DETERMINARI ASUPRA CIMENTULUI PORTLANDIon RobuMarin Amareanu

1. GeneralitatiCimentul portland este un liant hidraulic silicios obtinut prin macinarea fina a

clincherului de ciment portland cu un adaos obligatoriu de gips (5-6% - procent pentruasigurarea, in ciment, a unui continut de sulfati, sub forma de SO3, de 3.5 – 4.5% infunctie de tipul de ciment si de puritatea gipsului – v. conditii chimice conform normeieuropene SR EN 197 – 1 / 2002) – pentru reglarea procesului de priza si intarire, si,eventual, alte adaosuri (zgura de furnal, adaosuri hidraulic active, calcar fin macinat).

Clincherul reprezinta materialul granular care se obtine prin arderea, la 1450°C, aunui amestec pulverulent de materii prime - care contin, in principal, calcar si argila, cueventuale adaosuri de corectie.

2. Determinari aupra cimentului portland

2.1. Finetea de macinare (conform SR EN 196-6)Finetea de macinare se poate evalua prin suprafata specifica (Blaine sau BET) si

prin cernere pe sita 009 (4900 ochiuri/cm2)

– metoda de determinare a suprafetei specifice Blaine

Suprafata specifica se exprima in cm2/g. Prin suprafata specifica se intelegesuprafata, exprimata in cm2, a tuturor granulelor aflate intr-un gram de ciment.

Suprafata specifica influenteaza unele caracteristici fizice si tehnice alecimentului (apa pastei de consistenta Standard, timpul de priza, stabilitatea, rezistentelemecanice) si se are in vedere la stabilirea domeniilor de utilizare a cimentului respectiv.

Metoda consta in masurarea timpului, in secunde, necesar unui volum de aer, lapresiune si temperatura cunoscute, pentru a strabate un strat de material pulverulent, de oanumita grosime, tasat in conditii definite.

Se foloseste permeabilimetrul Blaine.

Suprafata specifica se determina cu ajutorul relatiei:

S = Kt

1.0)1(

3

(cm2/g),

in care: -K = constanta aparatului;- = densitatea cimentului, in g/cm3;-t = timpul cronometrat pentru parcurgerea de catre lichid a distantei dintre

doua repere de pe bratul manometrului;- = porozitatea stratului de material tasat (0.5),- = vascozitatea aerului la temperatura de lucru, in Ns/m2.

Se dau urmatoarele valori:

Temperatura(°C)

18 19 20 21 22

1.0 0.001345 0.001347 0.001349 0.001351 0.001353Cu ajutorul permeabilimetrului se masoara suprafete specifice de max. 8000 cm2/g.

Cimenturile Pórtland obisnuite au suprafete specifice Blaine cuprinse intre 2500 - 4500cm2/g.

Nota : Suprafata specifica a cimentului poate fi determinata si prin metoda BET bazatape adsorbtia azotului la temperaturi scazute. In acest caz, suprafata specifica este deordinul 8000 – 10000 cm2/g.

- Metoda prin cernere:Finetea cimentului se poate masura prin cernere pe site standardizate. Ea se exprima

prin refuzul R (in procente), cu precizia de 0.1%, pe sita cu diametrul ochiurilor de 90m(ISO 565).

Aparatura:-sita de incercare (ISO 565);-vas colector;-capac.

Mod de lucru:-se omogenizeaza esantionul de ciment.-se pune vasul colector sub sita;-se cantareste o cantitate de ciment de 10 g ,cu precizie de 0.01g, si se pune pe sita cu

atentie astfel incat sa se evite toate pierderile;-se disperseaza aglomerarile de ciment;-se fixeaza capacul pe sita;-se agita sita prin miscari de rotatie, planetare si liniare, pana cand nici un pic de

material fin nu mai trece prin sita;-se aduna reziduul si se cantareste: masa rezultata se exprima in procente(R1) din

masa pusa initial pe sita, cu precizia de 0.1%.-se repeta toata procedura, folosind o noua partie de 10 g, pentru a obtine R2.- se calculeaza refuzul de ciment, R, ca medie aritmetica a valorilor R1 si R2, exprimat

in procente cu o precizie de 0.1%.Daca rezultatele difera cu mai mult de 1% in valoare absoluta, se executa o a treia

cernere si se calculeaza media a trei cerneri.

