Incercari fizice realizate pe cimenturi - determinarea consistentei standard a pastei de ciment

Incercari fizice realizate pe cimenturi

Epruvetele care vor fi supuse determinarilor consistentei, a timpului de priza si a stabilitatii cimentului se pastreaza dupa confectionare, intr-un mediu ambiant cu o temperatura de (20 2) ^oC si umiditate relativa de minim 65 %.

Aparatura folosita cuprinde: balanta cu precizie de cantarire de 1 g; cilindru sau biureta gradata cu precizie de masurare de 1 % din volumul masurat; malaxor pentru prepararea pastei de ciment.

Materialele necesare prepararii epruvetelor: cimentul a carui consistenta se determina; la confectionarea, pastrarea si fierberea se foloseste numai apa distilata sau apa deionizata.

Determinarea consistentei standard a pastei de ciment

Pasta de ciment de consistenta standard are o rezistenta specifica la patrunderea in ea a unei sonde standardizate; apa necesara obtinerii acestei paste se stabileste printr-o serie de incercari de penetrare, pe paste de ciment obtinute prin adaugarea de diferite cantitati de apa.

Pentru determinarea consistentei pastei de ciment se foloseste aparatul Vicat, fig.4.3, prevazut cu o sonda realizata din material care nu se corodeaza, avand forma de cilindru drept, cu lungimea efectiva de (50 1) mm si diametrul (10 0,05) mm; masa intregului ansamblu trebuie sa fie de (300 1) g, miscarea lui trebuie sa fie perfect pe verticala si sa nu existe frecari semnificative, iar axa ansamblului sa coincida cu axa sondei.

Tiparul Vicat, fig.4.3.a, in care este introdusa pasta de ciment in timpul determinarii, este realizat dintr-un cauciuc dur si are o forma tronconica de dimensiuni: inaltimea de (40 0,2) mm, diametrul interior (70 0,5) mm si diametrul exterior (80 0,5) mm. Tiparul trebuie sa fie rigid si sa fie prevazut cu o placa de baza plana, de sticla, mai mare decat tiparul, cu o grosime minima de 2,5 mm. Tiparele de metal, din material plastic sau de forma cilindrica pot fi folosite numai daca au aceeasi inaltime cu tiparul tronconic si daca in urma unor incercari de verificare, conduc la aceleasi rezultate ca si tiparul tronconic de cauciuc dur.

Fig.4.3- Aparatul Vicat pentru determinarea consistentei standard si a timpului de priza a pastei de ciment: a) vedere din profil cu tiparul in pozitie pentru determinarea timpului de priza; b) vedere din fata cu tiparul in pozitie dreapta pentru determinarea timpului de priza; c) sonda pentru determinarea consistentei standard; d) ac pentru determinarea inceputului de priza; e) ac cu accesorii pentru determinarea inceputului si sfarsitului de priza.

a) Prepararea pastei de ciment

Procedeul prepararii pastei de ciment consta in urmatoarele:

se cantaresc cu balanta 500 g ciment, cu o precizie de 1 g;

se cantareste o cantitate de apa, spre exemplu 125 g, in vasul malaxorului sau se introduce aceasta cantitate dupa ce a fost masurata cu cilindrul gradat sau cu biureta gradata;

se adauga cu grija cimentul in apa, astfel incat sa se evite orice pierdere de apa sau de ciment, operatia avand o durata de minim 5 s, dar nu mai mare de 10 s. La sfarsitul acestei operatii, se considera timpul ca fiind egal cu zero si va fi folosit ca timp de referinta pentru masuratorile ulterioare si imediat, se pune malaxorul in functiune, la o viteza mica de amestecare, timp de 90 s;

dupa epuizarea acestei perioade, se opreste malaxorul 15 s, timp in care pasta care a aderat la vas in zona de amestecare, este razuita si reintrodusa in vas. Se repune malaxorul in functiune la viteza mica, pentru o durata de inca 90 s. Timpul total de functionare al malaxorului este de 3 min.

