Меню

Истинная плотность цементного раствора



Свойства растворных смесей и растворов

Свойства растворов

Затвердевшие растворы должны обладать определенной плотностью, заданной прочностью, водонепроницаемостью, морозостойкостью, постоянством объема и в отдельных случаях химической стойкостью.

Плотность раствора зависит от вида и химического состава заполнителя.
Истинная плотность обычных цементно-песчаных растворов составляет 2600. 2700 кг/м3. По средней плотности, как известно, строительные растворы подразделяют на тяжелые и легкие.
Растворы плотностью 1500 кг/м3 и более относят к тяжелым; для их приготовления используют плотные заполнители с насыпной плотностью более 1200 кг/м.
К легким относят растворы с плотностью менее 1500 кг/м3; их приготовляют на легких пористых заполнителях с насыпной плотностью менее 1200 кг/м3.

Тяжелые растворы плотны, прочны, морозостойки и теплопроводны. В отличие от тяжелых легкие растворы благодаря наличию пор, заполненных воздухом, малотеплопроводны.
Они достаточно прочны, но не всегда морозостойки. Поэтому легкие растворы применяют не для наружных, а для внутренних штукатурок и устройства подготовок под полы. Плотность раствора зависит также и от зернового состава заполнителя. Наибольшая плотность заполнителя и раствора будет при определенном соотношении между количеством зерен различной крупности. Так, 1 м3 песка с зернами размером 1 мм весит около 1400 кг, а смесь зерен размером 0,14. 5 мм весит 1600. 1800 кг.

Прочность строительного раствора характеризуют маркой, которую определяют по пределу прочности при сжатии стандартных образцов-кубов, изготовленных из рабочей растворной смеси и испытанных после 28-суточного твердения (ГОСТ 5802—86).
По пределу прочности при сжатии (кгс/см2) для растворов установлены марки: 4, 10, 25, 50, 75, 100, 150, 200 и 300.

Малопрочные растворы марок 4 и 10 получают из местных вяжущих и извести. Прочность растворов при изгибе примерно в 5, а при растяжении в 10 раз меньше прочности при сжатии.
Прочность раствора прежде всего зависит от активности и количества вяжущего, от количества воды, качества заполнителей, тщательности приготовления раствора, условий и продолжительности твердения.

Вяжущее вещество в виде теста в растворной смеси твердеет, образуя плотный камень, соединяющий зерна заполнителя в монолит. Следовательно, прочность раствора будет находиться в зависимости от прочности образовавшегося камня и прочности его сцепления с заполнителем.
Прочность раствора весьма зависит от активности вяжущего. При прочих равных условиях, чем прочнее вяжущее, тем прочнее и раствор.

Раствор должен твердеть в определенных (оптимальных) условиях.
Так, цементные растворы хорошо твердеют во влажных условиях, рост их прочности протекает постепенно, в первое время — интенсивно, затем нарастание прочности со временем снижается, но долго продолжается (рис. 2).


Рис.2. График

Отделочные растворы имеют относительно невысокую прочность, в то время как минимальная марка цемента — 300. В таких растворах большой расход цемента недопустим.
Для снижения стоимости раствора и сохранения свойств растворной смеси применяют не один цемент, а два вида вяжущих: цемент и известь или цемент и глину. Известковые растворы твердеют в сухих условиях, рост их прочности протекает очень медленно, прочность их невысокая. Гипсовые растворы твердеют только в сухих условиях и быстро.
На прочность раствора влияет прочность заполнителя. Так, прочность раствора на заполнителе из прочных горных пород на 25. 50 % выше, чем раствора на слабых (пористых) заполнителях.

Случайная (неправильная) форма и шероховатая поверхность заполнителя обеспечивают прочное сцепление с вяжущим. Поэтому растворы на таких заполнителях имеют более высокую прочность, чем растворы на заполнителях округлой формы с гладкой поверхностью зерен.
Посторонние примеси в заполнителе (глина, ил, пыль) снижают сцепление вяжущего с заполнителем, а значит, снижают прочность раствора. Частицы глины при смачивании их водой набухают, вызывают изменение объема затвердевшего раствора с образованием трещин.
Сульфаты натрия или кальция, содержащиеся в заполнителе, разрушают цементный камень в растворе.

