Реферат: Методические указания к лабораторной работе Составитель Т. Е. Дизендорф

Федеральное агентство по образованию


Томский государственный

архитектурно-строительный университет


ИССЛЕДОВАНИЕ СВОЙСТВ

ГИПСОВЫХ ВЯЖУЩИХ


Методические указания к лабораторной работе


Составитель Т.Е. Дизендорф


Томск 2006

Исследование свойств гипсовых вяжущих: методические указания к курсовой работе / Сост. Т.Е. Дизендорф – Томск: Издательство Томского государственного архитектурно-строительного университета, 2006. – 19 с.


Рецензент к.т.н., доцент Т.В. Савченкова

Редактор Т.С. Володина


Методические указания предназначены для студентов, дневной, заочной и дистанционной форм обучения по направлению «Строительство», изучающих дисциплину «Материаловедение».


Печатается по решению методического семинара кафедры строительных материалов, протокол № 6 от 30.03.06


Утверждены и введены в действие проректором по учебной работе В.С. Плевковым


с 01.06.2006

до 01.06.2011


Изд. Лиц. № 021253 от 31.10.97. Подписано в печать

Формат 60х90/16. Бумага ОФСЕТ.

Гарнитура Таймс, печать офсет.

Уч. – изд. Л. Тираж 300 экз. Заказ №


Изд-во ТГАСУ, 634003, г. Томск, пл. Соляная, 2

Отпечатано с оригинал-макета в ООП ТГАСУ

634003, г. Томск, ул. Партизанская, 15

Введение


Минеральные вяжущие – тонкодисперсные порошкообразные материалы, которые при смешивании с водой (реже с водными растворами солей) образуют пластичную, легко формующуюся массу (тесто), постепенно переходящую в камневидное состояние.

Основным качественным показателем вяжущих служит их отношение к воде. Вяжущие, способные твердеть и сохранять свою прочность только на воздухе, называют воздушными.

К воздушным вяжущим веществам относятся гипсовые вяжущие, которые получают термической обработкой (при температуре 140…1600С) гипсового сырья до образования полугидрата сульфата кальция CaSO4·0,5 Н2О. Твердение гипсовых вяжущих заключается в присоединении воды (гидратации) до образования двугидрата сульфата кальция


CaSO4·0,5H2O+1,5H2O↔CaSO4·2H2O.


Характерные свойства гипсовых вяжущих — быстрое схватывание и твердение.

По срокам схватывания гипсовые вяжущие делятся на три группы:

А – быстро твердеющие (начало схватывания не ранее 2 мин, конец – не позднее 15 мин);

Б – нормально твердеющие (начало схватывания не ранее 6 мин., конец – не позднее 30 мин);

В – медленно твердеющие (начало схватывания не ранее 20 мин, конец – не нормируется).

Поскольку гипсовые вяжущие твердеют быстро, то образцы испытывают на прочность через 2 ч после затворения. За это время гидратация и кристаллизация гипсового вяжущего заканчивается.

По пределу прочности при сжатии и изгибе гипсовые вяжущие делят на 12 марок: от Г-2 до Г-25 (цифры в обозначении марки показывают минимальный предел прочности при сжатии в МПа). Наиболее употребляемые в строительстве марки гипсовых вяжущих – Г-4…..Г-10.

По тонкости помола гипсовые вяжущие могут быть: грубого (группа I), среднего (группа II) и тонкого (группа III) помола.

Маркируют гипсовые вяжущие по трем показателям: прочности, скорости схватывания и тонкости помола. Например, гипсовое вяжущее Г-7 А II — быстро твердеющее (А), среднего помола (II) и с прочностью на сжатие не менее 7 МПа.

При изготовлении гипсового теста берут в 2…3 раза больше воды, чем необходимо для гидратации гипса. Поэтому после затвердевания в гипсовом камне остается значительное количество воды. В таком состоянии он обладает пониженной прочностью. После сушки прочность гипсового камня возрастает в 1,5…2 раза. Испаряясь, вода оставляет в гипсовом камне много пор, поэтому средняя плотность гипсового камня довольно низкая (1200…1500 кг/м3).

