авторефераты диссертаций БЕСПЛАТНАЯ БИБЛИОТЕКА РОССИИ

КОНФЕРЕНЦИИ, КНИГИ, ПОСОБИЯ, НАУЧНЫЕ ИЗДАНИЯ

<< ГЛАВНАЯ
АГРОИНЖЕНЕРИЯ
АСТРОНОМИЯ
БЕЗОПАСНОСТЬ
БИОЛОГИЯ
ЗЕМЛЯ
ИНФОРМАТИКА
ИСКУССТВОВЕДЕНИЕ
ИСТОРИЯ
КУЛЬТУРОЛОГИЯ
МАШИНОСТРОЕНИЕ
МЕДИЦИНА
МЕТАЛЛУРГИЯ
МЕХАНИКА
ПЕДАГОГИКА
ПОЛИТИКА
ПРИБОРОСТРОЕНИЕ
ПРОДОВОЛЬСТВИЕ
ПСИХОЛОГИЯ
РАДИОТЕХНИКА
СЕЛЬСКОЕ ХОЗЯЙСТВО
СОЦИОЛОГИЯ
СТРОИТЕЛЬСТВО
ТЕХНИЧЕСКИЕ НАУКИ
ТРАНСПОРТ
ФАРМАЦЕВТИКА
ФИЗИКА
ФИЗИОЛОГИЯ
ФИЛОЛОГИЯ
ФИЛОСОФИЯ
ХИМИЯ
ЭКОНОМИКА
ЭЛЕКТРОТЕХНИКА
ЭНЕРГЕТИКА
ЮРИСПРУДЕНЦИЯ
ЯЗЫКОЗНАНИЕ
РАЗНОЕ
КОНТАКТЫ


Pages:     | 1 || 3 | 4 |

«.. к но.Е. Минюк Д.. а ня С И ЕЛЬ Е МА Е ИАЛ ЕДЕ ИЕ. ЛА А ...»

-- [ Страница 2 ] --

Сорбция – явление поглощения одного вещества объемом (абсорбция) или поверх ностью (адсорбция) другого вещества. Капиллярная конденсация – явление конденсации паров поглощаемого вещества в порах сорбента.

В порах строительного материала происходит конденсация паров при давлениях меньших, чем давление насыщенного пара над плоской поверхностью. Этот процесс, получивший название капиллярной конденсации, объясняется зависимостью давления насыщенного пара от кривизны поверхности жидкости:

1 1 (6.1) pr = p exp ± m +, RT r1 r где рr – давление насыщенного пара над искривленной поверхностью с главными радиусами кривизны r1 и r2;

p – давление насыщенного пара над плоской поверхностью;

(+) – относится к выпуклой поверхности, (–) – к вогнутой.

Если вещество-адсорбтив смачивает поверхность сорбента, то при образовании полимолекулярного слоя адсорбата на стенках пор возникает искривленная (вогнутая) поверхность раздела жидкость-пар, давление насыщенного пара над которой меньше, чем над плоской поверхностью. По этой причине при заданном давлении р в гидрофильном пористом материале пар конденсируется до заполнения всех пор радиусом k m (6.2) r, RT ln ( p / pr ) где k = 2 для сферической поверхности жидкость-пар ( r1 = r2);

k = 1 для цилиндрической поверхности ( r1 = радиусу капилляра r, r2 = ).

При заданных постоянных температуре и давлении устанавливается равновесие, которому соответствует определенная величина удельной адсорбции паров воды a.

Удельную адсорбцию паров воды пористыми материалами называют сорбционной влажностью материала Wc.

m H 2O = 100%, (6.3) mадсорбента m H 2O WC = 100%, (6.4) mсорбента где m H2O – масса воды, поглощенной навеской сорбента;

mадсорбента – масса навески адсорбента (обезвоженного).

• 1 • Лабораторная работа № Физико-химический параметр Wc не характеризует эксплуатационную влажность (Wэ) строительных материалов в различных изделиях. Улучшение эксплуатационных свойств бетонов достигается при WэWc, что может быть обеспечено, например, за счет гидрофобизации изделий.

Рис. 1. Фрагмент перлитоцементного изделия с объемной гидрофобизацией (жидкость – окрашенная вода) Метод определения сорбционной влажности строительных материалов (ячеистого бетона и др.) представляет собой статический весовой метод определения удельной аб(ад)сорбции газов и паров.

Статическим методом исследуется сорбция газов и паров из замкнутого объема, в котором предварительно создается определенное давление насыщенного пара по глощаемого вещества. Наиболее широко этот метод используется при исследовании адсорб ции паров воды на поверхности твердых тел, так как определенное, заданное давление паров воды легко создать в термостатируемом замкнутом сосуде (эксикаторе), поместив в него насыщенный раствор какого-либо нелетучего вещества, например неорганической соли.

Эксикатор – емкость из толстостенного стекла с плотно закрывающейся крышкой (шлиф), состоящая из двух частей, разделенных фарфоровой пластиной с отверстиями (рис. 2).

В нижнюю часть объема эксикатора, отделенную от остального объема фарфоровой пластиной, помещается насыщенный водный раствор нелетучей неорганической соли. При закрытой крышке эксикатора внутри устанавливается равновесие H2O(раствор) H2O(воздух), которому соответствует определенная величина давления насыщенного пара воды и опре деленная величина относительной влажности воздуха в эксикаторе (при температуре Т ).

Рис. 2. Схема заполнения эксикатора • 2 • Определение сорбционной влажности строительных материалов В табл. 1 приведен перечень солей и соответствующие значения относительной влажности воздуха в газовой фазе над насыщенным раствором в термостатируемом замкнутом сосуде при температуре 20±2 °С.

Таблица Рекомендуемые растворы для исследования сорбционной влажности материалов эксикаторным методом Относительная влажность Соль (насыщенный раствор) воздуха в эксикаторе, % 33,5 магния хлорид 54,5 магния нитрат 66,0 натрия нитрат 75,5 натрия хлорид 86,5 калия хлорид 95,0 натрия гидрофосфат 97,0 калия сульфат При определении сорбционной влажности исследуемый образец (около 1 г), пред варительно обезвоженный термообработкой, помещают в стеклянном стаканчике или бюксе с открытой крышкой в эксикатор и выдерживают в нем до постоянной массы.

Удельную адсорбцию рассчитывают как изменение массы адсорбента, отнесенное к массе обезвоженной навески.

Сорбционную влажность материала определяют испытанием трех образцов (фраг ментов) произвольной формы, отколотых из середины изделия, подлежащего испытанию.

Отпиливать и шлифовать образцы в виде ровных кубов не рекомендуется.

Выполнение работы.

1) Высушить 3 бюкса (или 3 стеклянных стаканчика) до постоянной массы при температуре 105 °С. Массу бюксов считать постоянной, если разница результатов двух последующих взвешиваний будет не более 0,001 г.

mбюкса, г – масса сухого чистого бюкса.

2) В бюксы поместить навески исследуемого материала (ячеистый бетон и др.) каждая массой около 1г. Бюксы с открытой крышкой поставить в сушильный шкаф при температуре 105 °С для обезвоживания образцов.

3) После сушки в течение 10 –15 мин образцы в стаканчиках поставить в эксикатор с безводным хлористым кальцием, охлаждать в течение 30 мин, после чего взвесить. Повто рить сушку образцов (п. 2) до постоянной массы. Высушивание до постоянной массы считать законченным, когда два последовательных взвешивания дают одинаковые результаты или масса образца начинает увеличиваться.

mо, г – масса бюкса с обезвоженным образцом.

4) Высушенные образцы исследуемого материала в бюксах с открытой крышкой (стаканчиках) поместить в эксикаторы над насыщенными растворами различных солей, поддерживающими заданную относительную влажность воздуха при комнатной темпера туре (около 20 °С). Бюксы с образцами размещаются в эксикаторе на фарфоровой вставке так, чтобы их дно не соприкасалось с раствором.

5) Бюксы с образцами периодически достают из эксикатора, закрывают крышками, взвешивают до достижения постоянной массы. Процесс сорбции считать законченным, когда два последующих взвешивания дадут одинаковые результаты или масса образца начнет уменьшаться.

m1, г – масса бюкса с влажным образцом.

•  • Лабораторная работа № 6) Рассчитать сорбционную влажность материала для каждого образца по формуле:

m1 m WC = 100%. (6.5) m0 mбюкса Сорбционную влажность материала вычислить как среднее арифметическое значение результатов испытания трех образцов. Результаты внести в табл.:

Исследуемый mбюкса, г mо, г m1, г Wc, % материал Нормативные документы и литература 1. ГОСТ 24816. Материалы строительные. Метод определения сорбционной влаж ности.

2. ГОСТ 12852.6. Бетон ячеистый. Метод определения сорбционной влажности.

3. Практикум по коллоидной химии / В.И. Баранова [и др.]. – М.: Высш. шк.,1983. – 216 с.

4. Фролов Ю.Г. Курс коллоидной химии / Ю.Г. Фролов. – М.: Химия, 1982. – 345 с.

5. Лабораторные работы и задачи по коллоидной химии / под ред. проф. Ю.Г. Фролова и доц. А.С. Гродского. – М.: Химия, 1986. – 216 с.

Контрольные вопросы 1. Дайте определение понятиям «сорбция», «адсорбция», «капиллярная кон денсация».

2. Применительно к каким адсорбентам адсорбция описывается теорией капиллярной конденсации? Каковы исходные положения этой теории?

3. Дайте определение понятиям «удельная адсорбция материала», «сорбционная влажность материала».

4. Поясните сущность эксикаторного метода определения сорбционной влажности материала.

5. Поясните взаимосвязь сорбционной влажности с эксплуатационными свойствами строительных материалов на примере ячеистого бетона.

•  • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ОПРЕДЕЛЕНИЕ УСАДКИ ПРИ ВЫСЫХАНИИ КОНСТРУКЦИОННО-ТЕПЛОИЗОЛЯЦИОННЫХ ЯЧЕИСТЫХ БЕТОНОВ Цель работы: изучить методику определения усадки при высыхании конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов.

Качество изделий из конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов опреде ляется и уровнем значений усадки.

Усадка как физико-химический процесс заключается в том, что деформация цемен тирующей силикатной матрицы происходит не вследствие наличия внешнего силового воздействия, а является результатом достаточно длительных процессов превращения клин керных и других фаз в кристаллогидратные соединения в среде с определенным газовым составом.

