CC BY
147УДК 622.245.422
Е.Ф. ФИЛАТОВ, главный технолог (filatove@mail.ru)
ООО УК «Брянский завод крупнопанельного домостроения» (241031, г. Брянск, ул. Речная, 99А)
Экспресс-методы прогнозирования активности цемента в заводской лаборатории
С целью прогнозирования марки цемента существует множество методов ускоренной оценки активности цемента, которые разрабатывались для потребителей цемента. В последние годы разработаны и широко применяются в практике предприятий стройиндустрии ускоренные методы прогнозирования активности цемента, так называемые контракциометрические методы оперативного определения и прогнозирования активности цемента, основанные на установленной взаимосвязи активности с процессами уменьшения абсолютного объема цементного материала в результате гидратации цемента. Наряду с использованием в лабораторной практике контракциометров с 2009 г. в России стали применяться автоматические контракциометрические приборы. Рассматриваются способы ускоренного определения активности цемента в условиях строительной лаборатории.
Ключевые слова: портландцемент, цементное тесто, активность цемента, контракциометрические приборы, железобетонные изделия, прочность бетона, качество железобетонных конструкций.
Для цитирования: Филатов Е.Ф. Экспресс-методы прогнозирования активности цемента в заводской лаборатории // Строительные материалы. 2017. № 3. С. 46-48.
E.F. FILATOV, Chief Technologist (filatove@mail.ru)
OOO UK "Bryansk Large-Panel Prefabrication Plant" (99A, Rechnaya Street, 241031, Bryansk, Russian Federation)
Express-Methods for Forecasting Cement Activity in the Plant Laboratory
There are many methods of accelerated assessment of the cement activity which were developed for cement consumers with the purpose of forecasting the cement brand. During recent years, accelerated methods for forecasting the cement activity, so-called contraction-metric methods of operative determination and forecasting of the cement activity based on the established interconnection of the activity with processes of reducing the absolute volume of cement material as a result of cement hydration were developed and are widely used in the practice of building industry enterprises. Along with the use of contraction-meters in the laboratory practice, since 2009 automatic contraction-metric devices are used in Russia. Methods for accelerated determination of the cement activity under the building laboratory conditions are considered.
Keywords: portland cement, cement paste, cement activity, contraction-metric devices, reinforced concrete products, concrete strength, quality of reinforced concrete structures. For citation: Filatov E.F. Express-methods for forecasting cement activity in the plant laboratory. Stroitel'nye Materialy [Construction materials]. 2017. No. 3, pp. 46-48. (In Russian).
Использование экспресс-методов позволяет инженерам строительной лаборатории при поступлении новой партии цемента осуществлять испытания его с помощью прибора индикатора активности цемента ИАЦ-03 уже через час иметь первую оценку активности, которая через 3 ч по результатам испытаний контракци-онным экспресс-методом («Цемент-Прогноз») может быть уточнена. Наряду с этим через сутки, применив метод ЦНИПС-2 или метод ускоренного определения активности цемента в бетоне (метод Миронова-Френкеля), в прогнозировании активности цемента позволит приблизиться к ее истинному значению [1-4]. Знание реальной активности цемента, используемого при приготовлении бетонной смеси, позволяет оперативно вносить коррективы в ее состав, уменьшая изменчивость прочности бетона за контролируемый период. Это позволяет рационально расходовать цемент, а также, что наиболее важно, оперативно предупреждать возможное резкое снижение прочности бетона, которое зачастую возникает вследствие существенных различий активности цемента смежных партий.
В российской практике строительства наибольшее применение получили следующие способы определения активности цемента основанные:
— на методике в соответствии с ГОСТ 310.4-81;
— на методике ускоренного определения активности ЦНИПС-2, разработанной И.М. Френкелем;
— на методике оценки удельной контракции, разработанной институтом ВНИИФТРИ, с помощью прибора КД-07;
— на методике измерения электрического потенциала цементно-водной суспензии с помощью прибора — индикатора активности цемента (ИАЦ-03);
— на методике ускоренного определения активности цемента в бетоне, разработанной профессорами С.А. Мироновым и И.М. Френкелем.