b) Umplerea tiparului

Imediat dupa oprirea malaxorului din functionare, pasta de ciment este introdusa in tiparul asezat in prealabil pe o placa de baza, usor lubrifiata, tipar care se va umple fara ca pasta sa fie tasata sau ca acesta sa fie scuturat agresiv. Se indeparteaza eventualul surplus de pasta printr-o miscare usoara dintr-o parte in alta a suprafetei, cu un dispozitiv care are marginea dreapta, pentru ca pasta care umple tiparul sa prezinte o suprafata superioara neteda.

c) Incercarea de penetrare

Aparatul Vicat prevazut cu sonda de penetrare, este reglat prin coborarea sondei pana la reperul de baza, destinat sa fie utilizat si prin aducerea reperului in dreptul valorii "zero" al scarii de masurare, dupa care sonda este ridicata si lasata in pozitia de asteptare.

Dupa ce pasta a fost aranjata, se pune tiparul si placa de baza sub axa sondei aparatului Vicat, se coboara incet sonda, pana cand aceasta ajunge in contact cu pasta de ciment. Timp de 1 pana la 2 s se asteapta in aceasta pozitie, cu scopul de a evita o viteza initiala sau o acceleratie fortata a placilor mobile. Printr-o miscare rapida, se lasa ansamblul mobil liber, iar sonda se lasa sa patrunda vertical in pasta. Eliberarea sondei trebuie sa se produca dupa 4 min. dupa momentul "zero".

La sfarsitul penetratiei sau la 30 s de la eliberarea sondei, dupa cum una sau alta din cele doua limite de timp apare prima, se citeste valoarea indicata pe scara aparatului. Se noteaza citirea de pe scara, citire care indica distanta dintre partea inferioara a sondei si baza inelului si continutul de apa al pastei exprimat in procente din masa cimentului. Dupa fiecare patrundere, sonda este imediat curatata.

Incercarea se repeta cu alte paste care au fost preparate cu cantitati diferite de apa, pana cand se gaseste o distanta de (6 1) mm intre sonda si placa de baza. Cantitatea de apa este inregistrata cu o precizie de 0,5 %, ca fiind continutul in apa pentru obtinerea pastei de consistenta standard.

Determinarea timpului de priza

Principiul metodei de stabilire a timpului de priza a cimenturilor consta in observarea penetrarii unui ac intr-o pasta de ciment de consistenta standard, pana in momentul in care se atinge o valoare specificata.

a) Aparatura necesara determinarii este constituita din:

o incapere sau un dulap cu aer umed de dimensiuni potrivite, in care se mentine o temperatura de (20 1) ^oC si o umiditate relativa minima de 90 %. Poate fi folosit si un bazin de apa, cu conditia ca pentru pastrarea tiparelor pline sa se asigure temperatura mentionata si sa se justifice ca pot fi obtinute aceleasi rezultate in urma efectuarii incercarii;

aparat Vicat pentru inceputul de priza: se ridica sonda si se inlocuieste acul de otel in forma cilindru drept cu lungimea efectiva de (50 1) mm si diametru (1,3 0,05) mm, fig.4.3.

Masa totala a ansamblului mobil este de (300 1) g, miscarea ansamblului trebuie sa fie perfect pe verticala, fara frecari semnificative, iar axa acestuia sa coincida cu axa acului.

b) Determinarea timpului de inceput de priza

Aparatul Vicat prevazut cu acul de patrundere in pasta, fig.4.3, se regleaza prin coborarea acului pana la placa de baza si aducerea reperului la diviziunea "zero" a scarii, dupa care se ridica acul si se lasa in pozitia de asteptare.