Гипс – одно из немногих вяжущих, расширяющихся при твердении: увеличение в объеме достигает 0,2%. Способность расширяться при твердении позволяет применить гипсовые вяжущие в отличие от большинства других вяжущих без заполнителей, не боясь растрескивания от усадки.


^ ЦЕЛЬ И СОДЕРЖАНИЕ РАБОТЫ


Целью работы является закрепление теоретических знаний, освоение методов испытаний, изучение основных свойств строительного гипса, а также приобретение навыков самостоятельной работы с материалами.

Для определения качества гипса каждая бригада проводит следующие определения:

Тонкость (степень) помола.

Стандартная консистенция (нормальная густота) гипсового теста.

Сроки схватывания гипсового теста.

Пределы прочности при изгибе и при сжатии.

Содержание гидратной воды.

Водопоглощение.

Объемное расширение.




требуемые материалы и аппаратура на одну бригаду




1.

Строительный гипс

3 кг

2.

Весы настольные мерные или циферблатные с погрешностью не более 1 г

1 шт

3.

Сито 02

1 шт

4.

Чаша затворения

1 шт

5.

Совок

1 шт

6.

Лопатки

1 шт

7.

Мерные стеклянные цилиндры емкостью 250 мл

1 шт

8.

Форма для балочек 4х4х16 см

1 шт

9.

Металлическая линейка

1 шт

10.

Пластинки для передачи нагрузки

2 шт

11.

Гидравлический пресс 5 т

1 шт

12.

Вискозиметр Суттарда

1 шт

13.

Прибор Вика

1 шт

14.

Муфельная печь

1 шт

15.

Фарфоровые тигли

2 шт

16.

Сушильный шкаф

1 шт

17.

Бачок для выдерживания образцов в воде

1 шт

18.

Прибор ГОИ (Государственного оптического института)

1 шт




^ МЕТОДИКИ ВЫПОЛНЕНИЯ РАБОТ


3.1. Определение тонкости (степени) помола


Сущность метода заключается в определении массы гипсового вяжущего, оставшегося при просеивании на сите с ячейками размером в свету 0,2 мм.

Пробу вяжущего массой 50 г, взвешенную с погрешностью не более 0,1 г и предварительно высушенную в сушильном шкафу в течение 1 ч при температуре (50±5)°С, высыпают на сито и производят просеивание вручную или на механической установке.

Просеивание считается законченным, если сквозь сито в течение I мин при ручном просеивании проходит не более 0,05 г вяжущего.

Тонкость помола отдельной пробы определяют в процентах с погрешностью не более 0,1 % как отношение массы, оставшейся на сите, к массе первоначальной пробы:




где m — первоначальная масса гипса, г;

m1 — масса гипса, оставшегося на сите, г.

За величину тонкости помола принимают среднее значение результатов двух испытаний. Данные заносят в табл. 1.


Таблица I


Тонкость помола строительного гипса


Масса гипса, г

Остаток на сите

г

%

1.










2.























3.2. Определение стандартной консистенции (нормальной густоты) гипсового теста


Нормальная густота (стандартная консистенция) характеризуетея диаметром расплыва гипсового теста, вытекающего из цилиндра прибора Суттарда при его поднятии. Диаметр расплыва должен быть равен (180±5) мм. Нормальная густота выражается содержанием воды в процентах, приходящейся на 100 г гипса.

Прибор Суттарда состоит (рис. I) из цилиндра, изготовленного из нержавеющего металла с полированной внутренней поверхностью, внутренний диаметр цилиндра (50±0,1)мм, высота цилиндра (100±0,1) мм.

Цилиндр устанавливается на подставку с нанесенными концентрическими окружностями диаметром 150...220 мм через 10 мм и диаметром 170...190 мм через 5 мм.