В общем случае усадка сопровождается уменьшением содержания воды и общей структурной перестройкой цементного бетона (см., например, СНБ 5.03.01-02, СТБ EN 680 2008 «Определение усадки автоклавного ячеистого бетона»).

Вследствие малого содержания гелеобразной составляющей новообразования авто клавного происхождения подвержены усадке и набуханию в меньшей степени, чем продукты гидролиза и гидратации минералов клинкера.

Процесс усадки является разрушительным в строительных изделиях некоторого макси мального (критического) размера. При этом образуются усадочные трещины (концентраторы напряжений в материале) критического уровня. Скорость процесса усадки существенно зависит от температуры среды эксплуатации.

Сущность методики определения усадки при высыхании конструкционно-тепло изоляционных бетонов заключается в определении изменения длины образца бетона при изменении его влажности от 35 до 5 %.

1. Средства измерений, испытательное оборудование и материалы:

• штатив с индикатором часового типа ИЧ-100 по ГОСТ 577 (с ценой деления 0,01 мм и ходом штока 10 мм;

погрешность определения изменения длины образцов — ±0,005 мм).

Схема испытаний приведена на рисунке А.1;

• весы лабораторные по ГОСТ 24104 с погрешностью взвешивания ±0,01 г;

• шкаф сушильный лабораторный типа СНОЛ, обеспечивающий поддержание тем пературы (105±5) °С;

• эксикатор по ГОСТ 25336;

• ванна с крышкой, нагревателем и терморегулятором или без них с условием обес печения постоянной температуры воды (20±2) °С;

• карбонат калия безводный по ГОСТ 4221;

• репер из нержавеющей стали (квадратная пластина толщиной 1,0 – 1,5 мм с длиной ребра (10±2) мм и отверстием диаметром (1,5±0,2) мм в центре);

• штангенциркуль по ГОСТ 166 с погрешностью измерения ±0,05 мм;

• эпоксидный клей или другое клеящее вещество, обеспечивающее равную прочность контакта образца с репером.

2. Схема испытаний Схема испытаний представлена на рис. 1.

•  • Лабораторная работа № Рис. 1. Схема испытаний при определении усадки при высыхании:

1 – штатив;

2 – конусообразный выступ;

3 – индикатор В помещении для проведения испытаний должна быть температура (20±2) °С и относи тельная влажность воздуха (50±15) %.

Усадку при высыхании бетона определяют испытанием трех образцов-призм раз мерами 4040160 мм. Отклонения линейных размеров образцов от номинальных не должны превышать ±1 мм.

Образцы выпиливают из конструкции или из неармированного контрольного блока (длина и ширина которого – не менее 40 см, высота – равна высоте конструкции), изго товленного одновременно с конструкцией из его средней части таким образом, чтобы торцевые грани образцов были параллельны его заливке, а расстояние до краев конструк ции – не менее 10 см.

Образцы выпиливают из конструкции не позднее чем через 24 ч после окончания тепловлажностной обработки и до испытания хранят в закрытых эксикаторах над водой.

В центре каждой торцевой грани образца закрепляют репер на клею. Перед испытанием измеряют четыре боковые грани образца и определяют среднюю длину L.

3. Проведение испытаний Образцы насыщают водой в ванне путем погружения их в горизонтальном положении в воду с температурой (20±2) °С в течение 3 сут на глубину 5 – 10 мм.

После насыщения образцы выдерживают в плотно закрытом эксикаторе над водой при температуре (20±2) °С в течение 3 сут.

По истечении 3 сут. образцы извлекают из эксикатора, взвешивают и делают начальный отсчет по индикатору.

После каждого измерения изменения длины и массы образцы помещают в плотно закрытый эксикатор, расположенный над безводным карбонатом калия. На серию образцов каждые 7 сут. испытаний берут (600±10) г карбоната калия. Через каждые 7 сут. влажный карбонат калия заменяют сухим.

В течение первых 4 нед. определяют изменение длины Di и массы образцов каждые 3- сут. В дальнейшем измерения производят не реже 1 раза в неделю до достижения образцами постоянной массы.

•  • Определение усадки при высыхании конструкционно-теплоизоляционных ячеистых бетонов Массу образцов считают постоянной, если результаты двух последовательных взве шиваний, произведенных с интервалом в 1 нед., отличаются не более чем на 0,1 %.

После окончания измерения усадки образцы высушивают при температуре (105±5) °С до постоянной массы и взвешивают. Постоянной считают массу образца, при которой результаты двух последовательных взвешиваний отличаются не более чем на 0,1 %. При этом интервал между двумя взвешиваниями должен быть не менее 4 ч.

4. Порядок обработки и оформления результатов испытаний Для каждого образца определяют:

• усадку при высыхании ei, мм/м, после каждого измерения с точностью до 0,01 мм/м по формуле i = i, (7.1) L где Di – изменение длины образца после i сут. выдержки в эксикаторе над карбонатом калия, мм;

L – средняя длина образца, м;

• влажность бетона wi, %, после завершения испытания с точностью до 0,1 % по формуле m mo (7.2) i = i 100, mo где mi – масса влажного образца после i сут выдержки в эксикаторе надкарбонатом калия, г;

mo – масса образца, высушенного при температуре (105±5) °С, г.

По значениям ei и mi для каждого образца строят кривую усадки (рис. 2).

По рисунку определяют усадку e0, мм/м, при высыхании образца в интервале влажности от 35 % до 5 % по массе по формуле e0 = e5 – e35, (7.3) где e5 – усадка при высыхании образца от его водонасыщенного состояния до влажности 5 % по массе, мм/м;

e35 – усадка при высыхании образца от водонасыщенного состояния до влажности 35 % по массе, мм/м.

Рис. 2. Примерная кривая усадки при высыхании образцов бетона •  • Лабораторная работа № Усадку при высыхании eк для испытываемого бетона определяют как среднее арифметическое eо трех испытанных образцов.

Бетон удовлетворяет требованиям настоящего стандарта, если значение усадки при высыхании eк не превышает нормируемое eн (см. ЕN 771-4 или prЕN 12602, СТБ 1570).

Согласно СТБ 1570:

Усадка при высыхании для конструкционно-теплоизоляционных бетонов не должна превышать, мм/м:

• для автоклавных бетонов марок D350–D900 – 0,5;

• для неавтоклавных бетонов марок D400–D900 – 3,0.

Нормативные документы 1. СТБ EN 680-2008. Определение усадки автоклавного ячеистого бетона.

2. СТБ 1570-2005. Бетоны ячеистые. Технические условия.

3. ГОСТ 31359-2007. Бетоны ячеистые автоклавного твердения. Технические условия.

4. EN 678:1993. Определение плотности в сухом состоянии автоклавного ячеистого бетона 5. EN 771-4:2003+А1:2005. Требования к строительным блокам. Часть 4. Строительные блоки из автоклавного ячеистого бетона 6. prEN 12602:2005. Сборные армированные элементы из автоклавного ячеистого бетона.

Контрольные вопросы 1. Что понимается под усадкой при высыхании строительных материалов?

2. Какими технологическими приемами можно снизить усадку при высыхании строительных материалов на основе портландцемента?

3. По какой формуле определяют усадку строительных материалов?

•  • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ОПРЕДЕЛЕНИЕ АКТИВНОСТИ СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ Цель работы: измерение содержания оксидов кальция и магния в строительной извести – показателя активности извести.

Известь – продукт обжига (термического разложения) при температуре 900 – 1200 °С кальциево-магниевых карбонатных горных пород (известняка, мела – CaCO3, доломита – CaCO3 · MgCO3 ), содержащих не более 6 % глинистых и песчаных примесей.

Рис.1. Схема процессов получения извести При термическом разложении известняка (8.1) образуется основной продукт – оксид кальция. Если в сырье имеются примеси карбоната магния, то его термическое разложение (8.2) приводит к образованию примеси оксида магния:

CaCO3 = CaO+ CO2 + Q кДж, (8.1) MgCO3 = MgO + CO2 + Q кДж. (8.2) В зависимости от вариантов дальнейшей обработки обожженного продукта различают несколько видов воздушной извести:

• негашеную комовую известь – кипелку;

• негашеную молотую известь – порошкообразный продукт помола комовой извести;

• гидратную известь (гашеную) – пушонку.

Комовая негашеная известь – продукт обжига карбонатов – состоит главным образом из Са и MgО, содержит небольшие количества неразложившегося при обжиге СаСО3, силикатов, алюминатов и ферритов кальция.

Гидратная известь (пушонка) – продукт гидратации негашеной извести:

CaCO +H2O = Ca(OH)2+ Q кДж. (8.3) Процесс гашения (8.3) протекает с большим выделением тепла, поэтому негашеную известь называют известью-кипелкой. Продукт процесса «гашения» – гидратную известь – называют «пушонка», так как объем продукта, полученного при «гашении», увеличивается в 2-3 раза по сравнению с исходной известью-кипелкой. Основным компонентом химического состава гашеной извести является гидроксид кальция Ca(OH)2.

•  • Лабораторная работа № Известковое тесто – пластичная тестообразная смесь, образующаяся при гашении комовой извести большим количеством воды. Известковое молоко – белая суспензия, в которой находится частично в растворенном, а частично во взвешенном состояниях.

В строительной практике термином «воздушная строительная известь» называют как негашеную известь, так и гашеную известь. Состав продукта в том и другом случаях принято выражать одинаково, указывая массовую долю основных оксидов – Са и MgО, но в извести негашеной эти оксиды реально существуют, а в извести гашеной проводят пересчет содержания Ca(OH)2 на CaO (соответственно Mg(OH)2 на MgO ).

Таблица 1.

Содержание в воздушной извести основных оксидов Массовая доля оксидов, % Вид воздушной извести CaO MgO Кальциевая известь 70-96 до Маломагнезиальная известь 70 - 90 2- Магнезиальная известь не более 80 5- Доломитовая известь не более 60 20 - В воздушной извести силикаты и алюмоферриты кальция составляют обычно 4 – 12 %, в отдельных случаях до 20 %. При содержании в извести 25 – 40 % клинкерных минералов она проявляет слабые гидравлические свойства, такая известь называется слабогидравлической.

Сильногидравлическая известь содержит силикаты и алюмоферриты кальция в количестве 40 – 90%.

