VYSOKÉ UČENÍ TECHNICKÉ V BRNĚ FAKULTA STAVEBNÍ Ing. Petr Cikrle, Ph.D. Ing. Věra Heřmánková Ing. Richard Mařík Ing. Petr Havlan Ing. Petr Mitrenga STAVEBNÍ LÁTKY MODUL BI01 M06 LABORATORNÍ CVIČENÍ STUDIJNÍ OPORY PRO STUDIJNÍ PROGRAMY S KOMBINOVANOU FORMOU STUDIA
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 Jazyková korektura nebyla provedena, za jazykovou stránku odpovídá autor Ing. Petr Cikrle, Ph.D. Ing. Petr Havlan Ing. Věra Heřmánková Ing. Richard Mařík Ing. Petr Mitrenga
OBSAH 1 Úvod...5 1.1 Cíle...5 1.2 Doba potřebná ke studiu...5 1.3 Záznamy a protokoly o zkouškách...5 1.4 Veličiny a jednotky...6 1.5 Vyhodnocování výsledků měření...7 2 Základní měření...10 2.1 Cíle...10 2.2 Doba potřebná ke studiu...10 2.3 Měřící přístroje...10 3 Zkoušení kameniva pro stavební účely...12 3.1 Cíle...12 3.2 Doba potřebná ke studiu...12 3.3 Stanovení objemové hmotnosti kameniva ve válci...12 3.4 Zjištění objemové hmotnosti hydrostat. vážením...13 3.5 Sypná hmotnost kameniva (ČSN EN 1097-3)...16 3.6 Mezerovitost (ČSN EN 1097-3, ČSN EN 1097-4)...18 3.7 Podíl zrn hrubého kameniva, tvarový index...19 3.8 Stanovení zrnitosti kameniva (ČSN EN 933-1,2)...20 3.9 Stanovení hlinitosti kameniva (ČSN 72 1173)...23 3.10 Odolnost pórovitého kameniva proti drcení (ČSN...24 4 Zkoušení cementu...26 4.1 Cíle...26 4.2 Doba potřebná ke studiu...26 4.3 Kaše normální hustoty (ČSN EN 196-3)...27 4.4 Stanovení dob tuhnutí (ČSN EN 196-3)...29 4.5 Výroba zkušebních těles pro zkoušky pevnosti (ČSN EN 196-1)...30 4.6 Pevnost v ohybu...32 4.7 Pevnost v tlaku...34 5 Zkoušení malty...36 5.1 Cíle...36-3 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 5.2 Doba potřebná ke studiu... 36 5.3 Výpočet množství složek pro výrobu čerstvé malty... 36 5.4 Stanovení zpracovatelnosti čerstvé malty... 37 5.5 Zkoušky pevnosti malty... 39 6 Zkoušení betonu... 41 6.1 Cíle... 41 6.2 Doba potřebná ke studiu... 41 6.3 Vlastnosti betonu... 41 6.4 Vlastnosti betonu... 41 6.5 Objemová hmotnost ztvrdlého betonu... 42 6.6 Pevnost v tlaku (ČSN EN 12 390-3)... 43 6.7 Pevnost v příčném tahu (ČSN EN 12 390-6)... 45 7 Závěr... 47 7.1 Shrnutí... 47 7.2 Klíč... 47 8 Studijní prameny... 48 8.1 Seznam použité literatury... 48 8.2 Seznam doplňkové studijní literatury... 48
Úvod 1 ÚVOD 1.1 Cíle V této kapitole se seznámíte se základními údaji potřebnými ke správnému zápisu a vyhodnocení hodnot naměřených při praktických cvičeních. 1.2 Doba potřebná ke studiu Časová náročnost této kapitoly je 100 minut. 1.3 Záznamy a protokoly o zkouškách Pracovník provádějící zkoušku musí o ní provést prvotní záznam obsahující všechny informace o naměřených hodnotách jednotlivých veličin a další údaje, které budou potřebné pro provedení výpočtů a vypracování závěrečného protokolu. Každá zkouška musí být uzavřena protokolem, ve kterém se přesně a jasně uvedou veškeré podstatné informace o zkoušce a její jednoznačné výsledky. Náležitosti protokolu jsou uvedeny pro konkrétní zkoušky v příslušných technických normách, obecně pak v [1]. Protokoly z laboratorních cvičení v rámci našeho předmětu provedete ve zúžené formě a budou obsahovat: jméno studenta, studijní skupinu, datum zkoušky; název protokolu (např. Protokol o zkoušení kameniva hutného ); teplotu a relativní vlhkost vzduchu; popis zkušebního vzorku; název každé úlohy (např. 1. Stanovení objemové hmotnosti v odměrném válci ); měřené veličiny; obecný výpočtový vztah; dosazení, výpočet, zaokrouhlení výsledku; závěr = shrnutí a vyhodnocení výsledků, případně porovnání s technickými předpisy; na konci protokolu posluchač uvede: Zkoušky provedl a protokol zpracoval: podpis Poznámka Protokol musíte zpracovat pečlivě, jasně, přehledně a čitelně. Ke zpracování některých protokolů můžete použít formuláře obsažené v přílohách skript. - 5 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 1.4 Veličiny a jednotky Vzhledem k častým nejasnostem při vyjadřování jednotek a jejich násobků uvádíme v tabulce 1 přehled násobků SI, se kterými se můžete setkat ve cvičení (úplný přehled je obsažen v ČSN ISO 1000). Předpona Znamená Název Značka Násobek Činitel giga mega kilo deci centi mili mikro G M k d c m µ Tab. 1.1 Předpony SI 1 000 000 000 1 000 000 1 000 0,1 0,01 0,001 0,000 001 10 9 10 6 10 3 10-1 10-2 10-3 10-6 Výběr násobku jednotky SI se řídí jeho vhodností. Násobek se volí obvykle tak, aby číselné hodnoty byly mezi 0,1 a 1000, např.: 1,2 10 5 N lze zapsat jako 120 kn 0,0258 m lze zapsat jako 25,8 mm 1523 N m lze zapsat jako 1,523 kn m 4,32 10-5 s lze zapsat jako 43,2 µs V tabulkách hodnot téže veličiny však bude obecně lepší používat stejné násobky i v případě, že některá z hodnot vybočí z rozmezí 0,1 až 1000. Vybrané jednotky SI jsou uvedeny v tabulce 1.2. Veličina Jednotka Název veličiny Značení Název Značka Jiné vyjádření délka hmotnost čas plocha objem průřezový modul a, b, d, h, l m t A, S V w ρ Metr kilogram sekunda čtverečný metr krychlový metr metr na třetí kg na krychl. m m kg s m 2 m 3 m 3 kg/m 3 m kg s m 2 m 3 m 3 kg/m 3 objemová W, Q joule J 1 J = 1 N m hmotnost R, f, σ pascal Pa 1 Pa = 1 N/m 2 energie, práce F newton N 1 N = 1 kg m/s 2 mechanické M newton metr N m kg m 2 /s 2 napětí f hertz Hz 1 Hz = 1 s -1 síla (zatížení) t Celsiův stupeň C 1 C = 1 K moment síly kmitočet Celsiova teplota Tab. 1.2 Vybrané jednotky SI používané ve cvičení
Úvod Je-li složená jednotka tvořena součinem dvou nebo více jednotek, označí se jedním z těchto způsobů: N m, N m (nedoporučuje se psát bez mezery, neboť může dojít k záměně s předponami SI). Je-li složená jednotka tvořena podílem dvou jednotek, vyznačí se to např. m/s, m s -1 (ve složitých případech se používají záporné mocniny nebo závorky). 1.5 Vyhodnocování výsledků měření 1.5.1 Měření a chyby měření Měření (fyzikální nebo technické veličiny) je určení číselné hodnoty (velikosti) dané veličiny ve zvolených jednotkách. Žádné měření, a rovněž jeho matematické zpracování, nemůže být zcela přesné. Měření je nevyhnutelně zatíženo chybami. Chyba měření je hodnota, o kterou se liší hodnota zjištěná měřením od skutečné hodnoty. Souhrnná chyba měření a výpočtu se vyjadřuje nejistotou měření, což je interval hodnot, ve kterém se chyba nachází s určitou pravděpodobností. Podrobné rozdělení chyb naleznete v [1]. 