ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΛΕΠΤΟΤΗΤΑΣ ΑΛΕΣΗΣ ΤΟΥ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ

Transcript

1 Άσκηση 1 ΠΡΟΣΔΙΟΡΙΣΜΟΣ ΛΕΠΤΟΤΗΤΑΣ ΑΛΕΣΗΣ ΤΟΥ ΤΣΙΜΕΝΤΟΥ 1.1 Εισαγωγή αρχή της μεθόδου 1.2 Συσκευή Blaine 1.3 Βαθμονόμηση συσκευής 1.4 Πειραματική διαδικασία 1.1. ΕΙΣΑΓΩΓΗ ΑΡΧΗ ΤΗΣ ΜΕΘΟΔΟΥ Η λεπτότητα άλεσης του τσιμέντου εκφράζεται σαν ειδική επιφάνεια, που είναι η συνολική επιφάνεια (cm 2 ) των κόκκων ενός γραμμαρίου (gr) τσιμέντου. Η ειδική επιφάνεια (S) του τσιμέντου επηρεάζει σε μεγάλο βαθμό την ταχύτητα και την πληρότητα ενυδάτωσής του καθώς και την τελική αντοχή ενός κονιάματος. Η ειδική επιφάνεια ενός κοινού τσιμέντου κυμαίνεται από cm 2 /gr Πειραματικά βρέθηκε, ότι αύξηση της ειδικής επιφάνειας κατά cm 2 /gr αυξάνει την χαρακτηριστική αντοχή του τσιμέντου κατά 20-25%. Στο παρακάτω σχήμα δίδεται η εξάρτηση της αντοχής του τσιμέντου από την ειδική επιφάνεια. Η μέτρησή της γίνεται με την παρακολούθηση του χρόνου που χρειάζεται 1

2 μία καθορισμένη ποσότητα αέρα, για να περάσει διαμέσου ενός στρώματος συμπιεσμένου τσιμέντου καθορισμένων διαστάσεων και πορώδους. Κάτω από ειδικές συνθήκες η ειδική επιφάνεια του τσιμέντου (S) είναι ανάλογη του t, όπου t είναι ο απαιτούμενος χρόνος σε δευτερόλεπτα για τη διέλευση της καθορισμένης ποσότητας αέρα από το συμπιεσμένο στρώμα του τσιμέντου. Ο αριθμός και το μέγεθος των πόρων του συμπιεσμένου στρώματος είναι συνάρτηση του μεγέθους των κόκκων και καθορίζει την ταχύτητα ροής του αέρα μέσα από το στρώμα αυτό. Η μέθοδος είναι συγκριτική και κατά συνέπεια απαιτείται ένα τσιμέντο αναφοράς, γνωστής ειδικής επιφάνειας (S o ), για την εύρεση της ειδικής επιφάνειας (S) του υπό εξέταση τσιμέντου. Εναλλακτικά, και για την αποφυγή διπλής μέτρησης της ειδικής επιφάνειας, υπολογίζεται η σταθερά της συσκευής μέτρησης, k. Η ειδική επιφάνεια υπολογίζεται σύμφωνα με τον παρακάτω τύπο: S =( k/ρ).[ e 3 /(1-e)].( t/ 0.1n) (1) Όπου, S = ειδική επιφάνεια [cm 2 /gr] e = πορώδες του συμπιεσμένου στρώματος τσιμέντου t = χρόνος διέλευσης αέρα (sec) ρ = πυκνότητα του δείγματος του τσιμέντου [gr/cm 3 ] n = ιξώδες του αέρα στη θερμοκρασία δοκιμής [Pa.sec] k = σταθερά της συσκευής Με το συμπιεσμένο στρώμα τσιμέντου, όπου μεταξύ των κόκκων υπάρχει καθορισμένος όγκος αέρα, επιτυγχάνονται αναπαράξιμες συνθήκες. Ο όγκος του αέρα εκφράζεται σαν κλάσμα του ολικού όγκου του στρώματος και ονομάζεται πορώδες e. Το αντίστοιχο κλάσμα του όγκου που καταλαμβάνει το τσιμέντο είναι (1 e). Αν ο ολικός όγκος του στρώματος είναι V, ο απόλυτος όγκος του τσιμέντου είναι V.(1 e) και η ποσότητα του προς εξέταση τσιμέντου είναι: M = ρ.v.(1 e) (2) Όπου, Μ = απαιτούμενη ποσότητα τσιμέντου για πορώδες e ρ = πυκνότητα τσιμέντου [gr/cm 3 ] Η συσκευή στην οποία λαμβάνει χώρα η δοκιμή λέγεται BLAINE και περιγράφεται παρακάτω: 1.2. ΣΥΣΚΕΥΗ BLAINE H συσκευή ΒLAINE (Σχ. 1) αποτελείται ειδικότερα από τα μέρη που περιγράφονται παρακάτω: 1. Κελί διαπερατότητας Το κελί είναι άκαμπτος κύλινδρος εσωτερικής διαμέτρου 12,7 mm, κατά- 2