Verificarea sitei:-trebuie sa se dispuna de un material de referinta cu reziduul la cernere cunoscut (R0)-se omogenizeaza esantionul de ciment.-se pune vasul colector sub sita;-se cantareste o cantitate de ciment de 10 g ,cu precizie de 0.01g, si se pune pe sita cu

atentie astfel incat sa se evite toate pierderile;-se disperseaza aglomerarile de ciment;

-se fixeaza capacul pe sita;-se agita sita prin miscari de rotatie, planetare si liniare, pana cand nici un pic dematerial fin nu mai trece prin sita;

-se aduna reziduul si se cantareste: masa rezultata se exprima in procente(P1) dinmasa pusa initial pe sita, cu precizia de 0.1%.

-se repeta toata procedura, folosind o noua partie de 10 g, pentru a obtine P2.Cele doua valori, P1 si P2, pentru o sita corespunzatoare, nu trebuie sa difere cu mai

mult de 0.3%. Media lor aritmetica, P, este caracteristica sitei.-se calculeaza factorul de cernere F=R0/P,exprimat cu precizia de 0.01.Refuzul, R, trebuie sa fie corectat inmultindu-l cu F, care poate avea o valoare de

1.00 0.20. Sita se controleaza regulat dupa 100 de sitari.

2.2.Determinarea consistentei standard – conform SR EN 196-3.

-Apa pentru pasta de consistenta standard reprezinta cantitatea de apa necesara pentruobtinerea unei paste cu o anumita vascozitate, considerata conventional, consistentastandard.Mod de lucru:

- se utilizeaza aparatul Vicat prevazut cu sonda pentru determinarea consistenteistandard (Tetmayer) – o tija metalica, cilindrica, cu lungimea de 50 mm sidiametrul de 10 mm. (Se indeparteaza greutatea aditionala a aparatului, tinandseama de faptul ca masa totala a ansamblului mobil trebuie sa aiba 3001 g).

- Prepararea pastei se face cu malaxorul cu amestecare fortata:-in vasul malaxorului se introduce un volum de apa, cuprins intre 115-150cm3, si, apoi, 5001 g de ciment (intr-un interval de timp cuprins intre5 si 10 sec.).-se face, imediat, amestecarea timp de 90 secunde cu viteza mica, 15secunde pauza si 90 secunde cu viteza mare. (timpul de functionare amalaxorului trebuie sa fie de 3 minute – de la amestecarea cimentului cuapa).

(Orice metoda de preparare, automata sau manuala, poate fi folosita doar daca sepoate demonstra ca da aceleasi rezultate la incercare ca si metoda descrisa mai sus).

- umplerea tiparului (inel tronconic de dimensiuni standardizate) asezat pe o placade baza plana usor lubrifiata. Se netezeste suprafata pastei si se aseaza totansamblul pe postamentul aparatului Vicat, aducandu-se sonda la suprafata pastei.

- Se lasa, sonda, sa patrunda in pasta. Eliberarea sondei trebuie sa aiba loc la 4minute dupa amestecarea cimentului cu apa.

- Se citeste scara aparatului, la sfarsitul penetratiei sau la 30 secunde de laeliberarea sondei, dupa cum una sau alta dintre cele doua limite de timp apareprima.O distanta de 62 mm, intre placa de baza si sonda, corespunde unei consistentestandard a pastei. Daca distanta nu se incadreaza in aceste limite, determinarea serepeta, modificand corespunzator cantitatea de apa introdusa in malaxor.

- Se inregistreaza cantitatea de apa, exprimata cu precizia de 0.5 %, ca fiindcontinutul de apa pentru obtinerea pastei de consistenta standard.

- Se exprima in cm3 / 100 g ciment.

2.3. Determinarea timpului de priza– conform SR EN 196-3/2006.

Priza este prima etapa a procesului de intarire, procesal de crestere a vascozitatiipastei de ciment in timp, si reprezinta intervalul de timp de la prepararea pastei panacand aceasta se rigidizeaza.