1.5.2 Hodnotné číslice Příklad 1.1 Určení hodnotných číslic neúplného čísla a si ukážeme na příkladu měření, kdy jsme změřili rozměr tělesa a = 102,40000 mm s přesností 0,02 mm. Hodnotné číslice (tučné a podtržené) jsou: a) všechny nenulové číslice (102,40000 mm - 3 číslice); b) všechny nuly mezi první a poslední nenulovou číslicí (102,40000 mm - 1 číslice); c) takové nuly vpravo od poslední nenulové číslice, jichž se používá k označení počtu jednotek řádů, které v neúplném čísle chceme vyjádřit (102,40000 mm - měřili jsme v setinách mm - 1 číslice). V našem příkladu má číslo 102,40000 celkem 5 hodnotných číslic, a to 102,40000. 1.5.3 Počet platných míst neúplného čísla a Definice Prvních k hodnotných číslic čísla a je platných, jestliže odhad absolutní chyby tohoto čísla nepřesáhne polovinu jednotky řádu k-té hodnotné číslice, počítáno zleva doprava. Často používáme výrazu počet platných míst čísla a. V žádném případě však nelze zaměňovat platná místa a desetinná místa. - 7 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 Poznámka: například u čísla 2300000 nelze poznat, kolik číslic je vlastně platných, lze pouze říci, že nejméně 2 číslice (2,3). Má-li číslo 2300000 pouze 2 platné číslice, je vhodné je zapsat ve tvaru 2,3 10 6, má-li 3 platné číslice, pak je správný zápis 2,30 10 6 a pod. Zaokrouhlování čísla a na k hodnotných číslic provádíme tak, že vynecháme všechny číslice vpravo od k- té hodnotné číslice nebo je nahradíme nulami pro zachování řádu. Řídíme se přitom následujícími pravidly: Je-li první vynechaná číslice menší než 5, ponechaná číslice se nemění, je-li větší než 5, zvětšíme poslední ponechanou číslici o jedničku. Je-li první vynechaná číslice rovna 5 a aspoň jedna z vynechaných číslic není 0, zvětšíme poslední ponechanou číslici o jedničku. Jsou-li ostatní vynechaná čísla nuly, řídíme se pravidlem sudé poslední ponechané číslice, tj. při liché číslici zvětšíme o jedničku, sudou ponecháme beze změny. Příklady zaokrouhlování na tři platné číslice: 21,8553 zaokrouhlíme na 21,9; 2136,8564 zaokrouhlíme na 2140; 4,36500 zaokrouhlíme na 4,36; 4,37500 zaokrouhlíme na 4,38. 1.5.4 Zásady výpočtu bez přesného určení chyb Ve cvičení se nebudeme zabývat přesným určením chyb (nejistot) měření. Abychom zachovali věrohodnost našich výsledků, musíme dodržovat následující zásady při měření, zapisování hodnot, provádění výpočtů a nakonec při zaokrouhlování výsledků: Naměřené hodnoty zapíšeme na tolik míst, kolik nám umožňuje citlivost přístroje. Při výpočtech ponecháme v paměti kalkulátoru všechny mezivýsledky s plným počtem míst, do protokolu zapíšeme u mezivýsledku o 1 číslici více, než je požadavek na konečný výsledek. Teprve konečný výsledek zaokrouhlíme na požadovaný počet platných míst. Příklad 1.2 Máme stanovit hodnotu objemové hmotnosti betonu na tři platné číslice. Při výpočtu vyšly dílčí hodnoty tří vzorků 2225 kg/m 3, 2238,4215 kg/m 3 a 2205,75 kg/m 3. V paměti ponecháme tato čísla beze změn, do protokolu napíšeme hodnoty 2525 kg/m 3, 2238 kg/m 3 a 2206 kg/m 3. Průměrnou hodnotu, která při přesném výpočtu vyšla 2223,0572 kg/m 3, zaokrouhlíme na 2220 kg/m 3. Poznámka: u většiny úloh je předepsáno, jakým způsobem se má zaokrouhlit výsledek. Pokud tomu tak není, budeme konečné výsledky zaokrouhlovat na tři platné číslice. 1.5.5 Pravděpodobný výsledek měření Jak již bylo řečeno dříve, skutečnou hodnotu měřené veličiny vlastně neznáme. Měření je navíc ovlivněno řadou nepostižitelných vlivů, takže pro určení pravděpodobného výsledku měření a pravděpodobné chyby měření používáme metod matematické statistiky, se kterými se podrobně seznámíte ve vyš-
Úvod ších ročnících. Zde uvádíme pouze nejjednodušší základy (uvedení do problému). Při opakovaném měření jedné veličiny zjistíme, že jednotlivá měření x i se od sebe liší. Nejhustěji se seskupují kolem jisté (střední) hodnoty, dále od střední hodnoty výskyt jednotlivých měření klesá. Z těchto poznatků odvodil Gauss Zákon normálního rozložení četnosti chyb. Pro dostatečně velký počet měření n je aritmetický průměr x přibližně roven nejpravděpodobnějšímu výsledku měření x 0 : x x 0 (1.1) Aritmetický průměr z n měření x 1, x 2, x 3,..., x n, vypočteme ze vztahu n 1 x = x n i i= 1 Odchylka i-tého měření od aritmetického průměru x i je x i (1.2) = x x (1.3) i Při odhadu nejpravděpodobnější chyby výsledku se nejčastěji používá střední kvadratická chyba s jednotlivého měření (směrodatná odchylka), která je dána výrazem s = ( xi ) ( n 1) 2 (platí pro 3 < n < 60) (1.4) Střední chyba výsledku (aritmetického průměru) s x je dána vztahem s x 1 = n ( x ) i ( n 1) 2 = s n (1.5) Nejpravděpodobnější hodnota výsledku V se uvádí s odhadem náhodné chyby * jako násobkem k směrodatné odchylky s ve tvaru V = x ± o k s (1.6) Čím větší pravděpodobnost výskytu výsledku měření v daném intervalu požadujeme, tím je hodnota k větší. V tabulce 3 jsou uvedeny hodnoty k podle zvolené pravděpodobnosti P < 1. Ve stavební praxi se zpravidla používá hodnota k = 2, což odpovídá pravděpodobnosti přibližně 95%. P = 0,5 0,5751 0,6827 0,95 0,9545 0,99 0,9973 0,999 k = 0,6745 0,7979 1 1,96 2 2,58 3 3,29 Tab. 1.1 Hodnoty k podle zvolené pravděpodobnosti P Kontrolní otázky 1. Co obsahuje zápis každé úlohy zpracovávané do protokolu? 2. Kolik platných číslic obsahuje číslo 101,002 a číslo 0,02001? - 9 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 2 Základní měření 2.1 Cíle V této kapitole se seznámíte se základními měřidly posuvným měřítkem, mikrometrickým šroubem a číselníkovým úchylkoměrem. Naučíte se s nimi pracovat a odečítat naměřené hodnoty. 2.2 Doba potřebná ke studiu Časová náročnost této kapitoly je 100 min. 2.3 Měřící přístroje 2.3.1 Posuvné měřítko Jedná se o délkové měřidlo se dvěma měřicími čelistmi, z nichž jedna pevná je spojena s vodící tyčí. Na vodící tyči je nanesena milimetrová stupnice. Po vodící tyči se posouvá pohyblivá čelist s noniem, což je pomocné krátké měřítko. Platí, že n dílků na noniu představuje stejnou vzdálenost jako n-1 dílků na hlavním měřítku (např. 50 dílků nonia odpovídá 49 dílkům hlavní stupnice, tzn. citlivost 1/50 mm). Celé milimetry čteme na základním měřítku (obrázek 1) podle nuly nonia. Části milimetru čteme tak, že hledáme rysku nonia, která se naprosto přesně kryje s některou ryskou hlavního měřítka. Hodnota rysky nonia udává části milimetru. Na obrázku 1 je znázorněn příklad měření, které čteme jako 128,48 mm. Měřicí čelisti jsou opatřeny měřicími hroty k měření vnitřních rozměrů. Součástí některých posuvných měřítek je hloubkoměrná tyčka spojená s posuvnou čelistí. Tato posuvná měřítka lze používat také jako hloubkoměry. Mimo stupnice v milimetrech (dole) mohou mít posuvná měřítka také stupnici v anglických palcích (nahoře). Obrázek 2.1 Čtení posuvného měřítka s noniem, nastaveno 128,48 mm
