Цемент; ГОСТ 30515-2013: общие технические условия, методы испытаний

По виду используемого при получении материала клинкеру цемент подразделяют на основе:

• портландцементного клинкера;
• глиноземистогоклинкера;
• сульфоалюминатного клинкера.

В составе цемента ГОСТ 30515 2013 могут находиться такие компоненты:

• хлор-иона не более 0,1 %;
• оксид серы (VI) не менее 1,0;
• гипс – не более 5%.

Возможно вам также будет интересно узнать о том, каков должен быть расход цемента на 1 куб кирпичной кладки.

А вот из чего делают цемент и как он выглядит, можно увидеть тут.

Методы испытаний материала предполагают следующие действия:

1. Физико-механические характеристики материала определяются по нормам и методам, которые предполагают нормативные документы на цемент определенного вида.
2. Анализ входящих в составе клинкера компонентов происходит по 5382.
3. Для определения удельной эффективной активности природных радионуклидов пользуются ГОСТ 30108.

Факторы зависимости

На АЦ оказывают влияние несколько факторов:

1. Тонкость помола клинкера. Чем мельче частицы, тем быстрее они вступают в реакцию с водой и присадками, образуя кристаллическую структуру.
2. Состав клинкера: основное сырье, минералогический состав, качество обработки при производстве цемента.
3. Наличие и состав присадок.
4. Щелочи в составе бетона способны как ускорить процесс твердения, так и замедлять его, связывая гипсовые кристаллы.
5. Срок и условия хранения цемента оказывают влияние на активность, количество МПа прочности со временем снижаются. Так, за 3 месяца вяжущее М500 превращается в М400, аналогичное явление происходит с другими марками. К концу срока материал теряет около 25-30% первоначальных характеристик, что окажет влияние на качество готового изделия или конструкции.

В виду перечисленных факторов для каждой партии цемента проводят контрольные испытания для определения характеристик материала. По результату исследования принимают решение о корректировке состава или введении дополнительных катализаторов или замедлителей.

Проведение исследований активности цемента

Согласно государственному стандарту № 310.4-81 изучение проводится так:

1. Приготовление смеси. Для этого связывающий компонент смешивают с песком в общепринятом соотношении (1:3), а потом вываливают получившуюся смесь насыпью и добавляют воды. Пропорции жидкости и цемента составляют от 0.45 до 0.5. Это изменяемый параметр, так как он зависит от второго этапа.
2. Определение расплыва состава. Чтобы получить точные показатели, необходимо приготовить смесь исключительно идеальной консистенции. Подвижность может определяться с помощью классического конуса и стола встряхивания. Расплыв в диаметре должен находиться в пределах 100-110 мм.
3. Укладка состава по формам. Обычно формы обладают размерами 40х40х160 мм. Перед началом следующего этапа их смазывают машинными маслами, чтобы состав легко вышел после высыхания. После заливки раствора его уплотняют и оставляют на время.
4. Затвердевание. Первые сутки формы находятся в специальном гидравлическом растворе, а затем на 27 дней перемещаются в емкость с холодной водой.
5. Испытания на прочность. В эксперименте участвуют три монолита, а по окончании их параметры суммируются и делятся. Получается среднее арифметическое.

Можно ли определить в домашних условиях

Можно выполнить проверку и в домашних условиях. Это сложнее, но вполне выполнимо. Если под рукой нет специального оборудования, то обычно занимаются оценкой цвета порошка и раствора, а также его общего состояния. Если показатели активности высоки, то порошок должен быть серым с некими полутонами зеленого. Такой состав хорошо сыпется через пальцы и не имеет комков, которые, тем не менее, могут быть в мешке. Они должны легко раздавливаться руками. Тестирование проводится для анализа состава смеси. Если с ним все в порядке, то активация цемента не нужна.

Также доступен такой способ тестирования дома:

1. Приготовление теста из состава и щелочной минеральной воды.
2. Заливка диска с углублением посредине. Если он застывает за 10 минут, то раствор прочный и активный, а если за 30 минут, то качество оставляет желать лучшего.
3. Заворачивание диска во влажную тряпку, полиэтилен и выжидание трех дней. Диск должен стать еще плотнее и отдавать металлическим отзвуком.

Обратите внимание! Тестирование необходимо проводить для каждой упаковки вяжущего состава, так как партии могут отличаться, а это влияет на свойства. Кроме того, мешки могли храниться в разных условиях.

Экспресс-методы испытаний цемента

В статье подробно разбираются методы испытаний цемента, отмечая, что твердение портландцемента – сложный физико-химический процесс гидролиза и гидратации основных клинкерных минералов, а также сульфатосодержащего компонента, вводимого при помоле клинкера.

The paper deals with details of cement testing methods, noting that the hardening of Portland cement is a complex of physical and chemical process of hydrolysis and hydration of the main clinker minerals, as well as the sulfate-containing component introduced during clinker grinding.

