Измерить плотность цементного раствора

Насыпная плотность цемента: таблица истинной массы цементного раствора

Такая характеристика, как плотность цемента, представляет собой достаточно информативную информацию о данном строительном материале, которая позволяет оценить надежность будущего раствора, а также его прочность.

Разница между данным показателем в разных видах цемента может значительно различаться, что требует от строителей правильного выбора материала и соответствующих расчетов. В первую очередь плотность цемента влияет на составления пропорций приготовления строительных смесей для возведения зданий и сооружений.

Описание и применение цемента М400 и М500

Популярный стройматериал представляет собой минеральное вещество, имеющее порошкообразную консистенцию. При контакте с водой превращается в пластичную массу, которая в дальнейшем твердеет. Портландцемент изготавливают на специальном оборудовании путем измельчения клинкера, к которому добавляют гипс. Наиболее популярны материалы с маркировкой М400 и М500. Они имеют свои характеристики, одна из которых плотность сухого цемента.

Среди цементных составов, маркировка которых начинается индексом 200 и заканчивается обозначением 700, наиболее востребованы следующие марки:

• М400. Он широко применяется в частном и промышленном строительстве благодаря повышенным эксплуатационным свойствам. Запас прочности, устойчивость к колебаниям температуры, а также влагостойкость обеспечивают возможность его использования при строительстве различных объектов;
• М500. Обладает повышенными прочностными свойствами, благодаря которым обеспечивается долговечность и устойчивость ответственных строительных конструкций. Пятисотый портландцемент востребован при реконструкции объектов, строительстве дорог, возведении фундаментов зданий.

Цементный порошок на предприятии-изготовителе фасуется в мешки или поставляется в рассыпном виде на цементовозах.

Когда и где используется пикнометрический метод

• Нефтегазовая промышленность. Плотность нефти и нефтепродуктов измеряется с целью определения их массы для коммерческих расчетов.
• Пищевая промышленность. Измерение данного показателя позволяет измерить содержание и концентрацию определенных веществ (сахаров, соли и др.). Также он необходим для контроля качества пищевых продуктов: растительных и животных масел, молока и молочных продуктов, безалкогольных и газированных напитков, фруктовых соков и др.
• Электрохимия. Показатель плотности измеряется для определения концентрации травильных растворов в гальванических жидкостях, используемых в поточной линии.
• Химическая промышленность. Измерение плотности необходимо для контроля качества и определения свойств конечного продукта.
• Фармацевтика. Исследования помогают установить соответствие характеристик готового продукта установленным стандартам.

Определение плотности гидростатическим взвешиванием

При погружении тела последовательно в разные жидкости оно вытеснит равные по объему, но разные по массе количества этих жидкостей. Массы этих объемов прямо пропорциональны плотностям жидкостей.

Следовательно, тело массой m в воде будет иметь кажущуюся массу m1, а разность m – m1 будет равна массе вытесненной этим телом воды. В другой жидкости тело будет иметь кажущуюся массу m2, а разность m — m2 будет равна массе вытесненной жидкости.

Если для определения плотности применять тело определенной массы и объема (стеклянный поплавок), а в качестве «другой» жидкости — исследуемую, то относительную плотность последней легко вычислить по формуле:

При использовании гидростатических весов Мора-Вестфаля, прокалиброванных с учетом определенного объема стеклянного поплавка, результат определения плотности не нужно вычислять по формуле; его сразу отсчитывают по взятому разновесу для достижения равновесия весов.

Гидростатические весы (рис. 203) состоят из неравноплечего коромысла 2, опирающегося призмой на подушку, которая заделана в вилке раздвижной колонки 1, скрепляемой прижимным винтом 9 и снабженной установочным винтом 7. На одном плече коромысла жестко укреплен постоянный противовес 3 с указателем 6 и шкалой 8, а на другом, при помощи серьги 4, к грузоприемной призме подвешен на тонкой металлической проволоке поплавок 5 с впаянным в него термометром. Плечо коромысла, несущее грузоподъемную призму, разделено на 10 равных частей углубленными нарезами, на которые навешивают специальные гири-рейтеры. Для наливания испытуемой жидкости к весам прилагается специальный стеклянный цилиндр 10. Набор разновесов состоит из нескольких рейтеров: два из них имеют массу, равную массе воды, вытесненной данным поплавком при 20 °С; другие разновески в 10, 100 и 1000 раз меньше.

