Stiprības testēšana

Cementa stiprības testēšanas standarts ir EN 196-1. Bet, tomēr, šī standarta pielietojumam ir ierobežojumi. Piemēram, šo metodi nevar pielietot, ja ir pārbaudāms cements ar ļoti mazu sasaistīšanas laiku. Šī standarta metode reglamentē cementa javas spiedes stiprības, kā arī stiepes stiprību liecē. Testēšanai pakļauj prizmatiskās formas paraugus ar izmēriem 40x40x160 mm. Testējamos paraugus izgatavo no plastiskās konsistences javas maisījuma, kas ir izgatavots no 1 cementa daļas un 3 standarta CEN smilts daļām un pie ūdens/cementa attiecības 0,5.

Testiem var pielietot standarta smiltis no dažādām valstīm un atradnēm, bet tikai tādā gadījumā, ja rezultāti būtiski neatšķiras no rezultātiem, ja pielieto CEN standarta smiltis. Izmantojot kontroles metodi javu izgatavo mehāniskās samaisīšanas ceļā un sablīvē formās ar kratīšanas ierīces palīdzību. Paraugus glabā veidņos 24 stundas mitrā vidē, pēc tam atveidņo un liek ūdenī līdz stiprības pārbaudes brīdim. Uzreiz, kad paraugiem ir sasniegts attiecīgais vecums, tos izņem no ūdens un zem lieces slodzes salauž divās daļās, tajā pašā laika, ja ir vajadzīgs, veicot stiepes stiprības testu. Testējamos paraugus var sadalīt divās pusēs izmantojot jebkuru citu paņēmienu, kurš nerada parauga pusēs bīstamos spriegumus. Katru parauga pusi testē uz spiedes stiprību.

Javas izgatavošanai jāizmanto standarta smiltis CEN, kuri var būt no dažādām valstīm un, tomēr, nedaudz atšķirties pēc granulometriskā sastāva. Lai laboratorijā esošais standarta smilts varētu būt pielietots testos, tas ir jāvalidē kopā ar etalona smilti CEN. Etalona smilts ir dabiskais kvarca smilts, kuram ir ovālas granulas un SiO₂ 98% minimālu saturu pēc masas. Standarta smilts tiek iepakots paketēs. Smilts paketes masa ir 1350±5 grami. Iepakojuma materiāls nedrīkst ietekmēt testējumu rezultātu.

Pārbaudāmais cements nedrīkst ilgi atrasties kontaktā ar atmosfēru. Ja starp paraugu atlases un testēšanas sākuma brīžiem ir vairāk nekā 24 stundas, tad testējamais cements jāglabā tvertnē, kura ir izgatavota no materiāla, kas nereaģē ar cementu un šī tvertne ir hermētiski jāaiztaisa līdz testu sākuma brīdim. Smilts validācijas testiem drīkst izmantot tikai destilēto vai dejonizēto ūdeni. Visiem citiem testiem drīkst izmantot arī dzeramūdeni. Bet strīdu situācijas gadījumā, tomēr, jāizmanto destilētais vai dejonizētais ūdens.

Uzreiz pēc ūdens un cementa pievienošanas un maisītāja iedarbināšanas ieslēdz speciālo hronometru un ir fiksēts tā sauktais “nulles laiks”, kad faktiski sākas pārmaisīšana. Nulles laiks ir vajadzīgs 24 stundu atskaitīšanai paraugu atveidņošanai un arī izņemšanai no ūdens noteiktā laika momentā. Eksistē sekojošie laika termiņi paraugu stiprības testēšanai

• 24 stundas ± 15 minūtes;
• 48 stundas ± 30 minūtes;
• 72 stundas ± 45 minūtes;
• 7 diennaktis ± 2 stundas;
• ≥28 diennaktis ± 8 stundas.

Kā ir redzams, ar katru nākamo pārbaudes termiņu izņemšanas precizitāti var samazināt.

Stiepes stiprības noteikšanai izmanto trīspunktu slodzes metodi un speciālu ierīci. Prizma ir novietota testēšanas ierīcē uz ritenīšiem uz vienas no sānu virsmām tā, lai tās garenass atrastos perpendikulāri pret balsta ritenīšiem. Ar slogojošā riteņa palīdzību pie pretējas prizmas virsmas no augšas tiek pievadīta perpendikulārā slodze un slogošanas ātrums pieaug ar ātrumu 50±10 N/s līdz parauga sabrukšanas divās daļās. Prizmas puses līdz testiem uz spiedes stiprību pārklāj ar mitrām salvetēm.