Priza precede procesul de intarire manifestat prin cresterea rezistentelor mecanicein timp (rezistenţa la compresiune a pastei la sfârşitul prizei este de cca.0,1 N/mm2).Timpul de priza se determina pe paste de consistenta standard, cu aparatul Vicat(manual sau automat).:

-timpul de inceput de priza numit si timp initial de priza – intervalul de timp scursde la amestecarea cimentului cu apa, pana cand acul aparatului Vicat (ac pentrudeterminarea inceputului de priza) se opreste la o distanta de 63 mm de placa debaza pe care este asesta inelul tronconic cu pasta.

-timpul de sfarsit de priza– intervalul de timp scurs de la amestecarea cimentuluicu apa, pana cand acul aparatului Vicat (ac pentru determinarea sfarsitului de priza)patrunde in pasta mai putin de 0.5 mm.

Mod de lucru:-Inainte de incercare se verifica daca tija aparatului Vicat coboara liber, precum si

indicatia de “zero” a aparatului cand acul atinge placa de baza.-Tiparul cu pasta de consistenta standard se pastreaza intr-un vas cu apa situat

intr-o incinta cu temperatura controlata la (20,0 ± 1,0)oC; suprafata pastei trebuie safie scufundata in apa până cel putin 5 mm.

-Pana la inceputul prizei, din 10 in 10 minute, se aduce acul la suprafata pastei sise lasa sa patrunda liber, sub propria sa greutate, in pasta de ciment. Incercarea seface, de fiecare data, in puncte diferite de la suprafata pastei. Exprimarea timpului deinceput de priza se face cu o precizie de 5 min.

-Pentru determinarea sfarsitului de priza, incercarea se face in acelasi mod, dinjumatate in jumatate de ora, dar pe fata opusa. Exprimarea timpului de sfarsit de prizase face cu o precizie de 15 min.

2.4. Determinarea stabilitatii– conform SR EN 196-3:2006.Piatra de ciment in curs de intarire, prezinta fenomene de contractie-umflare, la

pastrarea alternativa in aer, respectiv in mediul umed, prezentand in final o contractieremanenta.

O variatie importanta si neuniforma de volum afecteaza rezistentele mecanice aleliantului intarit. O asemenea comportare este cunoscuta sub numele de inconstanta devolum. Aceasta poate fi provocata de o dozare necorespunzatoare a ghipsului, sau deexistenta, in ciment, a unor cantitati mari de CaO liber si MgO cristalizat sub formade periclaz, ambii avand reactivitate mica in raport cu apa, deci o hidratare intarziatainsotita de crestere de volum.

Determinarea stabilitatii folosind metoda Inelelor cu ace Le Chatelier:Scopul determinarii: aprecierea riscului posibil al expansiunii ulterioare datorita

hidratarii oxizilor de calciu si/sau magneziu liberi.

Inelul cu ace Le Chatelier este un cilindru de metal (alama elastica) (1), sectionatpe o generatoare, avand inaltimea si diametrul de 30 mm (fig.2). Pe fiecare parte ataieturii este fixat cate un ac (2).

Mod de lucru:- se verifica elasticitatea inelului: se fixeaza intr-o menghine mica acul superior al

inelului Le Chatelier in pozitie orizontala, cat mai aproape de inel, iar de aculinferior, tot cat mai aproape de inel, se atarna o greutate cu masa de 300 g. Alamadin care este confectionat inelul trebuie sa aiba o elasticitate in asa fel incat, prinaceasta incercare, extremitatile acelor sa se departeze, intre elecu nu mai putin de15,0 mm fara deformatie permanenta..

- Pentru determinare, inelul (tiparul) se aseaza pe o placa de sticla, fixandu-se acelecu ajutorul unei bratari sau cu un inel de cauciuc adecvat, astfel incat sa nu sedeschida in timpul turnarii pastei si al pastrarii in camera cu aer umed sau sub apa.

- Inelele se umplu cu pasta de consistenta standard, se niveleaza suprafata si seacopera cu o placa se sticla pe care se aseaza cate o greutate de 100g.

- Se pastreaza timp de 240.5 ore in incaperea cu aer umed, la 201°C si la min. 90% umiditate relativa.

- Dupa acest interval, se indeparteaza placile de sticla si inelele (din cauciuc) deprindere a acelor si se masoara distanta dintre varfurile acelor “A” cu o preciziede 0.5mm.