Se umple un tipar Vicat cu pasta de ciment de consistenta standard (vezi paragraf 4.3.1.) si impreuna cu placa de baza se introduc in camera sau dulapul cu aer umed (umiditate relativa minima de 65 %) si dupa un timp convenabil, se plaseaza sub acul aparatului Vicat. Acul este coborat cu grija pana cand ajunge in contact cu pasta de ciment, se lasa un timp de 1 . 2 s pentru evitarea unei viteze initiale sau acceleratii fortate a partilor mobile. Se slabeste surubul partii mobile si acul este lasat sa patrunda vertical in pasta. La sfarsitul patrunderii acului sau dupa 30 s de la eliberarea acului, dupa cum una din limitele de timp apare prima, se citeste valoarea indicata pe scara gradata.

Se noteaza valoarea de pe scara care indica distanta dintre extremitatea acului si placa de baza si timpul inregistrat din momentul "zero". Incercarea se repeta pe aceeasi epruveta, in pozitii convenabile plasate la o distanta mai mare de 10 mm de marginea tiparului sau una fata de cealalta si la intervale convenabile, spre exemplu la intervale de 10 min. Intre incercari, epruvetele sunt pastrate in incaperea sau dulapul cu aer umed, iar acul aparatului este curatat. De fiecare data se inregistreaza timpul masurat plecand de la timpul "zero", pana in momentul final, care corespunde distantei de (4 1) mm dintre acul aparatului si placa de baza, iar timpul corespunzator acestei valori va fi timpul inceputului de priza al cimentului, cu precizia de 5 min.

Precizia ceruta poate fi obtinuta prin reducerea intervalului de timp dintre incercarile de penetratie in apropierea finalului determinarii si observand ca rezultatele succesive sa nu varieze prea mult.

c) Determinarea timpului final de priza

Tiparul umplut cu pasta de ciment si folosit la determinarea timpului de inceput de priza este rasturnat pe placa de baza, in asa fel incat determinarea sfarsitului de priza sa fie efectuata pe fata epruvetei care a fost initial in contact cu placa de baza. Acul aparatului este echipat cu un accesoriu inelar, fig.4.3.e, pentru a putea observa cu usurinta si precizie penetratiile slabe.

In continuare, modul de efectuare a determinarii este identic cu procedura de lucru in cazul incercarii de determinare a timpului de inceput de priza, cu mentiunea ca intervalele de timp dintre incercarile de penetratie in acest caz sunt marite pana la 30 min.

La un interval de timp de aproximativ 15 min. se inregistreaza timpul scurs de la momentul "zero" pana cand acul nu penetreaza in pasta mai mult de 0,5 mm pentru inceput, acesta corespunzand timpului de sfarsit de priza al cimentului. Timpul acesta este timpul pentru care la capatul caruia accesoriul inelar inceteaza sp mai lase o urma pe ultima epruveta si observand ca rezultatele succesive obtinute din incercari sa nu varieze foarte mult.

Determinarea stabilitatii cimenturilor

Procedeul de determinare a stabilitatii unui ciment consta, in principiu, in observarea modului de expansiune a volumului specific a pastei de ciment de consistenta standard si masurarea variatiei distantei dintre doua ace.

a) Aparatura necesara incercarii este constituita din:

aparatul Le Chatelier, care cuprinde: un tipar de alama care sa prezinte o astfel de elasticitate, incat forta exercitata de o masa de 300 g aplicata asa cum este prezentat in fig.4.4.c, sa conduca la cresterea distantei dintre extremitatile acelor cu (17,5 2,5)mm, dar fara sa apara vreo deformatie remanenta.  Fiecare tipar este prevazut cu o pereche de placi de sticla plane: placa superioara, care trebuie sa cantareasca minim 75 g, scop in care poate fi plasata o placa subtire cu o masa suplimentara mica si placa inferioara. Tiparul este prevazut cu ace de masurare, a caror dimensiuni sunt indicate in fig.4.4.a;

bazinul cu apa, prevazut cu un mijloc de incalzire in care sa poata fi scufundate epruvete Le Chatelier si care sa permita aducerea temperaturii apei de la (20 2) ^oC pana la fierbere, intr-un timp de (30 5) min.;

dulap cu aer umed in care exista posibilitatea mentinerii unei temperaturi de (20 1) ^oC si a unei umiditati relative minime a aerului de 98 % si care sa prezinte dimensiuni corespunzatoare.

