Vlastnosti ů vedoucí práce Adéla Peterová, A07d, linka 4243 Teoretický úvod Cementy jsou v současnosti nejpoužívanějším pojivem ve stavebnictví. Patří mezi hydraulická pojiva. Cement je jemně mletá anorganická látka, která po smíchání s vodou vytváří kaši. Po zatvrdnutí zachovává svoji pevnost a stálost také ve vodě. Cementy mají schopnost pojit jiné sypké látky v pevnou hmotu např. beton. Cementy vznikají drcením, mletím a homogenizací surovin vhodného složení (vápence, slínovce) a následným výpalem připravené surovinové směsi nad mez slinutí (teplota výpalu je zhruba 1450 C). Tím se vyrobí slínek, který se po ochlazení a odležení rozemele s přísadami a příměsemi (sádrovcem, struskou, popílkem) na jemnou moučku výsledného produktu u. Obrázek 1 Zjednodušené technologické schéma výroby u. (http://www.hornictvi.info/techpam/kdc/1.htm) Cementy se skládají z různých mineralogických složek (křemičitanů, hlinitanů a železohlinitanů vápenatých). Podle chemického hlediska (převažující aktivní složky) rozdělujeme y do tří skupin: křemičitanové (silikátové) y, s převahou křemičitanů vápenatých portlandské a směsné y; hlinitanové (aluminátové) y, s převahou hlinitanů vápenatých; speciální ostatní, železitanové, barnaté,.... Při použití dalších hydraulických přísad se y dělí na: jednosložkové bez přísad, portlandské, hlinitanové; dvojsložkové struskoportlandské, pucolánové; vícesložkové. -1-
Klasifikace ů CEM I portlandský CEM II portlandský směsný CEM III vysokopecní CEM IV pucolánový CEM V směsný Účinnými hydraulickými složkami ů jsou sloučeniny CaO s SiO2, Al2O3 a Fe2O3, popřípadě jiné sloučeniny podobného typu. Celkový obsah aktivního oxidu vápenatého (CaO) a aktivního oxidu křemičitého (SiO2) musí být v u CEM nejméně 50 % hmotnosti. Pevnostní třída ů hodnoty 32,5; 42,5 a 52,5 značí dosaženou minimální pevnost v tlaku normovaných trámků 4 4 16 cm po 28 dnech v MPa; označení R značí vysokou počáteční pevnost. Při výrobě a užití ů je nutné provádět předepsaná stanovení vlastností ů. Tato kontrola je nutná u výrobce (árny), protože ten ručí za kvalitu vyráběného u. Dál je tato kontrola nutná u uživatele (výrobce stavebních hmot, protože ten ručí za bezpečnost stavby. V průběhu doby se systém hodnocení vlastností ů ustálil na souboru stanovení, která jsou zahrnuta do závazných normových předpisů. Tyto normové předpisy jsou v podstatě stejné po celém světě jen s malými odchylkami. Tato stanovení zahrnují: chemický rozbor ů ČSN EN 196-2; stanovení hustoty u pyknometrickou metodou ČSN EN 196-6; stanovení měrného povrchu u propustnou metodou ČSN EN 196-6; stanovení normální hustoty u a jeho tuhnutí ČSN EN 196-3; stanovení objemové stálosti u ČSN EN 196-3; stanovení pevnosti u ČSN EN 196-1; stanovení hydratačního tepla ČSN EN 196-8 a ČSN EN 196-9. V rámci dalšího hodnocení je nutné v místě užití provádět další komplexní zkoušky betonů (směs u, vody, drobného a hrubého kameniva), která zahrnují zkoušky pevnosti vůči agresivnímu prostředí, smrštění při vysychání a další. -2-
