4. Хранение образцов до испытания
После изготовления образцы в формах хранят 22…26 часов в ванне с гидравлическим затвором при влажности 100 %, затем образцы осторожно вынимают из формы и укладывают в ванну с водой в горизонтальном положении. Уровень воды над образцами должен находиться в пределах 2…10 см. Воду менять через 14 суток. Температура воды 18…22 оС.
5. Определение прочности образцов
Через 28 суток после изготовления образцы вынимают из воды и не позднее чем через 30 мин испытывают по методике, описанной в лабораторной работе № 4. Однако следует учесть некоторые требования стандартов, касающиеся испытания образцов цемента:
− предел прочности цемента при изгибе в серии из 3 образцов-балочек вычисляют как среднее арифметическое двух наибольших результатов испытания;
− предел прочности цемента при сжатии серии из 6 образцов-половинок вычисляют как среднее арифметическое четырех наибольших результатов испытания.
По результатам испытаний строится график зависимости пределов прочности камня при сжатии и при изгибе от количества вводимой добавки.
Выводы по работе
По результатам испытаний образцов без добавки дать заключение о марке цемента по прочности. Провести анализ зависимости нормальной густоты цементного теста, В/Ц и механических свойств цемента от количества вводимой добавки. Установить оптимальную дозировку добавки и составить рекомендации по регулированию свойств цемента пластифицирующей добавкой.
Контрольные вопросы
1. Какова роль гипсового камня в портландцементе?
1. Ускоряет сроки схватывания. 2. Сохраняет свойства при длительном хранении. 3. Придает белый цвет и повышает декоративность.
4. Повышает долговечность и увеличивает сроки схватывания.
2. Влияет ли увеличение расхода воды на прочность цемента?
1. Количество воды затворения не влияет на прочность камня.
2. С увеличением количества воды затворения прочность уменьшается.
3. С увеличением количества воды затворения прочность камня увеличивается.
4. С увеличением количества воды затворения прочность камня уменьшается в начальный период твердения, а затем увеличивается.
3. Как влияет длительное хранение цемента на его активность?
1. Длительное хранение цемента понижает активность независимо от времени года.
2. Длительное хранение цемента не влияет на его активность.
3. Длительное хранение цемента повышает активность в летнее время.
4. Длительное хранение цемента снижает активность в зимнее время.
4. К какому виду вяжущего вещества относится портландцемент?
1. Воздушные. 2. Гидравлические. 3. Кислотоупорные. 4. Автоклавные.
5. Что является сырьем для производства портландцементного клинкера?
1. Известняки и гипсовый камень. 2. Известняки, глины, мергели.
3. Глины, диатомиты, трепелы. 4. Мергелистые известняки, мел, трепел.
6. Какова цель обжига сырьевых материалов при получении портландцементного клинкера?
1. Плавление сырьевой смеси до получения однородного по химическому составу клинкера.
2. Дегидратация и разложение глинистых минералов.
3. Декарбонизация известняков и выгорание органических примесей.
4. Спекание сырьевой смеси для образования клинкерных минералов.
7. Какие основные минералы входят в состав портландцементного клинкера?
1. 3CaO·SiO2, 2CaO·SiO2, 3CaO·Al2О3, 4CaO·Al2О3 ·Fe2О3.
2. CaO·SiO2 , 3CaO·Al2О3·2SiO2, свободная известь СаОсв.
3. 3СаО·2SiО2·3Н2О, Са(ОН)2, 3СаО·Al2О3.
4. 3СаО·Al2О3·6Н2О, 3СаО·Al2О3·3CaSO4·32H2O.
8. За счет чего происходит схватывание цементного теста?
1. За счет испарения воды и загустевания цементного теста.
2. За счет связи извести, образующейся при гидратации.
3. За счет карбонизации извести, образующейся при гидратации.
4. За счет коагуляции гидратных новообразований коллоидной дисперсности, связывающих воду химически и физически.
9. Для чего определяется нормальная густота цементного теста?
1. Для сохранения активности цемента при его длительном хранении.
2. Для замедления сроков схватывания цементного теста.
3. Для ускорения сроков схватывания цементного теста.
4. Для расчета расхода воды при оценке сроков схватывания теста.
10. Чем характеризуется нормальная густота цементного камня?
1. Осадкой отформованного конуса из цементно-песчаной растворной смеси при встряхивании на столике.
2. Количеством воды затворения, выраженным в процентах от массы цемента.
3. Глубиной погружения пестика прибора Вика в цементное тесто в мм.
4. Диаметром расплыва конуса на встряхивающем столике.