Fig.4.4- Detalii ale aparatului Le Chatelier pentru determinarea stabilitatii cimentului.

b) Metodologia de realizare a incercarii

Incercarea se efectueaza concomitent pe doua epruvete confectionate din aceeasi pasta de ciment, de consistenta standard. Dupa lubrifierea usoara a tiparului Le Chatelier si a placii inferioare, se aseaza tiparul pe placa inferioara si se umple imediat cu pasta de ciment, fara tasare sau vibrare excesiva, doar cu mana si cu ajutorul unui instrument cu bordura dreapta, utilizat in cazul in care este nevoie ca suprafata superioara a pastei sa fie nivelata. In timpul umplerii, se evita deschiderea accidentala a fantei tiparului.

Se acopera tiparul cu placa superioara usor lubrifiata prevazuta cu greutati suplimentare daca este necesar si imediat, se introduce complet aparatul in dulapul cu aer umed, unde este mentinut timp de (24 0,5) h, la o temperatura de (20 1) ^oC si umiditate relativa minima de 98 %. Tiparul poate fi plasat si intre doua placi de sticla (daca este necesar cu masa suplimentara), intr-o baie de apa unde sa fie pastrat timp de (24 0,5) h, la (20 1) ^oC, insa conditia aplicarii acestei variante este ca rezultatele obtinute sa fie aceleasi. Dupa expirarea perioadei de mentinere de (24 0,5) h, se masoara distanta A dintre varfurile acelor, cu o precizie de 0,5 mm, se incalzeste treptat tiparul pana la fierbere timp de (30 5) min., iar baia de apa este mentinuta la temperatura de fierbere (3 h 5) min. Dupa fierbere, se masoara distanta B dintre varfurile acelor, cu aceeasi precizie de 0,5 mm, se lasa tiparul sa se raceasca pana la o temperatura de (20 2) ^oC, se masoara distanta C dintre varfurile acelor si se face diferenta valorilor masurate (C - A), iar in final se calculeaza media aritmetica a doua valori (C - A), cu precizia de 0,5 mm.

Analiza: ZINCUL - metabolismul zincului - rolul biochimic al zincului Proiect: Hidrogen, oxigen, sulf, carbon - elemente chimice

c) Interpretarea rezultatelor

Principalul scop pentru care se determina stabilitatea cimentului este de a oferi posibilitatea aprecierii unui potential risc de expansiune ulterioara datorita procesului de hidratare a oxizilor liberi de calciu si / sau magneziu. Exista posibilitatea reducerii timpului de efectuare a incercarii, prin luarea in considerare a diferentei (B - A), cu conditia ca diferenta dintre valorile masurate B si C sa fie nesemnificativa si in aceste conditii, sa fie obtinute in urma incercarii aceleasi rezultate (fapt ce trebuie si demonstrat).

In situatia in care un ciment proaspat nu corespunde cerintelor de stabilitate specificate, atunci el poate fi incercat dupa ce a fost depozitat. In acest caz, cimentul este asezat intr-un strat de 7 cm grosime si pastrat timp de 7 zile in atmosfera mentinuta la temperatura de (20 2) ^oC si umiditatea relativa minima de 65 %, perioada dupa care se aplica metodologia de incercare prezentata.