Spiedes stiprības testi tiek veikti ar salauztas pēc iepriekšējās metodes prizmas pusēm, bet prizmu var salauzt arī ar citu paņēmienu, kas nerāda pusēs bīstamos spriegumus. Prizmas puses tiek testētas uz spiedes stiprību, izvietojoties uz sānvirsmas testēšanas iekārtā. Prizmas puses uzstāda šķērsvirzienā uz iekārtas piespiedējplātnes centriski ar precizitāti ±0,5 milimetri, bet garenvirzienā jābūt tā, lai gala prizmas virsma būtu izvirzīta attiecībā pret plātni apmēram par 10 milimetriem. Visa slodzes pielikšanas periodā slodze pieaug ar ātrumu 2400±200 N/s līdz sagraušanas brīdim. Rezultātu pēc stiepes stiprības testa ar lieces slodzi iegūst kā vidējo aritmētisko no trim iegūtiem rezultātiem, kas tiek iegūti pēc triju prizmu testēšanas. Katrs rezultāts tiek piefiksēts ar vismaz 0,1 MPa precizitāti. Vidējo aritmētisko rezultātu pieraksta ar precizitāti 0,1 MPa. Protokolā ir jāpiefiksē visi trīs rezultāti un vidējā vērtība. Spiedes stiprības testu rezultāts tiek izskaitļots kā vidējais aritmētiskais lielums no sešiem rezultātiem, kas tiek iegūti pēc triju prizmu testēšanas. Katrs rezultāts tiek piefiksēts ar precizitāti ne mazāku kā 0,1 MPa. Ja viena atsevišķa testa rezultāts atšķiras no vidējā vairāk nekā par ±10%, tad šo testu neņem vērā un izskaitļo vidējo no pieciem atlikušiem rezultātiem. Ja viens no atlikušiem rezultātiem arī atšķiras no vidēja lieluma vairāk par ±10%, tad visas šīs testu sērijas rezultātus nedrīkst ņemt vērā un testu sērija jāatkārto. Rezultātu vidējo aritmētisko lielumu pieraksta ar precizitāti 0,1 MPa. Piefiksē visus atsevišķus rezultātus un vidējo, kā arī atsevišķo vērtību, kas netika ņemta vērā, ja tāda ir.

Sasaistes laiku un tilpummaiņas vienmērīguma noteikšana

Šī testu sērija ir ļoti svarīga moderno betonu industrijā, jo tieši sasaistes laiki un tilpummaiņas vienmērīgums ietekmē betona iestrādāmību un spēju kvalitatīvi piepildīt veidņus bez priekšlaicīgas cementa sasaistīšanas. Tomēr, standartu EN 196-3 nevar izmantot šo parametru noteikšanai ļoti ātri sasaistošiem cementiem. Normālas konsistences cementa mīklai ir noteikta pretestība standarta iegremdējamās piestalas penetrācijai. Lai noteiktu ūdens daudzumu nepieciešamas konsistences sasniegšanai, vajag uztaisīt vairākus piestalas penetrācijas testus cementa mīklā ar dažādiem ūdens daudzumiem. Par sasaistīšanas laiku tiek nosaukts laiks, kad speciālā adata iespiežas mīklas iekšā noteiktā dziļumā. Bet tilpummaiņas vienmērīgumu var noteikt, ja izmēra normālas konsistences cementa mīklas tilpuma uzbriešanu ar attāluma maiņas starp divām testa adatām fiksēšanu testa iekārtā.