2.3.2 Váhy Váhy jsou přístroj k měření hmotnosti těles. Principem měření hmotnosti tělesa je porovnání jeho tíhového účinku se známým silovým účinkem (závaží, pružiny, vztlaku elektrického nebo magnetického pole aj.). Při vážení musíme dbát zejména na dvě věci: Hmotnost váženého vzorku nesmí přesáhnout tzv. váživost, což je zatížení vah, do kterého výrobce zaručuje, že váhy nezmění své měrové vlastnosti. Přesnost vážení; která je u většiny zkoušek předepsána. Pokud předepsána není, měli bychom vážit s přesností alespoň 0,1% (např. těleso o hmotnosti 1 kg s přesností alespoň 1 g). 2.3.3 Číselníkový úchylkoměr Při měření v laboratorních cvičení použijeme úchylkoměr s dělením stupnice 0,01 mm, který umožňuje měřit posuny do 10 mm. Ke čtení budeme používat základní popis černou barvou. Posun 1 mm se projeví tak, že velká ručička oběhne jednou dokola velkou stupnici, rozdělenou na 100 dílků a malá ručička se posune o jeden dílek malé stupnice. Příklad čtení je uveden na obrázku 3. Krátká ručička se nachází mezi 4 a 5, tedy odečteme celé 4 mm. Dlouhá ručička ukazuje desetiny a setiny milimetru, mezi dílky můžeme odhadovat i tisíciny. Na obrázku 3 čteme 0,24 mm a odhadujeme 0,005 mm, celkové čtení tedy je 4,245 mm. Obrázek 2.2 Příklad čtení na číselníkovém úchylkoměru Kontrolní otázky 1. Na které stupnici posuvného měřítka odečtete celé milimetry a na které stupnici setiny milimetrů? 2. Co nesmí přesáhnout hmotnost váženého vzorku? - 11 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 3 Zkoušení kameniva pro stavební účely 3.1 Cíle Kapitola o zkoušení kameniva je nejrozsáhlejší ze všech a seznámíte se v ní s rozmanitými vlastnostmi kameniva i jiných sypkých látek objemovou hmotností, sypnou hmotností a mezerovitostí, zrnitostí, tvarovým indexem zrn i pevností v tlaku při stlačení ve válci. 3.2 Doba potřebná ke studiu Časová náročnost této kapitoly je 200 min. 3.3 Stanovení objemové hmotnosti kameniva ve válci 3.3.1 Podstata zkoušky Podstatou zkoušky je zjištění objemu, který zaujímá vzorek kameniva o známé hmotnosti. Objem zrn kameniva určíme podle množství vzorkem vytěsněné vody v odměrném válci. Metoda dává pouze orientační, ale pro potřeby technické praxe zpravidla dostačující výsledky. Je použitelná pro drobné i hrubé kamenivo. 3.3.2 Zkušební zařízení a pomůcky váhy s váživostí 10 kg; kalibrovaný odměrný válec o velikosti odpovídající rozměrům zrn a množství kameniva; miska na kamenivo, násypka, míchací tyčinka. 3.3.3 Zkušební postup K provedení zkoušky odebereme asi 1 kg vzorku kameniva vysušeného při teplotě 105 C a přesně jej zvážíme. Pokud zkoušíme kamenivo s velkou nasákavostí (zpravidla kamenivo pórovité), je nutné vzorek předem nasáknout. U drobného kameniva a velmi hutného hrubého kameniva, které mají malou nasákavost, lze od nasakování vodou upustit, zkušební vzorky necháme pouze oschnout volně na vzduchu. Odměrný válec naplníme přibližně do poloviny kalibrovaného objemu vodou a odečteme hodnota V w s přesností na 0,5 dílku stupnice. Navážku kameniva opatrně vsypeme s pomocí násypky do odměrného válce. Abychom odstranili vzduchové bubliny, promícháme obsah tyčinkou.
Po uklidnění hladiny zjistíme na dělení stupnice válce společný objem kameniva a vody V s přesností na 0,5 dílku (viz. obrázek 3.1). Obr. 3.1 Schéma stanovení objemové hmotnosti v odměrném válci 3.3.4 Měřené veličiny a výpočet m s je hmotnost navážky vysušené při 105 C do ustálené hmotnosti nebo povrchově oschlé v kg; V w je objem vody v odměrném válci před vsypáním kameniva v m 3 ; V je společný objem vsypaného kameniva a vody v m 3. Objemovou hmotnost kameniva ρ v v kg/m 3 vypočítáme ze vzorce ρ v ms = V V w 3.3.5 Vyhodnocení (3.1) Hodnotu objemové hmotnosti kameniva uvedenou v kg/m 3 zaokr. na 10 kg/m 3. 3.4 Zjištění objemové hmotnosti hydrostat. vážením Metoda je přesně popsána v ČSN EN 1097-6, avšak ve cvičení se od normového postupu mírně odchýlíme vzhledem k časové náročnosti zkoušky. 3.4.1 Podstata zkoušky Zkouška využívá principu Archimédova zákona: Definice Těleso ponořené do kapaliny je nadlehčováno hydrostatickou vztlakovou silou, která se rovná tíze kapaliny o stejném objemu, jako je ponořená část tělesa. - 13 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 Z rozdílu hmotností vzorku váženého na vzduchu a pod vodou (tzv. hydrostatické vážení) zjistíme objem vzorku, ovšem vzorek musí být zcela ponořen ve vodě! Teprve po provedení hydrostatického vážení vzorek vysušíme do ustálené hmotnosti a určíme jeho hmotnost v suchém stavu. U pórovitých materiálů (což jsou prakticky všechny druhy kameniva) by vnikání vody do pórů v průběhu vážení zkreslilo výsledky, a proto vzorek předem nasákneme vodou. Poznámka: Obdobně se určuje objemová hmotnost dalších materiálů zvláště nepravidelných tvarů s tím, že kapalinou nemusí být vždy voda (u látek reagujících s vodou ani nesmí být). 3.4.2 Zkušební zařízení a pomůcky sušárna se samočinným udržováním teploty v rozmezí (105±5) C; technické váhy; hydrostatické váhy. Jsou to technické váhy, kde je na volném rameni vah tenkým drátem zavěšen koš z děrovaného plechu nebo drátěného pletiva. K vážení ve vodě slouží vodotěsná nádoba postavená pod rameno vah. Vody v nádobě smí být jen tolik, aby po ponoření koše se vzorkem kameniva nepřetekla. Je-li kamenivo i po nasycení lehčí než voda, je koš opatřen víkem. kontrolní síto o velikosti otvorů 4 mm; dva suché, nasákavé hadříky, kovová míchací tyčinka. 