Из перечисленных методов наиболее оперативным является экспресс-метод с применением прибора ИАЦ-03. Прибор состоит из датчика, включающего два электрода, погружаемых в сосуд с раствором цемента. Датчик подключается к процессору, снабженному дисплеем. Навеску цемента массой 12 г интенсивно перемешивают с 400 мл воды, имеющей t = 20оС. После стабилизации показаний на дисплее отмечают последнее показание, которое и будет являться прогнозируемой активностью цемента. Общее время определения активности цемента этим методом со всеми подготовительными операциями составляет около часа.
Контракциометрический метод оперативного определения и прогнозирования активности цемента основан на установленной взаимосвязи активности с процессами уменьшения абсолютного объема цементного материала в результате гидратации цемента.
Для экспресс-метода определения активности цемента по его удельной контракции необходимо иметь переносной прибор контрактометр КД-07 или ВМ-7.7.
Прибор КД-07 включает контейнер для цементного теста объемом 500 и 700 мл. Контейнер помещают в сосуд, закрывающийся герметичной крышкой, снабженной водомерной трубкой, сообщающейся с внутренней полостью сосуда.
Цементное тесто с густотой на 0,5% больше нормальной укладывают в контейнер, уплотняют на виброплощадке и устанавливают в сосуд контрактометра. Установка контейнера в сосуд, закрытие крышки и герметизация последнего осуществляются под водой.
46
научно-технический и производственный журнал
март 2017
\Л ®
Large-panel housing construction
Рис. 1. Цемент-Прогноз
№7
\ \1
♦ п т Л m 1 . v;l Ш 1
_06 —----
5
6
3
Рис. 2. Шестиместная форма контрольных кубов 6ФК-20 для изготовления цементных образцов 20x20x20 мм состоит из двух стенок (1), крышки (2), четырех болтов с гайками Мбх30 (3, 4); четырех болтов с гайками М8Х30 (5, 6); штифта (7). Материал формы - нержавеющая сталь
Таблица 1
Расход материалов на замес
1
7
Состав бетона Ц:П:Щ Ц/В Ориентировочный расход цемента, кг/м3 Расход материалов на замес, кг
Цемент Песок Гранитный щебень Вода
1:2:3 2 375 2 4 6 1
Таблица 2
R1 / R28
Ц / В / Я28 для разных марок цемента
400 500 600
2 0,6 0,64 0,68
После этого заполняют водой внутреннюю полость сосуда, доведя уровень воды в водомерной трубке до отметки «0». Контракцию определяют по уровню воды в водомерной трубке в контрольные моменты времени. Удельную контракцию определяют как общую контракцию, приведенную к единице массы цемента, входящего в состав цементного теста, находящегося в контейнере. Методика ВНИИФТРИ (МИ 2487—98) предусматривает расчет активности цемента неизвестного завода-изготовителя путем определения удельной контракции через 3,6 ч и 7 сут. При поставке цемента с одного завода допускается определение контракции через 3 или 6 ч.
Таким образом, минимальная продолжительность определения активности цемента прибором КД-07 составляет 3 ч (без учета времени на определение нормальной густоты).
Необходимо также отметить, что выпускаемые в России контракциометры КД-07 и ВМ-7.7 находят широкое применение на предприятиях стройинду-стрии, но их технические возможности ограничены визуальным контролем за процессом контракции, на лаборанта возложены функции считывания уровня воды в мерной трубке через заданный интервал времени и ручная обработка результатов по методикам.
Российским предприятием разработан, запатентован и с 2009 г. выпускается первый автоматический контракцио-метрический прибор «Цемент-Прогноз» (рис. 1), состоящий из электронного блока, измерительной камеры, стакана для пробы цементного теста и сервисной компьютерной программы.