11. Как изменится водопотребность цементно-песчаной растворной смеси при введении пластификатора в воду затворения?
1. Водопотребность не изменится.
2. Водопотребность уменьшится.
3. Водопотребность увеличится.
4. Водопотребность достигнет оптимального значения при заданном водоцементном отношении.
12. Как влияет тонкое измельчение вяжущего вещества на его химическую активность?
1. Понижает активность вяжущего вещества в химических реакциях.
2. Повышает активность вяжущего вещества в химических реакциях.
3. Не влияет на его химическую активность.
4. Может повысить его химическую активность только в присутствии катализатора.
13. Почему при изготовлении марочных образцов из цементно-песчаной растворной смеси применяется специальный песок?
1. Он обеспечивает получение максимальных прочностных показателей.
2. Он имеет минимальную пустотность и водопотребность.
3. Он обеспечивает оптимальную прочность при минимальном расходе цемента.
4. Он характеризуется постоянным зерновым составом и неизменной водопотребностью.
14. В каких условиях твердеют образцы цементного раствора для определения марки цемента?
1. Сутки над водой в форме и 27 суток в воде.
2. Сутки над водой в форме и 27 суток на воздухе.
3. Сутки над водой в форме и 27 суток в паровоздушной среде.
4. 28 суток в воде при температуре 18…22 оС.
Лабораторная работа № 5
ПОВЕРХНОСТНО-АКТИВНЫЕ ВЕЩЕСТВА (ПАВ)
Общие сведения
Порошки минеральных вяжущих веществ при затворении водой образуют вязко-пластичное тесто, благодаря свойствам которого бетонные и растворные смеси обладают необходимой связностью, однородностью и формуемостью. При рассмотрении пластичности и вязкости смесей особое внимание уделяется поверхностным явлениям, возникающим на границе раздела твердой и жидкой фаз. Молекулы поверхностных слоев жидкости или твердого тела отличаются от молекул внутренних слоев тем, что всегда обладают некоторым избытком энергии за счет недостатка молекулярного взаимодействия с отсутствующим слоем молекул. Эта нескомпенсированность молекулярных сил в поверхностных слоях жидкостей и твердых тел определяет все виды их молекулярного взаимодействия: поверхностное натяжение, смачивание, адсорбцию, капиллярную конденсацию, капиллярное всасывание, испарение, диффузию, адгезию. Эти виды молекулярного воздействия определяют и ряд важнейших физико-химических процессов, сопровождающих твердение вяжущих веществ: растворение, гидратацию, коллоидацию, коагуляцию и кристаллизацию. Поскольку эти явления, в свою очередь, определяют процессы структурообразования искусственного камня, то они будут влиять и на формирование его механических и эксплуатационных характеристик: деформативность, жесткость, прочность, плотность, коррозионную стойкость и долговечность.
Используя эффективные приемы воздействия на поверхностные явления в тесте вяжущего вещества, можно регулировать его пластично-вязкие свойства, кинетику процессов его схватывания и твердения, т.е. должны поддаваться управлению технологические свойства бетонных и растворных смесей и строительно-технические свойства затвердевших бетонов и растворов.
Было установлено, что некоторые вещества при растворении в воде способны адсорбироваться на поверхности раздела фаз и существенно снижать избыточную энергию этой поверхности. Эти вещества называют поверхностно-активными веществами (ПАВ).
Поверхностно-активные вещества – органические соединения, в молекулах которых входят одновременно полярная группа (ОН, СООН, Н2 и неполярная углеводородная цепь). Для большинства ПАВ характерно линейное строение молекул, длина которых значительно превышает поперечные размеры, эти молекулы ассиметричны и несбалансированны по энергии. Функциональная полярная группа обладает гидрофильностью, а углеводородный радикал отличается гидрофобностью. Вследствие этого на поверхность твердых частиц вяжущего вещества, гидрофильного по природе, склонны налипать гидрофильные полярные «головки» молекул ПАВ, как бы достраивая отсутствующий слой гидрофильных молекул. Избыток энергии поверхности частиц вяжущего вещества и самих молекул ПАВ при этом значительно уменьшается.
ПАВы делят по механизму их молекулярного действия на гидрофобизирующие, гидрофилизирующие, воздухововлекающие и комплексные.
Гидрофобизирующие ПАВ – это углеводороды, обладающие большой молекулярной массой, типа С2Н2n-1COOH, где n = 12…20 (олеиновая кислота, мылонафт). Гидрофильные части молекул на гидрофильной поверхности зерен вяжущего вещества, а гидрофобные радикалы образуют «частокол» вокруг частиц (рис. 18).
