Найти как найти плотность цемента

При возведении зданий и сооружений используются цементные смеси, обеспечивающие высокий уровень надежности всех конструкций. Показатель, который необходимо знать для определения требуемого количества цемента, — его плотность.

Характеристика цемента, его химическая формула

Цемент — вещество с многокомпонентной формулой, которое изготавливается искусственным путем из минерального сырья. Относится к материалам неорганического происхождения и обладает вяжущими свойствами.

Используется в строительстве для приготовления цементных растворов разного состава. При смешивании сухого цемента с жидкостью образуется пластичная масса темно-серого цвета, способная равномерно заполнить форму нужной конфигурации. Раствор постепенно затвердевает и приобретает камнеподобный вид.

Формула этого материала зависит от его типа. Так, в портландцементах преобладает оксид кальция (до 67%), присутствуют также диоксид кремния (до 22%), оксид алюминия (до 5%), оксид магния (не более 5%), оксид серы (от 1,5 до З,5%), а сульфатостойкость материала достигается путем снижения содержания алюминатов кальция.

В состав пуццолановых веществ, кроме CaO и минеральных добавок, входит гипс (двуводный сульфат кальция). Основой глиноземистых цементных смесей являются низко-основные алюминаты кальция, а оксид кальция и диоксид алюминия присутствуют в сопоставимых количествах (50-55% и 45-50%). Шлаковые цементы изготавливаются из мелкогранулированного доменного шлака с добавлением известняка или без него.

Благодаря отличиям в химическом составе каждый тип смеси обладает собственными физическими и эксплуатационными свойствами, что обуславливает их применение в разных областях строительства.

Прежде всего специалисты обращают внимание на следующие характеристики цемента:

• насыпная плотность;
• удельная (истинная) плотность;
• время схватывания и затвердевания;
• показатели прочности;
• влаго- и морозоустойчивость;
• тонкость помола;
• стойкость к коррозии.

Все показатели могут в некоторой степени изменяться в зависимости от внешних условий. 2 первых из них являются определяющими при расчете количества материала, необходимого для возведения какого-либо объекта.

Насыпная и удельная

Любое сыпучее вещество, к которым относится и цемент, состоит из твердых частиц, разделенных между собой воздушными пустотами. Объем воздуха, окружающего каждую частицу, изменяется под влиянием внешних условий, поэтому и масса у одного и того же количества цемента может быть разной.

Для каждого сыпучего материала существуют 2 физических параметра, которые определяются как соотношение его веса к занимаемому им объему. Они называются насыпной и удельной (истинной) плотностью вещества. При определении первого параметра учитывается объем воздуха, скопившегося между частицами материала.

Его используют для строительных расчетов требуемого количества цемента, находящегося в разрыхленном состоянии. Значения насыпной плотности цемента в кг/м3 (килограммах на метр кубический) для наиболее распространенных марок приведены в таблице:

Удельная плотность является величиной постоянной. При ее вычислении предполагается, что частицы вещества прилегают друг к другу настолько плотно, что между ними не остается воздушной прослойки. Величина истинной плотности цемента всегда выше насыпной и может достигать 3200 кг/м³.

Факторы плотности

Насыпная плотность — переменная величина, зависящая от многих факторов. Наименее плотной является только что изготовленная цементная смесь. Между ее частицами еще сохраняется статическое электричество, что приводит к отталкиванию фракций друг от друга и образованию многочисленных пустот. Освободившееся в материале пространство заполняется воздухом. Со временем внутренний объем воздуха уменьшается, и строительная смесь становится более плотной.

Этот параметр зависит от марки материала. Чем выше его качество, тем более мелкие фракции составляют материал и тем меньше воздуха в нем присутствует. Например, плотность у цемента М400 существенно выше, чем у М100. На показатель также оказывают влияние условия хранения и транспортировки материала. Свежая продукция в мешках обладает рыхлой структурой, но имеет свойство постепенно слеживаться.