Прибор автоматически регистрирует температуру и изменение объема воды в герметично закрытой и заполненной водой измерительной камере с размещенным в ней стаканом с пробой цемента. Оперативная оценка активности цемента выдается автоматически по трехчасовой контракции с ее преобразованием в показатели активности по гра-дуировочным зависимостям, хранящимся в памяти прибора. Процесс измерения контракции отображается на дисплее в графической и цифровой форме. Имеется также режим получения базовых показателей цемента по семисуточной контракции.
Измерительная камера выполнена цельнофрезерованной из легкого композитного материала и оснащена прецизионной измерительной системой. Стакан для пробы изготовлен из полиамида, его конструкция со съемным дном позволяет после испытания извлекать цементный образец без повреждения. Получаемый образец имеет форму, близкую к цилиндрической, и может в 28-суточном возрасте испытываться на сжатие с целью проверки и корректировки оперативных прогнозов активно-
го г I
[■ >г:- г :т]|., г |:.. ■научно-технический и производственный журнал
.Ml
март 2017 47
®
сти цемента. Испытываться могут как цементные, так и растворные образцы.
Поставляемый с прибором специализированный адаптер дает возможность проводить испытания одновременно в 3—8 измерительных камерах с отображением процессов на дисплее электронного блока и на мониторе компьютера в течение длительного времени, а сервисная компьютерная программа обеспечивает широкий спектр функций по визуализации, обработке и архивированию получаемых данных.
Ускоренное определение активности цемента по методу ЦНИПС-2 известно из ГОСТ 310.4—81. Однако применительно к современным цементам, испытываемым по ГОСТ 310.4—81, рекомендуется дополнительно применять поправочные коэффициенты. Для проведения испытаний по этому методу необходимо иметь две кассетные формы для образцов-кубов размером 20x20x20 мм (по 6шт. в каждой форме-кассете) (рис. 2), стандартный встряхивающий столик по ГОСТ 310.4—81, бак для тепловой обработки образцов над слоем кипящей воды и пресс для испытания образцов на сжатие с усилием до 5 т. Испытания проводятся на образцах, изготовленных из цементного теста нормальной густоты, уложенного в форму штыкованием с последующим уплотнением на встряхивающем столике. Через 20 ч хранения во влажных условиях шесть образцов в одной из форм помещают в пропарочную камеру и пропаривают над кипящей водой в течение 4 ч. Через час после этого обе формы раскрывают и образцы испытывают на сжатие.
По отношению прочности пропаренных образцов и образцов нормального твердения с применением поправочных коэффициентов определяют прогнозируемую активность цемента. Продолжительность испытаний по методу ЦНИПС-2 составляет чуть более 24 ч. По данным лаборатории по бетонам ЦНИПС, поправочный коэффициент в зависимости от срока и условий хранения цемента на складах колеблется от 1 до 1,2.
Практика использования этого метода (ЦНИПС-2) показала, что метод ЦНИПС-2 дает хорошие результаты для цементов с близкой по значению нормальной густотой.
Наряду с перечисленными методами ускоренного определения активности на предприятиях стройиндустрии широкое применение получил метод, предложенный профессорами, докторами техн. наук С.А. Мироновым и И.М. Френкелем. Суть его заключается в следующем.
В качестве заполнителя для приготовления бетона следует применять гранитный щебень фракции 5—20 мм и природный песок с модулем крупности в пределах от 2 до 2,5. Заполнители должны быть предварительно высушены до постоянной массы при температуре 105—110оС.
Приготавливают бетонную смесь состава 1:2:3 (табл. 1). Материалы перемешивают на противне вручную в течение 4—5 мин.