Активность воздушной извести – показатель качества извести, определяемый общим содержанием оксидов кальция и магния (в %). Наибольшей активностью обладает кальциевая известь, содержащая 93 – 97 % оксидов.

Метод измерения суммарного содержания оксидов кальция и магния в извести основан на гидратации оксидов и последующем количественном определении концент рации соответствующих гидроксидов титрованием соляной кислотой в присутствии индикатора. Основные химические реакции метода:

Ca(OH)2 + 2HCl= CaCl2 + H2O, (8.4) Mg(OH)2 + 2HCl= MgCl2 + HO2.

Подготовка к выполнению измерений.

1. Подготовка пробы комовой извести. Из представительной пробы комовой извести, измельченной до размеров кусков не более 10 мм, квартованием отбирают часть массой около 500 г. Эту часть измельчают до полного прохождения через сетку № 09, тщательно перемешивают, затем квартованием отбирают около 150 г, растирают до полного прохож дения через сетку № 008, помещают в герметически закрытый сосуд и используют для проведения измерений.

2. Подготовка пробы порошкообразной извести. Для проведения химического анализа порошкообразной извести последовательным квартованием отбирают пробу массой 40 г, растирают в ступке до полного прохождения через сетку № 008, помещают в герметически закрытый сосуд и используют для проведения измерений.

Навеску для анализа взвешивают на аналитических весах с точностью до ±0,0002 г.

• 0 • Определение активности строительной извести 3. Подготовка раствора соляной кислоты ~ 1н и установление его точной концент рации по безводному карбонату натрия:

• раствор HCl: 85 мл соляной кислоты плотностью 1,19 г/см3 разбавляют в мерной колбе объемом 1 л дистиллированной водой до метки и тщательно перемешивают;

• раствор карбоната натрия: навеску безводного Na2CO3 массой 1 г помещают в коническую колбу объемом 250 мл, растворяют в 100 мл воды;

• установление титра HCl: полученный раствор Na2CO3 в конической колбе титруют (из бюретки) раствором NaCl ~ 1н в присутствии 2-3 капель индикатора (метилоранжа) до перехода желтой окраски раствора в оранжево-розовую;

• вычисляют титр TCaO раствора соляной кислоты, выраженный в граммах CaO, по формуле (8.5) (в соответствии с ГОСТ 22688-77. Известь строительная. Методы испытаний):

mN 0,02804, (8.5) a 2C O TCaO = VHCl 0, где mNa2CO3 – точная масса навески безводного Na2CO3, г;

VHCl – объём раствора соляной кислоты, затраченный на титрование, мл;

0,02804 – масса CaO, соответствующая массе HCl в 1 мл 1н. раствора, г;

0,053 – масса Na2CO3, соответствующая массе HCl в 1 мл 1н. раствора, г.

При химическом анализе строительной извести должны применяться реактивы химически чистые и чистые для анализа (квалификации х.ч. и ч.д.а.), соответствующие действующим на них стандартам, дистиллированная вода и беззольные фильтры.

Выполнение измерений.

1. Навеску негашеной извести массой 1 г помещают в коническую колбу вместимостью 250 мл, наливают 150 мл дистиллированной воды, добавляют 3 – 5 стеклянных бус или оплавленных стеклянных палочек длиной 5 – 7 мм, закрывают стеклянной воронкой и нагревают 5 – 7 мин до температуры кипения для перевода оксидов кальция и магния в гидроксиды.

2. Раствор, содержащий гидроксиды кальция и магния, охлаждают до температуры 20 – 30 °C, промывают стенки колбы и стеклянную воронку дистиллированной водой, добавляют 2-3 капли 1%-го фенолфталеина и титруют при постоянном перемешивании 1н.

соляной кислотой до полного обесцвечивания раствора. Титрование считают законченным, если в течение 8 мин при периодическом перемешивании раствор останется бесцветным.

Титрование следует производить медленно, добавляя кислоту по каплям.

Обработка результатов измерений.

Содержание активных оксидов кальция и магния А в процентах для негашеной извести (активность извести) вычисляют по формуле (8.6) (ГОСТ22688-77. Известь строительная.

Методы испытаний):

VHCl TCaO 100% A= (8.6) mнавески где mнавески – точная масса навески извести, г;

VHCl – объем раствора соляной кислоты, затраченный на титрование, мл;

TCaO – титр TCaO раствора соляной кислоты, выраженный в граммах CaO, по формуле (8.1).

• 1 • Лабораторная работа № Повторяют измерения для 3-5 навесок. Определяют среднее арифметическое значение активности извести A. Результаты вносят в табл. 2:

Таблица VHCl TCaO 100% A= mнавески, г VHCl, мл TCaO, г/мл А mнавески Контрольные вопросы и задания 1. Что называют известью строительной, какие виды этого материала производит строительная отрасль промышленности?

2. Почему один из видов извести называют «кипелка»?

3. Какой из видов извести называют «пушонка» и почему?

4. Какие основные химические реакции протекают в процессе получения негашеной извести?

5. Поясните сущность процесса «гашения» извести. Какую известь «гасят», приведите основные химические реакции метода.

6. Поясните смысл понятия «активность извести».

7. Поясните сущность метода определения содержания активных оксидов в извести.

8. Почему в работе требуется проводить титрование карбоната натрия соляной кислотой?

9. Для чего при титровании добавляют фенолфталеин?

10. Рассчитайте, какую массу активного оксида кальция можно получить из 1 т известняка, содержащего 10 % инертных примесей, не подвергающихся термическому разложению.

11. Рассчитайте, какую массу оксидов кальция и магния можно получить из 1 т известняка, содержащего примеси: 5 % песка, 2 % карбоната магния.

12. Массовая доля гидроксида кальция в 250 кг гашеной извести составляет 90 %.

Определите массовую долю оксида кальция в извести.

• 2 • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ОПРЕДЕЛЕНИЕ ТЕМПЕРАТУРЫ И ВРЕМЕНИ ГАШЕНИЯ ИЗВЕСТИ Цель работы: ознакомиться с калориметрическим методом измерения, определить температуру и скорость гашения извести-кипелки в присутствии добавок-ускорителей и добавок-замедлителей процесса.

Гашение извести CaO – гетерогенная экзотермическая реакция гидратации. Реакция протекает с большим выделением тепла и повышением температуры смеси. Общую схему гидратации оксида кальция можно представить следующим образом:

CaO + 2H2O CaO. 2H2O Ca(OH)2 + H2O + Q. (9.1) В начальный период взаимодействия извести с водой образуется метастабильное соединение - CaO. 2H2O, которое быстро переходит в гидроксид кальция Ca(OH)2 с выделе-нием большого количества тепла и отщеплением молекулы воды. Преобразование CaO в Ca(OH) сопровождается уменьшением плотности вещества и одновременно диспергированием частиц в результате интенсивного парообразования. Это приводит к увеличению объема из вести почти в два раза и, следовательно, к её самодиспергированию.

Гидроксид кальция (гашеная известь) на начальной стадии процесса образуется в аморфной форме, которая может сохраняться длительное время. При испарении воды из насыщенных растворов возможно образование кристаллогидрата Ca(OH)2. 0,5 H2O.

В начальном периоде процесса гидратации вода интенсивно взаимодействует с поверхностным слоем зерен извести, в результате чего образуется пленка Ca(OH)2, затрудняющая проникновение воды вглубь зёрен. По мере протекания процесса толщина оболочки гидроксида вокруг зерна растет, процесс гашения замедляется, а затем практи чески прекращается.

Поскольку гашение извести-кипелки – это экзотермическая гетерогенная реакция, протекающая на поверхности раздела фаз «вода(раствор) – зерно извести (тв)», то скорость процесса зависит от температуры, размеров частиц извести-кипелки (площади реакцион ной поверхности), присутствия в системе веществ-добавок различной химической природы.

Скорость процесса можно регулировать, изменяя различные внешние факторы.

С уменьшением размеров зёрен извести увеличивается общая площадь поверхности соприкосновения CaO с молекулами воды и скорость процесса возрастает.

При увеличении температуры скорость процесса гашения также возрастает вслед ствие интенсификации как химической реакции, так и процесса диффузии воды через пленку гидроксида кальция внутрь зерна извести. По экспериментальным данным при повышении температуры на каждые 10° скорость гидратации возрастает в два раза, что хорошо согласуется с обычным значением температурного коэффициента скорости для большинства химических реакций.

Действие добавок на процесс гашения в ряде случаев можно объяснить возможным протеканием химической реакции между веществом добавки и оболочкой Ca(OH)2, препятствующей диффузии воды внутрь зерна извести-кипелки. При образовании легко растворимых солей процесс гашения ускоряется, при образовании труднорастворимых солей – замедляется. Процесс гашения извести можно ускорить введением следующих добавок-интенсификаторов гашения:

NaCl, CaCl2, MgCl2, AlCl3, BaCl2, Ca(NO3)2, Na2CO3, NH4Cl, HCl, HNO3, Ca(CH3COO)2.

•  • Лабораторная работа № Среди замедлителей гашения извести известны щавелевая, лимонная, фосфорная, серная кислоты, а также некоторые их соли.

На скорость гидратации извести большое влияние оказывают сильные электролиты.

Установлено, что электролиты с многозарядными анионами – K2SO4, Na2SO4, K2CrO4, K4[Fe(CN)6], CaSO4 · 2H2O, CaCrO4, CaCr2O7 – вызывают замедление гидратации извести, так как способст вуют пленкообразованию вокруг её зёрен. Электролиты с однозарядными анионами – хло риды щелочных и щелочноземельных металлов, KMnO4 и др. ухудшают условия образования пленки, что способствует ускорению гидратации.

Наиболее распространенными замедлителями гашения извести являются поверх ностно-активные вещества (ПАВ) гидрофильного типа (сапонин, глюкоза, чёрная патока, отходы кожевенной промышленности и др.).

Введение небольших количеств ПАВ в систему вода-известь приводит к их накоплению на поверхности зерен извести и образованию ориентированного мономолекулярного слоя. Несмачиваемая водой поверхность зерна препятствует гашению извести. Кроме того, ПАВ оказывают модифицирующее влияние на аморфную фазу гидроксида кальция на поверхности зерен, препятствуя росту кристаллов Ca(OH)2, изменяя растворимость CaO.