Читайте также:  Отличие белого цемента от серого цемента

На свойства раствора, и в частности на его прочность, влияет количество воды затворения, которое характеризуют водовяжущим (водоцементным) отношением — числом, которое получают при делении массы воды затворения на массу вяжущих материалов. Например, для приготовления раствора потребовалось 100 кг воды и 200 кг вяжущего; разделив 100 на 200, получим 0,5. Полученное число и есть водовяжущее отношение.

В зависимости от вида вяжущего различают водоцементное, водогипсовое, водоизвестковое отношение и т. д. Установлено, что с увеличением водовяжущего отношения выше определенного предела прочность раствора снижается. Несмотря на это, при приготовлении растворов воды берут больше, чем это требуется для химической реакции твердения вяжущего. В растворах водовяжущее отношение обычно близко к 0,5, хотя для полной гидратации цемента достаточно, чтобы водоцементное отношение было примерно 0,2.

Увеличенный расход воды в растворной смеси вызывается следующим: растворная смесь с малым количеством воды малоподвижна (жестка), работать с ней очень трудно; при твердении раствора с его наружной поверхности испаряется вода, эту потерю компенсирует избыток воды в растворе; материал основания, на которое наносят растворную смесь, поглощает воду, что также компенсирует избыток воды в растворе.

Растворная смесь должна быть однородной, хорошо перемешанной. После твердения она станет прочным раствором. Поэтому установлены минимальные сроки перемешивания растворной смеси в растворосмесителе; чрезмерно длительное перемешивание компонентов растворной смеси не дает заметного увеличения прочности раствора.
Прочность раствора в значительной степени зависит от условий твердения. Понижение температуры замедляет реакцию гидратации вяжущего, а замораживание раствора на ранней стадии твердения приводит к резкому падению его прочности из-за разрывов контактов между кристаллами вяжущего при замерзании воды.

В условиях жаркого климата или при сушке раствора нагревательными приборами растворная смесь пересыхает, быстро испаряет воду, обезвоживается, при этом прекращается гидратация вяжущего, раствор теряет прочность, осыпается. Во избежание этого поверхность раствора необходимо смачивать водой.

Твердение вяжущих, а значит, и растворов протекает во времени иногда быстро (гипсовое вяжущее), чаще медленно (цемент), иногда очень медленно (известь). С течением времени прочность раствора повышается. В цементных растворах это связано с гидратацией и кристаллизацией цементных минералов; в известковых растворах прочность растет в результате карбонизации и кристаллизации извести, в глиняных — за счет испарения воды при их высыхании.

Водонепроницаемость строительного раствора важна для наружных штукатурок зданий, стяжек на балконах, подстилающего слоя под керамическую плитку пола в ванной комнате, для специальных гидроизоляционных штукатурок и т. д. Поскольку затвердевший раствор содержит поры, следовательно, абсолютно водонепроницаемых растворов нет.
Принято считать водонепроницаемым раствор, пропускающий малое количество воды, которое полностью испаряется с его поверхности, не оставляя мокрых пятен. Чем раствор менее порист, чем он плотнее, тем он меньше пропускает воду. Для повышения водонепроницаемости при приготовлении в раствор вводят добавки— уплотняющие (жидкое стекло) и гидрофобизирующие (полимерные смолы, битум, церезит).

Морозостойкость характеризует долговечность строительного раствора. В зависимости от числа циклов попеременного замораживания и оттаивания, которые выдержат образцы-кубы размером 7,07х7,07Х7,07 см в насыщенном водой состоянии, различают следующие марки раствора по морозостойкости: Мрз 10, 15, 25, 35, 50, 100, 150, 200 и 300. В значительной степени морозостойкость раствора зависит от его плотности и водонепроницаемости, от вида вяжущего, водоцементного отношения, введенные добавок и условий твердения.
Морозостойкими должны быть растноры для наружных штукатурок, для кладок наружных стен, для подстилающих слоев наружных облицовок. Строительные растворы для наружных штукатурок и каменных кладок наружных стен имеют марки по морозостойкости: 10, 15, 25, 35 и 50.
Во влажных успениях эксплуатации растворы по морозостойкости должны имен. более высокие марки: 100, 150, 200 и 300.