Определение плотности производят на проверенных весах. Для этого металлические части весов тщательно протирают, а поплавок и проволоку промывают этиловым спиртом и диэтиловым эфиром и просушивают продуванием воздуха.

После этого, не касаясь поплавка и проволоки руками, пинцетом подвешивают их на крючок коромысла весов. С помощью установочного винта 7 колонку с коромыслом устанавливают в равновесие. Колонка при этом должна быть установлена строго вертикально. После установления равновесия весов с подвешенным поплавком в воздухе наливают в стеклянный цилиндр дистиллированную воду с температурой точно 20 °С и опускают поплавок в воду так, чтобы в воде был не только весь поплавок, но и часть проволоки (около 15 мм).

При опускании поплавка в воду нужно следить за тем, чтобы он находился в середине цилиндра, а не прикасался к стенке. При этом равновесие весов нарушится и плечо коромысла с поплавком поднимется. Для восстановления равновесия навешивают на 10-е деление коромысла (на крючок) гирю-единицу. Если равновесие не наступает, то коромысло приводят в равновесие с помощью самой маленькой гири, навешивая ее на 1-е, 2-е, 3-е или 4-е деление, если гиря-единица несколько легче, чем нужно; если гиря-единица несколько тяжелее, чем нужно, то ее навешивают на 9-е деление, а самую маленькую — на 9-е, 8-е, 7-е или 6-е деление. Установленную таким образом величину ошибки в пределах ±0,0004 учитывают при помощи отклонений коромысла, производя отсчет при определении плотности испытуемой жидкости при тех же самых отклонениях указательной стрелки. Если ошибка превышает ±0,0004, то весы подлежат ремонту. После проверки весов поплавок и цилиндр высушивают.

В чистый сухой цилиндр осторожно наливают испытуемую жидкость, пока в нее не погрузится поплавок и около 15 мм проволоки, на которую он подвешен. При этом равновесие весов нарушится и плечо с поплавком поднимется. На коромысло постепенно навешивают гири, начиная с самой крупной, пока не наступит равновесие.

Температуру жидкости измеряют или по термометру, впаянному в поплавок, или дополнительным термометром. По достижении равновесия весов и установлении температуры записывают так называемую «видимую» плотность испытуемой жидкости, начиная с гири-единицы.

«Видимую» плотность р’ пересчитывают в действительную плотность р по формуле:

где 0,99823 — значение плотности воды при 20 °С; 0,0012 — значение плотности воздуха при 20 °С и барометрическом давлении 760 мм рт. ст. (1013 гПа).

4 Классификация

4.1 Инъекционные растворы классифицируют по следующим классификационным признакам;

— нормируемые показатели качества.

4.1.1 По назначению инъекционные растворы в зависимости от способа закрепления подразделяют на растворы:

— устройства элементов закрепленного грунта;

4.1.2 По применяемым вяжущим инъекционные растворы на основе цемента подразделяют:

— на инъекционные растворы (И) — на цементах с удельной поверхностью от 3000 до 5000 см 2 /г;

— инъекционные растворы на тонкодисперсном вяжущем (ИТДВ) — на цементах с удельной поверхностью от 5000 до 8000 см 2 /г;

— инъекционные растворы на особо тонкодислерсном вяжущем (ИОТДВ) — на цементах с удельной поверхностью от 8000 до 20 000 см 2 /^

4.1.3 По стабильности инъекционные растворы на основе цемента подразделяют:

4.1.4 По нормируемым показателям качества инъекционные растворы на основе цемента классифицируют:

— по составу смеси по 5.2.1. 5.3—5.9:

— прочности на сжатие на следующие классы: R5; R7.5; R10; R12.5; R15; R20;

— морозостойкости (при необходимости учета требований норм для раствора и закрепленного грунта) на марки по морозостойкости: М15. M2S. М50, М75. М100, М150. М200. При отсутствии требова* ний к растворам по морозостойкости марка раствора может не нормироваться:

— плотности на легкие D1100—D1490 и тяжелые D1500—D2200.