Метод измерения (калориметрический). Для определения теплот различных физико химических процессов используют устройство, называемое калориметром. В калориметре измеряют изменение температуры вследствие протекания в системе экзотермического или эндотермического процесса. Совокупность частей калориметра, между которыми распре деляется подлежащее определению тепло, называется калориметрической системой.

Простейший калориметр (рис. 1) состоит из сосуда, изготовленного из материала с возможно меньшей теплопроводностью, в который помещается исследуемое вещество, и защитной оболочки, уменьшающей тепловое взаимодействие калориметра и исследуемого вещества с окружающей средой. В крышке калориметра сделаны отверстия для введения исследуемого вещества, термометра, перемешивающего устройства. Температуру измеряют с помощью обычного термометра с интервалом измерений 0 – 25 °С и ценой деления 0,01 °С.

Отсчет показаний проводят с точностью до 0,01°. Перемешивание раствора производят при необходимости ручной мешалкой, которая при вращении не должна задевать частей калориметра.

Рис. 1. Схема калориметра:

1 – внешний сосуд;

2 – термометр;

3 – калориметрический стакан;

4 – мешалка;

5 – вода;

6 – пробирка с веществом Для учета теплообмена калориметра с окружающей средой и определения истинного изменения температуры во время опыта весь калориметрический процесс делится на три периода: предварительный период, продолжающийся 5 мин;

главный период – время •  • Определение температуры и времени гашения извести протекания изучаемого процесса, то есть период, в течение которого будет протекать процесс гидратации;

заключительный период, продолжающийся 5 мин.

Для определения температуры и времени гашения извести используют калориметр объемом 500 мл, массу навески извести рассчитывают по формуле:

1000, (9.2) m= A где А – содержание активных оксидов кальция и магния в извести, %.

Подготовка к выполнению измерений.

1. Подготовка пробы порошкообразной извести. Для проведения измерения после довательным квартованием отбирают пробу порошкообразной извести массой 40 г, растирают в ступке, помещают в герметически закрытый сосуд. Навеску для анализа взвешивают на аналитических весах с точностью до ±0,0002 г.

2. Подготовка калориметра. Собрать прибор в соответствии со схемой (рис. 1). Внести в калориметр 100 мл дистиллированной воды. Установить термометр таким образом, чтобы шарик не касался стенок калориметра, пробирки.

3. Приготовление растворов добавок. Приготовить по 100 мл 2 %-го раствора доба вок: раствор 1 (2 % хлорид натрия), раствор 2 (2 % сульфат натрия или калия), раствор 3 (2 % глюкозы).

Выполнение измерений.

1. Навеску извести-кипелки массой m поместить в пробирку, пробирку вставить в крышку калориметра;

помешивая воду в калориметре, наблюдать за температурой, которая изменяется вследствие теплообмена с окружающей средой;

когда установится равномерный ход температуры, отмечать ее значение через 0,5 мин в течение 5 минут (предварительный период).

2. Высыпать навеску извести в воду в калориметре, отмечать значения температуры (главный период) таким же способом, как и раньше;

если по каким-либо причинам отсчет не был произведен, то при записи ставится черта;

окончанием главного периода принято считать вновь равномерный ход температуры.

3. В заключительном периоде температуру отмечать также, как в предварительном периоде (5 мин с интервалом 0,5 минуты).

4. Повторить измерения п.1-3, использовав в калориметре вместо дистиллированной воды раствор добавки (раствор 1, раствор 2, раствор 3 – по заданию преподавателя). Данные внести в таблицу 1.

Обработка результатов измерений.

1. Для расчета Dt – точного изменения температуры в опыте, построить график t° = (t, мин), определить графически точное изменение температуры Dt при гашении навески извести и время гашения Dt;

примерный вид графика и порядок определений приведены на рис. 2.

Рис. 2. Изменение температуры во времени (порядок определения Dt и Dt ) •  • Лабораторная работа № tr = t1+ Dt и среднюю скорость изменения 5. Рассчитать температуру гашения температуры при гашении навески извести: r = t, град/мин.

Таблица калориметрические характеристика процесса гашения среда затворения измерения извести t m время r= раствор t, °C V tr, °C Dt Dt вода гашения, навески, добавки г мин град/мин Контрольные вопросы и задания 1. Поясните основные особенности механизма гашения извести-кипелки.

2. Какие добавки применяются для регулирования скорости гашения извести? Пояс ните принципиальный механизм их воздействия на процесс гашения извести-кипелки.

3. Поясните принципиальную схему калориметра и методику калориметрических измерений.

4. Почему при гашении извести в калориметре не требуется интенсивное перемеши вание раствора?

•  • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ОПРЕДЕЛЕНИЕ СОДЕРЖАНИЯ КАРБОНАТОВ В СТРОИТЕЛЬНОЙ ИЗВЕСТИ Цель работы: определить массовую долю карбоната кальция в извести, используя метод точного определения объема газообразного продукта гетерогенной реакции (газообъемный метод).

Карбонаты в извести. Строительная воздушная известь может содержать некоторое количество карбоната кальция, неразложившегося при обжиге сырья – это так называемый «недожог».

Зерна недообожженного сырья (СаСО3) вследствие своей инертности по отношению к воде снижают качество продукта, уменьшая активность извести.

Метод измерения (газометрический) содержания в воздушной строительной извести основан на определении объема углекислого газа, выделившегося при взаимодействии навески извести с избытком раствора соляной кислоты. Основная химическая реакция метода:

СaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2. (10.1) Подготовка к выполнению измерений.

1. Подготовка пробы порошкообразной извести. Для проведения измерения после довательным квартованием отбирают пробу порошкообразной извести массой 40 г, рас тирают в ступке, помещают в герметически закрытый сосуд. Навеску для анализа взвеши вают на аналитических весах с точностью до ±0,0002 г.

2. Подготовка раствора соляной кислоты разбавлением (1:1). 50 мл соляной кислоты плотностью 1,19 г/см3 разбавляют равным объемом дистиллированной воды и тщательно перемешивают;

раствор хранят в герметически закрытом сосуде.

3. Подготовка насыщенного раствора хлорида натрия. 400 г хлорида натрия раст воряют в 1 л дистиллированной воды.

4. Подготовка прибора для измерения объема выделившегося газа. Собрать прибор в соответствии со схемой (рис. 1):

Рис. 1. Прибор для газометрических измерений:

1 – бюретка для измерения объема выделившегося газа, 2 – двухколенная пробирка, 3 – уравнительная склянка •  • Лабораторная работа № Заполнить бюретку (1) и уравнительную склянку (3) (склянку на объема) насыщен ным раствором хлорида натрия для предотвращения поглощения оксида углерода водой.

Выполнение измерений.

1. В одно колено двухколенной пробирки (2) поместить навеску извести. В другое колено налить 2-3 мл раствора соляной кислоты. Закрепить пробирку (2) на штативе так, чтобы уровень кислоты был выше уровня жидкости в бюретке.

2. Закрыть пробирку (2) пробкой, проверить герметичность прибора, для чего осто рожно поднимать уравнительную склянку. Прибор герметичен, если уровень жидкости в бюретке практически не изменяется. Если уровень жидкости в бюретке изменяется, то необ ходимо проверить на герметичность все соединительные части: трубки, краны, пробки.

3. Если прибор герметичен, установить на одном уровне жидкость в бюретке и урав нительной склянке. Записать начальное значение объема жидкости в бюретке V1, мл.

4. Осторожно наклоняя пробирку, прилить раствор соляной кислоты к исследуемому образцу извести. Выделяющийся газ вытесняет жидкость из бюретки. Через 5 – 10 минут после окончания реакции, когда установится комнатная температура реагентов, привести к одному уровню жидкость в бюретке и уравнительной склянке, записать конечное значение объема жидкости в бюретке V2, мл.

Обработка результатов измерений.

1. Привести объем выделившегося оксида углерода к нормальным условиям, используя уравнение 2.1:

(P )( РН 2О V2 V1 ) 760 V, (10.2) атм = (t комн + 273) где Pатм – атмосферное давление, мм рт. ст., PH2O – парциальное давление паров воды при температуре опыта (табл. 2), (V2 – V1) – измеренный объём CO2, мл, V0 – объём CO2, приведенный к н.у., мл.

2. Используя уравнение химической реакции:

СaCO3 + 2HCl = CaCl2 + H2O + CO2, рассчитать массу карбоната кальция, вступившего в реакцию с кислотой с выделением V мл CO2 :

V m(CaCO3 ) =,г (10.3) 3. Рассчитать массовую долю карбоната кальция в извести, данные определений и расчетов внести в табл. 1:

m(CaCO3 ) 100%, (10.4) = mнавески где mнавески – масcа навески извести, г.

•  • Определение содержания карбонатов в строительной извести Таблица m(CaCO3 ) (V2 – V1), V0, Pатм, mнавески, m(CaCO3 ), t комн°С = 100% г мм рт. с мл мл mнавески г Таблица Давление насыщенного пара воды Температура, °С Температура, °С Температура, °С Температура, °С Давление, Давление, Давление, Давление, мм.рт.ст.

мм.рт.ст.

мм.рт.ст.

мм.рт.ст.

15 12,79 19 16,48 23 21,07 27 26, 16 13,63 20 17,54 24 22,38 28 28, 17 14,53 21 18,65 25 23,76 29 30, 18 15,48 22 19,83 26 25,21 30 31, Контрольные вопросы 1. Почему карбонат кальция может присутствовать в небольших количествах в строи тельной извести?

2. На какие свойства извести может оказывать влияние примесь карбоната кальция?

Что такое «недожог»?

3. Какой объем углекислого газа образуется при термическом разложении 1 т карбо ната кальция, содержащего 2 % инертных примесей, не образующих СО2 при обжиге?

4. Почему бюретку следует заполнять насыщенным раствором хлорида натрия?

5. Почему при расчетах следует учитывать давление насыщенного пара воды?

•  • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ПОТЕНЦИОМЕТРИЧЕСКОЕ ОПРЕДЕЛЕНИЕ рН ГИДРОЛИЗА ТВЕРДЫХ НЕОРГАНИЧЕСКИХ МАТЕРИАЛОВ Цель работы: ознакомиться с применением прямого потенциометрического метода определения рН к исследованию кислотно-основных свойств водного раствора, образующегося при гидролизе портландцемента.