Рис. I. Вискозиметр Суттарда: 1 – цилиндр; 2 — для определения стандартной консистенции гипсового геста.


В чистую чашку, предварительно протертую тканью, вливают воду, масса которой зависит от свойств гипсового вяжущего. Затем в воду в течение 2...5 с всыпают 300 г гипсового вяжущего. Массу перемешивают в течение 30 с, начиная отсчет времени от начала всыпания гипсового вяжущего в воду. После окончания перемешивания цилиндр, установленный в центре подставки, заполняют гипсовым тестом, излишки которого срезают. Цилиндр и подставку тщательно протирают тканью. Через 45 с, считая от начала всыпания гипсового вяжущего в воду или через 15 с после окончания перемешивания, цилиндр быстро поднимают вертикально на высоту 15...20 см и отводят в сторону.

Время перемешивания необходимо строго соблюдать, так как вязкость гипсового теста быстро возрастает, и поэтому нарушение продолжительности перемешивания дает искаженные результаты испытания.

Диаметр расплыва измеряют непосредственно после поднятия цилиндра линейкой в двух взаимно перпендикулярных направлениях с погрешностью не более 5 мм, вычисляют среднее арифметическое значение. Если диаметр расплыва не соответствует (180±5) мм, испытание повторяют с измененной массой воды. Данные заносят в табл. 2.

Таблица 2


Стандартная консистенция гипсового теста


Показатели

Опыты




I

2

3

Масса гипса, г

Количество воды, г

Количество воды, %

Диаметр расплыва, мм










Нормальная густота, %












3.3. Определение сроков схватывания гипсового теста


Для определения сроков используют гипсовое тесто стандартной консистенции. Сущность метода состоит в определении времени от начала контакта гипсового вяжущего с водой до начала и конца схватывания теста.

Для определения сроков схватывания служит стандартный прибор Вика (рис. 2).


Рис. 2. Прибор Вика: I — станина; 2 — стержень; 3 — шкала; 4 — игла; 5 — пестик; 6 — указатель; 7 — винт;

8 — кольцо; 9 — стеклянная пластина.


Он состоит из металлической станины, в обоймах которой свободно перемещается в вертикальном положении цилиндрический стержень. Стержень снабжен стрелкой для отсчета перемещения его относительно миллиметровой шкалы, закрепленной на станине. Для определения сроков схватывания в нижнюю часть стержня вставляют иглу. Масса подвижной части с иглой (300±2) г.

На предметный столик прибора устанавливают коническое кольцо, верхний внутренний диаметр которого равен 65 мм, нижний –—75 мм, высота кольца (40±0,5) мм.

Перед началом испытания проверяют, свободно ли опускается стержень прибора Вика, а также нулевое положение подвижной части.

Кольцо, предварительно протертое и смазанное минеральным маслом и установленное на полированную пластину, заполняют тестом. Для удаления попавшего в тесто воздуха кольцо с пластинкой 4...5 раз постукивают о поверхность стола. После этого излишки теста срезают линейкой, а затем заполненное кольцо на пластинке устанавливают на основании прибора Вика.

Подвижную часть прибора с иглой устанавливают в такое положение, при котором конец иглы касается поверхности гипсового теста, а затем иглу свободно опускают в кольцо с тестом. Погружение производят один раз каждые 30 с, начиная с целого числа минут. После каждого погружения иглу тщательно вытирают, а пластинку вместе с кольцом передвигают так, чтобы игла при новом погружении попадала в новое место поверхности теста.

Начало схватывания определяют числом минут, истекших от момента добавления вяжущего к воде, до момента, когда свободно опущенная игла после погружения в тесто первый раз не доходит до поверхности пластинки не более I мм, а конец схватывания — когда свободно опущенная игла погружается на глубину не более I мм. Время начала и конца схватывания выражают числом минут. Показатели заносят в табл. 3.