3.4.3 Postup Podle normy se vzorek hrubého kameniva důkladně propláchne na sítě o velikosti 4 mm, aby se odstranily všechny jemné částice. Z takto upraveného kameniva se připraví navážka, jejíž hmotnost je alespoň m min (viz. rovnice 3.2). Navážka se nasype do drátěného koše, který se přikryje pokličkou s případným závažím a vloží do vody o teplotě (20±5) C tak, aby hladina vody sahala alespoň 50 mm nad horní okraj koše. Ihned po ponoření se odstraní ulpělé vzduchové bublinky ze vzorku vyzdvižením koše do výšky 25 mm ode dna nádoby, ze které se nechá spadnout. Tento úkon se opakuje 25 při rychlosti jednoho zdvihu za sekundu (totéž se musí opakovat i v případě, že koš přemístíme do jiné nádoby). Pak se nechá koš zcela ponořen ve vodě po dobu 24 hodin až do okamžiku vážení pod vodou. Ve cvičení použijeme zjednodušený postup, schématicky znázorněný na obrázku 3.2. Dopředu nasáklý vzorek kameniva bude uložen ve zvláštní nádobě. Pro zjištění hmotnosti použijeme postup s tárováním vah (vynulování stupnice vah zatížené zavěšeným košíčkem), abychom získali přímo čistou hmotnost kameniva. Hmotnost prázdného koše s pokličkou vytárujeme pro vážení pod vodou. Poté koš naplníme připravenou navážkou kameniva, přikryjeme ho pokličkou, odstraníme vzduchové bublinky a odečteme hmotnost vzorku váženého ve vodě (m 2 ). Kamenivo vyjmeme z vody, z jeho povrchu opatrně odstraníme vodu otřením hadříkem a rozprostřeme je na další hadřík tak, aby se zrna vzájemně nedotýkala. Z povrchu musí zmizet vodní film, ale zrna musí být pro vážení na vzduchu ještě vlhká. Vytárujeme váhy se zavěšeným suchým košem bez po-
kličky, kamenivo nasypeme do koše a určíme hmotnost kameniva na vzduchu (m 1 ). Protože vysušování kameniva při 105 C do ustálené hmotnosti je časově náročné, stanovíme hmotnost suchého kameniva (m s ) s využitím zadané hodnoty nasákavosti (α) a hmotnosti nasyceného kameniva váženého ve vzduchu (m 1 ) - viz. rovnice 3.4. seřízení váhy na konzolách tárování - koš ve vodě vzorek ve vodě m 2 vzorek osušit tárování - koš na vzduchu vzorek na vzduchu m 1 Obrázek 3.2 Postup hydrostatického vážení s tárováním hmotnosti košíčku 3.4.4 Měřené veličiny a výpočty d max ρ p ρ w m 1 m 2 m 3 je největší jmenovitý rozměr zrna kameniva, v milimetrech; je předpokládaná objemová hmotnost v kilogramech na krychlový metr. je objemová hmotnost vody o teplotě zkoušení v kilogramech na jeden metr krychlový; je hmotnost nasyceného kameniva, povrchově osušeného, váženého na vzduchu v gramech; je hmotnost nasyceného kameniva stanovená pod vodou v gramech; je hmotnost vysušeného kameniva v gramech. Nejmenší hmotnost navážky vzorku v gramech m min určíme přibližně ze vztahu m min d = max ρ 25 p Objemová hmotnost vysušeného kameniva ρ po v kg/m 3 je dána vztahem ρ po m3 m3 = = V m m 1 2 w (3.2) ρ (3.3) Nasákavost α vyjádřená v % hmotnosti vysušeného kameniva je dána vztahem 100 ( m1 m3) α = m 3 (3.4) 3.4.5 Vyhodnocení Objemovou hmotnost kameniva zaokrouhlete na 1 kg/m 3, nasákavost zaokrouhlete na 0,2%. - 15 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 3.5 Sypná hmotnost kameniva (ČSN EN 1097-3) Definice Sypná hmotnost je hmotnost objemové jednotky kameniva s dutinami a póry včetně mezer mezi zrny. 3.5.1 Podstata zkoušky Podstatou zkoušky je zjištění hmotnosti kameniva, které jsme nasypali předepsaným způsobem do nádoby o známém objemu. Sypnou hmotnost určujeme ve stavu volně sypaném nebo zhutněném. Objem odměrných válcových nádob je odstupňován podle velikosti zrn kameniva (tabulka 3.1). Poznámka: Sypnou hmotnost kameniva můžeme zjišťovat ve stavu vysušeném (při 105 C do ustálené hmotnosti) nebo vlhkém. V tom případě je součástí zkoušky také zjištění vlhkosti. 3.5.2 Zkušební zařízení a potřeby technické váhy s potřebnou váživostí; odměrná plechová válcová nádoba o obsahu podle tabulky 3.1; propichovací o průměru 16 mm a délce asi 600 mm, lopatka; vibrační stůl s kmitočtem 50 Hz. Velikost největšího zrna Objem [dm 3 ] Počet vpichů na 1 vrstvu 5 1 20 10 3 20 31,5 10 30 80 30 50 Poměr výšky k průměru Minimální tloušťka dna [mm] stěny [mm] 1 až 1,5 5 2,5 Tab. 3.1. Rozměry odměrné nádoby a počet zhutňovacích vpichů podle ČSN EN 1097-3 3.5.3 Sypná hmotnost volně sypaného kameniva Předem zvážíme prázdnou odměrnou nádobu (m 1 ). Do ní lopatkou z výšky maximálně 50 mm nad horním okrajem nádoby vsypeme připravený vzorek vysušeného kameniva rovnoměrně po půdorysné ploše tak, aby nad horním okrajem nádoby vznikl komolý kužel (obrázek 3.3). Převršené kamenivo seříz-
neme otáčivým pohybem ocelové tyče (B) podle okraje nádoby (A). Po urovnání povrchu nádobu s kamenivem zvážíme (m 2 ). B A A B C Obr. 3.3 Sypná hmotnost volně sypaného kameniva Obr. 3.4 Sypná hmotnost zhutněného kameniva 3.5.4 Sypná hmotnost zhutněného kameniva K hutnění kameniva používáme propichovací tyč. Nádobu o předepsaném objemu naplníme ve třech vrstvách kamenivem a každou vrstvu zhutníme požadovaným počtem vpichů (tab. 3.1). Ke zhutňování můžeme použít i jiné metody, ve cvičení bude provedena vibrace. Při stanovení sypné hmotnosti zhutněného kameniva (obrázek 3.4) nádobu (A) opět zvážíme (m 1 ), opatříme ji snímatelným nástavcem (B) a upevníme ji na vibračním stole (C). Kamenivo do nádoby vsypeme najednou a vibrujeme 3 minuty. Po sejmutí nástavce a urovnání povrchu kameniva zvážíme nádobu s obsahem (m 2 ). 3.5.5 Měřené veličiny a výpočet Označení veličin je shodné pro volně sypané i zhutněné kamenivo: m 1 m 2 je hmotnost prázdné nádoby v kg; je hmotnost naplněné nádoby v kg; V je objem nádoby v m 3. Sypná hmotnost ρ b kameniva v kg/m 3 je dána vztahem m m ρ b = V 2 1 (3.5) 3.5.6 Vyhodnocení Do protokolu uveďte, zda jste zjišťovali sypnou hmotnost volně sypaného nebo zhutněného kameniva. Výsledek zaokrouhlete na 10 kg/m 3 pro hodnoty větší než 1000 kg/m 3, případně na 5 kg/m 3 pro hodnoty mezi 500 kg/m 3 až 1000 kg/m 3. - 17 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 3.6 Mezerovitost (ČSN EN 1097-3, ČSN EN 1097-4) 3.6.1 Princip Mezerovitost je poměr objemu mezer mezi zrny k celkovému objemu, který kamenivo zaujímá. Rozlišujeme mezerovitost volně sypaného kameniva M s (ČSN EN 1097-3) a mezerovitost zhutněného fileru M t (ČSN EN 1097-4). 3.6.2 Veličiny a výpočet ρ b je sypná hmotnost volně sypaného nebo zhutněného kameniva v kg/m 3 ; ρ po je objemová hmotnost vysušeného kameniva v kg/m 3 ; Mezerovitost kameniva volně sypaného M s v % nebo zhutněného M t v % vypočítáme ze vztahu ρ = 1 100 b M st () ( ) ρ po (3.6) 3.6.3 Vyhodnocení Výslednou hodnotu mezerovitosti volně sypaného nebo zhutněného kameniva zaokrouhlete na 0,5%. Příklad 3.1 K/1 Při stanovení objemové hmotnosti kameniva v odměrném válci činil objem kameniva a vody celkem 0,552 l, přičemž bylo nasypáno 385 g vysušeného kameniva do 0,398 l vody. Kolik m 3 tohoto kameniva uveze nákladní auto o nosnosti 10 tun, jestliže byla zjištěna mezerovitost kameniva 16 %. Řešení: V kam.+voda = 0,552 l V voda m voda = 0,398 l = 385 g objemová hmotnost kameniva ρ s sypná hmotnost kameniva [kg/m 3 ] ρ s objemová hmotnost kameniva [kg/m 3 ] M mezerovitost kameniva [%] mkameniva mkameniva 0,385 ρ o = = = = 2500 kg/m 3 3 3 V V + V 0,552 10 0,398 10 kameniva kam. + voda voda sypná hmotnost kameniva M= 16 % ρ s M = 1 ρ o M = ρ o ρ s ρ s = ρ o 1 ρ o ( M )