Способы закрепления грунтов и основные виды инъекционных растворов и их характеристики приведены в приложениях А и Б соответственно.

Почему в цементном кладочном растворе нужен пластификатор

Цементные составы прочны и надежны; они применяются как в жилом многоэтажном строительстве, так и при возведении ответственных (в том числе, гидротехнических) объектов.

Цементные растворы содержат:

1. цемент;
2. природный или полученный дроблением пород песок в качестве заполнителя (в растворах для кладки из кирпича или блоков максимальная крупность песка — 2,5 мм, а для бутовой кладки и участков омоноличивания — 5 мм);
3. вода (чистая, без примесей);
4. технологические добавки.

Важными характеристиками цементного раствора являются его прочность, подвижность, морозостойкость и водоудерживающая способность.

Характеристики цементных растворов для кладочных работ регулируются СП 70.13330.2012 (СНиП 3.03.01-87). «Несущие и ограждающие конструкции. Каменные конструкции».

От чего зависит прочность цементного кладочного раствора

Цементные составы для кладки классифицируются по прочности на марки от М0 до М200 (0; 2; 4; 10; 25; 50; 75; 100; 150; 200). Марки М150 и М200 рекомендуются для специальных или гидротехнических сооружений. По морозостойкости растворы для кладки классифицируются от F10 до F200.

Вяжущим компонентом цементных растворов является цемент. В соответствии с назначением конструкции, применяются различные типы цементов. К примеру, при относительной влажности воздуха ниже 60% и для кладки фундаментов в маловлажных грунтах применяют:

1. для растворов М25 и выше — портландцемент, шлакопортландцемент, магнезиальный и шлакомагнезиальный портландцементы, пуццолановый, сульфатно-шлаковый, известково-шлаковый и другие портландцементы;
2. для растворов М10 и ниже — известково-шлаковый цемент, известково-пуццолановые, известково-зольные цементы и портландцемент.

Выбор цементов и марки раствора регламентируется СП и проектной документацией.

Прочность раствора находится в прямой зависимости от применяемого портландцемента, его свежести, а также рецептуры (доли цемента в растворе). С повышением доли цемента в растворе возрастает и его прочность, но увеличиваются затраты дорогостоящего материала и, соответственно, стоимость раствора тоже возрастает.

Применение лежалого цемента, особенно, такого, который хранился навалом либо в открытой упаковке, существенно снижает прочность раствора. Существуют методики обработки цемента с целью его активизации перед замешиванием растворов. Они помогают частично нивелировать снижение прочности. Также повысить прочностные характеристики растворов из лежалого цемента помогает применение химических добавок — пластификаторов, изготовленных промышленным способом. О них речь пойдет ниже.

Подвижность кладочных растворов

Большое значение имеет для кладочных растворов подвижность, которая, как и их способность удерживать воду, не расслаиваться не только обеспечивает удобство в работе, но и влияет в итоге на прочность кладки, которая зависит от того, как раствор распределился, насколько качественно он уплотнился. Кладка на растворе с высокой подвижностью и влагоудерживающими свойствами в 1,5–2 раза прочнее, чем на жестком растворе с низкой удобоукладываемостью.

Жесткий раствор уплотнить сложно; неизбежно возникают поры, пустоты, которые снижают его прочность и водостойкость. Пластичный однородный раствор растекается и уплотняется под влиянием собственного веса. Соответственно, чем ответственнее объект, тем большую важность приобретает удобоуладываемость.

Обычно рабочую подвижность раствора для кладки измеряют путем погружения стандартного конуса. Подвижность в данном случае рекомендуется в районе П2–П3:

1. раствор для кладки из кирпича или камней легких пород должен иметь такие показатели подвижности, чтобы конус погружался на 9–13 см;
2. для кладки из крупных блоков — 7–8 см;
3. для бутовой кладки конус погружается на 4–6 см, а для заливки пустот в бутовой кладке нужен более подвижный раствор (конус погружается на 13–15 см).

Та или иная консистенция раствора может достигаться регулированием воды в замесе. Чем больше воды, тем раствор становится более жидким и легче растекается. Но такой вариант не является оптимальным. Оптимальное водоцементное соотношение в цементном растворе — 0,3. В этом случае воды достаточно для того, чтобы обеспечить химические реакции гидратации с компонентами цемента, результатом которых является прочная структура растворных швов. На практике применяют водоцементное соотношение в районе 0,55. Но даже в этом случае раствор получается жесткий, с низкой подвижностью.

