МЕТОДЫ ИСПЫТАНИЙ 6 страница

Перед испытанием стекло и внутреннюю поверхность цилиндра протирают влажной тканью, цилиндр ставят в центре стекла. В чистую резиновую чашку, предварительно протертую влажной тканью, вливают воду затворения. Затем в нее в течение 2...5 секунд засыпают 300 г гипсового вяжущего вещества. Массу перемешивают ручной мешалкой в течение 30 с, начиная отсчет времени от начала затворения (всыпания гипса).

После окончания перемешивания цилиндр вискозиметра заполняют гипсовым тестом, излишки которого срезают металлической линейкой. Через 45 секунд, считая от начала затворения, или через 15 секунд после окончания перемешивания цилиндр быстрым правильным движением поднимают вертикально на высоту 15…20 см и отводят в сторону. Диаметр расплыва полученной лепешки 3 измеряют металлической линейкой сразу после поднятия цилиндра в двух перпендикулярных направлениях с погрешностью 5 мм и вычисляют среднее арифметическое.

Величина диаметра расплыва служит критерием текучести гипсового теста (рисунок 20б). Нормальной густотой НГ гипсового теста считают такую его консистенцию, при которой тесто, вытекая из цилиндра вискозиметра, расплывается в лепешку до диаметра 175...185 мм. Если диаметр не соответствует стандартному значению, то испытание повторяют с измененной дозировкой воды.

Нормальная густота выражается в процентах как отношение массы воды к массе гипсового вяжущего вещества в граммах.

По результатам испытаний строят график зависимости диаметра расплыва (текучести теста) от количества воды затворения.

Прибор Вика (рисунок 21), с помощью которого определяют сроки схватывания вяжущего вещества, состоит из конического кольца 8 и подвижного стержня 2 с указателем-стрелкой 4. Стержень заканчивается стальной иглой 7 и свободно перемещается вертикально в направляющих после освобождения стопорного устройства 6. Масса стержня с иглой равна 300 г. Шкала прибора 5, укрепленная на станине 1, имеет деления от 0 до 40 мм.

2 Определение сроков схватывания

Перед испытанием проверяют: свободно ли опускается стержень, а также нулевое положение подвижной части. Для определения сроков схватывания готовят тесто из 300 г вяжущего, которое всыпают в воду в течение 2...5 с и тесто перемешивают ручной мешалкой в течение 30 с.

Рисунок 20 − Схема определения диаметра расплыва гипсового теста

После этого тесто сразу заливают в кольцо 8 прибора Вика, предварительно протертое и смазанное минеральным маслом и установленное на металлическую пластинку 9.

Для удаления попавшего в тесто воздуха кольцо с пластинкой встряхивают 4…5 раз путем поднятия и опускания одной из сторон пластинки примерно на 10 мм. Далее излишки теста срезают линейкой и выравнивают поверхность. Кольцо на пластинке устанавливают на основание 1 прибора Вика примерно по центру под иглой 7. Подвижную часть прибора с иглой устанавливают в такое положение, при котором конец иглы касается поверхности гипсового теста, а затем иглу свободно опускают в кольцо с тестом, отпуская винт-стопор 6.

Рисунок 21 − Схема прибора Вика

Погружение производят один раз каждые 30 с, начиная с целого числа минут. После каждого погружения иглу тщательно вытирают, а пластинку с кольцом передвигают так, чтобы игла при новом погружении попадала в другое место.

Начало схватывания определяют числом минут, истекших от момента добавления вяжущего к воде, до момента, когда игла первый раз не доходит до дна кольца на 1 мм, а конец схватывания – от начала затворения до момента, когда игла погружается в тесто не глубже чем на 1 мм. Погружение иглы 7 замеряют по шкале 5 и стрелке 4.

Марка гипсового вяжущего по срокам схватывания устанавливается на тесте нормальной густоты (таблица 21).

Таблица 21 − Виды гипсовых вяжущих веществ по срокам схватывания

По результатам испытаний, полученным всей подгруппой студентов, строится график зависимости сроков схватывания от количества воды, взятой при затворении гипсового вяжущего каждым звеном, и делается вывод о ее влиянии на сроки схватывания гипса.

3 Определение тонкости помола

Тонкость помола гипсовых вяжущих определяют просеиванием высушенной при 50…55 ºС пробы массой 50 г через сито № 02 на приборе для механического просеивания. Просеивание считается законченным, если при контрольном просеивании вручную в течение I мин через сито проходит не более 0,05 г вяжущего.

Тонкость помола характеризуется остатком на сите в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы, вычисленной с погрешностью 0,1 %. За величину тонкости помола принимают среднее арифметическое двух испытаний.