( 1 0,16) 2100 ρ = 2500 = kg/m 3 s nákladní automobil uveze V m = auto ρ s 10000 = = 2100 4,762 m 3 Závěr: Objemová hmotnost kameniva byla 2500 kg/m 3, sypná hmotnost kameniva byla 2100 kg/m 3. Nákladní automobil uveze 4,762 m 3 kameniva. 3.7 Podíl zrn hrubého kameniva, tvarový index (ČSN EN 933-4) Definice Tvarový index je poměr délky a tloušťky zrna jakožto rozměrů zrnu opsaného nejmenšího pravoúhlého hranolu. Tuto tvarovou charakteristiku zjišťujeme pouze u hrubého kameniva podle ČSN 72 1172. Pro hodnocení kvality kameniva je rozhodující hmotnostní podíl zrn o tvarovém indexu 3 a větším, případně 5 a větším. 3.7.1 Podstata zkoušky Pomocí dvoučelisťového posuvného měřidla nebo šablony vyčleníme ze vzorku zrna o tvarovém indexu 3 a větším, zjistíme jejich sumární hmotnost a vyjádříme ji v % hmotnosti všech zrn. 3.7.2 Zkušební zařízení a pomůcky dvoučelisťové posuvné měřítko s nastavením čelistí 1:3; technické váhy, misky. 3.7.3 Zkušební postup Vzorek pro zkoušku obsahuje alespoň 100 náhodně vybraných zrn z každé frakce. Ve cvičení bude počet zrn redukován. Ke zkoušce použijeme posuvné měřítko s upravenými čelistmi. Nejprve zjistíme hmotnost celé navážky (všech zrn) kameniva m. Potom jednotlivá zrna volně a nenásilně sevřeme mezi čelisti měřidla (obrázek 3.5), jež jsou kolmé ke směru posunu čelistí, tak, aby největší rozměr zrna byl rovnoběžný se směrem posunu pohyblivé čelisti měřidla. Tím se současně nastaví rozevření šikmých čelistí na 1/3 největšího rozměru zrna. Potom vyjmeme zrno z kolmých čelistí měřidla a zkusíme je volně prostrčit mezi šikmými čelistmi. Pokud zrno projde, má tvarový index 3 a při hodnocení kameniva se takové zrno považuje za tvarově nevhodné. Tato zrna oddělíme do zvláštní misky a zjistíme jejich hmotnost m 3. - 19 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 3 zrno projde < 3 zrno neprojde Obrázek 3.5 Stanovení podílu zrn o tvarovém indexu 3 a větším 3.7.4 Měřené veličiny m je celková hmotnost všech zrn kameniva (navážky) v g; m 3 je souhrnná hmotnost všech zrn o tvarovém indexu 3 a větším v g. Hmotn. podíl zrn o tvarovém indexu 3 a větším b 3 v % vypočteme ze vztahu b 3 m3 = 100 (3.7) m 3.7.5 Vyhodnocení Hodnotu hmotnostního podílu všech zrn o tvarovém indexu 3 a větším b 3 zaokrouhlete na 1%. Podle technických požadavků proveďte zatřídění kameniva do příslušné třídy. 3.8 Stanovení zrnitosti kameniva (ČSN EN 933-1,2) 3.8.1 Princip Zrnitost se vyjadřuje poměrným zastoupením zrn o určité velikosti v celkovém množství kameniva. Zkouška spočívá v prosévání vzorku sadou kontrolních sít, vážení zbytků na sítech a určení jejich hmotnostních podílů. Ve cvičení provedeme suchý způsob prosévání. 3.8.2 Důležité pojmy Normová sada kontrolních sít je tvořena sérií sít, z nichž horní je opatřeno víkem a pod dolním sítem je dno (obrázek 3.6). Pro zkoušku se sada sestaví podle normy tak, aby dala úplnou informaci o zrnitosti zkoušeného vzorku. Mezi síta základní normové sady se mohou vkládat síta doplňkové sady (tabulka 3.2).
základní sada doplňková sada základní sada 2 mm víko 63 mm 1 mm 45 mm 31,5 mm 0,500 mm 22,4 mm 16 mm 0,250 mm 11,2 mm 8 mm 0,125 mm 5,6 mm 4 mm 0,063 mm Tab. 3.2. Rozměry otvorů kontrolních sít sada sít dno 200 Obrázek 3.6 Normová sada sít Frakce je souhrn různě velkých zrn kameniva v rozmezí dvou kontrolních sít s čtvercovými otvory. Dílčí zbytek na sítě je množství kameniva, které po ukončení prosévací zkoušky zůstalo na sítě a propadlo nejblíže vyšším sítem, zařazeným do použité sady normových sít. Celkový zbytek na sítě je součet dílčího zbytku na sítě a dílčích zbytků na všech sítech s většími otvory použité sady kontrolních sít. Celkový propad sítem je doplňkem celkového zbytku do celkového množství vzorku kameniva. 3.8.3 Zkušební zařízení a pomůcky sušárna se samočinným udržováním nastavené teploty; technické váhy s potřebnou váživostí; sada normových sít; strojní prosévací zařízení, lopatka misky, tiskopis pro zrnitost. 3.8.4 Postup zkoušky Podle požadavků tabulky 3.3 připravíme a navážíme vzorek vysuš.kameniva. Navážku kameniva po částech vsypeme na horní síto normové sady, sadu uzavřeme víkem a upevníme přítlačnou deskou prosévacího přístroje. Strojní prosévání ukončíme ručním. V prosévání pokračujeme tak dlouho, pokud propad jednotlivým sítem v průběhu nepřetržitého ručního prosévání po dobu 1 minuty nebude menší než 0,1% hmotnosti navážky. Kamenivo nesmíme sítem protlačovat, ale částice hrubého kameniva můžeme rukou usměrňovat do otvoru síta. Ve cvičení určí dobu prosévání vyučující. Po ukončení prosévání zvážíme jednotlivé zbytky na sítech v gramech (tzv. dílčí zbytky) a zapíšeme je do připraveného tiskopisu. Jednotlivé zbytky na sítech vyjádříme poměrově v procen- - 21 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 tech navážky a vypočteme celkový zbytek a celkový propad pro jednotlivá síta. Číselné hodnoty můžeme znázornit graficky vynesením čáry zrnitosti. Horní mez zrnění v mm Hmotnost navážky ve stavu vysušeném pro hutné kamenivo v kg Objem navážky pro pórovité kamenivo v dm 3 4 1 2 8 5 5 16 10 10 31,5 20 20 63 40 40 125 40 40 Tab. 3.3. Minimální navážky pro stanovení zrnitosti 3.8.5 Měřené veličiny a výpočty m n je hmotnost navážky v g; m i je hmotnost dílčího zbytku na daném sítě v g; m je souhrnná hmotnost vzorku kameniva po provedené zkoušce v g; a i, a i+1, a i+2,..., a n jsou dílčí zbytky na i-tém sítě a na všech sítech normové sady s většími rozměry otvorů v %; i, i+1, i+2,..., n jsou pořadová čísla sít normové sady. Dílčí zbytek na každém sítě normové řady a i v % vypočteme se zaokrouhlením na 0,1% ze vztahu a i mi = 100 (3.8) m Celkový zbytek na každém sítě A i v % vypočteme se zaokrouhlením na 0,1 % ze vztahu Ai = ai + ai+ 1 + ai+ 2 +... + an (3.9) Celkový propad každým sítem Z i v % určíme jako doplněk celkového zbytku ze vztahu Z i = 100 A (3.10) Poznámka i Součet dílčích zbytků na sítech a propadu spodním sítem se nesmí lišit více než o 1% hmotnosti navážky. V případě, že tato podmínka není splněna, zkoušku opakujeme. 3.8.6 Vyhodnocení Kamenivo zatřiďte do příslušné třídy podle technických požadavků a vyneste čáru zrnitosti. Příklad 3.2