3 σκευασμένος από ανοξείδωτο χάλυβα ή άλλο υλικό, ανθεκτικό σε τριβές και διάβρωση. Τα άνω χείλη του κελιού πρέπει να σχηματίζουν ορθή γωνία με τον κύριο άξονά του. Το κατώτερο τμήμα εφαρμόζει καλά με το άνω τμήμα του μανομέτρου, για να μην υπάρχει διαφυγή αέρα ανάμεσα στις επιφάνειες που έρχονται σε επαφή. Το κελί καταλήγει σε χείλος 0,8 mm, που προεξέχει εσωτερικά και απέχει 50 mm από το άνω μέρος του κελιού και χρησιμεύει να στηρίζει το διάτρητο δίσκο. 2. Διάτρητος δίσκος Ο διάτρητος δίσκος είναι κατασκευασμένος από ανοξείδωτο μέταλλο, με οπές διαμέτρου 1 mm, κατανεμημένες ομοιόμορφα σε όλη την επιφάνειά του. Ο δίσκος προσαρμόζεται στο εσωτερικό του κελιού χωρίς καμία δυσκολία. 3. Έμβολο Είναι κυλινδρικό και κατασκευασμένο συνήθως από ανοξείδωτο μέταλλο ή άλλο υλικό. Η διάμετρός του είναι μικρότερη από τη διάμετρο του κελιού κατά 0,1 mm. Οι κάτω επιφάνειες του εμβόλου και της κεφαλής του είναι επίπεδες και κάθετες στον άξονά του. 4. Μανομετρικός σωλήνας Το μανόμετρο είναι υάλινος σωλήνας σχήματος U κατασκευασμένος από βιοπυριυική ύαλο εξωτερικής διαμέτρου9 mm. Το ένα άκρο του ενός σκέλους συνδέεται στεγανά με το κελί διαπερατότητας. Αυτό το σκέλος του μανομέτρου φέρει κυκλική χαραγή σε απόσταση mm κάτω από την πλευρική έξοδο. Επίσης φέρει και άλλες χαραγές σε αποστάσεις 15, 70 και 110 mm από την προηγούμενη. Στην πλευρική έξοδο και σε απόσταση από το μανομετρικό σκέλος μικρότερη των 50 mm να υπάρχει δικλείδα ή σφυκτήρας ΒΑΘΜΟΝΟΜΗΣΗ ΣΥΣΚΕΥΗΣ 1. Προσδιορισμός του όγκου του συμπιεσμένου στρώματος Λόγω των επιτρεπόμενων ανοχών στις διαστάσεις του κελιού και του εμβόλου, ο όγκος του συμπιεσμένου στρώματος του τσιμέντου V είναι διαφορετικός για κάθε συνδυασμό κελιού εμβόλου. Για κάθε τέτοιο συνδυασμό ο όγκος προσδιορίζεται ως εξής: Επικαλύπτεται το εσωτερικό του κελιού με λεπτό στρώμα ορυκτελαίου και τοποθετείται στον πυθμένα του ο διάτρητος δίσκος. Τοποθετούνται δύο δίσκοι διηθητικού χαρτιού στο κελί, με τη βοήθεια ράβδου διαμέτρου ελαφρά μικρότερης από αυτή του κελιού, έτσι ώστε να εφαρμόσουν τέλεια πάνω στο διάτρητο δίσκο. Το κελί γεμίζεται με υδράργυρο και αφαιρούνται όλες οι φυσαλίδες αέρα που έχουν επικολληθεί στα τοιχώματά του, με τη βοήθεια καθαρού και ξηρού ραβδιού. Ο υδράργυρος ισοπεδώνεται στην κορυφή του κελιού με τη βοήθεια μικρής πλάκας γυαλιού, που πιέζεται πάνω στην επιφάνεια του υδραργύρου έως ότου το γυαλί έλθει σε πλήρη επαφή με τα χείλη του κελιού, χωρίς να 3

