Методы испытаний и оценка качества минеральных вяжущих

Местные минеральные вяжущие для строительства и ремонта автомобильных дорог получают, в основном, из металлургических шлаков, зол и шлаков тепловых электростанций, побочных продуктов химической, цементной, керамической промышленности и природного сырья.

Эти вяжущие должны содержать твердеющий компонент, обладать определенной тонкостью помола, требуемыми сроками схватывания, равномерностью изменения объема и прочностью при сжатии и изгибе.

Определение активности шлака

Для проведения испытания необходимы прибор ПСХ-2 или Т-3, малый прибор для стандартного уплотнения, гидравлический пресс мощностью 300 - 500 кН, сушильный шкаф, лабораторная мешалка, весы торговые, сито с отверстиями размером 0,071 мм, сферическая чашка, ванна для хранения образцов.

Среднюю пробу шлака массой 5 кг высушивают до постоянной массы и размалывают в шаровой мельнице до остатка 6 - 10 % на сите с размером отверстий 0,071 мм или до удельной поверхности 3000 ± 100 см²/г, определяемой с помощью прибора ПСХ-2 или Т-3.

Затем определяют оптимальное количество воды по максимальной плотности смеси.

Молотый шлак с оптимальным количеством воды перемешивают в течение 2,5 мин в лабораторной мешалке. При отсутствии мешалки шлак с водой перемешивают в сферической чашке в течение 10 мин.

Из шлаковой смеси готовят 10 образцов-цилиндров с высотой и диаметром 50 мм. Эти образцы получают при уплотнении с помощью прибора стандартного уплотнения или пресса при давлении 20 МПа, выдерживаемом в течение 3 мин.

Образцы хранят 7 суток на воздухе при 18 - 20 °С, затем помещают на 19 суток во влажную камеру и после этого в течение 2 суток насыщают водой.

Насыщенные водой образцы испытывают на прессе и определяют предел прочности при сжатии через 28 суток с момента изготовления.

За показатель активности принимают среднее арифметическое значений предела прочности при сжатии 10 образцов.

Определение суммарного содержания активных окисей кальция и магния в кальциевой извести

При проведении испытания используют коническую колбу емкостью 250 мл, стеклянные бусы, стеклянную воронку, прибор для титрования.

Навеску массой 1 г ссыпают в колбу, емкостью 250 мл, и вливают 150 мл дистиллированной воды. Туда же кладут несколько стеклянных бусинок, закрывают часовым стеклом и нагревают воду до кипения в течение 5 - 7 мин.

Раствор охлаждают до комнатной температуры, промывают стенки колбы и часовое стекло кипяченой дистиллированной водой. Затем в раствор добавляют 2 - 3 капли 1 %-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют при постоянном взбалтывании 1 н раствором соляной кислоты до полного обесцвечивания раствора.

Титрование считается законченным, если в течение 8 мин раствор при периодическом взбалтывании остается бесцветным. Содержание активных окисей кальция и магния в негашеной извести определяют по формуле:

где V - объем раствора 1 н соляной кислоты, пошедший на титрование, мл;

Т_СаО - титр 1 н раствора соляной кислоты, выраженный в г.

Q - масса навески извести, г.

Содержания активных окисей кальция и магния в гидратной извести вычисляют по формуле:

где W - влажность гидратной извести, %.

Определение суммарного содержания активных окисей кальция и магния в магнезиальной, доломитовой и гидравлической извести

Определение содержания активной окиси кальция сахаратным способом

В коническую колбу емкостью 500 мл всыпают 0,25 мг извести, добавляют 50 мл 10 %-ного раствора сахарозы и энергично взбалтывают в течение 15 мин. Для улучшения перемешивания в колбу помещают несколько стеклянных бус.

Затем в колбу вводят 2 - 3 капли 1 %-ного спиртового раствора фенолфталеина и титруют содержимое 1 н раствором соляной кислоты. Титрование производят каплями до первого исчезновения розовой окраски.

Количество активной окиси кальция вычисляют по формуле:

где V - объем 1 н раствора соляной кислоты, пошедшей на титрование, мл;

Т_СаО - титр 1 н раствора соляной кислоты, выраженный в г;

m - масса навески извести, г.

Определение содержания активной окиси магния трилонометрическим методом

В стакан, емкостью 200 - 250 мл, помещают 0,5 г извести, смачивают ее водой и приливают 30 мл 1 н соляной кислоты. Стакан закрывают часовым стеклом и нагревают его содержимое до кипения в течение 8 - 10 мин. Затем часовое стекло ополаскивают дистиллированной водой, раствор охлаждают, переливают в мерную колбу емкостью 250 мл и доливают в нее дистиллированную воду до отметки. Полученный раствор тщательно перемешивают и дают ему отстояться.