Ze štěrkopísku 0-16 jsme připravili navážku v množství m n = 10025 g. Prosévací zkouškou jsme zjistili hmotnost dílčích zbytků v gramech. Jejich součet m = 10012 g je základem (m =100%) pro výpočet poměrných dílčích zbytků v procentech (viz. tab. 3.4). Čára zrnitosti je vynesena na obr. 3.7. rozměry ok na sítech [mm] hmotnost dílčího zbytku [g] dílčí zbytek na sítě [%] celkový zbytek na sítě [%] celkový propad sítem [%] 31,5 16 8 4 2 1 0,5 0,25 0,12 5 0,06 3 dno součet 0 242 1425 1661 2343 1789 1486 641 184 121 120 1001 2 0,0 2,4 14,2 16,6 23,4 17,9 14,8 6,4 1,8 1,2 1,2 100, 0 0,0 2,4 16,7 33,2 56,6 74,5 89,4 95,8 97,6 98,8 100, 0 100, 0 97,6 83,3 66,8 43,4 25,5 10,6 4,2 2,4 1,2 0,0 Tab. 3.4 Zrnitost vzorku kameniva štěrkopísku frakce 0-16 110 100 90 80 70 60 50 40 30 20 10 0 0 0,063 0,125 0,25 0,5 1,0 2,0 4,0 8,0 16,0 31,5 rozměry otvorů sít [mm] Obrázek 3.7 Čára zrnitosti štěrkopísku 0-16 3.9 Stanovení hlinitosti kameniva (ČSN 72 1173) Hlinité částice obalují zpravidla větší zrna kameniva a zabraňují jejich dokonalému spojení s cement. tmelem, což má za následek snížení pevnosti betonu. 3.9.1 Princip zkoušky Hlinitost kameniva v procentech objemu zjišťujeme jednoduchou informativní zkouškou, při níž promícháme kamenivo s vodou v odměrném válci a necháme jej 24 hodin usazovat. Po uplynutí této doby vytvoří sedimentované jemné čás- - 23 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 tice samostatnou vrstvu odlišnou od vrstvy hrubších zrn kameniva. Pro cvičení je vzorek připravený, provedete pouze výpočet. 3.9.2 Postup Pro zkoušku používáme drobné kamenivo, u hrubého kameniva ze vzorku odstraníme větší zrna hrubým proséváním na sítě 22 mm. Odměrný válec kalibrovaný na 1000 ml naplníme do poloviny kamenivem a do značky 1000 ml dolijeme vodu. Poté válec uzavřeme dlaní nebo zátkou a obsah důkladně protřepeme. Zůstávají-li jílové částice na větších zrnech kameniva nebo obsahujeli kamenivo jílovité hrudky, je třeba protřepání po 1 až 2 hodinách opakovat. Po protřepání upravíme povrch kameniva ve válci nakláněním a poklepáváním tak, aby byl přibližně vodorovný. Válec necháme po dobu 24 hodin v klidu a pak odečteme na stupnici válce jednak objem samotné vrstvy jemné usazeniny nad vrstvou kameniva, jednak celkový objem obou vrstev kameniva. 3.9.3 Měřené veličiny V 1 je objem vrstvy jemné usazeniny po 24 hodinách usazování, v ml; V 2 je celkový objem vrstvy kameniva a vrstvy jemné usazeniny po 24 hodinách usazování, v ml. Hlinitost H kameniva v % objemu vypočítáme ze vzorce H V 1 = 100 (3.11) V 2 3.9.4 Vyhodnocení Výslednou hodnotu hlinitosti zaokrouhlete na 0,1% a porovnejte s technickými požadavky. 3.10 Odolnost pórovitého kameniva proti drcení (ČSN EN 13055-1) Zkouškou se posuzuje vhodnost pórovitých kameniv pro výrobu lehkých betonů z hlediska požadované krychelné pevnosti betonu. 3.10.1 Princip Podstatou zkoušky je zjištění zatížení potřebného k předepsanému stlačení hrubého pórovitého kameniva pístem ve válci. 3.10.2 Zkušební zařízení a pomůcky zkušební lis o rozsahu do 200 kn; zkušební válec s tlačným pístem (obrázek 3.8); skládá se z odnímatelného dna (A), dutého ocelového válce o 150 mm (B), vodícího prstence (C) a
dutého pístu (D). Na vnějším plášti pístu jsou ve vzdálenosti 20 mm od sebe vyryty dvě rysky (E). 3.10.3 Postup Pórovité kamenivo předem vysušíme při 105 C do ustálené hmotnosti. Vzorek kameniva volně nasypeme do zkušebního válce z výšky 100 mm od jeho horního okraje tak, aby po zarovnání kovovým pravítkem byl válec naplněn po tento okraj. Na válec nasadíme vodící prstenec a do něj vložíme píst, přičemž spodní ryska na pístu se musí krýt s horním okrajem vodícího prstence. Naplněný válec s pístem vložíme mezi tlačné desky zkušebního stroje. Horní čelist zkušebního lisu musí být provedena ve tvaru kulového kloubu, aby se píst ve válci nevzpříčil. Náplň pórovitého kameniva ve válci se působením zvolna vzrůstajícího zatížení stlačí o 20 mm. V okamžiku, kdy se horní ryska na pístu kryje s horním okrajem vodícího prstence, přečteme velikost zatížení na siloměrné stupnici stroje. ŘEZ POHLED D E C B A Obrázek 3.8 Zkušební válec 3.10.4 Měřené veličiny F je tlak při stlačení, v N; A je plocha pístu v mm 2 ; Odolnost proti drcení C a v N/mm 2 vypočteme ze vztahu F C a = (3.12) A 3.10.5 Vyhodnocení Výsledek zkoušky zaokrouhlete na 0,01 MPa. Kontrolní otázky 1. Jakými způsoby můžeme zjistit objemové hmotnosti kameniva? 2. Který z fyzikálních zákonů se používá u přesné metody zjišťování objemové hmotnosti kameniva? 3. Co udává mezerovitost kameniva? 4. Jaká zrna kameniva jsou z hlediska tvarového indexu nevhodná? - 25 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 Korespondenční úkol K/2 Do jaké výšky můžete naplnit přívěsný vozík o šířce 1,3 m, délce 1,6 m a nosnosti 400 kg volně sypaným pískem? Sypná hmotnost byla orientačně zjištěna v plechovce o objemu 2 litrů a hmotnosti 0,546 kg, která po naplnění pískem vážila 4,036 kg. (klíč: 1745 kg.m -3, 0,11 m) K/3 Kolik tun betonového recyklátu bude potřeba na vytvoření podkladní vrstvy o tloušťce 0,12 m na ploše 10 m 30 m, jestliže zkouškami byla zjištěna objemová hmotnost betonového recyklátu 2200 kg.m -3 a mezerovitost upravené vrstvy 27%. (klíč: 36 m 3, 1606 kg.m -3, 57,8 t) K/4 Hmotnost suchého vzorku keramzitu byla 395,25 g. Jaká je objemová hmotnost, vypočtená pomocí hydrostatického vážení, pokud víme, že nasákavost keramzitu je 28,6 % a hmotnost nasáklého kameniva při ponoření do vody 113,05 g? (klíč: 508,29 g, 1000 kg.m -3 ) K/5 Pomocí dvoučelisťového posuvného měřidla s poměrem čelistí 1 : 3 byl roztříděn vzorek kameniva. Určete hmotnostní podíl zrn o tvarovém indexu 3 a větším, jestliže jejich hmotnost byla 324 g a hmotnost zrn s tvarovým indexem menším než 3 byla 1026 g. (klíč: 24,0 %) 4 Zkoušení cementu 4.1 Cíle V této kapitole se seznámíte se zkouškami fyzikálně mechanických vlastností cementu stanovení dob tuhnutí, pevností v ohybu a pevností v tlaku 4.2 Doba potřebná ke studiu Časová náročnost této kapitoly je 150 min. Příklad 2.1 Pro potřeby cvičení zde uvádíme příklad nového značení cementu podle ČSN P ENV 197-1: CEM II / B-S 32,5 R je portlandský směsný cement (II), struskový (S), s obsahem strusky 21% až 35% (B), pevnostní třídy 32,5, s vysokou počáteční pevností (R).