Марку гипсового вяжущего по тонкости помола устанавливают с учетом технических требований ГОСТ 125 (таблица 22).

Таблица 22 − Виды гипсовых вяжущих веществ по тонкости помола

4 Изготовление образцов-балочек

Для изготовления трех образцов-балочек размером 4х4х16 см отвешивают по 1200 г гипсового вяжущего вещества для каждого звена, а количество воды берут по вариантам, предлагаемым для каждого звена раздельно. Вяжущее вещество в течение 5…20 секунд засыпают в сферическую чашу с уже залитой водой, и интенсивно перемешивают ручной мешалкой в течение 60 секунд до получения однородной массы. Готовую смесь заливают в слегка смазанную минеральным маслом металлическую форму, отсеки которой наполняют одновременно.

Для удаления вовлеченного воздуха форму после заливки встряхивают 5 раз, для чего ее поднимают за торцовую сторону на высоту 8...10 мм и опускают.

После наступления начала схватывания излишки гипсового теста срезают металлической линейкой, передвигая ее по верхним граням формы перпендикулярно к поверхности образцов от их середины к краям.

Через 10…20 минут после конца схватывания образцы извлекают из формы, маркируют и хранят в помещении до испытания.

5 Определение марки гипсового вяжущего вещества по прочности

Через 2 часа после контакта вяжущего с водой при затворении теста, образцы-балочки, подвергаются испытанию на изгиб на испытательной машине МИ-100 (рисунок 22).

Рисунок 22 − Испытательная машина МИИ-100 для определе­ния

предела прочности при изгибе:

/ — станина; 2 — шкала; 3 — коромысло; 4 — рукоятка тумб­лера;

5 — счетчик; 6 — испытываемый образец

На рисунке 23 показана схема расположения образца 3 при испытании. Образец устанавливают на опоры 1 обоймы так, чтобы направление действия нагрузки от нагружающего валика 2 прибора было параллельно слоям укладки гипсового теста.

Рисунок 23 – Схема испытания образцов-балочек на изгиб

Предел прочности при изгибе вычисляют в МПа как среднее арифметическое результатов испытания трех образцов одной серии. Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергают испытанию на сжатие.

Половинку балочки 2 помещают между двумя стальными пластинами 1 таким образом, чтобы направление нагрузки было параллельно слоям укладки гипсового теста (рисунок 24).

Рисунок 24 − Схема испытания образцов-половинок балочек на сжатие

Время нагружения образца до разрушения должно составлять от 5 до З0 с, скорость нарастания нагрузки при испытании 0,5…1,5 MПa/с.

Марка гипсового вяжущего вещества по прочности устанавливается по результатам испытания образцов, изготовленных из теста нормальной густоты с учетом требований ГОСТ 125 (таблица 23).

Предел прочности при сжатии одного образца вычисляют как частное от деления разрушающей нагрузки на рабочую площадь пластинки, равную 25 см².

Таблица 23 − Марки гипсовых вяжущих веществ по прочности

Предел прочности при сжатии для образцов одной серии вычисляют как среднее арифметическое испытаний шести образцов без максимального и минимального результатов.

По результатам испытаний всех серий образцов строятся графики зависимости пределов прочности при изгибе и при сжатии гипсового камня от количества воды, взятой при затворении теста, устанавливается комплексная марка гипсового вяжущего по срокам схватывания, тонкости помола и прочности.

Контрольные вопросы

1 К какой группе вяжущих относятся гипсовые вяжущие вещества по способу (условиям) твердения?

1 К вяжущим гидравлического твердения.

2 К вяжущим воздушного твердения.

3 К вяжущим смешанного типа твердения.

4 К вяжущим автоклавного твердения.

2 Какой процесс лежит в основе производства низкообжиговых гипсовых вяжущих?

1 Термическая обработка с целью частичной дегидратации.

2 Термическая обработка с целью полной дегидратации.

3 Термическая обработка с целью полной дегидратации и разложения.

4 Термическая обработка с целью полной дегидратации и полного разложения.

3 С какой целью для затворения гипсовых вяжущих берут воды больше, чем требуется для химической реакции гидратации?

1 Для увеличения объема теста и экономии вяжущего.

2 Для повышения плотности и прочности гипсовых изделий.

3 Для обеспечения быстрого схватывания и твердения вяжущего.

4 Для получения однородного пластичного и удобоукладываемого теста.

4 Какой процесс определяет образование прочного камня при твердении гипса?

1 Образование пространственной коагуляционной структуры из коллоидных частичек двугидрата.