V rámci našeho laboratorního cvičení budou z časových důvodů provedeny jen některé zkoušky u: stanovení hustoty stanovení hustoty u pyknometrickou metodou; stanovení jemnosti mletí měřením měrného povrchu u. Určení měrné hmotnosti u Cíl práce s teorií Stanovte měrnou hmotnost (hustotu) u pyknometrickou metodou. Stanovení pomocí pyknometrů spočívá na určení hmotnosti známého objemu. V laboratorní práci budete stanovovat práškovou látku, která reaguje s vodou. Proto je nutné použít nevodnou kapalinu, která nereaguje s em, a pyknometr musíte plnit pod vakuem, aby se odstranil vzduch ze vzorku. Měrná hmotnost u je definována jako hmotnost suchého u bez pórů a dutin na 1 cm 3 vyjádřená v g cm 3. Měrná hmotnost u se pohybuje mezi 3,0 3,2 g cm 3. Postup práce 1) Zvažte čistý a suchý pyknometr (i se zátkou) s přesností na 0,001 g. Naplňte jej převařenou destilovanou vodou tak, aby v pyknometru nezůstaly žádné vzduchové bubliny. Protože objem kapalin se mění v závislosti na teplotě, musíte pyknometr temperovat v termostatu. V našem případě ho vytemperujte na 20 C. Kapalinu, která vystoupila z kapiláry zátky, odsajte čistým filtračním papírem. Po vyndání pyknometru z lázně termostatu ho osušte a zvažte. Vypočítejte objem pyknometru pomocí známé hustoty měřené kapaliny při dané teplotě. Stanovení objemu pyknometru proveďte třikrát. 2) Podobným způsobem stanovte hustotu kapaliny nereagující s em. V našem případě stanovte hustotu petroleje. Pro měření může použít i lakový benzín. 3) Zvažte čistý a suchý pyknometr, u kterého znáte objem, a nasypte do něj do výše 1 cm a znovu zvažte. Z rozdílu obou hodnot vypočtěte hmotnost navážky u s přesností na 0,001 g. Poté umístěte pyknometr s em do exsikátoru a pomocí membránové vývěvy zalijte petrolejem tak, aby hladina kapaliny sahala cca 5 mm nad. Tím odstraníte vzduchové bubliny. Poté pyknometr vyndejte a doplňte petrolej do celého objemu pyknometru. Po 30 minutách temperování při 20 C pyknometr osušte a zvažte. Stanovení proveďte na pěti pyknometrech. Výsledek vyjádřete v kg m 3 jako aritmetický průměr nejbližších výsledků s přesností na 0,001 g cm 3. ρ = m + m m pyknometr+ petrolej -3- ρ petrolej,20 C m pyknometr+ petrolej+
Stanovení jemnosti mletí u Cíl práce s teorií Stanovte jemnost mletí u podle normy ČSN EN 196-6, která uvádí dvě metody měření: prosévací metodu slouží pouze ke stanovení hrubých částic u a je vhodná především pro kontrolu a řízení výroby; permeabilní metodu podle Blaina měří se měrný povrch u. Měrný povrch uvádíme v jednotkách m 2 kg-1 s přesností na jednotky. Měrný povrch portlandského u je obvykle větší než 225 m 2 kg 1. U běžných ů je tento povrch v rozmezí 280 350 m 2 kg 1, u vysokohodnotných a speciálních ů může překročit hodnotu 400 m 2 kg 1. Prosévací metoda Jemnost mletí se stanovuje proséváním na normalizovaných sítech. Určí se obsah zrn u, jejichž zrnitost je větší než daný rozměr síta s velikostí oka 90 µm. Váží se hmotnost zádrže na sítu. Tento postup nám dává obraz o obsahu nejhrubších částic a tímto způsobem nelze získat tento informace o obsahu nejjemnějších částic u či o složení jednotlivých frakcí. Permeabilní metoda podle Blaina Jemnost mletí u se vyjadřuje jako měrný povrch, vypočtený z času, který je potřebný pro průtok určitého množství vzduchu zhutněným