4.3 Kaše normální hustoty (ČSN EN 196-3) 4.3.1 Podstata zkoušky Protože vlastnosti cementové kaše (směs cementu a vody) se výrazně mění s množstvím přidané vody a jemností mletí cementu, je třeba pro zkoušky tuhnutí a objemové stálosti nejprve připravit cement. kaši normální hustoty Definice Cementová kaše má normální hustotu, jestliže se váleček Vicatova přístroje po spuštění do prstence naplněného cementovou kaší zastaví ve vzdálenosti 6±1 mm nad podložkou Zjištění množství vody, potřebné pro dosažení normální hustoty, provedeme několika pokusy na cementových kaších s různým vodním součinitelem. Vodním součinitelem nazýváme hmotnostní poměr vody ku cementu. 4.3.2 Zkušební zařízení a pomůcky Vicatův přístroj, opatřený hustoměrným válečkem o průměru 10 mm, s účinnou délkou 50 mm a hmotností včetně pohyblivé části 300 g (obrázek 4.1); prstenec tvaru komolého kužele z tvrzené pryže, do něhož se ukládá cementová kaše; skleněná podložka pod širší základnu prstence o velikosti 120 120 (mm), tloušťky 4-5 mm; mísidlo se dvěma rychlostmi otáček metly podle ČSN EN 196-1; stěrka z pryže nebo jiné hmoty nereagující s cementem; technické váhy do 1000 g s citlivostí 1 g; nádobka na vážení cementu, odměrný válec na 500 ml, plechová lopatka. 4.3.3 Příprava zkoušky Vicatův přístroj (obrázek 4.1) osadíme hustoměrným válečkem a zkontrolujeme, zda nezadrhává pohyblivá tyčka (E). Hustoměrný váleček postavíme na podložní skleněnou destičku (D) a pohyblivou stupnici (B) posuneme do takové polohy, aby ukazatel (ryska na tyčce) splýval s hodnotou 0 na stupnici. Dále lehce potřeme vazelinou nebo olejem skleněnou podložku a vnitřní stěnu kuželového prstence (C). Obrázek 4.1 Vicatův přístroj Pro zkoušku navážíme 500 g cementu s přesností na 1 g. Zvolené množství vody (obvykle v intervalu 23% až 30% z hmotnosti cementu) odměříme od- - 27 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 měrným válcem nebo navážíme. Ke zkoušce má být použita voda destilovaná nebo deionizovaná. Pokud se používá jakákoliv jiná voda, je nutné prokázat, že je s ní dosahováno stejných výsledků. 4.3.4 Provedení zkoušky Do míchací nádoby nalijeme nejprve vodu a do ní opatrně vsypeme cement, aby nedošlo ke ztrátám. Doba, po kterou vsypáváme cement do vody, musí být delší než 5 s, ale nesmí překročit 10 s. Okamžik ukončení přidání cementu do vody je výchozí hodnotou pro měření času. Poté zvedneme míchací nádobu do pracovní polohy a zařízení uvedeme do chodu. Míchání se provádí pomalými otáčkami metly (140 ot/min) po dobu 90 s, pak se míchání na 15 s zastaví, abychom mohli setřít ulpělou kaši ze stěn nádoby. Domíchání se provede opět nízkou rychlostí otáček metly (140 ot/min) po dobu dalších 90 s. Celková doba míchání je 3 min. Po skončení míchání ihned naplníme prstenec s podložkou cementovou kaší s mírným přebytkem bez zbytečného hutnění. Povrch cementové kaše zarovnáme s okrajem prstence tak, aby byl hladký. Ihned po uhlazení cementové kaše postavíme Vicatův prstenec na podložce středem pod hustoměrný váleček, který nastavíme tak, aby byl ve styku s povrchem cementové kaše. V této poloze jej podržíme po dobu 1 až 2 s. Nato uvolníme pohyblivou část a hustoměrný váleček necháme vnikat svisle do středu cementové kaše. Zkouška normální hustoty musí být provedena do 4 minut po ukončení sypání cementu do vody. Na stupnici odečteme hloubku vniknutí tehdy, když hustoměrný váleček již nevniká hlouběji do cementové kaše, nejpozději však po 30 s. 4.3.5 Vyhodnocení Cementová kaše má normální hustotu, jestliže vzdálenost mezi podložkou a spodní plochou hustoměrného válečku je (6±1) mm (obrázek 4.2). Pokud není podmínka splněna, připravíme novou kaši s jiným (menším nebo větším) množstvím vody a zkoušku opakujeme tak dlouho (vždy s novou kaší), až váleček vnikne do požadované hloubky. Množství vody, s nímž bylo dosaženo normální hustoty, vyjádříme v % hmotnosti cementu se zaokrouhlením na 0,5%. Pokud se ve cvičení nepodaří na poprvé dosáhnout požadované hodnoty, nemíchejte kaši znovu, pouze napište množství vody v % a dosaženou vzdálenost válečku od podložky. Obrázek 4.2 Stanovení kaše normální hustoty
4.4 Stanovení dob tuhnutí (ČSN EN 196-3) 4.4.1 Podstata zkoušky Ke zkoušce rovněž používáme Vicatův přístroj, ale hustoměrný váleček nahradíme ocelovou jehlou. Doby tuhnutí (počátek a konec) se zjišťují na kaši normální hustoty. Za dobu tuhnutí je považován časový úsek, po němž jehla vnikne do stanovené hloubky cementové kaše normální hustoty 4.4.2 Zkušební zařízení a pomůcky stejné jako u stanovení kaše normální hustoty; navíc jehla pro stanovení počátku tuhnutí o průměru 1,13 mm, účinné délce 50 mm při celkové hmotnosti pohyblivé části 300 g; jehla s nástavcem pro stanovení konce tuhnutí. 4.4.3 Stanovení počátku tuhnutí Definice Počátkem tuhnutí se rozumí doba, která uplyne od vsypání cementu do vody až po okamžik, kdy vzdálenost mezi jehlou Vicatova přístroje a skleněnou podložkou činí (4±1) mm (obrázek 4.3). Nastavení stupnice do nulové polohy je stejné jako v případě použití válečku. Počátek tuhnutí stanovíme na stejném vzorku cementové kaše ve vhodně zvolených intervalech (např. 10 min.) a na vhodných místech vzdálených nejméně 10 mm od okraje prstence a 10 mm od posledního vpichu. Hloubku vpichu odečítáme tehdy, když jehla nevniká hlouběji do cementové kaše, nejpozději do 30 s. Po každém vpichu Vicatovu jehlu očistíme. Obrázek 4.3 Stanovení počátku tuhnutí - 29 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 4.4.4 Vyhodnocení Z individuálních zadání ve formě grafických záznamů průběhu tuhnutí odečtěte 1) okamžik přidání cementu do vody; 2) okamžik, kdy se jehla zastavila (4±1) mm nad podložkou; 3) okamžik, kdy jehla vnikla pouze 0,5 mm pod povrch vzorku. Počátek tuhnutí v minutách porovnejte s požadavky ČSN P ENV 197-1 (viz. tabulka 4.1), konec tuhnutí má nastat do 12 h (tato hodnota je pouze doporučená). Tabulka 4.1 Mechanické a fyzikální požadavky podle ČSN P ENV 197-1 4.5 Výroba zkušebních těles pro zkoušky pevnosti (ČSN EN 196-1) Ačkoliv se zkouška nazývá stanovení pevnosti cementu, ve skutečnosti zkoušíme schopnost cementu vázat kamenivo po přidání vody. Ke zkoušce, která se skládá ze stanovení pevnosti v ohybu a pevnosti v tlaku, používáme vždy 3 kusů trámečků o rozměrech 40 40 160 (mm), které jsou vyrobeny z jedné záměsi speciální cementové malty plastické konzistence, tedy nikoliv z kaše normální hustoty! 4.5.1 Zkušební zařízení a pomůcky mísidlo cementové malty podle ČSN EN 196-1; trojforma ke zhotovení 3 ks trámečků o rozměrech 40 40 160 (mm); normový písek CEN; zhutňovací stolek s nástavcem podle ČSN EN 196-1; velká a malá stěrka, rovné kovové pravítko.
