей.
3. Не допускать резких перепадов температуры. Для этого конструкцию засыпают небольшим слоем песка или опилок, укрывают утепляющими матами.

Такие меры, принятые во время твердения цемента, позволят снизить усадку конструкции, избежать появления трещин и деформаций.

Зависимость процесса гидратации от химического состава цемента

Механизмы схватывания и твердения цемента зависят от номенклатуры и процентного соотношения компонентов вяжущего. Некоторые из них начинают взаимодействовать с водой на начальной стадии гидратации, другие – через определенный промежуток времени.

В состав портландцемента входят:

• C2S – двухкальциевый силикат. Этот компонент вступает в реакцию с водой не сразу, а примерно через месяц после набора продуктом марочной прочности. Он положительно влияет на прочностные показатели бетона в долгосрочной перспективе. Применение пластификаторов ускоряет вступление двухкальциевого силиката в реакцию твердения цемента.
• C3S – трехкальциевый силикат. Этот компонент участвует во взаимодействии с водой с самого начала приготовления смеси или раствора и в течение всего периода гидратации. Но наибольший вклад он вносит в период набора марочной прочности материала.
• C3A – трехкальциевый алюминат. Способствует нарастанию прочности материала в первые дни твердения. В более поздний период он перестает работать.
• C4AF – четырехкальциевый алюмоферит. Вступает в действие уже в ходе твердения. Улучшает характеристики бетона на самых поздних сроках набора прочности.

Как можно ускорить или замедлить схватывание и твердение цемента

При проведении строительных работ часто возникают ситуации, требующие сокращения времени схватывания и твердения цемента, решить эту проблему позволяет применение специальных добавок. Они понадобятся при проведении бетонирования в зимних условиях или при необходимости увеличить темпы строительства.

Наиболее популярные присадки-ускорители твердения цемента:

• 4 %-е нитрат кальция или нитрат натрия, нитрит-нитрат кальция или хлорида кальция, нитрит-нитрат сульфата натрия;
• 2 %-й сульфат натрия;
• 2 %-й хлорид кальция – используется для армированных конструкций;
• 3 %-й хлорид кальция – предназначен для неармированных бетонных элементов.

Замедлители гидратации цемента используются в основном при возведении масштабных конструкций – крупноразмерных фундаментов, чаш бассейнов, гидротехнических и подземных объектов.

Функции замедлителей выполняют пластификаторы и гиперпластификаторы. Применение таких добавок позволяет сохранить подвижность бетонных растворов и их рабочие характеристики в течение 24-48 часов после затворения вяжущего водой.

Гидратация цемента – важный процесс, который должен протекать с соблюдением правил, установленных государственными нормативами и проектной документацией для конкретного строительного объекта. Благодаря разработке широко спектра добавок стало возможным регулирование в широких пределах начала и скорости схватывания пластичного материала, его подвижности, прочности на разных стадиях твердения, коррозионной стойкости и других характеристик.

• Строитель с 20-летним стажем
• Эксперт завода «Молодой Ударник»

В 1998 году окончил СПбГПУ, учился на кафедре гражданского строительства и прикладной экологии.

Занимается разработкой и внедрением мероприятий по предупреждению выпуска низкокачественной продукции.

Разрабатывает предложения по совершенствованию производства бетона и строительных растворов.

Источник

Испытания цемента

О материале: цемент относится к минеральным гидравлическим (твердеет как на воздухе, так и в воде) вяжущим веществам. Данные вещества — это тонкие порошки, которые затворяют водой, в результате чего образуется пластичное тесто, с течением времени самопроизвольно отвердевающее. Его свойства показывают способность образовывать пластичное цементное тесто и образовывать прочный и долговечный цементный камень в процессе твердения.

Актуальность испытаний: цемент должен удовлетворять требованиям стандарта по всем показателям, так как он является важнейшим компонентом бетона и раствора. От его вида и качества зависят эксплуатационные характеристики бетонного массива.