Процесс гидратации портландцемента может протекать на протяжении нескольких лет, однако в условиях современно производства, когда необходимость в оперативном контроле качества возрастает, разрабатываются новые эффективные методы контроля гидравлической активности портландцемента.

ГОСТ 30744-2001 «ЦЕМЕНТЫ. Методы испытаний с использованием полифракционного песка» распространяется на все виды цемента и устанавливает методы их испытаний с использованием полифракционного песка.

Для определения прочности портландцемента изготавливают образцы из стандартного цементного раствора, состоящего из цемента и стандартного полифракционного песка в соотношении 1:3 при водоцементном отношении равном 0,5. Приготовленные образцы хранятся первые 24 часа в камере влажного хранения, через 24 часа с момента изготовления образцы расформовывают и укладывают на хранение в ванны с водой до наступления срока испытания в возрасте 2, 7 и 28 суток.

Как правило, клиенты приобретают и начинают использовать цемент в своих целях за долго до наступления сроков испытания образцов (в возрасте 28 суток), сформированных из данной партии у производителя.

Понятно стремление потребителей узнать прочность портландцемента до его использования: им необходимо быть уверенными, что приобретенная продукция соответствует заявленной информации, указанной в документах о качестве.

Помимо стандартного метода испытания прочности портландцемента путем его гидратации в естественных условиях, существуют приборы, позволяющие провести экспресс-оценку активности портландцемента.

SLK Cement приобрела наиболее часто встречаемые на рынке лабораторного оборудования приборы для ускоренного определения активности цемента, с целью проверить их эффективность:

– измеритель активности портландцемента ИАП-2;

– индикатор активности цемента ИАЦ- 04М;

– измеритель контракции «цемент-прогноз-2».

Кроме того, на предприятии используется программное обеспечение, позволяющее строить нейронные сети для прогнозирования прочности цемента в возрасте 28 суток.

Затрачиваемое время для прогнозирования марочной прочности цемента у каждого метода различное (табл.1).

Таблица 1. Время проведения испытаний с помощью экспресс-методов

Оценка активности на основе электропроводимости водоцементного раствора

Приборы ИАП-2 и ИАЦ-04М состоят из двух основных функционально связанных частей: электронного блока преобразователя и датчика. В комплекте к прибору
ИАЦ-04М так же идет мерный сосуд.

Датчик предназначен для преобразования физических параметров водоцементного раствора в электрический сигнал, необходимый для работы электронного блока.

Электронный блок предназначен для преобразования сигнала, поступающего от датчика, в цифровые данные, соответствующие активности пробы цемента и отображаемые на его дисплее.

Для проведения испытаний необходимо навеску цемента растворить в воде и тщательно перемешать в течении 40 секунд. По окончании перемешивания датчик опускается в воду, через 10 сек необходимо зафиксировать измеренное значение активности цемента.

Таблица 2. Функциональные особенности приборов ИАП-2 и ИАЦ-04М

Оценка активности по контракции цементного теста

Измеритель контракции цемента «Цемент-Прогноз-2» предназначен для измерения объемных деформаций цемента и прогноза его активности по контракции.

Контракция – измеряемая во времени величина уменьшения абсолютного объема цементного материала в результате гидратации цемента.

Принцип работы состоит в измерении уменьшения объема воды в герметично закрытой и заполненной водой измерительной камере, внутрь которой предварительно помещен стакан с пробой цементного теста. Уменьшение объема воды равно контракции материала dV. Активность цемента рассчитывается прибором по контракции пробы за 3 часа.

Сравнительные испытания цементов

При проведении испытаний приборов участвовало 4 марки цемента. Для каждого цемента было проведено 5 параллельных испытаний, по результатам которых каждым методом рассчитали среднюю активность цемента (табл. 3).

Таблица 3. Сравнительные испытания цементов по ГОСТ 30744-2001 с экспресс-методами

Из результатов испытаний следует, что наименьшую абсолютную ошибку относительно истинной активности цемента, определенной по ГОСТ 30744-2001, показывает прибор ИАП-2, но и в данном приборе размер абсолютной ошибки достигает 4,5 МПа. В приборе ИАЦ-04М размер абсолютной ошибки колеблется от 13,4 до 18,8 МПа, для прибора «Цемент-Прогноз-2» диапазон ошибки 4,9-14,2 МПа. Очевидно, что перед использованием данных приборов их всех необходимо калибровать на основании испытаний по ГОСТ 30744-2001.

В настоящее время на SLK Cement для прогнозирования прочности цементов в возрасте 28 суток осуществляется активное использование программного обеспечения, позволяющего строить нейронные сети. Прогнозирование прочности цементов с помощью нейронных сетей возможно благодаря наличию обширной базы исторических данных.

В современных условиях производства при анализе промышленных данных, поиске причин отклонений качества приходится обрабатывать крупные массивы информации.