Determinarea finetii cimentului

Metoda de determinare a finetii prin cernere

Principiul determinarii finetii cimentului prin metoda prin cernere, pe site standardizate, consta in stabilirea procentului de particule de ciment cu dimensiuni superioare diametrului ochiului specificat. Verificarea sitei specificate se face folosind un esantion de referinta, a carui proportie de particule cu dimensiuni mai mari decat diametrul ochiului specificat este cunoscuta.

a) Aparatura necesara incercarii consta din:

sita de incercare standardizate, alcatuite dintr-o rama cilindrica rigida, rezistenta si necorodabila, avand diametrul nominal intre 150 si 200 mm si inaltimea intre 40 si 100 mm. Partea inferioara a sitei este constituita dintr-o panza din otel inoxidabil tesut sau din fire din alt metal rezistent la abraziune si necorodabil, cu diametrul ochiurilor de 90 mm. La o verificare vizuala, panza nu trebuie sa prezinte neregularitati vizibile ale dimensiunilor ochiurilor si pentru a evita eventuala pierdere de material in timpul cernerii, rama sitei va fi incadrata de un vas colector plasat sub sita si un capac asezat deasupra acesteia;

balanta analitica pentru cantarirea unei cantitati de pana la 10 g, cu precizia de 10 mg.

Pentru verificarea sitei de incercare trebuie sa se dispuna de un material de referinta, pentru care se cunoaste reziduul la cernere; materialul este conservat in recipiente etanse si sigilate, pentru a evita orice modificare a caracteristicilor sale care ar putea fi datorate din absorbtia sau depunerile din atmosfera. Pe fiecare recipient este marcat reziduul ramas la cernerea materialului de referinta.

b) Modul de efectuare al incercarii

In vederea realizarii propriu-zise a incercarii, sunt prevazute doua etape, care constau in:

1- determinarea reziduului cimentului, scop in care esantionul de ciment este supus initial unei operatii de omogenizare, prin scuturarea lui timp de 2 min. intr-un recipient inchis, astfel incat aglomerarile care ar putea exista sa fie dispersate. Dupa 2 min. de asteptare, se vantura usor pulberea folosind o bagheta uscata si curata, in asa fel incat partile fine de ciment sa fie distribuite in toata masa cimentului, se pune vasul colector sub sita. Se cantareste o cantitate de 10 g de ciment, cu precizia de 0,01 g, se pune aceasta cantitate pe sita de incercare evitand toate pierderile si se disperseaza aglomerarile. Se fixeaza capacul pe sita, se agita sita prin miscari de rotatie planetare si liniare, pana cand nu mai exista material fin care sa treaca prin ochiurile sitei. Reziduul se aduna si se cantareste, iar masa rezultata se exprima in procente (R₁) din masa cernuta initial pe sita, cu precizia de 0,1 %. Prin miscari usoare, intregul material fin care a aderat pe partea inferioara a sitei este inlaturat si pus in vasul colector. Aceasta procedura se repeta folosind o alta cantitate de 10 g de ciment, pentru a obtine reziduul R₂; refuzul de ciment, R, se calculeaza ca medie aritmetica a valorilor R₁ si R₂, exprimat in procente si stabilit cu o precizie de 0,1 %:

2- verificarea sitei de incercare: pe o proba de ciment care a fost omogenizata in prealabil, se va aplica aceeasi metodologie descrisa anterior, din care se ia o cantitate de material de referinta de 10 g de ciment, se pune pe sita de incercare sub care se afla vasul colector si se urmareste aceeasi procedura ca si la determinarea reziduului de ciment, in vederea stabilirii reziduurilor. In acest caz, dupa efectuarea celor doua incercari (cerneri) de determinare a refuzului, se obtin doua valori P₁ si P₂, exprimate cu o precizie de 0,1 %. Aceste valori, pentru o sita corespunzatoare, nu trebuie sa difere cu mai mult de 0,3 %; media aritmetica a valorilor P₁ si P₂, notata P, este caracteristica sitei. Avand refuzul materialului de referinta, R₀, pe ochiurile de 90 mm, se calculeaza factorul de cernere, F, cu o precizie de 0,01, conform relatiei:

Factorul de cernere poate avea o valoare de 1,00 0,20. Refuzul R stabilit in prima etapa, va fi corectat, prin inmultirea lui cu factorul de cernere. Dupa 100 de cerneri, sita va fi obligatoriu controlata periodic.

c) Interpretarea rezultatelor

Pentru orice ciment incercat, se determina si se inregistreaza refuzul R, cu o precizie de 0,1 %, pe sita de 90 mm.