4 υπάρχουν φυσαλίδες ή κενά μεταξύ της επιφάνειας του υδραργύρου και της γυάλινης πλάκας. Αφαιρείται ο υδράργυρος από το κελί, ζυγίζεται και σημειώνεται η θερμοκρασία. Αφαιρείται ο ένας από τους δύο δίσκους διηθητικού χαρτιού και δημιουργείται ένα συμπιεσμένο στρώμα τσιμέντου βάρους περίπου 2,8 gr με καινούργιο δίσκο διηθητικού χαρτιού. Ο κενός χώρος του κελιού πάνω από το στρώμα γεμίζεται με υδράργυρο, αφαιρείται ο αέρας και ισοπεδώνεται το πάνω μέρος όπως και προηγουμένως. Αφαιρείται κατόπιν ο υδράργυρος, ζυγίζεται και σημειώνεται η θερμοκρασία. Ο όγκος που καταλαμβάνεται από το στρώμα του τσιμέντου υπολογίζεται ως εξής: V = (M M ) / ρ υδρ (3) όπου, Μ = βάρος πρώτης μέτρησης (χωρίς τσιμέντο) [gr] Μ = βάρος δεύτερης μέτρησης (με τσιμέντο) [gr] ρ υδρ = πυκνότητα υδραργύρου στη θερμοκρασία δοκιμής [gr/cm 3 ] V = όγκος συμπιεσμένου στρώματος τσιμέντου [cm 3 ] H παραπάνω διαδικασία επαναλαμβάνεται άλλη μία ή δύο φορές με νέα στρώματα τσιμέντου με λαμβανόμενη τιμή του όγκου V τον μέσο όρο των παραπάνω τιμών. Ο όγκος του στρώματος για μία από τις συσκευές που υπάρχουν στο εργαστήριο βρέθηκε ίσος με 1,808 cm Προσδιορισμός της σταθεράς της συσκευής Προσδιορίζεται ο χρόνος ροής σε τρία ξεχωριστά στρώματα συμπιεσμένου προτύπου τσιμέντου (Νο 114 NBS), με εκτέλεση σε κάθε στρώμα τριών δοκιμών. Σημειώνεται η θερμοκρασία για κάθε δοκιμή. Για κάθε στρώμα υπολογίζεται η σταθερά k από την εξίσωση: k = S o.ρ ο.(1 e). 0,1n / e 3. t o (4) όπου, S o = ειδική επιφάνεια του προτύπου τσιμέντου [cm 2 /gr] ρ ο = πυκνότητα προτύπου τσιμέντου [gr/cm 3 ] t ο = μέσος όρος τριών μετρηθέντων χρόνων [sec] n o = ιξώδες αέρα στη μέση θερμοκρασία [Pa.sec] k = σταθερά της συσκευής Ο μέσος όρος των τιμών των k λαμβάνεται σαν σταθερά της συσκευής k. Για τη μία από τις συσκευές του εργαστηρίου η σταθερά k βρέθηκε ίση με 14,58. 4