Normālās konsistences noteikšanai jāizmanto Vikā ierīce. Vispirms Vikā ierīce ir jākalibrē ar iegremdējamo piestalu. Šīm nolūkam piestalu novieto uz paliktņa balstplātni un ierīces rādītājs ir jāuzstāda uz nulles. Pēc šīm manipulācijām piestalu paceļ sākumstāvoklī. Pēc cementa mīklas izlīdzināšanas piepildīto Vikā gredzenu novieto centriski zem Vikā ierīces piestalas. Nākamā darbība ir piestalas nolaišana līdz tās saskares ar cementa mīklas virsmu un tādā stāvoklī tas jāiztur 1-2 sekundes lai novērstu sākuma ātruma un paātrinājuma ietekmi. Pēc tam ātri nolaiž ierīces kustīgo daļu, lai tā iekļūtu cementa mīklā vertikāli. Penetrācijas testi ar iegremdējamo piestalu ir jāveic 4 minūtes ± 10 sekundes pēc “nulles laika”. Penetrācijas dziļuma radītāju nolasa ne agrāk kā 5 sekundes pēc penetrācijas procesa beigām un ne vēlāk kā 30 sekundes pēc procesa sākuma. Testa protokolā atzīmē ierīces skalas radījumu (attālumu starp iegremdējamās piestalas apakšpunktu un balstplātni), kā arī procentuālu cementa mīklas ūdens saturu attiecībā pret cementa masu.

Sasaistīšanas sākuma noteikšanai Vikā gredzenu piepilda ar normālās konsistences cementa mīklu un pēc tam to novieto speciālā testēšanas tvertnē. Tvertni piepilda ar ūdeni, kamēr cementa mīklas virsma nepārklāsies ar ūdeni vismaz uz 5 mm. Testēšanas tvertni uztura glabāšanas kamerā pie 20,0±1,0 grādu temperatūras. Pēc laika Vikā gredzenu izņem no kameras un izvieto zem Vikā ierīces un adatu mierīgi nolaiž līdz saskaršanai ar cementa mīklu. Pēc adatas penetrācijas beigām, ne vēlāk kā pēc 30 sekundēm, pēc mērskalas nolasa iegrimšanas dziļuma radītājus. Testus atkārto, izvēloties konkrētu laika soli, piemēram, 10 minūtes. Katru nākamo iegrimšanu veic minimālā attālumā 10 mm gan no gredzena malām, gan no iepriekšējo testu vietām. Starp testiem Vikā gredzens jāiztur testēšanas tvertnē glabāšanas kamerā un pēc katra testa Vikā adata ir rūpīgi jānotīra. Laiks no “nulles laika” līdz momentam, kad attālums starp adatu un pamata plāksni ir 6±3 mm ir nosaucams par cementa sasaistīšanas sākumu un rezultāts tiek noapaļots līdz 5 minūtēm.

Sasaistīšanas beigu noteikšanai jātestē pretējā cementa mīklas virsma, attiecībā pret testējamo sasaistīšanas sākuma noteikšanā. Tādēļ, Vikā gredzenu ar mīklu apgriež otrā pusē pret balsta plātni. Testus veic ar citādu adatu, kurai ir uzliktnis, bet iegrimšanu veic pēc tādiem pašiem principiem, kā iepriekšējos testos. Iegrimšanas dziļuma radītāju nolasa ne vēlāk kā 30 sekundes pēc iegrimšanas beigām. Testus paraugā atkārto pēc izvēlēta laika soļa un vietās, kuras ir ne tuvāk kā 8 mm no gredzena malām, ne tuvāk kā 5 mm cita no citas un ne tuvāk kā 10 mm no iepriekšējo testu vietām. Arī šo testu gadījumā starp atsevišķiem iegremdējumiem adata ir rūpīgi jānotīra un paraugs jāglabā kamerā. Testēšanas protokolā atzīmē laiku no “nulles laika” līdz momentam, kad adata neiekļūst mīklā dziļāk nekā 0,5 mm. To var vizuāli apliecināt ar to, ka kad sasniegts šis rezultāts, tad adatas uzliktnis vairāk neatstāj iespiedumu uz cementa mīklas virsmas. Precīzu sasaistīšanas beigu laiku var definēt, ja samazina intervālu starp testiem. Kad rezultāts ir sasniegts, to pārbauda vēl divās vietās un tikai pēc tam fiksē protokolā ar 15 minūšu noapaļojumu.