Испытания в лаборатории: аккредитованная в системе Росаккредитации научно-испытательная лаборатория «Политех-СКиМ-Тест» проводит испытания цемента в лабораторных условиях. Мы работаем в соответствии с действующими и актуальными нормативными документами Российской Федерации (ГОСТ 30744-2001 и ГОСТ 310 -1976). В лаборатории имеется необходимое поверенное оборудование, что является гарантом точности и достоверности результатов.

Перечень испытаний и услуг:

определение тонкости помола

определение нормальной густоты, сроков схватывания и равномерности изменения объёма

определение предела прочности при изгибе и сжатии

определение водоотделения

Выезд на объект: для отбора проб цемента на объекте необходимо согласовать с нами удобное для Вас время и своевременно организовать допуск на объект. Отобрать пробы Вы можете самостоятельно в соответствии с требованиями ГОСТ, предоставив акт отбора образцов.

С расценками на проведение лабораторных испытаний материала Вы можете ознакомиться на странице с ценами.

Тонкость помола

Об испытании: тонкость помола характеризуется удельной поверхностью 2500…3000 см2 и остатком на сите № 009, не превышающим 15% от массы пробы. Данная характеристика влияет на время схватывания, при увеличении тонкости помола схватывание ускоряется.

Этапы проведения испытаний:
по остатку на сите:

• Пробу цемента дезагрегируют, встряхивая вручную в течение 2 минут в стеклянной колбе, оставляют в покое на 2 минуты и перемешивают сухим стержнем;
• Отвешивают 10 г. цемента и просеивают на сите № 009 (допускается применять сито №008);
• Процесс просеивания заканчивают, когда на контрольном просеивании проходит не более 0,01 г. цемента;

по удельной поверхности:

• Колбу Ле Шателье (см. рисунок), закреплённую в штативе, помещают в стеклянную ёмкость, заполненную водой;

• Прибор наполняется обезвоженным керосином до нулевой черты;
• Подготовленную пробу массой 65 г высыпают в прибор равномерными небольшими порциями, используя воронку;
• Удаляют пузырьки воздуха, вынимая прибор из воды и поворачивая его в наклонное положение на протяжении 10 минут;
• Снова погружают прибор в воду на 10 минут;
• Подготовленную пробу массой 65 г высыпают в прибор равномерными небольшими порциями, используя воронку;
• Снимают показания уровня жидкости в приборе и вычисляют плотность цемента;
• Определяют удельную поверхность на специальном приборе типа ПСХ. Для проведения расчётов используют величину плотности, определённую на приборе Ле Шателье.
• Камеральная обработка результатов в соответствии с ГОСТ и выпуск протокола.

Сроки проведения испытаний: 1 рабочий день.

Нормальная густота, сроки схватывания и равномерность изменения объёма

Определение нормальной густоты (водопотребности) и сроков схватывания производят с помощью прибора Вика (см. рисунок).

Этапы проведения испытаний по определению нормальной густоты:

• В нижний конец стержня вставляют металлический цилиндр — пестиком 4;
• Отвешивают 500 г. цемента и воду в количестве, необходимом (оринтеровочно) для получения цементного теста нормальной густоты;
• Цементное тесто перемешивают в специальном смесителе;
• Приготовленное тесто переносят в кольцо 7 в один приём. Избыток цементного теста срезают ножом;
• Через 4 минуты от начала затворения производится погружение пестика в цементное тесто;
• Через 30 секунд фиксируют глубину погружения пестика.

Нормальная густота — это консистенция, при которой пестик не доходит (6±1) мм до дна. Выражается процентным отношением воды к массе цемента, обычно это значение 24…28%.

Этапы проведения испытаний по определению начала схватывания:

• В нижний конец стержня вставляют иглу 3;
• Подготовленное тесто нормальной густоты переносят в кольцо 7 в один приём;
• Иглу 3 доводят до соприкосновения с поверхность теста и закрепляют стопорным винтом 5;
• Свободное опускание иглы происходит в течение 30 секунд, после фиксируется глубина погружения;
• Погружение производят каждые 10 минут в новое место, предварительно протирая иглу влажной тряпкой;
• Между погружениями иглы кольцо с цементным тестом убирают в камеру влажного хранения.