Рис. 18. Схема ориентации молекул гидрофобизирующих ПАВ на зерне вяжущего вещества (А): а) неполярный гидрофобный «слой»; в) полярный гидрофильный «слой»
Такие молекулярные пленки ухудшают смачиваемость частиц водой, что позволяет уменьшить количество воды в смеси при сохранении ее подвижности. При наличии касательных сдвиговых усилий они служат плоскостями скольжения между частицами и пластифицируют смесь. Гидрофобизирующие ПАВ вводят в количестве 0,06…0,40 % от массы вяжущего вещества в расчете на сухое вещество добавки.
Гидрофилизирующие ПАВ – углеводороды с молекулами небольшой длины и меньшей величиной молекулярной энергии. Представителем этого типа ПАВ являются кальциевые соли лигносульфоновой кислоты, в частности, лигносульфонат кальция технический (ЛСТ). За счет сравнительно малой длины молекул этого типа ПАВ строгой их ориентации в адсорбционных слоях на частицах вяжущего ожидать нельзя. Гидрофильные части молекул могут быть обращены как в сторону твердой фазы, так и в противоположную сторону (рис. 19), и тем самым притягивать подобные им молекулы воды. Таким образом, вокруг зерен вяжущего вещества образуются адсорбционные слои молекул ПАВ и достаточно толстые слои молекул воды, снижающие внутреннее трение в смеси и играющие роль гидродинамической смазки. Вследствие этого смесь пластифицируется и возможно снижение ее водопотребности. Гидрофилизирующие ПАВ вводят в количестве 0,15…0,30 % от массы вяжущего вещества в расчете на сухое вещество добавки. Они также замедляют схватывание и твердение вяжущих веществ за счет экранирующего эффекта.
Рис. 19. Схема ориентации молекул гидрофилизирующих ПАВ (а)
на зерне вяжущего вещества (А)
Воздухововлекающие ПАВ – углеводороды, уменьшающие силы поверхностного натяжения воды, что способствует вовлечению пузырьков воздуха при перемешивании смеси (натриевая соль абиетиновой кислоты – смола нейтрализованная воздухововлекающая). Вовлеченный в смесь воздух (6…10 % от общего объема смеси) увеличивает ее объем, повышает пластичность.
Многие ПАВ хорошо растворимы в воде и поэтому их используют в виде водных растворов известной концентрации. Количество раствора добавки при этом определяют по формуле
Vр-ра = mв ∙ D / C ∙ ρ,
где Vр-ра – объем водного раствора добавки, м3; mв – масса вяжущего вещества в смеси, кг; D – дозировка добавки, % от массы вяжущего вещества в расчете на сухое вещество добавки; С – концентрация водного раствора ПАВ,%; ρ – плотность водного раствора добавки ПАВ, кг/м3.
Используя ПАВ в технологии вяжущих веществ, бетонов и растворов, удается уменьшить потерю активности вяжущего вещества при длительном хранении, замедлить процессы его схватывания и твердения, снизить водопотребность и повысить подвижность растворных и бетонных смесей, уменьшить их расслаивание и водоотделение. Кроме того, ПАВ позволяют повысить плотность, морозостойкость, коррозионную стойкость, а в ряде случаев и прочность камня, а также снизить расход вяжущего вещества. Поэтому выбор конкретного вида ПАВ, ее количество и эффект действия должны быть тщательно изучены и обоснованы.
Цель работы
Изучить механизм действия добавок ПАВ и исследовать их влияние на некоторые свойства минеральных вяжущих веществ.
Порядок выполнения работы
Подгруппе студентов предлагается провести следующие испытания:
− изучить возможность получения гидрофобного цемента с подбором оптимальной дозировки гидрофобизирующего ПАВ;
− изучить возможность регулирования пластично-вязких свойств и сроков схватывания гипсового теста гидрофилизирующей ПАВ.
При изучении гидрофобизации порошка цемента 1 звено студентов работает с обычным портландцементом, а 2, 3 и 4 звенья студентов – с портландцементом, содержащим соответственно 0,05; 0,10; и 0,15 % добавки олеиновой кислоты в расчете на сухое вещество добавки от массы цемента.
При изучении влияния пластифицирующей добавки на свойства гипсового теста 1 звено студентов подбирает нормальную густоту теста без добавки и устанавливает на нем сроки схватывания гипса.
2, 3 и 4 звенья студентов оценивают текучесть гипсового теста, подбирают его нормальную густоту (НГ) и устанавливают сроки схватывания гипсового теста, содержащего соответственно 0,10; 0,15 и 0,25 %.
Методы испытаний