- Se introduce tiparul intr-un vas cu apa rece si se incalzeste gradat pana la fierbere,in 305 minute, si se mentine baia de apa la temperatura de fierbere timp de 3 ore5 minute. Dupa fierbere si racire pana la 202°C, se masoara imediat distantadintre varfurile acelor “C” cu o precizie de 0.5mm.

- Se calculeaza diferenta “C-A”. In final se calculeaza media aritmetica a douavalori “C-A”, cu o precizie de 0.5 mm.

Cimentul corespunde, din punct de vedere al stabilitatii, daca diferenta “C-A” 10mm.

Poate fi luata in consideratie si diferenta B – A ( unde B = distanta dintre varfurile acelor, cu o preciziede 0.5mm, masurata dupa fierbere), daca se poate demonstra ca, conditiile de incercare nu duc la odiferenta semnificativa intre valorile masurate B si C.

Daca un ciment proaspat nu corespunde prescriptiilor de stabilitate specificate, sepoate incerca din nou dupa ce se depoziteaza cimentul. In acest scop se aseazacimentul intr-un strat de 70 mm grosime si se pastreaza timp de 7 zile intr-oatmosfera mentinuta la 202°C si min. 50% umiditate relativa. Dupa aceea seincearca cimentul din nou.

Aprecierea se face in conformitate cu rezultatele acestei incercari.

2.5. Determinarea densitatii cimentului2.5a. Determinarea densitatii absoluteDensitatea absoluta a cimentului se determina folosindu-se volumetrul Le Chatelier-Chandlot (figura 1).

Figura 1. Volumetrul Le Chatelier-Chandlot.

Mod de lucru:-se umple balonul de sticla, cu un lichid inert, pana la linia zero;-se introduce intr-un vas cu apa avand temperatura 18-20°C, astfel incat toata parteagradata sa fie acoperita cu apa;-se sterge partea interioara a balonului (deasupra liniei zero) cu hartie de filtru;-se cantaresc 50 g ciment uscat si se introduc in balon, in portiuni mici, fara a depasidiviziunea superioara a zonei gradate.-se inlatura aerul inclus scotand balonul din apa si rasucindu-l in pozitie inclinata, timp de10 minute, pe o bucata de cauciuc;-se reintroduce balonul in apa, se lasa 10 minute si se citeste nivelul lichidului.

Densitatea cimentului se calculeaza cu relatia:

= m / V (g/cm3),in care: V = volumul lichidului dezlocuit de pulbere, in cm3;

m = masa de pulbere introdusa in balon, in g.2.5b. Determinarea densitatii aparente in gramada

2.6.Determinarea rezistentelor mecanice

Rezistentele mecanice ale cimenturilor se determina pe mortare plastice conform SR EN196 – 1 / 8-95, pe epruvete prismatice de 40 x 40 x 160 mm care se incearca laincovoiere, iar jumatatile de prisme, rezultate in urma acestei incercari, se supunincercarii la compresiune. Pentru fiecare termen de incercare sunt necesare 3 epruvetepentru incercarea la incovoiere, respectiv 6 jumatati de prisma pentru incercarea lacompresiune.

Prepararea mortarului plastic:

-materiale si aparatura: ciment, nisip standardizat CEN, EN 196–1, apa potabila (pentruincercari de referinta se utilizeaza apa distilata), ulei mineral, malaxor planetar cuamestec fortat, tipare prismatice, masa de soc.

-pentru turnarea a trei epruvete se iau 4502 g ciment, 13505 g nisip poligranular(163.63 g din fractiunea foarte fina - 0.08–0.16 mm, 272.73 g din fractiunea 0.16-0.50mm, 463.64 g din fractiunea mijlocie 0.50-1.00 mm, 354.55 g din fractiunea 1.00-1,6 mm

si 95.45 g din fractiunea grosiera - 1.6-2mm), si 225 cm3 apa. Proportia masica ciment /nisip = 1/3 si raportul apa / ciment = 0.5. Cantarirea si masurarea volumelor materialelorse face cu precizia de 0.5%. Temperatura materialelor, a apei si a camerei in care seexecuta lucrarile trebuie sa fie de 202°C, iar umiditatea relativa a aerului 50%.