Хранение во влажном помещении способствует впитыванию цементным порошком влаги. Вода вытесняет воздух, что делает материал более плотным, приводит к ухудшению качества цемента или его полной негодности.

Играет роль и технология изготовления строительного сырья. На плотность влияет химический состав и качество помола (однородность и размер составляющих его фракций), способ сушки шлама на силосах. Наиболее плотным будет стройматериал мелкого помола. Самые низкие показатели плотности у пуццолановых смесей. Они составляют 900-1100 кг/м³.

Пониженной плотностью обладают цементы с пластификаторами и разными добавками, повышающими морозоустойчивость и улучшающими другие характеристики. Наиболее плотными являются материалы, не содержащие присадок, такие как портландцемент.

Расчет и определение

Удельная плотность сухого цемента в промышленных условиях определяется прибором Ле-Шателье. Но для оценки прочности будущего бетона или другого раствора нужно знать значение насыпной плотности, т.к. от него зависит, насколько пористой получится конструкция. В строительных расчетах чаще всего применяются усредненные показатели. Для свежего материала используют значения 1200-1300 кг/м³, слежавшегося — 1500-1600 кг/м³.

Но иногда для замешивания прочного раствора необходимо знать точное значение этого параметра. Сделать правильный расчет насыпной плотности можно и самостоятельно.

Для этого потребуется:

• мерная емкость объемом 1 л;
• воронка;
• весы.

Сначала следует взвесить пустую емкость. Обозначают эту массу как M1. Затем в мерную посуду через воронку аккуратно засыпают цемент, убирают его излишки и взвешивают ее снова. При этом емкость с содержимым не встряхивают, материал нельзя перемешивать или утрамбовывать.

Массу заполненного сосуда обозначают как M2. Искомую величину определяют по формуле: P = (M1 — M2)/V. Значение массы при подсчетах должно быть выражено в килограммах, объема — кубических метрах.

Для получения наиболее корректных данных измерения и вычисления проводят дважды, а окончательный результат выводят как среднеарифметическую величину. Использование этого способа расчета насыпной плотности дает результат с погрешностью до 0,01 кг/м³, что позволяет достичь требуемой прочности возводимой конструкции и избежать существенных ошибок при строительстве.

Заключение

Определение насыпной плотности цемента в некоторых случаях является необходимостью, потому что от него зависят эксплуатационные характеристики цементного раствора. Чтобы сделать это правильно, следует понимать разницу между удельной и насыпной плотностью материала.

Это
определение выполняют с помощью
объемомера – прибора Ле Шателье (рис.
4.3). Объемомер закрепляют в штатив и
помещают в стеклянный сосуд с водой
так, чтобы вся его градуированная часть
была погружена в воду. Необходимо, чтобы
при отсчетах уровня жидкости в приборе
температура воды в сосуде соответствовала
температуре, при которой производили
градуировку прибора. Прибор наполняют
обезвоженным
керосином
до нижней черты по нижнему мениску.
После этого часть прибора (выше нулевой
черты), свободную от керосина, тщательно
протирают тампоном из фильтровальной
бумаги.

Рис. 4.3. Объемомер
ЛЕ ШАТЕЛЬЕ

1 – объемомер; 2
– сосуд с водой; 3 – термометр

Для
испытания используют пробу цемента,
предварительно высушенную в сушильном
шкафу при температуре 105-110 °С в течение
2 ч и охлажденную в эксикаторе. От этой
пробы с точностью до 0,01 г отвешивают 65
г и высыпают в прибор через воронку
небольшими порциями. После того как вся
проба цемента засыпана в прибор, уровень
жидкости в приборе поднимается до одного
из делений в пределах верхней градуированной
части. Для удаления пузырьков воздуха,
которые могут удерживаться на частицах
цемента, прибор вынимают из сосуда с
водой и в наклонном положении поворачивают
в течение 10 мин на гладком резиновом
коврике. После этого прибор снова
помещают в сосуд с водой. Затем производят
отсчет уровня жидкости в приборе.

