УСТАНОВКА ДЛЯ ИЗУЧЕНИЯ СТРУКТУРООБРАЗОВАНИЯ ЦЕМЕНТНЫХ СИСТЕМ

Полезная модель относится к измерительной технике, а именно к установкам для изучения структурообразования цементных систем и может быть использована в технологии бетона для диагностики портландцемента и его разновидностей.
Для изучения структурообразования широко распространен рычажный конический пластометр МГУ [1], состоящий из регулируемой винтовыми опорами плиты с жестко закрепленной стойкой и горизонтальной площадкой, оснащенной направляющей втулкой, скользящим штоком с конусом, индикатором для измерения глубины погружения конуса в цементное тесто и ограничителем вращения рычага. Причем, рычаг шарнирно соединен со стойкой посредством оси и оборудован противовесом, сосудом для нагружения и скобой для передачи усилия на шток конуса. Для подъема формы до соприкосновения поверхности цементного теста с вершиной конуса предусмотрен винтовой столик.
Однако, несмотря на простоту и несложность эксплуатации, пластометр МГУ характеризуется неравномерностью приложения нагрузки к конусу, сложностью точной фиксации заданной глубины погружения конуса в цементный материал, повышенной трудоемкостью и продолжительностью замера единичного показателя, соответственно, длительным интервалом проведения испытаний, составляющем, как правило, 0,5…1,0 час. Эти факторы делают невозможным фиксацию малейших структурных изменений в динамически (стадийно) отвердевающей цементной системе, получение объективных и надежных данных.
Наиболее близким по назначению и технической сущности к предлагаемой установке и принятым за прототип является пластометр пружинный [2], включающий закрепленную струбцинами к опорной стойке гидравлического пресса ПСУ-10 (ПСЦ-50) горизонтальную площадку, оснащенную направляющей, скользящим штоком с тарированной пружиной, прижимной гайкой, конусом, зубчатой парой и прогибомером ПМ-3. Подъем формы и погружение конуса в исследуемое цементное тесто осуществляют нижней плитой пресса путем его включения и автоматического отключения электрорелейным блоком в момент достижения конусом заданной глубины погружения и срабатывания контакта-ограничителя. Нагрузку на конус оценивают тарированной пружиной, величину сжатия которой посредством зубчатой пары регистрируют прогибомером, по переводному графику «нагрузка в МПа - сжатие пружины в мм» определяют величину нагружения и обычным методом рассчитывают показатель пластической прочности. Для проведения очередного замера плиту с формой опускают, форму смещают, конус очищают и включают пресс. Продолжительность единичного замера не превышает одной минуты. Интервал испытаний при обычных температурах твердения составляет не более 10 мин. По полученным данным строят и анализируют пластограмму.
Однако, прототипу свойственны следующие недостатки:
1) отсутствие мобильности, связанной с необходимостью использования пластометра совместно со стационарно установленным гидравлическим прессом ПСУ-10 (ПСЦ-50), что существенно сужает область его практического применения;
2) исполнительный контур электрорелейного блока автоматики подключен к промышленной сети питания пресса (380 вольт), что делает опасным соприкосновение с контактом-ограничителем и требует жесткого соблюдения техники безопасности;
3) фиксируемая пластическая прочность - усредненный показатель ряда одновременно протекающих явлений (адсорбционных, поверхностных, химических, электростатических и др.), что вносит определенную сложность в расшифровке полученных пластограмм и требует использования дублирующих структурообразующих характеристик.
Техническим результатом является повышение мобильности и безопасности установки, обеспечение достоверности получаемых данных.
Поставленный технический результат достигается тем, что установка для изучения структурообразования цементных систем, включающая опорную стойку с закрепленным пластометром пружинным, конус которого посредством контакта-ограничителя соединен с промышленной электрической цепью для фиксации глубины погружения в твердеющий материал, съемную форму с цементной навеской и подъемный стол, дополнительно содержит перемещаемое рамное основание, жестко соединенное с опорной стойкой и оснащенное винтовым подъемным столом, причем, контакт-ограничитель соединен с низковольтной электрической цепью и световым индикатором, а в центральной части формы с цементной навеской размещена рабочая часть термопары в комплекте с прибором регистрации и архивации опытных данных.
Сущность предлагаемой установки заключается в том, что с ее помощью в любых условиях (лабораторных, построечных) совершенно безопасно определяют характерные, взаимосвязанные, отражающие стадийность гидратационного и структурообразующего процесса переломные точки кинетических кривых пластической прочности и температуры твердения. Дублирование исследуемых свойств позволяет с высокой достоверностью фиксировать «этапные моменты» процесса и использовать их для практических целей (характеристики свойств портландцемента и его разновидностей, механизма действия различных добавок, осуществления или, наоборот, прекращения тех или иных технологических воздействий). При этом для расширения временного структурообразующего диапазона и более точной регистрации упомянутых «этапных моментов» опыты рекомендуется проводить при нескольких значениях В/Ц цементного теста (например, 0,24…0,25; 0,26…0,27 и 0,28…0,30).