Repetabilitatea este de aproximativ 0,2 % si reproductibilitatea este in jur de 0,3 %.

Daca din anumite motive, se intampina dificultati de obtinere a sitelor standardizate (ISO), poate fi aplicata aceeasi procedura cu sita standard cea mai apropiata, insa in aceasta situatie, raportul se va face pentru acele ochiuri ale sitei standard pe care a fost determinat refuzul cimentului. Trebuie avut in vedere ca pot fi utilizate orice alte modalitati de verificare a sitei (spre exemplu, metodele optice), insa in timp, toate sitele se uzeaza si prin urmare, factorul de cernere se modifica treptat.

Metoda de determinare a finetii prin permeabilitate la aer - metoda Blaine

Principiul determinarii finetii cimentului prin metoda Blaine sau prin permeabilitate la aer, consta in masurarea finetii sub forma de suprafata specifica si observarea timpului necesar trecerii unei cantitati fixe de aer, pentru a traversa un strat de ciment compactat, cu dimensiuni si porozitate specificate. In conditii standardizate, suprafata specifica a cimentului este proportionala cu , unde t este timpul necesar unei cantitati de aer date, pentru traversarea unui strat de ciment compactat, numarul si distributia dimensiunilor porilor individuali ai acestui strat fiind functie de dimensiunile particulelor de ciment care determina timpul de trecere al aerului.

Metoda prin permeabilitatea la aer este mai mult comparativa decat absoluta, fapt pentru care, in vederea calibrarii aparatului folosit, este necesara o proba de referinta pentru care se cunoaste suprafata specifica.

a) Aparatura necesara incercarii consta dintr-un permeabilimetru, alcatuit din:

celula de permeabilitate, fig.4.5.a, din otel inoxidabil austenitic sau din alt material rezistent la abraziune si coroziune, ale carei fete, superioara si inferioara, sunt plane si perpendiculare pe axa cilindrului. Suprafata exterioara a cilindrului trebuie sa fie astfel conceputa, incat sa se potriveasca etans in cavitatea conica a manometrului;

disc perforat, din material insensibil la coroziune, perforat cu 30 - 40 gauri cu diametrul de 1 mm si dimensiunile prezentate in fig.4.5.b. Atunci cand discul este plasat pe marginea celulei de permeabilitate, suprafetele lui plane sunt perpendiculare pe axa celulei;

piston plonjor, alcatuit dintr-un piston care poate glisa liber in celula de masurare, datorita jocului prevazut, astfel incat sa se pastreze o distanta de 15 1 mm intre marginea superioara a discului perforat si baza pistonului, atunci cand opritorul vine sa se aseze pe marginea superioara a cilindrului celulei. Pistonul este prevazut cu o aplatizare prelungita printr-o fanta (scobitura) in cap, pentru a permite trecerea aerului; dimensiunile pistonului sunt indicate in fig.4.5.c. Materialul din care este realizat pistonul este un otel inoxidabil austenitic sau alt material rezistent la abraziune si necorodabil;

manometru, format din tuburi de sticla borosilicatica in forma de U, montat vertical si rigid, fig.4.5.d. Una din ramurile manometrului este continuata cu un rodaj conic, care formeaza o imbinare etansa cu suprafata conica a celulei de permeabilitate; ramura prezinta 4 linii gravate si un tub in forma de T, cu pozitiile indicate in fig.4.5.d. Ramura laterala a tubului T duce la un robinet de inchidere etans, pus in legatura cu un dispozitiv de aspiratie, spre exemplu un tub de cauciuc si o para de cauciuc. Tubul manometric este umplut cu lichid manometric pentru umezirea suprafetei interioare, se goleste si se umple din nou pana la nivelul liniei gravate cel mai jos; lichidul manometric se schimba sau se curata dupa o revizie sau pentru o noua etalonare;