Начало схватывания — время, прошедшее с момента затворения цементного теста до момента, когда игла не доходит до дна на (4±1) мм.

Класс цемента	Начало схватывания, мин, не ранее
32,5	75
42,5	60
52,5	45

Этапы проведения испытаний по определению конца схватывания: определение конца схватывания аналогично определению начала схватывания, за исключением двух моментов:

1. Вместо длинной иглы 3 используют укороченную иглу 9 с кольцеобразной насадкой;
2. Кольцо с цементным тестом переворачивают на 180 градусов.

Конец схватывания — время, прошедшее с момента затворения цементного теста до момента, когда игла 9 погружается в цементное тесто не более чем на 0,5 мм.

Класс цемента	Конец схватывания, час, не позднее
32,5	10
42,5
52,5

Равномерность изменения объёма — это способность цементного теста твердеть без критических деформаций (превышающих допустимые значения, установленные нормативными документами).

В процессе твердения цементного теста иногда происходит искривление изделий, их частичное растрескивание или полное разрушение. Это происходит из-за присутствия свободной извести в цементе. Для выявления данных процессов необходимо проводить испытания цемента в лаборатории.

Этапы проведения испытаний по определению равномерности изменения объёма:

• два кольца Ле Шателье (см. рисунок) ставят на пластинки 3;

• Кольца с избытком заполняют цементным тестом нормальной густоты в один приём;
• Избыток цементного теста срезают ножом;
• Кольца сверху накрывают другими пластинками 3, ставят на них пригруз 4 и помещают в камеру влажного хранения на 24 часа;
• После этого измеряют расстояние d между индикаторными иглами 2;
• Кольца кипятят 3 часа в воде, предварительно сняв пригруз и пластинки;
• Кольца извлекают из воды и ждут, пока они остынут до температуры помещения;
• После этого измеряют расстояние f между индикаторными иглами 2.

Цемент соответствует требованиям стандартов по равномерности изменения объёма, если разница между f и d не превышает 10 мм.

Предел прочности при изгибе и сжатии

Среднее значение прочности на сжатие, полученное по 6 образцам называется активностью цемента (Rц). В зависимости от активности цемент подразделяют на марки и классы.

Классы цемента согласно ГОСТ 31108-2016:

Класс цемента	Прочность на сжатие, МПа, в возрасте				Начало схватывания, мин, не ранее
	2 суток, не менее	7 суток, не менее	28 суток
			Не менее	Не более
32,5М	—	12	32,5	52,5	75
32,5Н	—	16
32,5Б	10	—
42,5М	—	16	45,5	65,2	60
42,5Н	10	—
42,5Б	20	—
52,5М	10	—	52,5	—	45
52,5Н	20	—
52,5Б	30	—

Марки цемента согласно ГОСТ 10178-85:

Марка		300	400	500	550	600
Предел прочности, МПа	при изгибе	4,4	5,4	5,9	6,1	6,4
	при сжатии	29,4	39,2	49	53,9	58,8

Стандартные формы и требования к образцам для испытаний: образцы – балочки размерами 40х40х160 мм, изготовленные из стандартного цементного раствора, в котором отношение цемента к стандартному полифракционному песку 1:3, а отношение воды к цементу 1:2.

Минимальное количество образцов для испытаний: 3 образца.

Этапы проведения испытаний:

• Образец испытывают на изгиб по схеме, представленной на рисунке 3.8;

• После испытаний на изгиб, полученные половинки балочек испытывают на сжатие по схеме, представленной на рисунке 3.9.

Сроки проведения работ: 1 месяц.

Водоотделение

Водоотделение — показатель отделения воды при расслоении цементного теста. Происходит из-за осаждения частиц цемента под действием силы тяжести.

Этапы проведения испытаний:

• В соответствии с ГОСТ приготавливают цементное тесто с водоцементным отношением равным 1;
• Переливают цементное тесто в градуированный цилиндр и отсчитывают объём цементного теста;
• Через 2 часа отмечают объём осевшего цементного теста, далее контроль выполняют каждые 30 минут;
• Испытания прерывают при совпадении двух последних значений.

Сроки проведения испытаний: 1-2 рабочих дня.

Источник