На фигуре 1 изображена установка для исследования структурообразования цементных систем. Установка состоит из рамного основания (1), жестко соединенного с опорной стойкой (4), на которой посредством струбцин (8) закреплена площадка (10) с направляющей втулкой (7), скользящим штоком (12) с пружиной (6), конусом (5), контактом-ограничителем (14), электрической цепью со световым индикатором (13) и зубчатой парой (11) с прогибомером (9). Подъем формы (3) с размещенной в центре навески термопарой (15), подключенной к прибору регистрации и архивации опытных данных (16), осуществляют смонтированным на основании (1) винтовым подъемным столом (2).
Установка работает следующим образом. Рамное основание (1) устанавливают на горизонтальную поверхность, к опорной стойке (4) струбциной (8) крепят площадку (10) пластометра, оснащенную направляющей втулкой (7) и скользящим штоком (12) с конусом (5), пружиной (6), контактом-ограничителем (14) и зубчатой парой (11). Стандартным методом приготавливают цементное тесто с В/Ц=0,24…0,25, укладывают в форму (3) с предварительно установленной термопарой (15) и подключенной к регистрирующему прибору (16), уплотняют встряхиванием или вибрированием, поверхность заглаживают, форму с навеской (3) устанавливают на винтовой подъемный стол (2) и регистрирующим прибором (16) устанавливают режим (продолжительность, интервал) замера температуры. Через каждые 10 минут с момента затворения цемента водой производят подъем формы (3) и осуществляют погружение конуса (5) в твердеющий материал, фиксируют посредством зубчатой пары (11) и прогибомера (9) величину сжатия пружины (6) в момент срабатывания контакта-ограничителя (14), замыкания электрической сети и включения светового индикатора (13), после чего форму опускают, смещают, конус очищают и операции повторяют. Продолжительность испытаний - до предельного сжатия пружины. После завершения работы опыт проводят для цементных составов с иным значением В/Ц. По полученным данным в координатах «время в минутах - пластическая прочность в МПа» и «время в минутах - температура в град» строят и анализируют кинетические кривые.
Пример конкретного выполнения технического решения. На основе новороссийского ПЦ 500-Д0 стандартным методом готовят цементное тесто с В/Ц=0,24, укладывают в форму с предварительно установленной термопарой, тщательно уплотняют вибрацией, поверхность заглаживают и форму с материалом помещают на винтовой подъемный стол. Регистрирующим прибором устанавливают продолжительность испытаний (например, 2,5 часа) и интервал замера показателей температуры (10 минут). Периодически (через каждые 10 минут с момента затворения цемента водой) путем подъема формы винтовым столом производят погружение конуса в твердеющее цементное тесто и фиксируют величину сжатия пружины в момент срабатывания контакта-ограничителя, замыкания цепи и включения светового индикатора. Опыт проводят до предельного сжатия пружины пластометра, после чего отключают регистрирующий прибор, извлекают термопару и подготавливают форму к очередным испытаниям. Операции повторяют для цементных составов с иным значением В/Ц, по полученным данным строят и анализируют кинетические кривые пластической прочности и температуры твердения составов (фиг.2).
При этом любая из представленных на фиг.2, «А» пластограмм характерна для прототипа, комплексный же график («А», «Б») - для разработанного технического решения. Как видно, использование индивидуальной пластограммы не позволяет с достаточной надежностью фиксировать время наступления «этапных моментов» («скачков» структурной прочности по В.А.Кинду [3]). Совместный же анализ кинетики пластической прочности и температуры твердения составов различных консистенций, а именно, сопоставление времени наступления характерных, дублирующих друг друга, переломных точек кривых позволяет с высокой степенью достоверности оценить стадийность (скачкообразность) структурообразующего процесса (затененные области на фиг.2).
Таким образом, предлагаемая установка является безусловным прорывом в теории и технологии бетоноведения, позволяющем при практически известном методологическом подходе получать реальную, объективную и достаточно полную информацию о свойствах портландцемента и его разновидностей и эффективном использовании результатов в научно-лабораторных исследованиях и строительной практике.
Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:
1. Методы исследования строительных материалов: учебно-методическое пособие для студентов специальности «Производство строительных изделий и конструкций» / Г.С.Галузо, В.А.Богдан, О.Г.Галузо и др. - Минск, БНТУ, 2008. - С.128-134 с.
2. Пшеничный Г.Н., Ганин В.П., Шкатуло Г.А. Пластометр пружинный // Бетон и железобетон. - 1985. - №4. - С.26.
3. Кинд В.А. Химическая характеристика портландцемента. - Л.-М.: Госстройиздат, 1932. - С.3-4.