Общие сведения Водородный показатель. Вода – типичный амфотерный электролит, электролитиче ская диссоциация которого отражается уравнением:

H3O+ + OH - или H2O H+ + OH -.

2H2O (11.1) При упрощенном рассмотрении процесса электролитической диссоциации воды вместо иона гидроксония H3O+ принято записывать катион H+.

В химически чистой воде концентрации ионов H+ и OH - очень малы и равны между собой. Их абсолютные значения можно рассчитать, используя значение константы К электролитической диссоциации воды, как слабого электролита:

H + OH K= = 1,8 ·10-16 (при 25 °С), [H 2O ] H + OH m K= = 1,8 · 10-16, = 55,5 моль/л, [H2O] = = M V 18 1 55, [H+] · [OH -] = 1,8 ·10-16 · 55,5 = 10-14, Кв= [H+] · [OH -] = 10-14.

Кв= 10-14 ионное произведение воды (при 25 °С). В химически чистой воде [H+] = [OH -]= =10-7 моль/л, среда нейтральная.

Водородный показатель pH – это логарифмический способ выражения очень малой концентрации ионов гидроксония H3O+ (или H+) в химически чистой воде и водных растворах электролитов:

pH = -lg[H3O+] pH = -lg[H+].

или (11.2) В нейтральной среде pH = 7. В кислых средах концентрация [H+] 10-7, рН 7.

В щелочных средах [H+] 10-7, рН 7. В общем в воде и водных растворах слабых электролитов выполняется равенство pH + pOH = 14, где pOH = – lg [OH-] – гидроксильный показатель.

Кислотно-основные характеристики водных растворов определяются соотношением концентраций ионов H+ и OH-, которое может изменяться как в результате прямого добавления в раствор кислоты или основания, так и в результате протекания реакции гидролиза определенного типа неорганических солей при взаимодействии с водой.

В частности гидролизу может подвергаться портландцемент (далее – цемент) – порошкообразный материал, полученный в результате совместного помола клинкера, гипса и минеральных добавок.

В производстве цемента обжиг исходного сырья до спекания сопровождается слож ными физическими и химическими процессами (разложение минералов на оксиды, обра зование новых соединений), в результате которых из исходных компонентов получается • 0 • Потенциометрическое определение pH гидролиза твердых неорганических материалов спекшийся материал – клинкер, состоящий в основном из следующих четырех компонен тов, состав которых отражают следующие формульные единицы:

• алит 3СаО · SiO2, ( CaSiO3 · CaO) • белит 2СаО · SiO2, (Ca2SiO4) • целит 3СаО · Аl2O3, ( Ca3(AlO3)2) • алюмоферрит 4СаО · Аl2O3 Fe2O3, (Ca4(FeO3)2(AlO2)2 ).

Анализ состава клинкера показывает, что при контакте портландцемента с водой (водная вытяжка) возможен гидролиз солей по аниону, сопровождающийся образованием щелочной среды, что следует учитывать в процессах производства и эксплуатации строи тельных изделий.

Метод измерения – основан на потенциометрическом определении pH, как функции ЭДС гальванического элемента, состоящего из стеклянного индикаторного электрода и электрода сравнения (хлорсеребряного). Потенциал стеклянного электрода определяется концентрацией (активностью) ионов водорода.

Стеклянный электрод относится к мембранным электродам, представляет собой тонкостенный стеклянный шарик, заполненный раствором соляной кислоты, внутри шарика помещен вспомогательный хлорсеребряный электрод. Если два раствора (внутренний раствор в стеклянном шарике электрода и наружный исследуемый раствор) разделены тонкой стеклянной мембраной, то между ее внешней и внутренней поверхностями возникает разность потенциалов, величина которой зависит от активности ионов водорода в исследуемом растворе. Таким образом потенциал стеклянного электрода определяется концентрацией ионов водорода.

RT () ln cH + = f CH +. (11.3) = 0 + F Измеряемая при помощи иономера (рН-метра) ЭДС равна алгебраической сумме по тенциалов измерительного (индикаторного) стеклянного электрода и хлорсеребряного – электрода сравнения, потенциал которого имеет постоянное значение (при определённой температуре):

E= ecтеклян. электрод + eхлорсеребрян. электрод 2,303RT (11.4) E = E0 pH.

F E= f(Cн+) = f (pH) В современных иономерах имеется возможность включения индикации результата измерений как в значениях мВ (ЭДС), так и в значениях рН. Кроме того, функции индика торного электрода и электрода сравнения может одновременно выполнять один ком бинированный электрод.

В общем случае при измерениях pH следует учитывать, что потенциал стеклянного электрода зависит не только от активности ионов водорода, но и от температуры, кислотно основных свойств среды. В области сильнощелочных или сильнокислых сред возникают так называемые «щелочная ошибка» и «кислотная ошибка» соответственно. Для измерений следует применять стеклянные электроды, предназначенные для работы в определённых интервалах, указанных в их паспорте. В современных pH-метрах имеется ручная и авто матическая температурная компенсация, позволяющая устранить ошибки, если меняется температура анализируемых проб воды.

Выполнение работы.

1. Образец портландцемента поместить в фарфоровую чашку и сушить до постоянной массы при 105 °С в сушильном шкафу (см. работу № 1).

• 1 • Лабораторная работа № 2. Взвесить 3 навески массой по 5,0 г, перенести навески в конические колбы, доба вить в колбы по 100 мл дистиллированной воды.

3. Закрыть колбы плотно пробками, взбалтывать в течение часа с интервалом 5 – 10 мин.

4. Профильтровать содержимое колб через фильтр средней плотности, собрать фильтраты в 3 стаканчика.

5. В каждом стаканчике провести измерение водородного показателя согласно инструкции к иономеру. Результаты измерений занести в табл.:

Значение рН Среднее арифм.

№ образца Масса образца, г значение рН образца Контрольные вопросы 1. Каковы могут быть причины изменения нейтрального характера среды при гидро лизе неорганических твердых строительных материалов?

2. Пояснить сущность потенциометрического метода определения водородного показателя. Какие электроды применяются при этом, каковы их функции?

3. Пояснить, почему водный раствор после контакта с портландцементом имеет рН, отличающееся от 7. Кислая или щелочная среда образуется?

Литература 1. Стромберг, А.Г. Физическая химия / А.Г. Стромберг. – М.: Высш. шк., 1988. – 496 с.

2. Тимашев, В.В. Технический анализ и контроль производства вяжущих материалов и асбестоцемента / В.В. Тимашев, И.И. Леонов – М.: Стройиздат, 1984. – 287 с.

• 2 • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ЗАПОЛНИТЕЛЕЙ ДЛЯ БЕТОНОВ И РАСТВОРОВ Заполнители занимают в бетонах и растворах до 80 % объёма, поэтому они не только снижают расход вяжущего вещества, но и влияют как на свойства смеси, так и на свойства затвердевшего каменного материала – бетона или раствора.

Стандартом (СТБ 4.211) установлена номенклатура заполнителей: плотный щебень из горных пород, гравия, шлаков;

гравий для строительных работ;

песок природный и дробленный, обогащенный и фракционированный;

смесь песчано-гравийная;

пористые керамзитовый гравий, щебень и песок.

Заполнители классифицируют:

• по происхождению – на природные (образовавшиеся в результате выветривания гор ных пород) и искусственные (получаемые дроблением горных пород и отходов различных производств);

• по средней (или насыпной) плотности – на тяжелые и лёгкие;

• по размерам зёрен – на мелкие (песок) и крупные (щебень и гравий);

• по формам зёрен – на угловатые и округлые.

Испытание песка Песок состоит из зерен размером 0.16…5 мм. Среди природных песков встречаются горные (овражные), речные, морские, барханные и др. Каждые из них имеют свои преимущества и недостатки, проявляющиеся при использовании их в качестве мелких заполнителей. В зависимости от вида горной породы, из которой образовался песок, его химический состав может быть различным. Наиболее часто встречаются кварцевые пески (рис. 1). Качество песка определяется с помощью лабораторных испытаний и должно соответ ствовать стандарту.

1. Определение зернового состава и модуля крупности песка Зерновым составом сыпучего материала называют выраженное в процентах или частях содержание в этом материале зерен определённого размера. Зерновой состав опре деляется просеиванием материала через набор сит, установленный стандартом. Песок по зерновому составу делят на 5 групп (табл. 1).

Рис. 1. Частицы карьерного кварцевого песка •  • Лабораторная работа № Таблица Зерновой состав песка Полный остаток на сите № 063, Группа песка Модуль крупности % по массе Повышенной крупности 65…75 3…3, Крупный 45…65 2,5… Средний 30…45 2…2, Мелкий 10…30 1,5… Очень мелкий менее 10 1…1, Если песок по модулю крупности относится к одной группе, а по полному остатку на сите № 063 к другой, то определяющим показателем является модуль крупности.

Качественным считается песок, у которого соотношение зёрен различного размера находится в определенных пределах. Это диктуется необходимостью максимального насы щения бетона зёрнами заполнителя, что возможно при условии, когда в промежутках между самыми крупными зёрнами входят более мелкие, а в промежутках между последними – ещё более мелкие и т.д. Это позволяет получить наименьший объём пустот в заполнителе, максимальную плотность и прочность бетона при минимальном расходе вяжущего. Качество песка оценивают путём построения графика зернового состава (рис. 2).

Рис. 2. График зернового состава песка Материалы и оборудование: проба песка массой 2 кг, стандартный набор сит с отверстиями размером 10;

5;

2.5;

1.25;

0.63;

0.315;

0.16 мм с поддоном;

технические весы.

•  • Исследование свойств заполнителей для бетонов и растворов Выполнение работы. Высушенную до постоянной массы пробу песка массой 2 кг просеивают через сита с отверстиями диаметром 10 и 5 мм. Остатки на ситах взвешивают и определяют содержание в песке зёрен более 5 мм в процентах (по массе).

Из песка, прошедшего через сито с отверстиями диаметром 5 мм, отмеряют навеску в 1000 г и просеивают через стандартный набор сит №2.5;

1.25;

0.63;

0.315;

0.16. Просеивание считают законченным, если, при встряхивании каждого сита над листом бумаги, практически не наблюдается падение зёрен песка.

Остатки на каждом сите взвешивают с погрешностью не более 1 г на технических весах, а затем рассчитывают частные остатки аi по формуле:

mi (12.1) ai = 100, m где mi – масса остатка на данном сите, г;

m – общая масса просеиваемой навески (1000 г).