2 Обезвоживание и уплотнение геля при испарении воды.

3 Экзотермическое выделение тепла при гидратации полуводного гипса.

4 Рост кристаллов двугидрата гипса и образование кристаллических сростков.

5 Каковы причины формирования развитой пористости в искусственном гипсовом камне?

1 Быстрое схватывание и формирование "дефектной" структуры.

2 Большое количество пузырьков воздуха, вовлеченных при затворении теста.

3 Значительная разница между количеством воды, вводимой при затворении. и количеством воды, связываемой при гидратации гипса.

4 Заметное объемное расширение гипса при его схватывании и твердении.

6 В чем выражается показатель нормальной густоты гипсового теста?

1 В размере диаметра расплыва гипсового теста в миллиметрах при его вытекании из цилиндра вискозиметра Суттарда.

2 В процентах, как отношение массы воды, взятой при затворении, к массе гипсового вяжущего,

3 В количестве воды в миллилитрах, взятой при эатворении гипса.

4 В стандартной консистенции гипсового теста, характеризуемой диаметром расплыва 175…185 мм при вытекании из цилиндра вискозиметра Суттарда.

7 Каким периодом времени характеризуется конец схватывания гипса?

1 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика noгpузится в тесто не более чем на 39 мм.

2 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика впервые не дойдет до дна кольца.

3 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика погрузится в тесто не более чем на 1 мм.

4 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика не будет погружаться в тесто.

8 Каким периодом времени характеризуется начало схватывания гипса?

1 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика noгpузится в тесто не более чем на 39 мм.

2 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика впервые не дойдет до дна кольца.

3 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика погрузится в тесто не более чем на 1 мм.

4 От начала затворения до момента, когда игла прибора Вика не будет погружаться в тесто.

9 Чем характеризуют тонкость помола гипсового вяжущего?

1 Остатком на сите № 02 в процентах к первоначальной массе пробы.

2 Остатком на сите № 02 в граммах пробы массой 50 г.

3 Отношением массы, прошедшего через сито № 02 к первоначальной массе.

4 Количеством гипса в граммах, прошедшего через сито № 02.

10 В каком возрасте испытывают стандартные образцы для определения марки гипса по прочности?

1 Через 15 минут после конца схватывания.

2 Через 1 час после начала затворения гипса водой.

3 Через 2 часа после начала затворения гипса водой.

4 Через 28 суток после изготовления.

11 В каких условиях рекомендуется эксплуатировать изделия на основе гипсовых вяжущих?

1 В сухих помещениях с температурой не выше 25°С.

2 В сухих помещениях с температурой не выше 50°С.

3 В сухих помещениях с температурой не выше 80°С.

4 В условиях среды с относительной влажностью воздуха до 90% и температурой до 30°С.

Лабораторная работа № 6

СТРОИТЕЛЬНАЯ ИЗВЕСТЬ

Общие сведения

Строительной известью называют минеральное вяжущее вещество, получаемое умеренным обжигом (не до спекания) карбонатных горных пород (известняков, мела, доломитов и т.п.), состоящих преимущественно из углекислого кальция СаСО₃ и небольшого количества углекислого магния MgCO₃, а также примесей кварца и глины, которые ухудшают качество строительной извести.

В зависимости от содержания оксида магния MgO строительную известь разделяют на кальциевую (MgO<5 %), магнезиальную (MgO = 5…20 %) и доломитовую (MgO = 20…40 %).

Получение строительной извести происходит по следующей реакции

СаСО₃ = СаО + СО₂.

В зависимости от характера последующей обработки получают следующие виды извести:

− негашеная комовая (кипелка) СаО. Под действием воды известь гасится с большим выделением тепла. Лучше применять куски одинакового размера. Это связано с возможностью появления недожога и пережога извести. Воздушная известь − единственное вяжущее вещество, которое переводится в тонкодисперсное состояние под действием воды (гашением), т.е. химическим путем. Является полуфабрикатом для получения других видов извести. По скорости гашения различают быстрогасящуюся известь (скорость гашения менее 8 мин), средне гасящуюся известь (скорость гашения 8…25 мин) и медленногасящуюся известь (скорость гашения более 25 мин);

− негашеная молотая (Смирнова) СаО. Данная известь представляет собой тонкомолотый порошок извести-кипелки. Недостаток – быстрая потеря вяжущих свойств из-за высокой гигроскопичности. Желательно использовать сразу после помола. Время хранения 10…15 суток в сухих складах. Можно вводить тонкомолотые минеральные добавки. Для ускорения твердения вводят CaCL₂, для замедления – гипс, H₂SO₄ и ЛСТ. Кроме того, гипс и H₂SO₄ повышают прочность;

− известь гидратная (пушонка). Получается в результате гашения негашеной извести по реакции

СаО + Н₂О = Са(ОН)₂ + Q.