Добавление избыточной воды приведет к тому, что она не прореагирует с соединениями цемента, останется в несвязанной форме и вызовет снижение прочности раствора, его расслаивание, которое будет мешать рабочему процессу.

Поэтому в составах на основе цемента применяют пластифицирующие добавки.

Какие пластификаторы применяются в цементных растворах

В целях увеличения пластичности и удобоукладываемости кладочных растворов применяются различные добавки, имеющие органическое или неорганическое происхождение.

К органическим пластифицирующим добавкам относят микропенообразователи, которые применяются в следующих количествах (в кг на 1 кубометр раствора):

1. БС (порошок) — 1,5–2;
2. ЦНИПС-1 (5%-й водный раствор) — 2–5,5;
3. ГК (5%-й водный раствор) — 3,5–5,5;
4. мылонафт (5%-й водный раствор) — 1–2;
5. отходы соапстока (5%-й водный раствор) — 2–3,5.

К неорганическим (минеральным) добавкам относятся известь и глина.

Известь

Гашеная известь является широко распространенным компонентом, повышающим подвижность растворов. При этом используется известковое тесто, которое смешивают с водой и на получившемся «молоке» замешивают цементно-известковый раствор.

Поскольку известь дешевле цемента, цементно-известковые растворы получаются дешевле, чем цементные. Возрастает их пластичность, но прочностные характеристики при этом снижаются.

Цемент и известь могут использоваться в различных соотношениях; отличаться будут и характеристики получившихся составов: чем больше извести, тем менее прочный и менее водостойкий раствор получится.

В цементно-известковые растворы рекомендуется вводить пластификаторы с целью снижения расхода извести и цемента.

Глина

Добавление тонко смолотой глины позволяет получить более плотный, пластичный, эффективно удерживающий воду цементно-глиняный раствор, который пригоден для работ при относительно невысоких температурах, быстро схватывается и имеет более высокую прочность, чем цементно-известковые растворы. Применение глины позволяет экономить цемент и известь. Доля глиняного теста, в зависимости от степени долговечности возводимого надземного сооружения, составляет от 0,7 до 1,5 частей на одну часть цемента по объему.

Формула расчета количества глиняного или известкового теста выглядит следующим образом:

Vд = 0,17*(1 – 0,002Qц)

где Vд — количество глиняного либо известкового теста на 1 куб. м песка (в куб. м), а Qц — расход цемента на 1 куб. м песка (в кг).

Добавки глины и извести не допускаются в составах, которые применяются для кладки ниже уровня грунтовых вод.

Минеральные молотые добавки

С целью экономии цемента и повышения плотности и удобоукладываемости растворов в их состав вводят доменные и топливные шлаки, золы, горючие сланцы в молотом виде.

Расчет массы железобетонной конструкции

Для расчета удельного веса конструкции из армированного бетона просто суммируются весовые коэффициенты металла и бетонного раствора. Результат данного суммирования делится на объем полученной конструкции. Применение такого упрошенного расчета позволяет исключить сложные математические вычисления, в которых неопытные строители могут допустить серьезные ошибки.

Пример

Рассмотрим подсчет веса на примере тяжелого бетона. В таком растворе используются наполнители, в роли которых выступает щебень и гравий. Именно они обладают достаточно большой массой, поэтому такой бетон весит от 1,8 до 2,5 тонны за один кубометр.

Состав данного растра в массовых долях будет следующим:

• Вода — не более 0,2 тонны;
• Песок – не более 0,75 тонны;
• Щебень – не более 1,3 тонны;
• Цемент – не более 0,45 тоны.

Если суммировать массу всех этих наполнителей, то вес получится 2 тонны 700 кг. Такое значение является верным, потому что в процессе высыхания вода испарится, и масса как раз поучится равной 2,5 тонны.

Самые тяжелые виды растворов обладают массой, превышающей 2,5 тонны благодаря тому, что в их составе присутствуют магнетиты, скрапы, бариты и гематиты. Такие растворы используются для создания бронеколпаков в местах радиоактивного заражения.