Из раствора отбирают с помощью пипетки 50 мл, вливают в колбу емкостью 250 мл, добавляют туда 50 мл дистиллированной воды, 5 - 10 мл аммиачного буферного раствора, 5 - 7 капель кислотного хрома темно-синего индикатора и титруют 0,1 н раствором трилона Б до изменения цвета раствора от красного до синего. После этого отмечают объем V ₁ трилона Б, пошедший на титрование.

Из этой же мерной колбы берут 25 мл раствора и переливают в коническую колбу емкостью 250 мл. Туда же вливают 100 мл дистиллированной воды, перемешивают, добавляют 3 мл триэтаноламина и 25 мл 20 %-ного раствора едкого калия и снова перемешивают.

Через 1 - 2 минуты добавляют на кончике шпателя флуорексен и титруют раствором трилона Б до перехода розово-зеленой окраски раствора в устойчивую розовую при наблюдении на черном фоне. Отмечают объем V₂израсходованного раствора трилона Б.

Содержание активной окиси магния вычисляют по формуле:

где V ₁ - объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование СаО + MgO, мл;

V ₂ - объем 0,1 н раствора трилона Б, пошедшего на титрование CaO, мл;

T_MgO - титр 0,1 н раствора трилона Б, выраженный в г MgO;

m - масса извести, г;

5 - коэффициент, учитывающий определение MgO в аликвотной части раствора.

Содержание активных окисей кальция и магния А определяется суммой величин А ₁ + А ₂.

Определение тонкости помола минеральных вяжущих

Тонкость помола вяжущих влияет на их физико-механические свойства, одним из которых является прочность при сжатии и изгибе.

Для определения тонкости помола минерального вяжущего необходимо сито с сеткой № 008 и прибор дм механического просеивания.

Вяжущее высушивают при 105 - 110 °С до постоянной массы. Навеску 50 г просеиваю через сито. Просеивание считают законченным, если при контрольном просеивании сквозь сито проходит не более 0,05 г вяжущего. Тонкость помола характеризуют остатком на сите в процентах к первоначальной массе просеиваемой пробы с точностью до 0,1 %.

Определение тонкости помола вяжущего по удельной поверхности производит в соответствии с ГОСТ 310.2-76.

Определение сроков схватывания минеральных вяжущих

Сроки схватывания минеральных вяжущих являются технологическим параметром, определяющим время от момента изготовления смеси до ее уплотнения в конструкции.

Для определения сроков схватывания используют прибор Вика с иглой и пестиком, кольцо к прибору Вика и мешалку для приготовления цементного теста.

Сроки схватывания определяют на тесте нормальной густоты. Нормальной густотой теста, перемешанного в мешалке, считают такую консистенцию его, при которой пестик прибора Вика (рис. 3), погруженный в кольцо, заполненное тестом, не доходит на 5 - 7 мм до пластинки, на которое установлено кольцо.

Перед началом испытания проверяют исправность прибора, чистоту поверхности и отсутствие искривлений иглы. Иглу доводят до соприкосновения с поверхностью цементного теста нормальной густоты, приготовленного и уложенного в кольцо. Иглу погружают в тесто каждые 10 мин, передвигая кольцо после каждого погружения для того, чтобы игла не попадала в прежнее место. После каждого погружения иглу вытирают.

Началом схватывания теста считают время, прошедшее от начала затворения его до того момента, когда игла не доходит до пластинки на 1 - 2 мм. Концом схватывания теста считают время от начала затворения до момента, когда игла погружается в тесто не более чем на 1 - 2 мм.

Рис. 3. Прибор Вика:

1 - стержень; 2 - обойма станины; 3 - стопорный винт; 4 - указатель; 5 - шкала; 6 - пестик; 7 - игла

Определение равномерности изменения объема

Вяжущее при затворении водой должно равномерно изменять свой объем, в противном случае, при неравномерности его изменения, в сооружении возникают большие внутренние напряжения, могущие привести к его растрескиванию.

Для проведения испытания необходимы бачок для испытания кипячением и ванна с гидравлическим затвором (рис. 4). Готовят тесто нормальной густоты и из чего делают образцы в виде лепешек диаметром 7 - 8 см и толщиной в центре около 1 см. Образцы заглаживают смоченным водой ножом от наружных краев к центру до образования острых краев и гладкой закругленной поверхности.