Fig.4.5- Aparat de permeabilitate Blaine.

lichid manometric, constand dintr-un lichid nevolatil, nehigroscopic, cu viscozitate si densitate mica (spre exemplu, dibutilftalat sau ulei mineral usor), ce umple manometrul pana la nivelul gradatiei inferioare;

cronometru, cu mecanism de pornire - oprire direct, cu precizie de cifre de minim 0,2 si o precizie de 1 % din intervalul de timp mergand pana la 300 s;

balanta (sau mai multe balante) care sa permita cantarirea a 3 g cu precizia de 1 mg pentru ciment si respectiv, in intervalul de 50 - 110 g, cu precizia de 10 mg pentru mercur;

picnometru sau orice alt mijloc convenabil pentru determinarea masei volumice absolute a cimentului.

Materialele utilizate la efectuare incercarii, sunt:

cimentul de referinta de suprafata specifica cunoscuta;

mercur reactiv sau de calitate mai buna;

ulei usor, pentru evitarea formarii unui amalgam de mercur pe suprafata interioara a celulei;

hartie de filtru de porozitate medie (diametrul porilor mm), sub forma de discuri circulare, cu marginea intreaga, adaptate la dimensiunile celulei;

vaselina usoara, pentru asigurarea etanseitatii intre celula de permeabilitate si manometru si in manometrul de inchidere.

Incercarea permeabilitatii la aer se realizeaza in conditii de laborator in care trebuie sa se mentina o temperatura de (20 2) ^oC si o umiditate relativa pana la 65 %; materialele folosite pentru efectuarea incercarii si cele pentru calibrare, in momentul folosirii lor trebuie sa fie la temperatura laboratorului si in timpul conservarii vor fi protejate de orice absorbtie de umiditate atmosferica.

b) Stratul de ciment compactat

Stratul de ciment se constituie dintr-un aranjament reproductibil al particulelor de ciment, cu un volum determinat de aer inclus intre particule, volum ce reprezinta o fractiune din volumul total al stratului si denumeste porozitatea, n. Prin urmare, fractiunea de volum ocupat de particulele de ciment este (1 - n).

Considerand ca volumul total al stratului este V, atunci volumul absolut al cimentului va fi V (1 - n) cm³, iar masa cimentului este m = r V (1 - n) g, in care r este masa volumica absoluta sau densitatea absoluta a particulelor de ciment, g/cm³. In concluzie, cunoscand densitatea absoluta, r, se poate cantari o masa de ciment astfel incat sa se obtina porozitatea dorita, n, in stratul compactat de volum total V.

Prepararea probei pentru incercare consta in omogenizarea cimentului prin agitarea ei intr-un recipient inchis timp de 2 min., pentru dispersarea aglomerarilor. Dupa 2 min. de asteptare, se vantura incet pulberea rezultata cu ajutorul unei baghete uscata si curata, pentru a distribui fractiunea fina in tot cimentul.

Determinarea densitatii probei de ciment se face prin metoda picnometrului, prin utilizarea unui lichid nereactiv. Cantitatea de ciment analizata este in functie de natura aparatului, insa se va avea in vedere ca valoarea densitatii, r, sa se determine cu o precizie de 0,01 g/cm³, prin efectuarea a doua determinari si calculul mediei aritmetice a rezultatelor incercarilor pentru a obtine valoarea finala a densitatii.

Pentru formarea stratului de ciment compactat se cantareste o cantitate de ciment, m₁, pentru a obtine un strat de ciment de porozitate n = 0,500, adica:

unde: r - densitatea (masa volumica) a cimentului, g/cm³; V - volumul stratului de ciment, cm³.

Daca aceasta cantitate este corect compactata, va rezulta un strat de ciment cu porozitatea de 0,500.

