ĆWICZENIE 3, 14 CEMENT 3.1. PRZYGOTOWANIE PRÓBEK I PRZYRZĄDÓW DO BADAŃ WYTRZYMAŁOŚCIOWYCH Pobieranie i przygotowywanie próbek cementu do badania należy wykonywać na podstawie PN-EN 196-7:2008. W czasie odmierzania składników jest wymagana następująca dokładność: ważenie - do 1 g; odmierzanie wody - do 1,0 cm 3 (ml). Średnią próbkę laboratoryjną przed wykonaniem oznaczania należy zważyć, zanotować masę i przesiać przez sito o boku oczka kwadratowego 1 mm. Ewentualne grudki cementu rozciera się w palcach. Należy zważyć pozostałość na sicie, zanotować masę i obliczyć pozostałość w procentach. Bada się przesiany cement, który należy umieścić w szczelnie zamkniętym naczyniu. Warunki wykonywania badań. Oznaczania należy wykonywać w pomieszczeniach o temperaturze 20 2 C i wilgotności względnej minimum 50. Używane przyrządy i surowce (cement, woda, piasek) powinny mieć temperaturę pomieszczenia. Do oznaczań należy stosować naczynia i przyrządy wykonane z materiałów nie reagujących z cementem, zaczynem cementowym i zaprawą. Wodę do badań pobiera się z sieci wodociągowej. Wymagane urządzenia i przyrządy. Laboratorium powinno być wyposażone w odpowiednią aparaturę pomiarowo-badawczą. Wykorzystywane do badań urządzenia i przyrządy zostaną krótko scharakteryzowane. Kolejno są to: mieszarka z przystawką programową i urządzeniem do automatycznego lub ręcznego sterowania szybkością obrotów; zasadnicze elementy mieszarki to: miska z nierdzewnej stali i pojemności ok. 5 l; obracające się mieszadło wykonane z brązu, dopasowane kształtem do miski (odległość krawędzi mieszadła od ściany bocznej miski powinna się zawierać w zakresie 3 1 8 1 mm); obudowa przyrządu wraz z wbudowanym zbiornikiem na piasek (automatycznie opróżnianym) oraz silnik o regulowanej szybkości; co pewien czas należy sprawdzać stopień zużycia mieszadła i miski; w tab.6.1 zamieszczono parametry pracy mieszarki; wstrząsarka z płytą stalową (stolikiem) do mocowania formy; częstotliwość wstrząsania: 1 wstrząs na sekundę; wysokość podnoszenia płyty: 15 0,3 mm; po podniesieniu się na wymaganą wysokość stolik powinien swobodnie opadać; całkowita masa płyty, pustej formy i nakładki: 20 0,5 kg; wskazane jest zamontowanie na wstrząsarce licznika; całkowita liczba wstrząsów powinna wynosić 60 (przyrząd powinien się wyłączyć automatycznie); wymienione przyrządy (mieszarka z pełnym wyposażeniem oraz wstrząsarka z umieszczoną na niej formą) zostały przedstawione na rys. 3.1. Tab. 3.1. Charakterystyka obrotów mieszadła w misce. Liczba obrotów mieszadła Prędkość wokół własnej osi wokół osi miski obr/min Mała 140±5 62 5 Duża 285 10 125 10 forma (rys.3.1) wykonana ze stali nierdzewnej o minimalnej twardości 200 HV, oszlifowana wewnątrz, rozbieralna, tworząca 3 poziome przegródki do formowania beleczek o przekroju 40 40 mm i długości 160 mm; kąty po- - 1 -
między wszystkimi przylegającymi płaszczyznami formy powinny być zbliżone do 90 ; dopuszczalne tolerancje wymiarowe podano na rys. 3.1.b; przegrody powinny mieć grubość 10 mm; wszystkie elementy formy powinny szczelnie przylegać do siebie; prasa hydrauliczna do 200 kn i dokładności pomiaru 1, z możliwością regulacji prędkości przyrostu nacisku; można wykorzystać prasę o większej sile nacisku, pod warunkiem że jeden z zakresów nie przekracza 200 kn; a) b) Rys. 3.1. Forma do wykonywania normowych beleczek: a) widok ogólny; b) schemat i wymiary. wkładkę do prasy, w której umieszcza się ściskane beleczki; wkładka jest złożona z dwóch prostokątnych płytek, jej zadaniem jest zapewnienie pionowego oddziaływania sił ściskających na próbkę; płytki wkładki po dociśnięciu powinny idealnie przylegać do siebie, nie tworząc skosów; klimatyzowane pomieszczenie (lub duży pojemnik do przechowywania form z zaprawą), zapewniające utrzymanie dużej wilgotności powietrza (pow. 90 ) i temperaturze 20,0 ± 1,0 o C; pojemnik z wodą do