Полные остатки Аi определяют с точностью до 0.1 %. Полный остаток – это остаток, который был бы на данном сите, если бы просеивание производилось только через него.

Равен он сумме всех частных остатков на данном и выше лежащих ситах, %:

Ai = a2,5 +... +ai, (12.2) где а2,5 … аi – частные остатки на ситах, %.

Модуль крупности песка вычисляют по формуле:

MK = (A2,5 + A1,25 + A0,63 + A0,315 +A0,16 )/ 100, (12.3) где А2,5 ….Аi – полные остатки на ситах, %.

Результаты испытаний записывают в табл. 2 и графически изображают на графике зернового состава (рис. 2) в виде кривой просеивания.

Таблица Результаты ситового анализа песка Остатки Размер отверстий сит, мм Прошло сквозь сито на ситах 0.16 мм 2.5 1.25 0.63 0.315 0. Частные остатки, г Частные остатки аi, % Полные остатки Аi, % Модуль крупности песка _ Группа песка _ Заключение о качестве песка _ 2. Определение истинной плотности песка Истинная плотность песка (плотность зерен) зависит от его минералогического состава и обычно находится в пределах 2000…2800 кг/м3. Значение истинной плотности заполнителя необходимо знать для расчёта пустотности и при подборе состава бетона.

•  • Лабораторная работа № Материалы и оборудование: песок, вода, пикнометр (или прибор Ле-Шателье), весы технические, воронка, фильтровальная бумага.

Выполнение работы. Пикнометр (прибор Ле-Шателье) наполняют водой до нижней нулевой черты. Верхнюю часть вытирают фильтровальной бумагой. Из предварительно подготовленного материала отмеряют на технических весах навеску с точностью до 0,01 г.

Взвешенную порцию песка постепенно всыпают в пикнометр через воронку, пока уровень жидкости не достигнет верхней черты. Для удаления воздуха пикнометр поворачивают вокруг вертикальной оси. Остаток песка взвешивают с точностью 0,01г. Истинную плотность вычисляют по формуле:

m m n =, (12.4) V где m – масса материала до испытания, г;

m1 – масса остатка материала, г;

V – объём жидкости, вытесненной материалом, см3.

Испытания выполняют дважды, расхождение не должно превышать 0,02 г/см3. При большем расхождении выполняют ещё одно определение и принимают среднее арифмети ческое двух ближайших значений.

Таблица Определение истинной плотности песка № испытаний Показатель 1 Масса песка до испытания, m, г m1, г Масса остатка песка Объём воды, вытесненной песком V, см Истинная плотность песка n, кг/м n, кг/м Среднее значение истинной плотности песка . Определение насыпной плотности песка в стандартном неуплотнённом состоянии Насыпная плотность рыхло-зернистых материалов может изменяться в зависимости от степени уплотнения, влажности, формы зерен. Значение насыпной плотности в стандартном неуплотнённом состоянии необходимо знать для вычисления пустотности при расчёте состава бетона.

Материалы и оборудование: проба песка массой 5…10 кг, весы технические, мерный цилиндрический сосуд вместимостью 1 л (0.001 м3), металлическая линейка, сито с отверстиями диаметром 5 мм, металлическая воронка.

Выполнение работы. Пробу песка массой 5…10 кг высушивают до постоянной мас сы и просеивают через сито с отверстиями диаметром 5 мм. Затем просеянный песок с высоты 10 см через специальную воронку засыпают в предварительно взвешенный мерный сосуд с избытком, чтобы над верхней кромкой сосуда образовался конус. Этот конус срезают металлической линейкой вровень с краем сосуда. Мерный сосуд при этом остается неподвижным, чтобы не допустить уплотнения песка. Затем сосуд с песком взвешивают и рассчитывают насыпную плотность кг/м3 песка по формуле:

нn = m1 m, (12.5) V где m – масса пустого мерного сосуда, кг;

m1 – масса мерного сосуда с песком, кг;

V – объём сосуда, м3.

•  • Исследование свойств заполнителей для бетонов и растворов Насыпную плотность определяют дважды, каждый раз на новой навеске песка. За среднее значение насыпной плотности песка принимают среднее арифметическое резуль татов двух определений. Результаты записывают в табл. 4:

Таблица Определение насыпной плотности песка в стандартном неуплотнённом состоянии Номер испытаний Показатель 1 Масса пустого мерного сосуда m, кг Масса мерного сосуда с песком m1, кг Объём сосуда V, м Насыпная плотность нп, кг/м Среднее значение насыпной плотности нп, кг/м . Определение пустотности песка Пустотность песка, % определяют по формуле:

VП = (1 нп ) 100, (12.6) п где нп – насыпная плотность песка, кг/м3;

п – истинная плотность песка, кг/м3.

В песке с правильным зерновым составом пустотность не превышает 38 %, в песке удовлетворительного качества не более 40 %.

Заключение о качестве песка _.

Испытание щебня (гравия) из плотных горных пород Щебень и гравий для бетонов (ГОСТ 8267-93, 10260-82, 26633-91) представляет собой рыхлую смесь зерен размером от 5(3) до 150 мм.

Щебень получают дроблением плотных горных пород или искусственного камня, имеет угловатую форму. Гравий образовался выветриванием горных пород и имеет окатанную форму. Часто он залегает вместе с песком, при содержании песка 25 – 40 % материал называ ется гравийно-песчаной смесью.

Для бетонов невысоких классов лучше в качестве крупного заполнителя применять гравий, так как его зёрна имеют гладкую поверхность, окатанную форму, и водопотребность смеси на гравии будет меньше.

С увеличением класса бетона целесообразнее применять щебень, так в этом случае определяющим фактором становится величина сцепления заполнителя с цементным кам нем, которая зависит от формы и шероховатости поверхности зерен.

1. Определение зернового состава щебня (гравия) Крупный заполнитель может поступать как в виде отдельных фракций 5(3)…10;

10…20;

20…40;

40…70 мм (для бетона массивных сооружений более 70), так и в виде смеси фракций или нефракционированный.

Фракцией считают зёрна заполнителей, которые проходят через более крупное и остаются на более мелком из 2-х сит, находящихся рядом в стандартном наборе, т.е.

выделяемые этими двумя ситами из пробы заполнителя.

Отсеянные фракции размером менее 5 (3) мм используют в качестве песка.

Зерновой состав каждой фракции или смеси фракций щебня должен находится в определённых пределах, чтобы обеспечить наибольшую плотность укладки зерен. Для фракций от 5…10 до 40…70, а также смеси фрак-ций 5(10)…40 и 20…70 эти пределы указаны в табл. 5:

•  • Лабораторная работа № Таблица Зерновой состав щебня Диаметр отверстий d D 0,5(d+D) 1,25D контрольных сит, мм Полные остатки на 0…0, 90…100 30…80 0… ситах, % по массе Материалы и оборудование: средняя проба щебня массой 80 кг для фракций 5(10)… 40 мм, весы технические, сита с размерами отверстий 70, 40, 20, 10 и 5 мм из стандартного набора.

Выполнение работы. Из предварительно высушенной до постоянной массы средней пробы щебня берут пробу массой 20 кг для фракций 5(10)…40 мм и просеивают через стандартный набор сит, составленных последовательно.

Остатки на каждом сите взвешивают и определяют частные и полные остатки на ситах в процентах.

За наибольшую крупность зерен щебня D принимают размер отверстий верхнего сита, полный остаток на котором не превышает 10 %;

за наименьшую крупность зерен щебня d принимают размер отверстий нижнего сита, полный остаток на котором составляет не менее 90 %.

Полученные данные записывают в табл. 6, и на графике зернового состава (рис. 3) строят кривую просеивания.

Таблица Определение зернового состава щебня Размеры отверстий сит Остатки на сите Прошло через сито 70 40 20 10 5 мм Частные, г Частные, % Полные, % Полные остатки, Аi, % Область мелкого щебня Область крупного щебня d D 1,25 D 0,5(d + D ) Размеры отверстий сит, мм Рис. 3. График зернового состава щебня Заключение о качестве щебня (гравия): •  • Исследование свойств заполнителей для бетонов и растворов 2. Определение средней плотности зерен щебня (гравия) Щебень (гравий) из плотных пород должен иметь среднюю плотность зёрен 2000… кг/м3. Значение средней плотности требуется при подборе состава бетона и вычислении пустотности.

Материалы и оборудование: проба щебня, весы технические, мерный цилиндр, сосуд для насыщения щебня водой, вода, мягкая ткань, объёмомер.

Выполнение работы. Предварительно высушенную до постоянной массы пробу щеб ня взвешивают с точностью до 0.1 г. В сосуд для насыщения наливают воду и затем туда погружают взвешенный щебень. Уровень воды должен быть выше уровня щебня не менее чем на 20 мм. После водонасыщения щебень вынимают из воды, удаляют воду с поверхности зёрен мягкой влажной тканью и осторожно всыпают в подготовленный объёмомер с водой.

Вытесненную щебнем воду собирают в мерный цилиндр и определяют её объём, который соответствует объёму зерен щебня.

Среднюю плотность зерен щебня с (кг/см3) вычисляют по формуле:

m c =, (12.7) V где m – масса щебня до начала испытаний, г;

V – объём вытесненной воды, равный объёму зерен щебня, см3.

Испытание выполняют дважды на новой навеске щебня. Среднюю плотность вычисляют как среднее арифметическое результатов двух испытаний, при этом расхождение должно быть не более 0.02 г/см3.

Результаты испытаний записывают в табл. 7:

Таблица Определение средней плотности зерен щебня Номер испытаний Показатель 1 Масса сухого щебня, г Объём воды (зерен щебня), см с, кг/см Средняя плотность зерен навески щебня Средняя плотность зерен щебня с, кг/см . Определение насыпной плотности щебня Материалы и оборудование: проба щебня массой 10 кг, весы циферблатные, мерные цилиндры объёмом 5, 10, 20 и 50 л, соответственно при наибольшей крупности зерен до 10, 20, 40 и более 40 мм, металлическая линейка.

Выполнение работы. Предварительно высушенный до постоянной массы щебень засыпают с высоты 10 мм в подобранный в зависимости от наибольшей крупности щебня и предварительно взвешенный цилиндр с щебнем до образования конуса. Затем конус срезают вровень с краями цилиндра, не допуская уплотнения щебня, и взвешивают цилиндр вместе с материалом.