-mod de lucru:

- se introduc, succesiv, in vasul de amestecare al malaxorului, aflat in pozitia derepaos, apa si cimentul;

- se aduce vasul de amestec in pozitia de lucru si se porneste malaxorul cu vitezaredusa, amestecandu-se cimentul cu apa timp de 30 secunde, dupa care, fara a oprimalaxorul, se introduce amestecul celor patru fractiuni de nisip, sau, succesiv,fractiunile in ordinea: fractiunea foarte fina, fina, mijlocie si grosiera intr-uninterval de 305 secunde.

- Se trece, apoi, la viteza mare, timp de 30 secunde, dupa care malaxorul se opreste1 minut si 30 secunde pentru curatirea mortarului aderent pe pereti;

- Se reia malaxarea timp de 1 minut cu viteza mare.Timpul total in care se executa operatia de preparare a mortarului necesar pentruconfectionarea a trei epruvete este de 4 minute 5 secunde.- Turnarea epruvetelor se face in 3 straturi, in tipare unse in prealabil cu ulei

mineral. Compactarea se face cu masa de soc, pentru fiecare strat aplicandu-se 60de socuri intr-un interval de 55-62 secunde.

Dupa confectionare,tiparele, continand epruvetele, se pastreaza 24 ore in cutia cu aerumed la 201°C si umuditate relativa de min. 90%, dupa care se decofreaza. Dupadecofrare, epruvetele, in prealabil cantarite pentru determinarea densitatii aparente, seintroduc in bazine cu apa potabila, unde se pastreaza, la 201°C, pana in momentulincercarii. Inainte de efectuarea incercarii, epruvetele se scot din apa cu max. 15minute inaintea executarii incercarii si se sterg cu o carpa umeda.

Rezistenta la incovoiere:

- se utilizeaza metoda sarcinii concentrate la jumatatea distentei dintre reazeme.

-mod de lucru:

- se aseaza prisma in dispozitivul de incovoiere, cu fata laterala a epruvetei perulourile de sustinere si cu axa sa longitudinala perpendiculara pe acestea. Seaplica sarcina vertical, prin ruloul de incarcare, pe fata laterala opusa a prismei sise creste sarcina constant cu 50 N /s 10 N /s pana la rupere.

- Se pastreaza jumatatile de prisma umede pana in momentul incercarii lor lacompresiune.

- Se calculeaza rezistenta la incovoiere Rf (in N /mm2).

Rf =3

5.1

b

xlxF f ,

unde: - Rf este rezistenta la incovoiere (N /mm2);- b este latura sectiunii patrate a prismei (in mm);- Ff este sarcina aplicata la rupere, in mijlocul prismei (in N);- l este distanta dintre rulourile de sustinere, in mm.

Rezistenta la compresiune:

- se incearca, jumatatile de prisma, la compresiune pe fetele laterale ale epruvetei.

-mod de lucru:

- se centreaza fiecare jumatate de prisma lateral, in raport cu platanele masinii, cu oprecizie de 0.5 mm si longitudinal astfel incat capatul prismei sa fie iesit in afarain raport cu platanele, sau cu placile auxiliare, cu aproximativ 10mm.

- Se creste sarcina cu viteza de 2400 N /s 200 N /s, fara intrerupere pe toatadurata aplicarii, pana la rupere. Cand cresterea sarcinii este reglata manual, secompenseaza descresterea vitezei de incarcare in apropierea momentului ruperii.

- Se calculeaza rezistenta la compresiune Rc (in N /mm2).

Rc =1600

cF ,

unde: - Rc este rezistenta la compresiune (in N /mm2).- Fc este sarcina maxima in momentul ruperii (in N ).- 1600 = 40 mm x 40 mm, este aria platanelor sau placilor auxiliare.

Termenele de incercare sunt: 2 sau 7 si 28 zile.

Rezultatele obţinute se vor centraliza în tabelul x.

Tabel x. Date experimentale si documentare

Nr.crt. Caracteristici Rezultate

1 Starea de conservare

2 Fineţe de măcinare ca rest la cernere (%) R009 =

3 Suprafata specifica Blaine (cm2/g)

4 Densitate absoluta (g/cm3)

3 Densitate aparentă în grămadă, în stare afânată

(kg/m3)

4 Cantitatea de apa pentru pasta de consistenţă

standard (%)

5 Timp de priză început de priză =

sfîrşit de priză =