Тепла выделяется до 280 ккал/кг. При гашении следует добавлять 60…80 % воды, тогда комья негашеной извести рассыпаются в порошок (пух), объем увеличивается в 2-3 раза. Если гашение происходит в замкнутом объеме, то появляются большие напряжения. Этот момент раньше использовали при раскалывании горных пород.

Известь-пушонка, реагируя с СО₂ воздуха, самопроизвольно переходит в известь-пыленку с потерей вяжущих свойств. Красочный слой при использовании пыленки – отбеливает (пачкает), т.к. известь не затвердевает на окрашиваемой поверхности и не сцепляется с ней;

− известковое тесто. Получается при добавлении в негашеную известь 200…300 % воды. Применяется для получения кладочных и штукатурных растворов;

− известковое молоко. Можно получать при добавлении воды более 400 % или после отстаивания известкового теста. Применяют как лакокрасочный материал. Качество известкового теста и известкового молока улучшается пропорционально времени.

В зависимости от вида извести и условий твердения различают гидратное, карбонатное и гидросиликатное твердение.

− гидратное твердение. Этот вид твердения происходит без выделения тепла, т.к. гашение извести уже произошло вне теста. Эффект твердения обусловливается взаимным сцеплением и срастанием образующихся субмикроскопических частичек гидроксида кальция и усиливается тем, что из-за химического связывания воды значительно увеличивается доля твердой фазы. При длительном твердении происходит карбонизация раствора;

− карбонатное твердение. Процесс постепенного затвердевания растворных и бетонных смесей, изготовленных из гашеной извести, при воздействии на них СО₂ воздуха по реакции

Са(ОН)₂ + nН₂О + СО₂ = СаСО₃ + (n+1)Н₂О.

Одновременно протекает 2 процесса: кристаллизация гидроксида кальция Са(ОН)₂ из насыщенного водного раствора и образование СаСО₃. Возможно также образование соединений типа СаСО₃·nСа(ОН)₂^.·mН₂О. Испарение воды уплотняет массу. Дальнейшее высыхание упрочняет ее, но процесс твердения идет очень медленно (месяцами и даже годами);

− гидросиликатное твердение. Процесс постепенного превращения известково-кремнеземистых смесей в камневидное тело, обусловленный образованием гидросиликатов кальция при тепловлажностной обработке в автоклавах при давлении 8…10 атм и температуре 170…200 ^оС.

Са(ОН)₂ + SiO₂ + nН₂О = СаО·SiO₂·(n+1)Н₂О.

Основные свойства строительной извести: белая, при твердении уменьшается в объеме, медленно твердеет, кроме извести Смирнова. Прочность зависит от условий твердения: при гидратном твердении прочность достигает 2 МПа через 28 суток, при карбонатном твердении прочность снижется, а при автоклавной обработке прочность может достичь 20 МПа. Применяется для получения растворов, бетоновнизких марок, силикатного кирпича, известково-шлакового и известково-зольного кирпича, автоклавных материалов, смешанных вяжущих, красочных составов.

Цель работы

Изучить основные свойства строительной извести и исследовать возможность их регулирования.

Порядок выполнения работы

Для решения задач исследования, поставленных в работе, каждое звено студентов проводит следующие испытания:

− определяет содержание в извести активных СаО+MgO;

− определяет скорость гашения извести.

1 Определение содержания в извести активных СаО+MgO.

Суммарное содержание в извести активных СаО+MgO (при наличии оксида магния до 5 %) определяют титрованием навески извести соляной кислотой НСL до тех пор, пока все активные частицы СаО и MgO не будут нейтрализованы кислотой. Для этого негашеную комовую, молотую или карбонатную известь в количестве 4-5 г предварительно растирают в течение 5 мин в фарфоровой или агатовой ступке. Растертую известь в количестве 1 г (гидратную известь в количестве 1,0…1,2 г) помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл и наливают 150 мл дистиллированной воды. Затем добавляют 3…5 стеклянных бус или оплавленных кусочков стеклянных палочек (длиной 5…7 мм), закрывают стеклянной воронкой (или часовым стеклом) и нагревают содержимое колбы в течение 5…7 мин, не доводя до кипения.