przechowywania rozformowanych beleczek; na dnie powinien być umieszczony nierdzewny ruszt; orientacyjnie pojemność naczynia powinna być taka, aby na jedną objętość próbek wyrobów przypadały cztery objętości wody. Przygotowanie formy przeprowadza się przed każdym kolejnym zaformowaniem beleczek. Poszczególne części formy powinny zostać dokładnie oczyszczone, a następnie zamontowane na podstawie i skręcone. Podczas skręcania należy zastosować środek uszczelniający naroża (np. gorąca mieszanina kalafonii i parafiny w proporcji 1:3). Wewnętrzne powierzchnie formy należy lekko zwilżyć olejem mineralnym. Tak przygotowaną formę można napełniać zaprawą. Normową zaprawę do sporządzania beleczek wykonuje się według następujących proporcji: 1 część cementu, 3 części piasku normowego i pół części wody (współczynnik wodnocementowy W/C = 0,5). Normowy piasek jest z reguły pakowany w worki po 1350 g (jest to ilość wystarczająca na wykonanie mieszanki na trzy beleczki). W związku z tym normowa zaprawa do wykonania trzech beleczek (1 forma) składa się: - z 450 ± 2 g cementu; - z 1350 ± 5 g normowego piasku według PN-EN 196-1:2006; - z 225 ± 1 cm 3 wody. Kolejność wykonywanych czynności jest następująca: do miski mieszarki wlewa się wodę, następnie wsypuje cement, a po wymieszaniu stopniowo dozuje piasek. Czynności te, czas ich trwania i prędkość obrotu mieszadła zestawiono w tab.3.2. - 2 -
Tab. 3.2. Czynności i ich czas podczas mieszania zaprawy. Nazwa czynności Prędkość obrotowa mieszadła Czas trwania czynności, s Mieszanie cementu z wodą mała 30 2 Dozowanie piasku mała 30 2 Mieszanie zaprawy duża 30 2 Zebranie zaprawy przylepionej do ścianek miski za pomocą skrobaka do środka miski bez mieszania 90 5 Mieszanie zaprawy duża 60 5 Przygotowanie beleczek. Przygotowaną według tego opisu formę należy przymocować za pomocą uchwytów do płyty wstrząsarki. Z przygotowanej zaprawy pobiera się pierwszą z dwóch porcji (ok. 300 g) i wypełnia się nią poszczególne przegrody formy. Aby ułatwić napełnianie formy, należy stosować specjalne łopatki. Ułożoną pierwszą warstwę rozgarnia się łopatką i zagęszcza na wstrząsarce. Po zatrzymaniu wstrząsarki (60 wstrząsów) można przystąpić do napełniania przegród formy drugą warstwą zaprawy, a następnie ponownie uruchomić wstrząsarkę. Po zakończeniu tych czynności zdjąć formę z nakładką ze wstrząsarki i usunąć nadmiar zaprawy ostrą metalową linijką (stalową płytką), poruszaną powoli ruchem tnącym wzdłuż formy (prostopadle do beleczek), wykonując ruch w obie strony. Następnie powierzchnię zaprawy wyrównuje się tą samą linijką, trzymaną płasko. Dojrzewanie beleczek. Formy ze świeżą zaprawą należy umieścić w szafie klimatyzacyjnej. Formę z zaprawą przechowuje się w pozycji poziomej, tak aby wilgotne powietrze miało swobodny dostęp do beleczek. Formę należy od góry przykryć płytką szklaną lub stalową (zapobiegającą wysychaniu). Rozformowanie beleczek zależy od terminu badania. Beleczki przeznaczone do badania po 24 h (co zdarza się stosunkowo rzadko) należy rozformowywać na 20 min przed badaniem. Natomiast beleczki przeznaczone do badania w innych terminach należy rozformowywać po 20 24 h. Rozformowane wyroby należy w sposób trwały oznaczyć na górnej powierzchni i umieścić w kąpieli wodnej o temperaturze 20 1 C w przygotowanym pojemniku. Beleczki należy układać na ruszcie oraz w pewnej odległości od siebie tak, aby zapewnić swobodny dostęp wody (odległości między beleczkami, ścianą naczynia i lustrem wody powinny być większe od 5 mm). Beleczki powinny przebywać w wodzie do czasu badania. - 3 -