Насыпную плотность щебня нщ определяют с точностью до 10 кг/м3 по формуле:


m1 m (12.8) нщ =, V где m – масса мерного цилиндра, кг;

m1 – масса мерного цилиндра со щебнем, кг;

V – объём мерного цилиндра, м3.

•  • Лабораторная работа № Определение насыпной плотности производят дважды, каждый раз на новой порции щебня. За насыпную плотность зерен щебня принимают среднее арифметическое двух опре делений.

Результаты испытаний записывают в табл. 8.

Таблица Определение насыпной плотности щебня Номер испытаний Показатель 1 Масса пустого мерного сосуда m, кг Масса мерного сосуда со щебнем m1, кг Объём сосуда V, м Насыпная плотность щебня нщ, кг/м Среднее значение насыпной плотности щебня нщ, кг/м . Определение пустотности щебня Пустотность щебня, %, определяют по формуле:

(12.9) где нщ – насыпная плотность щебня, кг/м3, с – средняя плотность зёрен щебня, кг/м3.

В щебне с правильным зерновым составом пустотность не превышает 42 %, в щебне удовлетворительного качества – не более 44 %.

Заключение о качестве щебня _.

. Определение содержания пластинчатых (лещадных) и игловатых зерен К зёрнам пластинчатой и игловатой формы относят такие, толщина или ширина кото рых меньше длины в три и более раза. Содержание таких зёрен ограничивают, т.к. они ухудшают удобоукладываемость и снижают прочность, увеличивают расход вяжущего. Для всех видов тяжелого бетона должен применяться щебень с содержанием зёрен пластинча той (лещадной) и игловатой формы в количестве не более 35 % по массе. Щебень с содержани ем зёрен неправильной формы до 35 % называется обычным;

до 25 % – улучшенным и до 15 % – кубовидным.

Материалы и оборудование: средняя проба щебня 0.25 кг, 1 кг, 5 кг, 15 кг и 35 кг, соответственно для фракций 5 – 10, 10 – 20, 20 – 40, 40 – 70 и более 75 мм, весы, штангенцир куль или шаблон, стандартный набор сит.

Выполнение работы. Содержание зёрен пластинчатой и игловатой формы определя ют для каждой фракции в отдельности, для этого щебень при необходимости фракционируют.

Если какой-либо фракции менее 5 %, то в ней не определяют содержание пластинчатых и игловатых зёрен.

Из пробы щебня каждой фракции визуально отбирают пластинчатые и игловатые зерна. В сомнительных случаях размеры определяют штангенциркулем или шаблоном.

Содержание пластинчатых и игловатых зерен П, % для каждой фракции вычисляют по формуле:

• 0 • Исследование свойств заполнителей для бетонов и растворов m П= 100, m (12.10) где m – масса зерен каждой фракции, г;

m1 – масса зерен пластинчатой и игловатой формы, г.

Содержание указанных зерен в пробе щебня определяют как среднее арифметическое всех определений по фракциям.

Результаты испытаний записывают в табл. 9:

Таблица Определение содержания пластинчатых и игловатых зерен Номер испытаний Показатель 1 2 Масса зерен каждой фракции m, г Масса мерного сосуда со щебнем m1, кг Масса зерен пластинчатой и игловатой формы m1, г Содержание пластинчатых и игловатых зёрен во фракциях П, % Содержание пластинчатых и игловатых зёрен в пробе П, % Заключение о качестве щебня Нормативные документы 1. СТБ 1544-2005. Бетоны конструкционные тяжелые. Технические условия.

2. СТБ 1187-99. Бетоны легкие. Технические условия.

3. СТБ 1570-2005. Бетоны ячеистые. Технические условия.

4. СТБ 4.211-94. Материалы строительные нерудные и заполнители для бетона порис тые. Номенклатура показателей.

5. СТБ 1217-2000. Гравий, щебень и песок искусственные пористые. Технические условия.

6. ГОСТ 8267-93. Щебень и гравий из плотных горных пород для строительных работ.

Технические условия.

7. ГОСТ 8736-93. Песок для строительных работ. Технические условия.

8. ГОСТ 8269-97. Щебень и гравий из плотных горных пород и отходов промышленных работ. Методы физико-механических испытаний.

Контрольные вопросы 1. Чем представлена номенклатура заполнителей?

2. Что понимается под мелким заполнителем?

3. Что такое песок, из каких минералов состоит песок?

4. Что понимается под крупным заполнителем?

5. Что такое «модуль крупности заполнителя»?

6. Какие параметры описывают качество щебня?

• 1 • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ОПРЕДЕЛЕНИЕ ГИДРАВЛИЧЕСКОЙ АКТИВНОСТИ МИНЕРАЛЬНЫХ ДОБАВОК Цель работы: изучить методику определения гидравлической активности минеральных добавок.

Минеральные добавки, получаемые из природного или техногенного сырья, пред ставляют собой порошки и отличаются от химических модификаторов тем, что они не растворяются в воде, являясь тонкодисперсной составляющей твердой фазы бетона или раствора.

Тонкомолотые минеральные добавки, в зависимости от их состава, химической активности и преобладающего механизма действия, подразделяются на следующие группы:

• неактивные – добавки-наполнители, играющие только микронаполняющую роль;

• активные, обладающие самостоятельной или скрытой гидравлической активностью или пуццоланическим действием (добавки-наполнители или добавки-заменители части цемента);

• пластифицирующие – дисперсные минеральные вещества, способные при смешива нии с водой образовывать коллоидный клей и физически связывать большое количество воды.

Неактивные (инертные) минеральные добавки-наполнители – это тонкомолотые или тонкодисперсные вещества естественного происхождения или отходы промышленности, состоящие из кристаллического кремнезема, глинозема и других веществ, не обладающих скрытой гидравлической активностью.

Механизм действия таких добавок основан на увеличении удельной поверхности составляющих компонентов цементного теста и, в связи с этим, объема прочно удерживае мой адсорбционной воды (при условии, что их дисперсность будет соизмерима с разме рами зёрен цемента). Это обусловливает получение необходимого количества цементного теста, обеспечивающего образование достаточной толщины обмазки на поверхности зерен заполнителя и, благодаря этому – получение заданной удобоукладываемости смеси.

К неактивным добавкам-наполнителям естественного происхождения относятся тонкодисперсные материалы и тонкомолотые (до тонкости помола цемента) вещества:

глинистые грунты (тяжелая глина, суглинки, супесь) - горная обломочная порода, связанная глинистой связкой;

лёссы – богатые известью бурые и светло-желтые рыхлые отложения известково-песчаной глины;

маршалит – естественная кварцевая пудра, образовавшаяся в результате выветривания кварцсодержащих горных пород и состоящая, в основном, из мельчайших зерен кристаллического кварца;

глинистые, песчаные, кремнистые и доломитизированные известняки – осадочные горные породы, состоящие из обломков раковин и панцирей различных микроорганизмов, из мелких кристаллических зёрен известкового шпата (кальцита) и частично органита;

пески – рыхлая смесь зёрен крупностью до 5 мм, образовавшихся в результате выветривания твердых горных пород и состоящих в основном из кристаллического кварца;

песчаники – осадочная горная порода, состоящая из сцементированных зерен кристаллического кварца;

известняки-ракушеч ники – крупнопористая осадочная горная порода, образовавшаяся из сцементированных известковых раковин.

Неактивные минеральные добавки-наполнители – отходы промышленного про изводства: колошниковая пыль – пылевидные частицы железо-содержащей руды, улав ливаемые скрубберами из отходящих доменных газов и состоящие из оксидов Fe3O3, SiO2, Al2O3;

молотая горелая порода – тонко-дисперсный материал, являющийся отходом угледобычи и состоящий в основном из оксидов Fe3O3, SiO2, Al2O3, СаО, MgO и других.

Минеральные добавки-наполнители, получаемые из вышеперечисленных сырьевых материалов, должны соответствовать следующим техническим требованиям:

• 2 • Определение гидравлической активности минеральных добавок • тонкость помола (дисперсность) – не менее 350 м2/кг удельной поверхности или не более 15 % по массе остатка на сите № 008;

• добавки должны быть однородными и постоянными по вещественному составу и не содержать примеси, снижающие прочность бетона и его коррозионную стойкость;

• содержание органических веществ не должно превышать такого количества, при котором цвет раствора при колориметрической пробе получается не темнее цвета эталона (по ГОСТ 8735).

В общем случае требуемое количество неактивных минеральных добавок в смеси с клинкерным цементом определяется в зависимости от марки цемента из расчёта, что замена добавкой 1 % массы цемента приводит к получению композитного (смешанного) вяжущего с активностью меньшей на 1 %, чем без добавочного цемента. Технический эффект введения добавок-наполнителей связан с возможностью «разбавления» цемента до уровня, обеспечивающего получение оптимального соотношения между активностью цемента и прочностью (маркой) бетона или раствора и, как следствие, экономии цемента.

Активные минеральные добавки-наполнители – вещества естественного происхож дения или промышленные отходы (техногенные продукты), находящиеся в тонкодисперсном состоянии или измельченные до тонкости помола цемента, обладающие гидравлической активностью или пуццоланическим действием.

Гидравлическая активность (ГА, мг/г) минеральных добавок характеризуется массой гидроксида кальция (в пересчете на CaO, мг), сорбированного из раствора в течение 30 су ток в расчете на 1 г добавки.

Пуццоланическая активность – способность добавки связывать СаО в низкоосновные гидросиликаты кальция (ГСК).

Активные минеральные добавки содержат вещество, способное в обычных условиях вступать в химическое взаимодействие с гидроксидом кальция. В диатомитах, трепелах и других добавках осадочного происхождения таким веществом являются поликремниевые кислоты nH2O · mSiO2, а в вулканических и искусственных – алюмосиликаты. Минеральная добавка считается активной, если она обеспечивает конец схватывания смеси, приготов ленной на основе добавки и извести-пушонки, не позднее 7 суток после затворения и обес печивает водостойкость образца не позднее 3 суток после конца его схватывания.

Механизм действия гидравлически активных добавок в основном обусловлен их химическим взаимодействием с известью, образующейся в результате гидролиза С3S при гидратации цемента. При этом, в основном, образуются низкоосновные ГСК типа C-S-H (B), гидроалюминаты и гидроферриты кальция, которые, увеличивая гелевую составляющую цементного камня, улучшают прочностные и деформативные свойства бетона.