Приготовленные образцы хранят 24 часа с момента изготовления, а из медленно твердеющих вяжущих - 48 часов в ванне с гидравлическим затвором, затем помещают на решетку бачка с водой.

Воду в бачке доводят до кипения, которое поддерживают в течение 3 ч, после чего образцы охлаждают и производит их осмотр.

Вяжущее имеет равномерное изменение объема, если на лицевой стороне образца не обнаружено радиальных, доходящих до краев трещин, или сетки мелких трещин, а также каких-либо искривлений и увеличения объема образцов.

Определение предела прочности при сжатии и изгибе

При проведении испытания используют мешалку для перемешивания цементного раствора, чашку и лопатку, встряхивающий столик и форму-конус, штыковку, формы с насадками для изготовления образцов-балочек размером 4´4´16 см, пресс и пластинки для передачи нагрузки.

Вначале испытания определяют нормальную консистенцию раствора. Для этого берут 1500 г нормального вольского песка и 500 г вяжущего, перемешивают, добавляют воду, перемешивают в чаше мешалки в течение 2,5 мин. Затем раствор помещают в форму-конус на половину его высоты и уплотняют штыковкой 15 раз. Потом заполняют конус полностью и штыкуют еще 10 раз. Излишек раствора срезают.

Рис. 4. Ванна с гидравлическим затвором

Конус с раствором помещают на встряхивающий столик (рис. 5), конус снимают, а раствор встряхивают на столике 30 раз со скоростью одно встряхивание в секунду. После этого измеряют штангенциркулем диаметр расплывшегося раствора по нижнему основанию. Консистенция раствора считается нормальной, если диаметр расплыва лежит в пределах 106 - 115 мм. Если диаметр расплыва отклоняется от требуемого, то готовят новый образец с большим или меньшим содержанием воды.

Готовят раствор нормальной густоты, закрепляют формы с укрепленными на них насадками на виброплощадке и в течение первых двух минут заполняют раствором. По истечении 3 мин от начала вибрации виброплощадку отключают, образцы заглаживают и маркируют.

После изготовления образцы хранят в формах в течение 1 - 2 суток в ванне с гидравлическим затвором, затем вынимают из форм и хранят в ванне с водой до момента испытания в течение 28 - 90 суток.

При испытании образец устанавливают на опорные элементы прибора и производят испытание в соответствии с инструкцией, прилагаемой к прибору. Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое значение из двух наибольших результатов испытания трех образцов.

Полученные при испытании на изгиб 6 половинок балочек испытывают на сжатие. Половинку балочки помещают между двумя пластинками и центрируют на опорной плите пресса. Средняя скорость нарастания нагрузки должна составлять 2 ± 0,5 МПа в секунду. Предел прочности при сжатии вычисляют как среднее арифметическое четырех наибольших результатов испытания шести образцов.

Рис. 5. Встряхивающий столик и форма:

1 - станина; 2 - кулачок; 3 - перемещающаяся часть; 4 - диск; 5 - форма

Требования к минеральным вяжущим

Вяжущие и их активные компоненты должны обладать свойствами, приведенными в табл. 23 в соответствии с ВСН 185-75 Минтрансстроя СССР [ 2 ]. Тонкость помола вяжущих должна быть такой, чтобы остаток на сите № 008 не превышал 15 %.

Таблица 23

Наименование показателей	Самостоятельное медленно твердеющее вяжущее	Активный компонент смешанного вяжущего
с цементом	с известью
Содержание свободной окиси кальция, СаО, % от массы	не менее 8	не более 4	Не нормируется
Удельная поверхность, см2/г, не менее
Содержание сернистых и сернокислых соединений, % от массы (в пересчете на SO3) не более			Не нормируется
Потери при прокаливании, % от массы, не более

Начало схватывания всех вяжущих должно наступать не ранее 2 часов от момента затворения, а конец - не позднее 6 - 8 часов.

Образцы-балочки и их половинки при испытании должны иметь прочность при изгибе и сжатии не меньше величин, указанных в табл. 24 в соответствии с [ 3 ].

Таблица 24

Наименование показателей	Сроки испытаний, сутки	Марки
Предел прочности при изгибе, МПа, не менее		1,0	1,5	2,0	2,5	3,0
	2,0	2,5	3,5	4,5	5,5
Предел прочности при сжатии, МПа, не менее

Требования к извести строительной приведены в ГОСТ 9179-77, а к веществам вяжущим известесодержащим гидравлическим - в ГОСТ 2544-76.