Для решения подобных задач очень хорошо подходят нейронные сети, т.к. они способны обобщать и выделять скрытые зависимости между параметрами. После обучения сеть способна предсказать будущее значение последовательности на основе предыдущих значений, что способствует более точному принятию решений о необходимости и величине корректировок, направленных на поддержание стабильной прочности цементов в возрасте 28 суток.

Эффективность приборов после калибровки

После калибровки всех приборов была определена активность трех разных проб цемента одного типа и класса прочности всеми экспресс-методами, а также по ГОСТ 30744-2001 (в возрасте 28 суток). Результаты данных сравнительных испытаний приведены на рис. 1.

Рисунок 1. Результаты сравнительные испытаний экспресс-методов с показателями по ГОСТ 30744-2001

Из результатов испытаний видно, что показания приборов не соответствуют фактической прочности образцов цемента в возрасте 28 суток. В некоторых случаях активность цемента по данным экспресс-метода и его истинная активность изменяются при переходе от одной пробы к другой абсолютно противоположным образом.

Так, приборы ИАП-2 и ИАЦ-04 М для пробы с самой низкой активностью, прогнозируют максимальную прочность. А «Цемент-Прогноз-2» для пробы с максимальной прочностью показывает минимальную активность. Ошибка минимальна при прогнозировании прочности с использованием нейронной сети, но и она составляет 2 МПа.

Выводы

Формирование прочности цемента зависит от множества факторов и ее нельзя спрогнозировать по какому-либо одному из показателей, будь то удельная проводимость водоцементного раствора или изменение объема цементного теста в процессе гидратации. Даже учет всех известных параметров не позволяет с абсолютной точностью спрогнозировать конечную прочность цемента.

Как определяется активность

Чтобы определить активность, используются лабораторные тесты, порядок проведения которых указан в ГОСТе 310.4.

• Приготовление цементного раствора из вяжущего, многофракционного песка в соотношении 1:3 и водоцементным отношением до 0.5. Сухая смесь перемешивается с водой.
• Испытания конусом и специальным встряхивающим столиком. Цемент должен демонстрировать расплыв от 106 до 115 миллиметров. Если нужно, все операции повторяют с другим объемом воды.
• Из цемента нормальной густоты делают балочки величиной 4х4х16 сантиметров: смесь укладывается в смазанные маслом формы, послойно и с использованием виброплощадки.
• В первые сутки цемент твердеет в ванне с гидравлическим раствором, потом 28 суток в холодной воде. Вода меняется через 14 суток.
• Три полученных результата (конус, балки, твердение в воде) суммируются и определяется самая близкая по индексу марка вяжущего.

В домашних условиях

Приобретая вяжущее, его проверяют на качество и прочность. Сделать это вне лаборатории и без специальных средств трудно, но можно. Обычно оценивают состояние и цвет. Порошок с высокой активностью должен быть серого цвета с зеленым подтоном. Он хорошо протекает сквозь пальцы, комки могут быть только в мешке и минимального размера (и разминаются легко в руках). Если есть твердые комки – свойства ухудшаются.

• Смешивание цемента с щелочной минеральной водой до получения консистенции теста.
• Формирование образца в форме диска с тонкими краями и утолщением внутри. Если тестовый образец затвердел за 10-12 минут и ощутимо нагрелся – цемент качественный, активность высокая. Материал низкого качества твердеет в течение получаса, потом может покрываться трещинами.
• Затвердевший диск аккуратно оборачивают влажной тканью, отправляют в полиэтиленовый пакет или емкость из пластика. Выжидают 3 суток, достают и смотрят: материал должен стать еще более прочным, при постукивании давать металлический отзвук, от удара не рассыпаться. Возможно наличие минимальных трещин в формате сетки.

Осуществляя тестирование, нужно проверять цемент разных партий – материал везде разный.

Новый прибор для определения

Для определения активности цемента могут использоваться специальные приборы. Так, компания «Интерприбор» в 2009 году запатентовала устройство «Цемент-Прогноз», которое осуществляет контракциометрический способ исследований. Прибор работает автоматически, комплектация включает: сервисное ПО (благодаря ему можно переносить результаты исследований на компьютер, отправлять в архив, Excel), камера изменения, стакан для проб образца, электронный блок.

Прибор определяет температуру и изменения объема воды в камере. Камеру заполняют водой, отправляют образец в стакане, ждут три часа и получают результаты. Есть и цикл контракционных измерений, проходящий за 7 суток.

«Цемент-Прогноз» позволяет не только облегчить проведение исследований, но и выполнять их в разных форматах: есть приборы для измерения водонепроницаемости бетонного монолита, прочности и водоцементного отношения, морозостойкости и т.д.

Планируя выполнять ремонтно-строительные работы, очень важно проверять качество и свойства используемого цемента, так как от него зависят долговечность и надежность конструкций/сооружений. До начала работ нужно точно определить, что вяжущее соответствует марке и указанным характеристикам.