Пуццоланический эффект действия тонкодисперсных добавок в бетонах проявляется в химическом взаимодействии активного кремнезема с известью по схеме:

SiO2 + CaO + nH2O CaO · SiO2 · nH2O.

Образование ГСК обеспечивает повышение плотности и прочности цементного камня и, соответственно, бетона и раствора за счет вовлечения активной части добавки в формирующуюся структуру цементного камня.

Уменьшение содержания свободной СаО в структуре цементного камня способствует повышению коррозионной стойкости бетона к коррозии 1-го вида - выщелачиванию и кор розии 2-го вида – химической коррозии, так как исключает образование легкораствори-мых гидроксидов магния, натрия и других.

Таким образом, введение химически активных минеральных добавок-наполнителей способствует не только сокращению расхода цемента, но и повышению коррозионной стойкости бетона, что свидетельствует о технической и экономической эффективности использования добавок в бетонах и растворах.

В качестве сырья для получения активных минеральных добавок-наполнителей используются горные породы осадочного и вулканического происхождения, а также некоторые виды промышленных отходов. Горные породы осадочного происхождения – •  • Лабораторная работа № диатомит, трепел, трепеловидная опока, кремнеземистая опоковидная порода;

указанные разновидности диатомитовой породы при одинаковом химическом составе отличаются лишь своей дисперсностью. Горные породы вулканического происхождения – вулканиче ский пепел, вулканические туфы и пемзы, витроф, трасс, перлит необожженный;

все указанные породы, за исключением вулканического пепла, имеют камневидную структуру, поэтому требуют помола до оптимальной дисперсности. Промышленные отходы – золы и шлаки ТЭС (зола-уноса, золо-шлаки);

зола горючих сланцев;

гранулированные доменные шлаки;

отвальные доменные шлаки;

фосфорные шлаки – отходы электротермического про изводства фосфора, содержащие в своем составе СаО и SiO2 в сумме до 95 %;

нефелиновый шлам – отход глиноземного производства, содержащий до 80 % минерала белита, частично гидратированного;

ситроф, красный бокситовый шлам – отходы алюминиевого производ ства;

микрокремнезем (ультрадисперсные отходы ферросплавного производства – пыль газоочистки производства ферросилиция, кристаллического кремния, силикомарганца, ферросиликохрома).

Активные минеральные добавки-заменители части цемента – это тонкомолотые минеральные вещества, состоящие из низкоосновных силикатов, алюминатов и ферритов кальция, аморфного кремнезема и других веществ, которые обладают достаточно заметной гидравлической и пудцоланической активностью, особенно при твердении бетона в автоклавах или пропарочных камерах.

Механизм действия таких добавок обусловлен процессами гидратационного твер дения. Целью применения таких добавок является придание бетонной и растворной смеси требуемой подвижности и замена ими части клинкера, не приводящая к снижению проч ности бетона или раствора.

К добавкам-заменителям части клинкера можно отнести тонкоизмельченные крем неземистую опоковидную породу, доменные гранулированные шлаки, доменную муку, золу-уноса и гранулированные шлаки ТЭС. Технические требования, которым должны удовлетворять такие добавки, аналогичны сырьевым материалам, из которых производятся активные минеральные добавки: удельная поверхность – 200500 м2/кг, размер зерен - ме нее 0,1 мм;

аморфная, стеклообразная и частично кристаллизованная структура;

обеспе чение получения устойчивых в процессе эксплуатации новообразований.

Минеральные добавки для бетонов и растворов считаются активными, если они обеспечивают конец схватывания теста, приготовленного на основе добавки и извести пушонки, не позднее 7 суток после затворения водой и водостойкость образцов из этого же теста не позднее 3 суток после конца его схватывания. Кроме того, в добавках получаемых из кремнеземистых пород, введены ограничения по содержанию ангидрида серной кислоты (SO3 должно быть не более 3 % по массе), а в кремнеземистой опоковидной породе должно быть SiO2 не менее 75 %, Al2O3 не менее 5 %, SO3 не более 0,3 %, выгорающих частиц не более 7 % и растворимого глинозема не более 2 % по массе.

Химический состав доменных отвальных и гранулированных шлаков, а также доменной муки должны соответствовать ГОСТ 3476.

К добавкам, полученным из золы ТЭС, предъявляются требования по содержанию сульфатов, выгорающих частиц несгоревшего угля, которые регламентируются норматив ными документами.

На рисунке1 представлен внешний вид дисперсной минеральной добавки для бетонов и растворов.

1. Средства испытаний:

• сито 008;

• сито 016;

• шкаф сушильный лабораторный типа СНОЛ, обеспечивающий поддержание тем пературы (105±5) °С;

• весы лабораторные по ГОСТ 24104 с погрешностью взвешивания ±0,1 г;

2. Условия проведения испытаний.

В помещении для проведения испытаний должна быть температура (20±2) °С и относительная влажность воздуха (50±15) %.

•  • Определение гидравлической активности минеральных добавок Рис. 1. Частицы сухой минеральной добавки размером 40 – 300 мкм для бетонов и растворов 3. Порядок подготовки к испытаниям.

Приготавливают навеску массой 30 – 40 г сухого (высушенного до постоянной массы при температуре не более 105 °С) минерального порошка с размером частиц 80 – 160 мкм.

Приготавливают раствор 1 гидроксида кальция, для чего 0,25 г извести помещают в коническую колбу вместимостью 500 мл, добавляют 50 мл 10 %-го раствора сахарозы и энергично взбалтывают в течение 15 мин. Для улучшения перемешивания в колбу предварительно помещают 3 – 5 стеклянных бусин или оплавленных стеклянных палочек длиной 5 – 7 мм.

4. Проведение испытаний.

4.1. Определяют исходную концентрацию Са(ОН)2 в растворе Т1, мг/л сахаратным методом, для чего 50 мл раствора 1 помещают в коническую колбу, добавляют 2-3 капли фенолфталеина и титруют 1 н раствором соляной кислоты. Титрование производят по каплям до первого исчезновения розовой окраски. Титр раствора Са(ОН)2 в пересчете на СаО вычисляют по формуле:

СHCl VHCl M ' ЭКВCa(OH ), мг/л (13.1) T(СаО ) = VCa(OH ) где CHCl – концентрация соляной кислоты, моль/л;

VHCl – объем раствора соляной кислоты, затраченного на титрование, мл;

MЭКВ,Са(ОН)2 – молярная масса эквивалента Са(ОН)2, равная 37 г/моль;

VCa(OH)2 – объем раствора гидроксида кальция, мл;

103 – коэффициент перевода массы (г – мг).

С учетом исходных данных:

1 VHCl 37 103 (13.2) T(СаО ) = 740 VHCl = 4.2. Определяют концентрацию гидроксида кальция в растворе Т2, мг/л после экспозиции с минеральной добавкой определенного вида, для чего навеску сухого мине •  • Лабораторная работа № рального порошка (добавки) массой 4-5 г помещают в 200 мл раствора Са(ОН)2, титр которого рассчитан по формуле (13.2). Полученную суспензию перемешивают в течение 30 с, после чего хранят в течение 30 суток при температуре (20±2) °С, ежесуточно перемешивая в течение 30 с. Далее суспензию фильтруют, отбирают 50 мл фильтрата, определяют конеч ную концентрацию Са(ОН)2 в растворе (по методике п. 4.1) 5. Порядок обработки и оформления результатов испытаний.

Рассчитывают гидравлическую активность (ГА) минеральной добавки по формуле:

Vр-ра · (Т1 – Т2) ГА = m добавки (13.3) m добавки– масса минеральной добавки, г;

где Т1 – титр исходного раствора гидроксида кальция (в пересчете на СаО), мг/л;

Т2 – титр гидроксида кальция в фильтрате (в пересчете на СаО), мг/л;

Vр-ра – объём раствора гидроксида кальция, л (в опыте 0,2 л) Результаты испытаний заносят в таблицу:

0,2 · (Т1 – Т2) mдобавки, г Т1, мг/л Т2, мг/л ГА = Тип добавки m добавки Среднее значение:

Контрольные вопросы 1. Что представляют собой «минеральные добавки, получаемые из природного или техногенного сырья»?

2. Что представляют собой «активные минеральные добавки»?

3. Чем характеризуется гидравлическая активность минеральных добавок?

4. В чем заключается пуццоланический эффект действия тонкодисперсных минераль ных добавок в бетонах?

Рекомендуемая литература 1. Удачкин, И.Б. Кремнеземсодержащие материалы вулканического происхождения в производстве ячеистого бетона / И.Б. Удачкин, В.В. Опекунов, В.И. Юськович // Строительные материалы, изделия и санитарная техника: cб. науч. тр. – К.: НИИСМИ. – 1986. – Вып. 9. – С. 13 - 14.

2. Удачкин, И.Б. Гидравлическая активность кремнеземсодержащего сырья естест венной и техногенной природы / И.Б. Удачкин, В.И. Юськович, В.В. Опекунов // Расширение объёмов использования вторичных сырьевых ресурсов при производстве строительных материалов и изделий: тр. респ. сем. – К., 1986. – С. 45.

•  • ЛАБОРАТОРНАЯ РАБОТА № ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ ГИПСОВОГО ВЯЖУЩЕГО Цель работы: исследовать основные свойства гипсового вяжущего.

Гипсовые вяжущие – вяжущие вещества воздушного твердения, состоящие из полу водного гипса (СаSO4·0,5Н2О) или ангидрита (СаSО4), получаемые тепловой обработкой исходного сырья и его помолом.

В качестве сырья используют чаще всего горную породу осадочного происхождения гипс (СаSO4 · 2Н2О). Применяют ангидрит и отходы промышленности (фосфогипс, борогипс).

В зависимости от температуры тепловой обработки различают: низкообжиговые (гипсовые) и высокообжиговые (ангидритовые) вяжущие.



Pages:     | 1 || 3 | 4 |
 





 
© 2013 www.libed.ru - «Бесплатная библиотека научно-практических конференций»

Материалы этого сайта размещены для ознакомления, все права принадлежат их авторам.
Если Вы не согласны с тем, что Ваш материал размещён на этом сайте, пожалуйста, напишите нам, мы в течении 1-2 рабочих дней удалим его.