Читайте также:  Что за цемент comfort extra

Изменением объема, за редким исключением, сопровождается твердение вяжущих веществ. При твердении пшенные вяжущие увеличиваются в объеме, известковые вяжущие и большинство цементов — уменьшаются. Исключение составляют расширяющиеся и безусадочные цементы. Изменение объема твердеющего вяжущего вызывает изменение объема твердеющего раствора.

Усадка — уменьшение объема раствора при твердении. Усадка раствора зависит от вида вяжущего, водовяжущего отношения, соотношения количества вяжущего и заполнителя, от времени и условий твердения раствора. С увеличением количества вяжущего, приходящегося на единицу объема раствора, а также с увеличением водовяжущего отношения усадка раствора увеличивается.
Быстрая усадка нарастает в начальной стадии твердения раствора, затем рост ее уменьшается и постепенно затухает. У цементных растворов усадка практически прекращается через 3 мес от начала твердения.

Абсолютная усадка (по размеру) значительна: для обычных растворов она составляет 0,1. 0,4 мм/м, в некоторых случаях может достигать нескольких миллиметров на 1 м длины.
Как правило, усадка — нежелательное явление, особенно в штукатурных, мозаичных растворах, в подстилающих слоях облицовки.

Деформации усадки вызывают напряжения между штукатуркой и основанием, между раствором и облицовкой, что приводит не только к появлению трещин, но и к разрушению штукатурки и облицовки.
Для уменьшения усадки раствора берут минимально необходимое количество вяжущего и воды, вводят в растворную смесь различные молотые добавки (известняк, песок, шлак).
Отделочники знают: чем жирнее раствор, тем усадка его больше, тощие растворы практически не дают усадки.

Затвердевший раствор должен прочно сцепляться с основанием, обладать малой величиной и равномерностью деформации под действием нагрузок, изменений объема в процессе твердения, последующих изменений влажности и температуры среды, окружающей затвердевший раствор.

Источник

Насыпная плотность цемента (кг м3): таблица показателей, определение истинной плотности

При возведении зданий и сооружений используются цементные смеси, обеспечивающие высокий уровень надежности всех конструкций. Показатель, который необходимо знать для определения требуемого количества цемента, — его плотность.

Характеристика цемента, его химическая формула

Цемент — вещество с многокомпонентной формулой, которое изготавливается искусственным путем из минерального сырья. Относится к материалам неорганического происхождения и обладает вяжущими свойствами.

Используется в строительстве для приготовления цементных растворов разного состава. При смешивании сухого цемента с жидкостью образуется пластичная масса темно-серого цвета, способная равномерно заполнить форму нужной конфигурации. Раствор постепенно затвердевает и приобретает камнеподобный вид.

Формула этого материала зависит от его типа. Так, в портландцементах преобладает оксид кальция (до 67%), присутствуют также диоксид кремния (до 22%), оксид алюминия (до 5%), оксид магния (не более 5%), оксид серы (от 1,5 до З,5%), а сульфатостойкость материала достигается путем снижения содержания алюминатов кальция.

В состав пуццолановых веществ, кроме CaO и минеральных добавок, входит гипс (двуводный сульфат кальция). Основой глиноземистых цементных смесей являются низко-основные алюминаты кальция, а оксид кальция и диоксид алюминия присутствуют в сопоставимых количествах (50-55% и 45-50%). Шлаковые цементы изготавливаются из мелкогранулированного доменного шлака с добавлением известняка или без него.

Прежде всего специалисты обращают внимание на следующие характеристики цемента:

  • насыпная плотность;
  • удельная (истинная) плотность;
  • время схватывания и затвердевания;
  • показатели прочности;
  • влаго- и морозоустойчивость;
  • тонкость помола;
  • стойкость к коррозии.