4.5.2 Výroba zkušebních těles Podle ČSN EN 196-1 se pro výrobu zkušebních těles používají standardní písky CEN, jejichž vlastnosti jsou podrobně popsány v [2]. Každá záměs pro výrobu 3 ks zkušebních těles obsahuje 1 díl cementu (450 g), 3 díly standartního písku (3 450 g, celkem 1350 g) a 1/2 dílu vody (225 g) - viz. obr. 4.6; vodní součinitel v/c = 0,5. Cement, písek i voda musí mít laboratorní teplotu. cement normový písek voda + + 450 g 3 450 g = 1350 g 225 g = malta pro výrobu 3 ks Obrázek 4.2 Složky pro výrobu normové cementové malty Maltu připravujeme strojním mícháním, podrobný popis zařízení je uveden v [2]. Každou záměs připravujeme následujícím způsobem: do nádoby vlijeme vodu a přidáme cement; spustíme míchání nízkou rychlostí; po 30 s plynule přisypeme písek v průběhu následujících 30 s (používámeli písek v oddělených frakcích, přisypáváme samostatně stanovená množství jednotlivých frakcí, počínaje hrubou); poté mícháme 30 s vysokou rychlostí; míchačku zastavíme na 90 s; během prvních 15 s pomocí gumové stěrky setřeme všechnu maltu ulpělou na stěnách nádoby a umístíme ji do středu nádoby; v míchání pokračujeme 60 s vysokou rychlostí. Časový program pro jednotlivé úseky míchání musí být dodržen s přesností na ±1 s. Formu upevníme na zhutňovací stolek. Bezprostředně po ukončení míchání naplníme jednotlivé díly formy s nasazeným nástavcem množstvím cca 300 g malty. Maltu rovnoměrně rozprostřeme a pak hutníme první vrstvu 60 rázy. Po zhutnění první vrstvy formu rovnoměrně naplníme zbývající maltou, v každém dílu ji rozprostřeme a zhutníme dalšími 60 rázy. Formu opatrně sejmeme se stolku a odstraníme nástavec. Přebytečnou maltu setřeme svisle postaveným kovovým pravítkem pilovitým pohybem, který vedeme jedenkrát v každém směru. Povrch zkušebního tělesa uhladíme stejným pravítkem, drženým na plocho. Setřením odstraníme zbytky malty. Tělesa ve formě označíme pro pozdější identifikaci. 4.5.3 Uložení zkušebních těles Na formu položíme desku o rozměrech 210 185 (mm) a tloušťce 6 mm ze skla nebo jiného nepropustného materiálu. Každou označenou a pokrytou formu umístíme do vlhkého prostoru a uložíme na vodorovnou podložku. - 31 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 4.6 Pevnost v ohybu 4.6.1 Princip zkoušky Cílem zkoušky je zjistit tahové napětí vyvolané ohybovým momentem při porušení vzorku. Těleso se zatěžuje jedním břemenem v polovině rozpětí. 4.6.2 Zkušební zařízení a pomůcky zkušební lis s rozsahem do 10 kn nebo Michaelisův přístroj; zatěžovací přípravek sestávající ze dvou válcových podpěr vzdálených od sebe 100 mm a jednoho zatěžovacího válce - viz obrázek 4.5. 4.6.3 Postup zkoušky 10 40 10 10 30 100 30 160 a Obrázek 4.4 Uspořádání ohybové zkoušky Zkušební těleso uložíme na válcové podpěry zkušebního stroje na jednu z bočních ploch tak, že jeho podélná osa je k válcovým podpěrám kolmá. Zatížení se zvyšuje rovnoměrnou rychlostí (50±10) N/s až do zlomení. Pro výpočet pevnosti v ohybu musíme znát pojmy ohybový moment a průřezový modul, které však budou vysvětleny později v předmětu Pružnost a plasticita. Proto jsou v tabulce 4.2 pro potřeby výpočtů uvedeny vybrané případy ohybového namáhání s hodnotami ohybového momentu a modulu průřezu - viz. též [1, str. 19]. 4.6.4 Měřené veličiny a výpočet Pevnost v ohybu R f v N/mm 2 počítáme jako mezní hodnotu napětí v ohybu (tabulka 4.2) podle vzorce Schéma zatížení Max. ohybový moment [kn.m] Tvar průřezu Průřezový modul [mm 3 ]
F l/2 l/2 F/2 F/2 l M = F l 2 2 b h w= 1 2 bh 6 F/2 F/2 x l-2x x F/2 F/2 l M = F x 2 d w = π d 32 3 R Tab. 4.2 Vybrané hodnoty ohybového momentu a modulu průřezu f M F f l 4 1,5 F f l = = = (4.1) 2 3 W b h 6 b b=h je délka boční strany průřezu trámečku, v mm; F f je lomové zatížení, vynaložené na střed trámečku, v N; l je vzdálenost válcových podpěr, v mm; Použijeme-li ke zlomení trámečku Michaelisova přístroje s brokovou zátěží a pákovým převodem 1:50 (obrázek 4.6), vypočteme lomové zatížení F f v N podle vzorce Ff = 50 m g (4.2) m je hmotnost nádoby s broky v kg; g = 9,80665 m/s 2 je tíhové zrychlení Obrázek 4.5 Schéma Michaelisova přístroje Po dosazení F f a všech konstant do rovnice 4.1 získáme pro výpočet R f v N/mm 2 zjednodušený vzorec M 1, 5 50 m g l 1, 5 50 m 9, 80665 100 Rf = = 3 = 3 = 1149, m (4.3) W b 40 Pozor, toto zjednodušení platí pouze pro ohybové zkoušky trámečků o rozměrech 40 40 160 (mm) pomocí Michaelisova přístroje s převodem 1:50 a nastavenou vzdáleností podpěr 100 mm! 4.6.5 Vyhodnocení Výsledkem zkoušky je aritmetický průměr ze tří pevností v ohybu, zaokrouhlený na 0,1 N/mm 2. - 33 (48) -
Stavební látky - laboratorní cvičení 1 4.7 Pevnost v tlaku Pevnost v tlaku cementu zjišťujeme na zlomcích normových trámečků po zkoušce pevnosti v ohybu. 4.7.1 Zkušební zařízení a pomůcky zkušební lis o vhodném pracovním rozsahu (v našem případě do 200 kn); přípravek do zkušebního stroje. 4.7.2 Postup Poloviny trámečků vložíme bočními plochami (kolmo na směr hutnění) mezi pomocné ocelové destičky, které přesně vymezují velikost tlačné plochy nepravidelného zlomku. Podle EN 196-1 jsou rozměry destiček z tvrzené oceli 40 40 (mm) a tloušťka minimálně 10 mm. Vzájemná poloha horní a dolní destičky musí být během zkoušky stálá, výslednice zatížení musí procházet středem zkušebního tělesa. Zkušební stroj musí mít možnost nastavení na vhodný pracovní rozsah, rychlost zatěžování by měla ležet v rozmezí (2400±200) N/s. Pro splnění parametrů předepsaných normou ČSN EN 196-1 můžeme ke zkoušce použít speciální přípravek s kulovým uložením horní tlačené destičky. Schéma uspořádání zkoušky v tlaku podle ČSN EN 196-1 je znázorněno na obrázku 4.7. Obrázek 4.6 Přípravek pro zkoušku cementu v tlaku Legenda k obrázku 4.7 1 Kuličkové ložisko 2 Pohyblivá část 3 Vratná pružina 4 Kulové uložení zkušebního stroje 5 Horní tlačná deska stroje 6 Kulové uložení přípravku 7 Horní tlačná deska přípravku 8 Zkušební těleso 9 Dolní tlačná deska pří pravku 10 Spodní deska přípravku 11 Spodní deska zkušeb. stroje 4.7.3 Měřené veličiny a výpočet F c je nejvyšší zatížení při porušení, v N; A je plocha tlačných destiček v mm 2. Pevnost v tlaku R c v N/mm 2 vypočteme podle vzorce