Tilpummaiņas vienmērīguma noteikšanai izmanto speciālu ierīci, kas ir nosaukta par Le-Šateljē gredzenu. Gredzens sastāv no atsperes veida metāla sloksnes, kas ir noturīgs pret cementa mīklas iedarbību, piemēram, no misiņa. Ierīcei ir jābūt ar noņemamām mērīšanas adatām. Gredzena atsperīgai piepūlei jābūt tādai, lai atsvara (m=300g±1) iedarbe palielinātu attālumu starp indikatora adatu galiem ne mazāk kā par 15mm bez paliekošās deformācijas. Komplektā ar gredzenu ir 2 plakanas plāksnes. Viena plāksne kalpo kā pamats, bet otrā – pārsegums. Plāksnēm jābūt izgatavotam no necaurlaidīga un cementizturīga materiāla, piemēram, no stikla. Plāksnēm jābūt pēc izmēriem lielākām nekā gredzens un pēc masas ne mazākām kā 75 grami. Pirms testiem sagatavo normālas konsistences cementa mīklu. Gan gredzens, gan plāksnes tiek rūpīgi samērcētas ar minerāleļļu un pēc tam gredzens tiek piepildīts ar cementa mīklu ar rokām, bez pārlieku sablīvēšanas un vibrācijām. Pēc tam gredzens tiek pārsegts ar pamata plāksni un tādā veidā gredzenu novieto klimatiskajā kamerā uz 24 h±30 min pie temperatūras 20±1 celsija grāds un pie gaisa relatīva mitruma ne mazāk kā 90%. Pēc 24 stundām ± 30minūtes izmēra attālumu starp adatu galiem ar precizitāti 0,5 mm (A). Pēc šīs manipulācijas gredzenu novieto ūdens pirtī. 30 minūšu laikā ūdeni novada pie vārīšanas, bet pēc tam gredzenu iztur ūdens pirtī vārošās ūdens klātbūtnē 3 stundas ± 5 minūtes. Pēc šī procesa attālumu starp adatu galiem atkal izmēra ar precizitāti 0,5 mm (B). Nākamais solis ir siltuma pievades pārtraukšana un parauga atdzesēšana līdz istabas temperatūrai laboratorijas apstākļos un pēc dzesēšanas atkal izmēra attālumu starp adatu galiem (C). Katram paraugam testu protokolā ieraksta A un C attālumus un izskaitļo C-A starpību. Ja starpība pārsniedz 5 milimetrus, tad testu sēriju atkārto. Šiem testiem ir būtiskā nozīme turpmākā betona rukuma novēršanai.

Izmantotie informācijas avoti:

• Bajāre D. (2010). Lekciju konspekts „Būvmateriālu pamatkurss”. Rīga: BF RTU.
• Biršs J. (2009). Konspekts Betonmācībā. Rīga: RTU.
• Дуда B. (1981). Цемент. Москва: Стройиздат.
• Goodmaxgroup.com. High Quality Portland Cement Clinker [tiešsaiste]. Pieejams: https://www.goodmaxgroup.com/High-Quality-Portland-Cement-Clinker-pd41196455.html
• Higerovičs M. (1972). Būvmateriāli. Rīga: Zvaigzne.
• Homemaster.desigusxpro.com. Visa patiesība par savienojošo saiti: kā un no kā tiek ražots cements [tiešsaiste]. Pieejams: https://homemaster.desigusxpro.com/lv/iz-chego-delayut-cement.html
• Колбасов B M., Леонов И И., Сулименко Л М. (1987). Технология вяжущих материалов. Москва: Стройиздат.
• Korjakins A., Šahmenko G. (2009). Laboratorijas praktikums Betonmācībā. Rīga: BF RTU.
• Kumar Mehta P., Monteiro J M P. (2006). Concrete: Microstructure, Properties and Materials: McGraw-Hill.
• LVS EN 196-1:2003 Cementa testēšanas metodes – 1.daļa: Stiprības noteikšana.
• LVS EN 196-3:2005 Cementa testēšanas metodes – 3.daļa: Saistīšanās laiku un tilpuma maiņas noteikšana.
• Popovs L. (1990). Būvmateriāli un būvizstrādājumi. Rīga: Zvaigzne.
• СТБ ЕН 196-1 – 2007 Методы испытания цемента. Часть 1. Определение прочности.
• СТБ ЕН 197-1 – 2007 Цемент. Часть 1. Состав, технические требования и критерии соответствия общих цементов.
• Сулименко Л М. (1983). Технология минеральных вяжущих материалов и изделий на их основе. Москва: Стройиздат.
• Understanding-cement.com. Portland cement clinker: the Bogue calculation [tiešsaiste]. Pieejams: http://www.understanding-cement.com/bogue.html
• Венюа M. (1980). Цементы и бетоны в строительстве. Москва: Стройиздат.
• Волженский A B. (1986). Минеральные вяжущие вещества. Москва: Стройиздат.