Таблица 3


Показания прибора Вика в зависимости от времени



Время, с



Показания прибора, мм











Количество гипса

— 200 г

Количество воды

— г

Начало затворения

— ч мин

Начало схватывания

— мин

Конец схватывания

— мин



3.4. Определение пределов прочности образцов-балочек из гипсового теста


Сущность метода заключается в определении минимальных нагрузок, разрушаюших образец.

Испытания проводят на образцах-балочках с размерами 40х40х160 мм, изготовленных из гипсового теста стандартной консистенции.

Для изготовления образцов берут пробу гипсового вяжущего мессой 1000 г и в течение 5...20 с засыпают в чашку с водой, взятой в количестве, необходимом для получения теста стандартной консистенции и перемешивают в течение 50 с до получения однородного теста, которым заливают форму. Предварительно внутреннюю поверхность формы смазывают минеральным маслом. Заполняют все отсеки формы одновременно. После заполнения формы поверхность образцов заглаживают. Через (15±5) мин после схватывания образцы извлекают из формы, маркируют и хранят в помещении для испытаний.

Определение прочности образцов на изгиб и на сжатие производят через 2 ч от момента добавления вяжущего к воде.

Предел прочности при изгибе образцов-балочек определяют на специальной машине. При испытании образцы-балочки устанавливают на опоры прибора так, чтобы его грани, расположенные при изготовлении горизонтально, находились при испытании в вертикальном положении (рис. 3).



Рис.3. Схема положения образцов - балочек на опорных элементах


Нагружение на образцах осуществляется автоматически. Предел прочности при изгибе вычисляют как среднее арифметическое значение двух наибольших результатов испытаний трех образцов. Опытные данные заносят в табл. 4.

Полученные после испытания на изгиб шесть половинок балочек сразу же подвергаются испытанию на сжатие на гидравлическом прессе. Для этого образцы помещаются между двумя металлическими пластинами так, что боковые грани, которые при изготовлении прилегали к продольным стенкам форм, находятся на плоскостях пластин, а упоры пластин плотно прилегали к торцевой гладкой стенке образца (рис. 4).

Образец вместе о пластинками центрируют на опорной плите пресса. Скорость нарастания нагрузки должна быть(1±0,5) МПа в секунду. Предел прочности на сжатие одного образца определяют как частное от деления величины разрушающей нагрузки не рабочую площадь пластинки, равную 25  см.




где Р — разрушающая нагрузка, (кгс), F — рабочая площадь пластинки, см2.


А Б


Рис. 4. Испытание половинок балочек на сжатие: А – пластинки; Б – схема испытания; 1 –пластинки; 2,4 – плиты пресса; 3 – образец (балочка)



Предел прочности на сжатие вычисляет как среднее арифметическое результатов шести испытаний без наибольшего и наименьшего результатов. Результаты записывают в табл. 4.


Таблица 4


Экспериментальные денные по определению предела прочности при изгибе и сжатии


Изгиб

Сжатие

Марка

гипса

Разрушающее усилие, кгс/см2

Предел прочности при изгибе, кгс/см2

Среднее значение из двух наибольших результатов, кгс/см2, МПа

Разрушающая нагрузка, кгс

Рабочая площадь пластин, см2

Предел прочности при сжатии, кгс/см2

Среднее значение из 4х наибольших

Кгс/см2; МПа




























3.5. Определение содержания гидратной воды


По данным испытаний делается заключение и устанавливается марка гипсового вяжущего.

Пример условного обозначения гипсового вяжущего с прочностью 5,2 МПа (52 кгс/см ), со сроками схватывания: начало — 5 мин, конец — 9 мин и остатком на сите с размером ячеек в свету 0,2 мм — 9 %, т.е. вяжущего марки — 5, быстротвердеющего среднего помола: Г- 5А II.