Истинную плотность
цемента ρ,
кг/м³,
определяют по формуле:

ρ = m/V,
(4.1)

где т
–
масса цемента, засыпанная в прибор, г;
V
–
объем жидкости (цемента), вытесненной
цементом (определяют как разность
отсчетов по шкале после засыпки и до
засыпки), см³.

Для
определения истинной и насыпной плотности
проводят два испытания одного и того
же цемента и из полученных результатов
вычисляют среднее арифметическое.
Расхождение между определениями не
должно превышать 0,02 г/см³.
При большей разнице испытания повторяют
до тех пор, пока это условие не будет
выполнено

4.5. Определение нормальной густоты цементного теста

Цементным
тестом называется
однородная пластичная подвижная смесь
цемента с водой.

Пластичность
цементного теста характеризуется его
нормальной
густотой.

Нормальной
густотой цементного теста считают
такую его консистенцию (водоцементное
отношение В/Ц, выраженное в процентах),
при которой пестик прибора Вика,
погруженный в заполненное цементным
тестом кольцо, не доходит на 5-7 мм до
пластинки, на которой установлено кольцо
конической формы.

За
нормальную густоту цементного теста
принимают количество
воды затворения, выраженное
в процентах от массы цемента, при котором
достигается нормированная консистенция
цементного теста.

Для
цементов на разных заводах-производителях
нормальная густота может колебаться
от 20 до 35 %. Знание нормальной густоты
цементного теста необходимо для
дальнейших испытаний цемента (определения
сроков схватывания, равномерности
изменения объема (расширения) цемента).
Чем меньше значение нормальной густоты
цементного теста, тем более плотный
бетон можно изготовить (большая
подвижность бетонных и растворных
смесей при меньшем содержании воды).

От
величины нормальной густоты зависит
расход воды при изготовлении бетонных
и растворных смесей заданной пластичности
и, следовательно, плотность, прочность,
морозостойкость готовых материалов и
изделий.

Нормальная
густота зависит от вещественного состава
цемента, количества и вида гидравлических
или инертных добавок, тонкости помола
цемента и фазового состава клинкера.

Определение
нормальной густоты цементного теста
проводят по п.1 ГОСТ 310.3-76 «ЦЕМЕНТЫ. МЕТОДЫ
ОПРЕДЕЛЕНИЯ НОРМАЛЬНОЙ ГУСТОТЫ, СРОКОВ
СХВАТЫВАНИЯ И РАВНОМЕРНОСТИ ИЗМЕНЕНИЯ
ОБЪЕМА» на
приборе Вика (рис. 4.4) с использованием
металлического пестика диаметром 10 мм
и длиной 50 мм.

Масса
подвижного стержня прибора вместе с
пестиком должна быть 300+2 г.

Перед
началом испытания проверяют свободное
падение подвижного стержня прибора,
чистоту пестика, положение стрелки,
которая должна стоять на 0 при
соприкосновении пестика со стеклянной
пластинкой, смазывают кольцо и пластинку
тонким слоем машинного масла.

Рис. 4.4 – Прибор
Вика по ГОСТ 310.6-76

1 — цилиндрический
металлический стержень; 2 — обойма
станины;

3 — стопорное
устройство; 4 — указатель; 5 — шкала; 6 —
пестик; 7 – игла

Для
приготовления цементного теста отвешивают
400 г испытываемого цемента, высыпают
его в сферическую металлическую чашу
(рис. 4.5а), предварительно протертую
влажной тканью. Затем в цементе делают
углубление, куда в один прием вливают
предварительно отмеренную воду в
количестве, необходимом для получения
цементного теста нормальной густоты.
Количество воды для первого пробного
затворения цемента может быть
ориентировочно принято 110-112 см³,
т. е. 25-28 % от массы цемента.