Затем формуют три образца-близнеца размером 10x10x10 см. Форму, заполненную бетонной смесью с некоторым избытком, устанавливают и жестко закрепляют на виброплощадке с амплитудой колебаний 0,35 мм и частотой 2800—3000 колебаний в минуту и подвергают вибрации до полного уплотнения, характеризуемого прекращением оседания бетонной смеси, выравниванием ее поверхности и появлением на ней тонкого слоя цементного теста. Поверхность образцов тщательно заглаживают.
После изготовления и двухчасовой выдержки образцы помещают в формах в пропарочную камеру, где подвергают тепловой обработке при атмосферном давлении по режиму 3+6+2 ч и следующей температуре изотермического прогрева: 80—85оС, если бетонная смесь
приготовлена на портландцементах и шлакопортланд-цементах. Через 12 ч с момента отключения пара образцы извлекают из форм, проводят испытание на сжатие и приводят к прочности стандартных кубов с ребром 20 см с использованием коэффициента 0,85.
По результатам прочности бетона после тепловой обработки Rj, используя данные табл. 2, находят прочность бетона через 28 сут после твердения в нормальных условиях R28.
Прочность цемента при сжатии R4 определяется с использованием формулы (1):
— портландцемента и шлакопортландцемента марок 400-500:
R4 = 2,18 х R28 — 260 (формула Л.А. Кайсера). (1)
По прочности цемента с учетом допускаемого отклонения последней на + 5% оценивают марку цемента.
В том случае, если результат определения марки цемента в бетоне отклоняется от паспортных данных на 15—25%, опыт должен быть повторен с соответствующим изменением значения отношения Rj / R28. Вновь полученный результат считать окончательным.
Таким образом, при использовании сразу четырех методов у инженера лаборатории появляется возможность при поступлении новой партии цемента и испытаниях его с помощью прибора ИАЦ-03 уже через час иметь первую оценку активности, которая через три часа по результатам испытаний контракционным экспресс-методом может быть уточнена. А через сутки, применив еще и метод ЦНИПС-2 либо метод Миронова-Френкеля, в прогнозировании активности цемента можно приблизиться к ее истинному значению.
Несомненно, такой подход требует дополнительных усилий со стороны строительной лаборатории. Однако эффект при регулярном оперативном контроле свойств поступающего цемента предприятие ощутит уже в первый месяц работы. Применяемые для экспресс-методов приборы просты в работе и могут быть использованы техническим персоналом любой строительной лаборатории.
Список литературы
1. Сизов В.П. Рациональный подбор составов тяжелого бетона. М.: Стройиздат, 1995. 52 с.
2. Губайдуллин Г.А., Леонидов С.М. Новый прибор для оценки качества цемента // Жилищное строительство. 2009. № 12. С. 17—18.
3. Звездов А.И., Малинина Л.А., Руденко И.Ф. Технология бетона и железобетона в вопросах и ответах. М.: НИИЖБ, 2005. 434 с.
4. Болотских О.Н. Европейские методы физико-механических испытаний цемента. Харьков: Спектр, 2015. 89 с.
References
1. Sizov V.P. Ratsional'nyi podbor sostavov tyazhelogo be-tona [Rational selection of compositions of heavy concrete]. Moscow: Stroyizdat, 1995. 52 p.
2. Gubaidulin G.A., Leonidov S.M. The new device for assessment of quality of cement. Zhilishchnoe stroitel'stvo [Housing Сonstruction]. 2009. No. 12, pp. 17—18.
3. Zvezdov A.I., Malinina L.A., Rudenko I.F. Tekhnologiya betona i zhelezobetona v voprosakh i otvetakh [Tekhnologiya of concrete and reinforced concrete in questions and answers]. Moscow: NIIZhB, 2005. 434 p.
4. Bolotskikh O.N. Evropeiskie metody fiziko-me-khanicheskikh ispytanii tsementa [The European methods of the physicist-mechanical tests of cement]. Khar'kov: Spektr, 2015. 89 p.
научно-технический и производственный журнал £>í ^ О >г í -Ü март 2017 Й1 LsJ9