5 1.4. ΠΕΙΡΑΜΑΤΙΚΗ ΔΙΑΔΙΚΑΣΙΑ 1. Προετοιμασία δείγματος Το προς εξέταση τσιμέντο αφού ξηρανθεί σε πυριαντήριο στους 105 ο C, ανακινείται δυνατά για 2 λεπτά σε γυάλινο δοχείο, για να διασκορπιστεί το τσιμέντο και να σπάσουν τα συσσωματώματα. Αφήνεται το δοχείο να παραμείνει κλειστό άλλα 2 λεπτά, αφαιρείται το πώμα και το τσιμέντο ανακατεύεται για άλλα 2 λεπτά με καθαρό και ξηρό ραβδί, για να κατανεμηθεί σε όλη τη μάζα το λεπτό κλάσμα που έχει επικαθίσει στην επιφάνεια μετά τον διασκορπισμό. 2. Προσδιορισμός της πυκνότητας του τσιμέντου Ο προσδιορισμός της πυκνότητας του τσιμέντου γίνεται με τη βοήθεια πυκνομέτρου, χρησιμοποιώντας υγρό που δεν αντιδρά με το τσιμέντο. Η ποσότητα του χρησιμοποιούμενου τσιμέντου πρέπει να είναι τέτοια, ώστε η προσδιοριζόμενη τιμή του ρ να έχει ακρίβεια εκατοστού. Η ακρίβεια του προσδιορισμού επιβεβαιώνεται με επανάληψη της μέτρησης και ο μέσος όρος των μετρήσεων λαμβάνεται ως η πυκνότητα του τσιμέντου. 3. Παρασκευή του συμπιεσμένου στρώματος του τσιμέντου Η ποσότητα του τσιμέντου που απαιτείται για τη δοκιμή υπολογίζεται από τη σχέση (2) για e = 0,5, ήτοι: Μ = 0,5.ρ.V (6) όπου, Μ = απαιτούμενη ποσότητα τσιμέντου για πορώδες 0,5 ρ = πυκνότητα τσιμέντου ίση με 3,15 gr/cm 3 (Portland) V = όγκος του στρώματος ίσος προς 1,808 cm 3 και τελικά Μ = 0,904.ρ (7) Στη συνέχεια τοποθετείται ο διάτρητος δίσκος στη θέση του στο εσωτερικό του κελιού. Πάνω του τοποθετείται δίσκος διηθητικού χαρτιού και πιέζεται με καθαρό και ξηρό ραβδί, διαμέτρου ελαφρά μικρότερης από την του κελιού, για πλήρη εφαρμογή. Ζυγίζεται τσιμέντο με προσέγγιση χιλιοστού ποσότητας Μ και τοποθετείται μέσα στο κελί με προσοχή για να μην υπάρξει απώλεια. Η επιφάνεια του τσιμέντου οριζοντιώνεται με ελαφρά κτυπήματα στα πλευρά του κελιού. Τοποθετείται δεύτερος δίσκος διηθητικού χαρτιού πάνω από το τσιμέντο και συμπιέζεται ήρεμα αλλά σταθερά με το έμβολο, ώστε το κάτω μέρος της κεφαλής του εμβόλου να έλθει σε επαφή με το πάνω μέρος του κελιού. Ανασηκώνεται ελαφρά το έμβολο, περιστρέφεται κατά 90 ο, ξαναπιέζεται και μετά α- φαιρείται αργά. Το στρώμα έχει πλέον συμπιεσθεί και είναι έτοιμο για τη δοκιμή αεροπερατότητας. Σε κάθε μέτρηση χρησιμοποιούνται νέοι ηθμοί. 5