Углубление,
в которое была налита вода, с помощью
стальной лопатки (рис. 4.5б) заполняют
цементом и через 30 с после этого осторожно
перемешивают, а затем энергично растирают
тесто лопаткой во взаимно перпендикулярных
направлениях, периодически поворачивая
чашку на 90°. Продолжительность
перемешивания и непрерывного растирания
с момента затворения цемента водой –
5 мин.

Рис. 4.5 – Чаша (а)
и лопатка для перемешивания (б)

После
окончания перемешивания цементное
тесто укладывают в один прием в кольцо,
которое пять-шесть раз встряхивают,
постукивают пластинкой с прижатым к
ней кольцом о поверхность стола. Избыток
цементного теста срезают ножом,
предварительно протертым влажной
тканью. Кольцо на стеклянной пластинке
ставят под стержень прибора Вика, пестик
приводят в соприкосновение с поверхностью
теста в центре кольца и закрепляют его
в таком положении зажимным винтом. Затем
быстро отвинчивают зажимной винт, и
стержень вместе с пестиком свободно
погружается в тесто. Через 30 с с момента
освобождения стержня по шкале прибора
фиксируют глубину погружения пестика.

Густота
цементного теста считается нормальной,
если пестик не доходит до стеклянной
пластинки на 5-7 мм. Если он, погружаясь
в цементное тесто, остановится выше, то
опыт повторяют с большим количеством
воды, а если ниже
– с меньшим, добиваясь погружения
пестика на глубину, соответствующую
нормальной густоте теста. Количество
добавляемой воды для получения теста
нормальной густоты, % от массы цемента,
определяют с точностью до 0,25 %.

Соседние файлы в предмете Материаловедение

• #
• #
• #

Плотность цемента – это одна из главных характеристик строительного материала. Она определяется как отношение его массы к занимаемому объёму. Существует множество факторов, которые влияют на значение данного параметра. Читайте до конца, чтобы узнать все нюансы определения плотности материала для приготовления идеальных строительных смесей.

Определение понятий

Цемент – это сыпучий мелкофракционный материал. Он не является однородной массой. Данное вещество представляет собой насыпь из микроскопических элементов, между которыми находится воздух. Поэтому его плотность не имеет единственного значения. Чтобы определить данную характеристику, используются два термина:

• истинная плотность;
• насыпная плотность.

Удельный вес цемента определяется как отношение массы в кг к объёму в куб. м. Деление этих значений даёт нужный результат. Для получения первого параметра учитывается масса, которая состоит исключительно из крупинок строительного материала без частиц воздуха. Истинная плотность – это показатель, встречающийся в учебной и методической литературе. При определении данного параметра представляют, что вещество монолитно.

Насыпная плотность более важна для строителей. Она указывает на удельный вес с учётом воздуха, который находится между частицами. Порошкообразное веществ в пространстве всегда занимает больше места. Поэтому его истинная плотность будет существенно меньше.

Как изменяются свойства материала во внешней среде

Плотность портландцемента не является статичной величиной. Она изменяется в зависимости от условий, в которых пребывает материал.

На положение частичек оказывает большое влияние статическое электричество. При соприкосновении микроскопические элементы накапливают одноименный заряд. Согласно законам физики такие частицы отталкиваются друг от друга. В результате объем материала незначительно увеличится.

Поэтому наименьшую плотность имеет свежеприготовленный цементный порошок. Такие же показатели у материала, который недавно отгружен. При транспортировке сыпучее вещество уплотняется. Под влиянием вибрации микроскопические частицы занимают положение, которое подразумевает максимальное заполнение пустот. Насыпная плотность увеличивается и при длительном хранении. Со временем статическое электричество «уходит», что приводит к уплотнению массы.