ovým lůžkem dané velikosti a porozity. Počet a velikost pórů v daném ovém lůžku je ovlivněn velikostí a rozložením zrn u a je jimi ovlivněna doba nutná pro průchod vzduchu. Je to metodika srovnávací, tudíž je pro kalibraci přístroje nutný referenční materiál se známým měrným povrchem. Měření se provádí na Blainově přístroji (Obrázek 2). Ten se skládá ze dvou částí: válcové ocelové komůrky s přesně zabroušeným a osazeným pístem a měřící manometrické trubice. Obě části jsou propojeny zábrusem. Komůrka má vyjímatelnou dírkovanou destičku, na níž se vytvoří vrstva vzorku. Měřící komůrka je umístěna na manometrické trubici, která je naplněná parafinovým olejem. Kohout v horní části trubice slouží k vytvoření podtlaku v celém systému. Obrázek 2 Blainův přístroj -4-
Postup práce permeabilní metoda podle Blaina 1) Před vlastním měřením stanovte hustotu vzorku pyknometrickou metodou. 2) Vypočítejte potřebné množství u potřebného k přípravě ového lůžka. m = V ( 1 e) ρ V... objem lůžka daného přístroje roven 1,855 cm 3 e... pórovitost vzorku za daných podmínek 0,500 ϕ... hustota u stanovená pomocí pyknometru [g cm 3 ] 3) Na děrované dno komůrky vložte vyříznuté kolečko z filtračního papíru, aby zcela pokryl děrovaný kotouček. Odvážené množství u bez střásání vsypte do komůrky. Na urovnaný se uloží další vyříznuté kolečko z filtračního papíru. Pístem opatrně stlačte dolů, až se spodní strana pístu dotkne tělesa komůrky. Vysuňte píst o 5 mm a pootočte s ním o 90 a znovu pevně dotlačte na ové lůžko, až se píst dotkne tělesa komůrky. Cementové lůžko je nyní zpevněno a připraveno ke zkoušení. Píst pomalu vysuňte. 4) Kuželovou část průtokové komůrky nasaďte do kuželového hrdla na horní straně manometru, které případně lehce namažte tukem, aby bylo zajištěno vzduchotěsné spojení. Při tom dbejte, aby se neporušilo ové lůžko. Otevřete kohout a vysátím vzduchu natáhněte kapalinu k horní značce. Kohout uzavřete. Hladina kapaliny začne klesat. Jakmile meniskus kapaliny dosáhne druhé značky, spusťte stopky a vypněte je v okamžiku, kdy meniskus dosáhne třetí značky. Měření opakujte 5 na stejném ovém lůžku. 5) Stanovte druhý vzorek téhož u podle stejného postupu. 6) Vypočítejte měrný povrch u. 3 K e t S = ρ (1 e) 10 η S... měrný povrch u [cm 2 g 1 ] K... konstanta přístroje rovna 24,844 Pa cm 1 e... porozita ového lůžka za daných podmínek 0,500 t... naměřený čas [s] ϕ... měrná hmotnost u [g cm 3 ] η... viskozita vzduchu při teplotě měření [Pa s] Tabulka 1 Hodnoty viskozity vzduchu uvedené v ČSN EN 196-6. teplota [ C] 20 21 22 23 24 viskozita vzduchu [ 10 6 Pa s] 18,19 18,24 18,29 18,34 18,39 7) Výsledek vyjádřete v m 2 kg 1 jako aritmetický průměr nejbližších výsledků s přesností na 10 cm 2 g 1. -5-
Protokol z práce musí obsahovat jméno, kruh a datum práce cíl práce použité materiály a pomůcky postup práce vzorce, které jste použili při výpočtech tabulky naměřených a vypočtených hodnot se směrodatnými odchylkami správně vypočtenou měrnou hmotnost v kg m 3 s přesností na 0,001 g cm 3 správně vypočtený měrný povrch v m 2 kg 1 s přesností na 10 cm2 g 1 závěr práce se shrnutými výsledky Jinak protokol nebude akceptován. -6-