14.1. OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI ZAPRAW CEMENTOWYCH NA ZGINANIE Do oznaczania wytrzymałości na zginanie wykorzystuje się dowolny aparat (np. maszynę wytrzymałościową lub prasę hydrauliczną), pod warunkiem że ma on układ łamiący identyczny z przedstawionym na rys. 14.1. Badaną belkę umieszcza się na dwóch dolnych podporach (wałkach), natomiast do podpory górnej przykłada się obciążenie, które powoduje złamanie belki. Przyrząd do oznaczania wytrzymałości na zginanie powinien dysponować maksymalnym obciążeniem 10 kn i dokładnością pomiaru siły 1 oraz przyrostem obciążenia (50 ± 10) N/s. 1 ~ 160 O10 ± 0.5 2 50 ± 0.15 3 3 O10 ± 0.5 40 ~ 40 100 ± 0.5 ~ 30 47,5 ± 2,5 1 - wałek obciążający; 2 - próbka; 3 - podpory Rys.14.1 Schemat układu łamiącego do badania wytrzymałości na zginanie cementu. Wytrzymałość na zginanie (R f ), MPa, oblicza się według wzoru: R f 1,5 F b f 3 l gdzie: b długość boczna przekroju beleczki, mm; F f obciążenie łamiące na środku beleczki, N; l odległość miedzy podporami, mm. Stosując uproszczenia, tzn. przyjmując beleczki szerokości i wysokości b = h = 4 cm oraz odległości między podporami l = 10 cm, wzór powyższy można uprościć do postaci: R f = 2,34 F f 10 3 Wynik końcowy. Z trzech otrzymanych wyników pomiarów (niezależnie od metody badania) należy obliczyć średnią arytmetyczną z dokładnością do 0,1 MPa. 14.2. OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI ZAPRAW CEMENTOWYCH NA ŚCISKANIE Badanie wytrzymałości na ściskanie przeprowadza się na połówkach wykonanych wcześniej beleczek. Połówki otrzymuje się w wyniku wcześniej przeprowadzonego oznaczania wytrzymałości na zginanie lub przez przepołowienie beleczek w taki sposób, aby nie została naruszona ich struktura. - 4 -
Pomiar w prasie hydraulicznej. Beleczki wyjęte z kąpieli wodnej i osuszone tkaniną należy umieścić między płytkami ściskającymi wkładki do prasy. Górna płaszczyzna beleczki, powstała z wyrównania stalową linijką, powinna być ustawiona pionowo. Następnie należy nastawić przyrost obciążenia na 2,4 ± 0,2 kn/s, włączyć napęd prasy i doprowadzić do zniszczenia próbek. W chwili zniszczenia odczytuje się na manometrze siłę nacisku (F c ) za pomocą wskazówki biernej (maksymalna wartość siły). W przypadku wskaźnika cyfrowego korzysta się z pamięci urządzenia. Można stosować aparaty obsługiwane ręcznie, muszą jednak być wyposażone w regulację kontrolną przyrostu obciążenia. Zarówno aparaty ręczne, jak i automatyczne powinny zapewniać pomiar siły z granicą błędu nie większą niż 1. Podobnie należy zbadać pozostałe połówki beleczek. Obliczanie wytrzymałości na ściskanie R C przeprowadza się zgodnie z zależnością: R C Fc, A MPa gdzie: F c - siła nacisku powodująca zniszczenie beleczki, N; A = 1600 mm 2 - pole płytek dociskowych (powierzchnia ściskana), mm 2. Wynik końcowy. Wynikiem oznaczania jest średnia arytmetyczna otrzymanych sześciu wartości pomiarów wykonanych na komplecie trzech beleczek. Jeżeli jedna z sześciu wartości różni się od średniej o więcej niż 10, należy ją odrzucić, a z pozostałych pięciu ponownie obliczyć średnią arytmetyczną. Jeśli kolejna z tych pięciu pojedyncza wartość różni się o więcej niż 10, należy cały wynik badania odrzucić (pomiar należy powtórzyć).pojedyncze wyniki oraz wartość końcową wytrzymałości podaje się z dokładnością do 0,1 MPa. Uwaga dotycząca jednostek. W normach EN i PN-EN (normach europejskich i polskich normach zgodnych z normami europejskimi) stosowaną jednostką wytrzymałości jest 1 N/mm 2, natomiast w Polsce przyjęto za jednostkę podstawową 1 MPa. Przelicznik jest następujący: 1 N/mm 2 = 1 MPa. Normy przedmiotowe: PN-EN 196-1:2006, PN-EN 1015-6:2000-5 -
Grupa LP - /zespół Data (ćwicz.3) 1. Data (ćwicz.14) 2. 3. 4. Ćwiczenie 3 i 14 PRZYGOTOWANIE NORMOWYCH BELECZEK I OZNACZANIE WYTRZYMAŁOŚCI CEMENTU NA ZGINANIE ORAZ ŚCISKANIE Nr próbki 1 2 3 BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ZGINANIE Wartość siły Wytrzymałość Wartość średnia łamiącej na zginanie N MPa MPa Nr próbki 1 2 3 4 5 6 BADANIE WYTRZYMAŁOŚCI NA ŚCISKANIE Powierzchnia Wartość siły Wytrzymałość ściskana niszczącej na ściskanie Wartość średnia mm 2 kn MPa MPa Wnioski:.... - 6 -