Сколько весит цемент

Удельный вес цемента зависит от многих факторов. В среднем данный показатель составляет 1100-1600 кг/куб. м. На значение плотности влияют следующие факторы:

1. Марка . Чем она выше, тем удельный вес больше.
2. Технология производства. Способ изготовления цемента влияет на размер и форму его составляющих частей. Поэтому закономерно, что он будет иметь разные физические свойства.
3. Состав строительной смеси . Она может содержать гидрофобные присадки и различные добавки, что влияет на физические характеристики.
4. Соблюдение условий хранения . Герметичная тара и оптимальные параметры микроклимата в помещении, где находится материал, способствует тому, что он длительное время имеет заявленные производителем характеристики.
5. Давность изготовления . У «свежего» цемента плотность выше, чем у материала, который за долгое время успел значительно уплотниться.

Значение плотности для разных типов цементного порошка

В нормативной строительной документации указаны следующие показатели плотности разных типов цемента (истинная/насыпная, кг/куб.м):

• пуццолановый – 2800/900;
• шлаковый – 2900/1200;
• глиноземистый – 3100/1100;
• портландцемент – 3200/1200.

Насыпная плотность цемента М500 составляет 1300 кг/куб. м. Это стандартный показатель для эталонного материала, не содержащего добавок и хранящегося в идеальных условиях. Насыпная плотность цемента М400 – 1200 кг/куб. м. У материала такой же марки, который характеризуется продолжительным временем схватывания, данный показатель составляет 1500 кг/куб. м.

Как рассчитать вес цемента для приготовления строительных смесей

При расчёте необходимых ингредиентов для приготовления бетона или раствора у начинающих строителей появляются трудности. Количество смеси для проведения работ определяется в кубических метрах, а цемент измеряется килограммами. Он продаётся мешками в стандартной фасовке 25 и 50 кг.

Чтобы рассчитать, сколько весит мешок цемента (точнее его объем), используют среднюю плотность – 1300 кг/куб. м. Поэтому 1 куб. м материала весит 1300 кг. Мешок 25 кг примерно имеет объем 19 л, 50 кг – 38 л.

Ведро цемента (стандартно 12 л) будет весить 15,6 кг. Массу материала можно определить и опытным путём. Достаточно взвесить смесь прямо в ведре, предварительно отняв вес тары. Если измеренное значение будет сильно отличаться от расчётного (15,6 кг), можно заподозрить низкое качество материала. Чтобы определить его приблизительную плотность, полученный вес нужно разделить на объем тары.

Правила выполнения расчёта

Рассчитать насыпную плотность материала довольно просто. Для этого не нужно использовать сложное оборудование и специализированную лабораторию. Чтобы определить необходимые параметры, понадобятся следующие устройства:

• воронка , отверстие в которой достаточное для свободного прохождения частиц смеси;
• мерный цилиндр – для измерения объёма материала;
• весы – для определения массы сыпучего вещества.

Для выполнения расчётов не нужно использовать цилиндр слишком больших объёмов. Достаточно литровой ёмкости, которая должна иметь мерную шкалу. В подготовленный цилиндр при помощи воронки насыпают определённое количество материала. Его поверхность тщательно разравнивают и отмечают объем. При этом утрамбовывать или дополнительно встряхивать цемент запрещается.

Измеренный объем материала взвешивают вместе с тарой. Такие же манипуляции выполняют с мерным цилиндром отдельно. Потом от первого значения отнимают второе и получают чистый вес.

Для определения насыпной плотности материала используют формулу – m/V. В данном случае m – чистый вес цемента, V – объем.

Чтобы повысить точность, все измерения и расчёт выполняют несколько раз. Среднестатистическое от полученных цифр будет являться более корректным результатом.

Коротко о главном

Специалисты выделяют истинную и насыпную плотность цемента, которые существенно отличаются друг от друга. Также на данный показатель влияет много факторов – состав смеси, длительность и качество хранения, технология производства, марка по прочности.

Определить удельный вес цементного порошка довольно просто в домашних условиях. Для этого понадобятся весы и мерный цилиндр. Также приблизительную плотность материала можно определить прямо на стройплощадке, взвесив заполненное цементом ведро.