6 4. Δοκιμή αεροπερατότητας Ο μανομετρικός σωλήνας γεμίζεται με ειδικό υγρό μέχρι την κατώτερη χαραγή. Εφαρμόζεται το κελί στο μανομετρικό σωλήνα με προσοχή, ώστε να μη διαταραχθεί το συμπιεσμένο στρώμα τσιμέντου, χρησιμοποιώντας μικρή ποσότητα λιπαντικού για εξασφάλιση στεγανότητας. Το κελί πωματίζεται, δημιουργείται κενό στο ένα σκέλος του μανομέτρου και κλείνεται η δικλείδα. Εάν παρατηρηθεί συνεχής πτώση της στάθμης του υγρού, σημαίνει ότι υπάρχει διαρροή στο σύστημα. Ελέγχεται η στεγανότητα της εφαρμογής κελιού μανομέτρου και της δικλείδας μέχρι να σταματήσει η διαρροή. Δημιουργείται προσεκτικά κενό στο ένα σκέλος του μανομέτρου μέχρις ότου το υγρό φθάσει στην άνω χαραγή και ασφαλίζεται καλά η δικλείδα. Όταν το υγρό φθάσει στη δεύτερη από την κορυφή χαραγή, μπαίνει σε λειτουργία το χρονόμετρο και όταν φθάσει στην τρίτη από την κορυφή χαραγή, διακόπτεται η λειτουργία του. Σημειώνεται ο χρόνος και η θερμοκρασία. Ο χρόνος ροής προσδιορίζεται σε δύο ξεχωριστά στρώματα τσιμέντου, με εκτέλεση σε κάθε στρώμα δύο δοκιμών. Η ειδική επιφάνεια υπολογίζεται σύμφωνα με τον τύπο (1). 5. Έκφραση αποτελεσμάτων Για συγκεκριμένη τιμή του πορώδους και θερμοκρασίες στην περιοχή των ο C, ο μέσος χρόνος των τεσσάρων χρόνων ροής χρησιμοποιείται στην εξίσωση (1). Εάν οι θερμοκρασίες δεν ευρίσκονται στην παραπάνω περιοχή, για κάθε ζεύγος τιμών χρόνου θερμοκρασίας, υπολογίζεται η ειδική επιφάνεια S. Ο μέσος όρος των τιμών S, λαμβάνεται σαν ειδική επιφάνεια του υπό εξέταση τσιμέντου. Διαφορά 1% στη μέτρηση της ειδικής επιφάνειας δύο στρωμάτων του ιδίου δείγματος τσιμέντου είναι αποδεκτή. ΠΙΝΑΚΑΣ 1: Τιμές των e, (1 e), e 3 e 1 e e 3 0,45 0,55 0,302 0,46 0,54 0,312 0,47 0,53 0,322 0,48 0,52 0,333 0,49 0,51 0,343 0,50 0,50 0,354 0,51 0,49 0,364 0,52 0,48 0,375 0,53 0,47 0,386 0,54 0,46 0,397 0,55 0,45 0,408 0,56 0,44 0,419 0,57 0,43 0,430 0,58 0,42 0,442 6

7 ΠΙΝΑΚΑΣ 2: Πυκνότητα υδραργύρου & ιξώδες του αέρα συναρτήσει της θερμοκρασίας Θερμοκρασία Πυκνότητα Ιξώδες αέρα nx10 5 nx10 3 [ ο C ] υδραργύρου [Pa.sec] [gr/cm 3 ] 16 13,56 17,88 13, ,55 17,98 13, ,55 18,08 13, ,54 18,18 13, ,54 18,28 13, ,53 18,37 13, ,53 18,47 13, ,52 18,57 13, ,52 18,67 13, ,51 18,76 13,69 Οι μετρήσεις του πειράματος αναγράφονται σε πίνακα ως εξής: Δοκιμή e t (sec) T ( o C) n (poise) Βρίσκονται τρείς τιμές ειδικής επιφάνειας από τις τρείς δοκιμές που έγιναν, S 1, S 2, S 3. Οι τιμές αυτές στρογγυλεύονται στα 10cm 2 /g. Υπολογίζεται ο μέσος όρος των τριών τιμών στρογγυλεμένος στα 10cm 2 /g. Οι τρείς τιμές S 1, S 2, S 3 δεν πρέπει να διαφέρουν περισσότερο από το 2% του μέσου όρου τους. Συγκρίνεται το αποτέλεσμα με τις αποδεκτές τιμές ειδικής επιφάνειας που ισχύουν. Οι τιμές της ειδικής επιφάνειας για συνήθως χρησιμοποιούνενα τσιμέντα κυμαίνεται από cm 2 /g. 7

8 Σχήμα 1: Συσκευή Blaine 8