Все показатели могут в некоторой степени изменяться в зависимости от внешних условий. 2 первых из них являются определяющими при расчете количества материала, необходимого для возведения какого-либо объекта.

Насыпная и удельная

Любое сыпучее вещество, к которым относится и цемент, состоит из твердых частиц, разделенных между собой воздушными пустотами. Объем воздуха, окружающего каждую частицу, изменяется под влиянием внешних условий, поэтому и масса у одного и того же количества цемента может быть разной.

Читайте также:  Цементная штукатурка как стяжка

Для каждого сыпучего материала существуют 2 физических параметра, которые определяются как соотношение его веса к занимаемому им объему. Они называются насыпной и удельной (истинной) плотностью вещества. При определении первого параметра учитывается объем воздуха, скопившегося между частицами материала.

Его используют для строительных расчетов требуемого количества цемента, находящегося в разрыхленном состоянии. Значения насыпной плотности цемента в кг/м3 (килограммах на метр кубический) для наиболее распространенных марок приведены в таблице:

Марка М100 М200 М300 М400 М500
Плотность 700 900 1100 1200 1300

Удельная плотность является величиной постоянной. При ее вычислении предполагается, что частицы вещества прилегают друг к другу настолько плотно, что между ними не остается воздушной прослойки. Величина истинной плотности цемента всегда выше насыпной и может достигать 3200 кг/м³.

Факторы плотности

Насыпная плотность — переменная величина, зависящая от многих факторов. Наименее плотной является только что изготовленная цементная смесь. Между ее частицами еще сохраняется статическое электричество, что приводит к отталкиванию фракций друг от друга и образованию многочисленных пустот. Освободившееся в материале пространство заполняется воздухом. Со временем внутренний объем воздуха уменьшается, и строительная смесь становится более плотной.

Этот параметр зависит от марки материала. Чем выше его качество, тем более мелкие фракции составляют материал и тем меньше воздуха в нем присутствует. Например, плотность у цемента М400 существенно выше, чем у М100. На показатель также оказывают влияние условия хранения и транспортировки материала. Свежая продукция в мешках обладает рыхлой структурой, но имеет свойство постепенно слеживаться.

Играет роль и технология изготовления строительного сырья. На плотность влияет химический состав и качество помола (однородность и размер составляющих его фракций), способ сушки шлама на силосах. Наиболее плотным будет стройматериал мелкого помола. Самые низкие показатели плотности у пуццолановых смесей. Они составляют 900-1100 кг/м³.

Пониженной плотностью обладают цементы с пластификаторами и разными добавками, повышающими морозоустойчивость и улучшающими другие характеристики. Наиболее плотными являются материалы, не содержащие присадок, такие как портландцемент.

Расчет и определение

Удельная плотность сухого цемента в промышленных условиях определяется прибором Ле-Шателье. Но для оценки прочности будущего бетона или другого раствора нужно знать значение насыпной плотности, т.к. от него зависит, насколько пористой получится конструкция. В строительных расчетах чаще всего применяются усредненные показатели. Для свежего материала используют значения 1200-1300 кг/м³, слежавшегося — 1500-1600 кг/м³.

Но иногда для замешивания прочного раствора необходимо знать точное значение этого параметра. Сделать правильный расчет насыпной плотности можно и самостоятельно.

Для этого потребуется:

  • мерная емкость объемом 1 л;
  • воронка;
  • весы.

Массу заполненного сосуда обозначают как M2. Искомую величину определяют по формуле: P = (M1 — M2)/V. Значение массы при подсчетах должно быть выражено в килограммах, объема — кубических метрах.

Для получения наиболее корректных данных измерения и вычисления проводят дважды, а окончательный результат выводят как среднеарифметическую величину. Использование этого способа расчета насыпной плотности дает результат с погрешностью до 0,01 кг/м³, что позволяет достичь требуемой прочности возводимой конструкции и избежать существенных ошибок при строительстве.

Заключение

Определение насыпной плотности цемента в некоторых случаях является необходимостью, потому что от него зависят эксплуатационные характеристики цементного раствора. Чтобы сделать это правильно, следует понимать разницу между удельной и насыпной плотностью материала.

Источник