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:
- Физико-механические характеристики материала определяются по нормам и методам, которые предполагают нормативные документы на цемент определенного вида.
- Анализ входящих в составе клинкера компонентов происходит по 5382.
- Для определения удельной эффективной активности природных радионуклидов пользуются ГОСТ 30108.
Факторы зависимости
На АЦ оказывают влияние несколько факторов:
- Тонкость помола клинкера. Чем мельче частицы, тем быстрее они вступают в реакцию с водой и присадками, образуя кристаллическую структуру.
- Состав клинкера: основное сырье, минералогический состав, качество обработки при производстве цемента.
- Наличие и состав присадок.
- Щелочи в составе бетона способны как ускорить процесс твердения, так и замедлять его, связывая гипсовые кристаллы.
- 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:
- 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.
- 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.
- 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.
- Затвердевание. Первые сутки формы находятся в специальном гидравлическом растворе, а затем на 27 дней перемещаются в емкость с холодной водой.
- 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:
- Приготовление теста из состава и щелочной минеральной воды.
- 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.
- 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
Метод экспресс-оценки активности цемента | Время испытаний |
Измеритель активности портландцемента ИАП-2 | 50 сек |
Индикатор активности цемента ИАЦ-04М | 50 сек |
Цемент-прогноз-2 | 3 часа |
Нейронная сеть | 2 суток |
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
Тип прибора | Навеска цемента, г | Объем воды, мл | Тип воды | Фиксация результата |
ИАП-2 | 15,0 | 500 | Дистиллированная | Ручная |
ИАЦ-04М | 10,5 | 350 | Водопроводная | Автоматическая |
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
Цемент | Метод испытания | |||
ГОСТ 30744-2001 28 сут, МПа | ИАП-2, МПа | ИАЦ-04М, МПа | Цемент-прогноз-2 | |
ЦЕМ I 42,5Н 1-4 ТЛ | 53.4 | 56.1 | 67.6 | 43.1 |
ЦЕМ I 42,5Н 5 ТЛ | 53.2 | 57.7 | 69.3 | 48.3 |
ЦЕМ I 42,5Н ДП | 51.9 | 54.2 | 68.9 | 37.7 |
ЦЕМ II/А-Ш 32,5Б | 45.5 | 45.0 | 64.6 | 37.7 |
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.