Способ определения активности цемента
METHOD FOR DETERMINING CEMENT ACTIVITY

Изобретение относится к технологии изготовления строительных материалов с применением цемента, а именно к контролю качества цемента, и может быть использовано в качестве экспресс-метода определения активности цемента.
Известен стандартный способ определения активности цементов путем изготовления из цементного раствора балочек, уплотненных на виброплощадке, их выдерживание в формах в условиях влажной среды в течение не менее 24 часов, а затем без форм в воде в течение 27 суток, и их последующее испытание на изгиб и на сжатие по истечении срока хранения по ГОСТ 310.4-81.
Недостатком указанного способа является длительность, не позволяющая оперативно применять результаты измерений для корректировки составов цементных растворов в производственных условиях.
Известен способ определения активности цемента (Авторское свидетельство SU 1293652, 1987 г.), основанный на изготовлении образцов из цементного раствора с установкой датчиков-электродов, их пропаривании с измерением электроповерхностного потенциала массоэнергопереноса, испытании образцов по прочности на сжатие и вычислении активности цемента в проектном возрасте по формуле.
Известен также способ определения активности цемента (Авторское свидетельство SU 853544, 1981 г.), заключающийся в изготовлении цилиндрических образцов сухим методом, их вакуумировании, насыщении жидкостью и термообработке с последующим испытанием на прочность и расчетом активности.
Недостатком вышеуказанных способов является длительность и сложность реализации, а также необходимость специального оборудования, которое применяется в лабораторных условиях.
Известен способ (Авторское свидетельство SU 1456889, 1989 г.), согласно которому цементное тесто помещают в ячейку с крышкой и отверстием для термометра. Измерительную ячейку встряхивают несколько раз и определяют температуру цементного теста. Затем измерительную ячейку помещают в кипящую воду и определяют время, за которое температура увеличится на 5-10°С. По измеренному значению времени и величине прочности образца определяют зависимость прочности от времени изменения температуры. Полученную зависимость используют в качестве косвенной характеристики активности цемента.
Недостатком данного способа является его низкая точность.
Известен прибор для определения активности цемента «Цемент-прогноз» (Патент RU 93988U1, 2010 г., RU 137383, 2014 г.) по величине контракции цементного теста. Данный прибор фиксирует изменение объема системы «цемент-вода», измерения выполняются автоматически в течение 3 часов и прогнозируется активность цемента к заданному сроку.
Недостатками данного способа являются недостаточная оперативность получения результатов активности цемента, необходимость использования специального оборудования.
Наиболее близким по техническому решению является способ оценки активности цементов по изменению температуры цементного теста во времени (Патент RU 2370766, 2009 г.), включающий затворение цемента водой с получением цементного теста, размещение его в форме, измерение изменения температуры цементного теста во времени, построение гистограммы распределения полученных величин периодов от их величины, а оценку активности цемента осуществляют путем сравнения полученной гистограммы с ранее полученными эталонными гистограммами.
Недостатками способа являются необходимость выполнения ряда сложных последовательных операций, недостаточная оперативность получения результатов и необходимость использования температурных датчиков высокой чувствительности, поскольку датчики, регистрирующие температуру цементного теста с худшей чувствительностью, позволяют получить только достаточно грубую оценку активности цемента.
Задача, решаемая посредством заявленного изобретения, заключается в ускорении и упрощении способа определения активности цемента. Технический результат совпадает с задачей.
Указанный технический результат достигается путем определения показателя активности цемента по функциональной зависимости прочности на сжатие по ГОСТ 30744-2001 от значения косинуса краевого угла смачивания поверхности предварительно подготовленных образцов цементного порошка рабочим раствором.
Способ осуществляют следующим образом.
2
Предварительно получают калибровочную зависимость прочности на сжатие от значения косинуса краевого угла смачивания цемента. Для этого из цементов разных марок и композиционных вяжущих веществ (в нашем случае цементы марки М500, М400, М100 и цемент марки М500 с добавкой 10% по массе полиминерального песка, предварительно размолотого до удельной поверхности, сопоставимой с цементом М-500. В нашем случае 360 м/кг) на прессе изготовляют образцы-запрессовки путем выдерживания порошка цемента при избыточном усилии 12 тонн в течение 3 минут. Для изготовления запрессовок используют любой пресс, позволяющий создать такое усилие. В нашем случае использован гидравлический пресс ПЛГ-20. Затем на поверхность полученных вышеприведенным способом образцов-запрессовок последовательно наносят каплю рабочего раствора, который представляет собой 50% (по объему) водный раствор глицерина. Нанесение капли рабочего раствора производится любым известным способом, в нашем случае капля наносилась с помощью дозирующей системы гониометра DSA-20E (EasyDrop). Далее любым известным способом определяется краевой угол смачивания при максимальном значении диаметра основания капли, в нашем случае краевой угол измерялся с помощью программного обеспечения прибора DSA-20E методом «sessile drop». Затем вычисляется косинус краевого угла смачивания и строится калибровочная зависимость прочности на сжатие, определенной путем изготовления и испытания в стандартных условиях балочек по ГОСТ 30744-2001 из вышеперечисленных марок цемента, от значения косинуса краевого угла смачивания поверхности Р=f(cosθ) (фигура 1). По полученной вышеуказанной зависимости рассчитывается линейное уравнение, по которому определяется значение активности испытуемого цемента.
Пример осуществления изобретения: из испытуемого порошка цемента марки М500 на гидравлическом прессе ПЛГ-20 изготавливали образец - запрессовку при воздействии в течение 3 минут фиксированного избыточного усилия 12 тонн. Далее на гониометре DSA-20E (EasyDrop) определяли краевой угол смачивания поверхности образцов рабочей жидкостью при максимальном значении диаметра основания капли. В качестве рабочего раствора использовали 50% (по объему) водный раствор глицерина. Затем вычисляли значение косинуса краевого угла смачивания поверхности. Активность испытуемого цемента (Р) рассчитывали по уравнению Р=323cosθ - 285. Так, при значении косинуса краевого угла смачивания испытуемого образца 0,921, значение активности цемента составляет 12,5 МПа.
Разработанный способ позволяет оперативно получать достоверные данные о фактическом значении активности цемента, которые необходимы при проектировании составов строительных смесей, и может быть использован в качестве экспресс-метода оценки качества цементов.