Раствор охлаждают до температуры 20…30 °С. Стенки колбы и стеклянную воронку смывают дистиллированной водой, добавляют 2…3 капли 1 %-го спиртового раствора фенолфталеина и титруют при постоянном взбалтывании раствором соляной кислоты до полного обесцвечивания. Титрование считается оконченным, если по истечении 8 мин не изменится цвет окрашивания содержимого колбы. Титрование следует производить медленно, добавляя кислоту по каплям.

Содержание СаО+MgO (%) для негашеной извести определяется по формуле

А = VТ _СаО 100/m, (13)

где А - содержание (СаО+MgO), %; V − объем раствора 1Н соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл; Т _СаО − титр 1Н раствора соляной кислоты, г по массе СаО; т − масса навески извести, г.

Содержание СаО+MgO (%) для гидратной извести определяется с учетом ее влажности W по формуле

А = VТ _СаО 100/[m(100 – W)], (14)

где А - содержание (СаО+MgO), %; V − объем раствора 1Н соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл; Т _СаО − титр 1Н раствора соляной кислоты, г по массе СаО; т − масса навески извести, г.

2 Определение скорости гашения извести

Гашение извести сопровождается выделением значительного количества тепла. При этом температура гасящейся извести повышается до определенного максимума. С окончанием реакции прекращается выделение тепла, и температура смеси падает. Момент начала снижения температуры смеси является признаком прекращения реакции гашения извести.

Для определения скорости гашения извести используют прибор (рисунок 25), который состоит из термосной колбы 1, термометра со шкалой на 150 °С 2 и пробки 3,

Рисунок 25 − Прибор для определения скорости гашения извести

От измельченного порошка воздушной извести, хранившейся до испытания в герметичном сосуде, берут навеску извести, масса которой определяется на основании определения активных СаО+MgO по формуле

M = 1000/А. (15)

где А - содержание (СаО+MgO), %.

В условиях учебной лаборатории (не проводя испытаний на содержание активных СаО+MgO) можно принять размер навески 12 г. Навеску засыпают в сосуд прибора, вливают 25 мл воды температурой 20 °С и закрывают пробкой, в которой плотно установлен термометр. При этом следят, чтобы ртутный шарик термометра был погружен в реагирующую смесь 4. Через каждые 30 с фиксируют показания термометра и делают соответствующую запись в журнале для лабораторных работ. Температура смеси сначала возрастает, а затем начина­ет снижаться. Запись наблюдений прекращают с момента начала падения температуры. Время, прошедшее с момента затворения извести водой до начала падения температуры, характеризует скорость гашения извести. На основании полученных данных в журнале для лабораторных работ учащиеся строят графики, откладывая по оси абсцисс время от начала опыта, по оси ординат температуру, а по максимуму устанавливают скорость гашения извести. По результатам испытания делается вывод о скорости гашения извести, на основании которой определяют группу извести (таблица 24).

Таблица 24 – Технические требования к строительной извести

Контрольные вопросы

1 Что представляет собой воздушная известь?

1 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей до 6 %.

2 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей от 6 до 20 %.

3 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей более 25 %

4 Продукт обжига не до спекания кальциево-магниевых карбонатных пород, имеющих глинистых примесей от 20 до 25 %

2 Как определяется время и температура гашения извести?

1 Время поднятия температуры при гашении до максимума.

2 Время начала снижения максимальной температуры при гашении извести.

3 Время и температура максимально развивающиеся при гашении извести.

4 Время и начало снижение температуры при гашении извести.

3 Какая известь относится к быстрогасящейся?

1 Если время гашения составляет не более 25 минут.

2 Если время гашения составляет более 25 минут.

3 Если время гашения составляет не более 8 минут.

4 Если время гашения составляет от 8 до 25 минут.

4 Чем определяется качество воздушной извести после обжига?

1 Количеством СаО+MgO

2 Размерами кристаллов СаО+MgO

3 Пористостью сухой смеси.

4 Количеством СаО+MgO, размерами кристаллов и пористостью.

5 Каково содержание активных СаО+MgO в извести 1 сорта?

1 Не менее 65 %

2 Не менее 75 %.

3 Не менее 85 %.

4 Не менее 95 %.

6 Какая воздушная известь относится к высоко экзотермической?

1 Если температура гашения 70 ^оС.

2 Если температура гашения 80 ^оС.

3 Если температура гашения 90 ^оС.

4 Если температура гашения не менее 90 ^оС.

7 Какова химическая формула воздушной негашеной извести?

1СаО.

2 СаО^.MgO.

3 Са(ОН)₂.

4 СаСО₃.

8 Какова химическая формула воздушной гашеной извести?

1СаО.

2 СаО^.MgO.