3.6. Определение содержания гидратной воды


Для данного испытания берут пробу гипса, равную I г, взвешенную с погрешностью 0,1 г, помещают в прокаленный взвешенный фарфоровый тигель и нагревают в муфельной печи до 400°С в течение 2 ч. Прокаливание повторяют до получения постоянной массы. Тигель с навеской охлаждают в герметически закрытом эксикаторе и взвешивают. Содержание гидратной воды (В) в процентах вычисляют по формуле





где G – первоначальная навеска гипса 1 г; G1 – масса гипса прокаливания в г.

За величину содержания гидратной воды принимают среднее значение результатов двух испытаний. Данные заносят в табл. 5.


Таблица 5


Содержание гидратной воды





Первоначальная навеска гипса, г

Масса пробы гипса после прокаливания, г

Содержание гидратной воды, %

Среднее значение содержания гидратной воды, %

I













2














3.7.. Определение водопоглощения гипсового камня


Водопоглощение гипса определяют на трех образцах (половинках - балочках), предварительно высушенных до постоянной массы при температурах 45 ..55 °С. Образцы взвешивают, помещают в горизонтальном положении в бачок и заливают до половины водой. Через 2 ч их эаливают водой полностью и выдерживают еще 2 ч. После этого образцы извлекают из воды, обтирают влажной тканью и взвешивают.

Водопоглощение гипса в процентах определяют по формуле




где G— первоначальная масса образца, г; G1 — масса образца посла насыщения водой, г.

Величину водопоглощения определяет как среднее арифметическое результатов трех определений, данные заносят в табл. 6.


Таблица 6


Водопоглощение гипсового камня





Первоначальная масса образца, г

Масса образца после насыщения водой, г

Водопоглощение отдельных образцов, %

Среднее значение водопоглощения, 5

1













2










3











ПРИЛОЖЕНИЕ 1


Технические требования к строительному гипсу

по прочности


Марка вяжущего

Предел прочности образцов-балочек размерами 40х40х150 мм в возрасте 2 ч, не менее МПа (кгс/см2)

При сжатии

При изгибе

Г – 2

Г – 3

Г – 4

Г – 5

Г – 6

Г – 7

Г – 10

Г – 13

Г – 16

Г – 19

Г – 22

Г - 25

2 (20)

3 (30)

4 (40)

5 (50)

6 (60)

7 (70)

10 (100)

13 (130)

16 (160)

19 (130)

22 (220)

25 (250)

1,2 (12)

1,8 (18)

2,0 (20)

2,5 (28)

3,0 (30)

3,5 (35)

4,5 (45)

5,5 (55)

6,0 (60)

6,5 (65)

7,0 (70)

8,0 (80)

ПРИЛОЖЕНИЕ 2


Технические требования к строительному гипсу по срокам схватывания


Вид вяжущего

Индекс сроков

Сроки схватывания, мин.

Начало не ранее

Конец не позднее

Быстро

твердеющий


Нормально

твердеющий


Медленно

твердеющий

А


Б


В

2


6


20

15


30


Не нормируются



ПРИЛОЖЕНИЕ 3


Технические требования к строительному гипсу по степени помола


Вид вяжущего

Индекс степени помола

Максимальный остаток на сите с размером ячеек 0,2 мм % не более

Грубого помола

Среднего помола

Тонкого помола

I

II

III

22

14

2



^ СПИСОК РЕКОМЕНДУЕМОЙ ЛИТЕРАТУРЫ


1. Волженский, А.В. Минеральные вяжущие вещества/ А.В. Волженский. — М.: Стройиздат, 1985.

2. Попов, К.Н. Оценка качества строительных материалов/. К.Н. Попов, М.Б. Кадо, О.В. Кульков. – М.: Высшая школа, 2004. — 287 с.

3. Справочник. Гипсовые материалы и изделия/. Производство и применение/. Под редакцией А.В. Ферронской. – М.: Издательство АСВ, 2004, 485 с.

4. ГОСТ 23789-79. Вяжущие гипсовые. Методы испытаний. – Введ. 19.07.1979 г.

5. ГОСТ 125-79**. Вяжущие гипсовые. Технические условия. – Введ. 19.07.1979 г.