Pe discul metalic perforat plasat pe marginea partii inferioare a celulei de permeabilitate, se aseaza un disc nefolosit de hartie de filtru, verificandu-se daca acesta acopera complet discul metalic perforat si daca este perfect plat, operatie realizata prin presarea lui cu o bagheta uscata si curata. Cantitatea m₁ de ciment cantarita anterior se pune in celula, urmarind evitarea oricarei pierderi de material, se bate celula cu palma pentru nivelarea cimentului si se pune al doilea disc de hartie de filtru nefolosit, pe cimentul nivelat.

Se introduce pistonul plonjor pana cand se realizeaza contactul lui cu hartia de filtru, se exercita o presiune delicata dar ferma asupra pistonului, pana cand fata inferioara a marginii sale intra in contact cu celula. Se ridica lent pistonul cu aproximativ 5 cm, se intoarce cu 90^o si se exercita din nou o presiune delicata, dar ferma asupra stratului de ciment pana cand marginea plonjorului devine in contact cu celula. In acest moment stratul este compactat si gata pregatit pentru incercarea de permeabilitate la aer.

Facem precizarea ca, o presare prea rapida si puternica, ar putea conduce la o modificare a distributiei particulelor de ciment si in consecinta, a suprafetei specifice; presiunea maxima va trebui sa fie presiunea exercitata comod, cu degetul mare pe plonjor.

c) Efectuarea incercarii de permeabilitate la aer

Ca baza de calcul se pleaca de la determinarea suprafetei specifice determinata conform relatiei:

in care: K - constanta aparatului; n - porozitatea stratului de ciment compactat; t - timpul masurat, s; r - densitatea cimentului, g/cm³; h - vascozitatea aerului la temperatura de incercare, tabelul 4.2, Pa s.

Daca porozitatea este 0,500 si temperatura de incercare de (20 2) ^oC, atunci suprafata specifica este:

Tabelul 4.2- Valorile densitatii mercurului r, vascozitatii aerului si  in functie de temperatura:

Metodologia de incercare consta in urmatoarele:

suprafata conica a celulei de permeabilitate se pune in rodajul conic din varful manometrului, iar daca este necesar, pentru asigurarea etanseitatii se poate utiliza putina vaselina usoara, insa cu mare atentie, sa nu fie deranjat stratul de ciment;

se obtureaza capatul superior al cilindrului cu un dop, se deschide robinetul de inchidere si printr-o aspirare usoara, moderata, se aduce nivelul lichidului manometric pana la gradatia situata la cel mai inalt nivel;

se inchide robinetul si se verifica daca lichidul manometric ramane constant, iar in caz contrar, se reface legatura celula - manometru si se verifica robinetul de inchidere, operatie care se face pana cand legatura etansa imbunatatita conduce la un nivel constant al lichidului;

se deschide robinetul de inchidere si printr-o aspiratie moderata se aduce lichidul manometric la nivelul cel mai de sus, se inchide robinetul, se ridica dopul din capul cilindrului si fluidul va incepe sa curga;

se porneste cronometrul se urmareste cand lichidul ajunge la a doua linie si se opreste cand acesta a ajuns la a treia linie. Timpul t este citit cu o precizie de 0,2 s, iar temperatura cu precizia de 1 ^oC;

procedura se repeta pe acelasi strat de ciment si se citesc valorile aditionale ale timpului si temperaturii;

se prepara un strat proaspat din a doua proba a aceluiasi ciment si urmand aceeasi procedura, iar in cazul in care nu este suficient ciment se distruge primul strat si se reface stratul de ciment compactat, conform celor prezentate anterior. Incercarea de permeabilitate se repeta pe cel de-al doilea strat, cu notarea corespunzatoare a valorilor timpului si temperaturii, identic ca si pentru primul strat.

d) Etalonarea aparatului si determinarea constantei sale

Principala problema, inainte de inceperea incercarii, este de a determina volumul stratului de ciment compactat, care, in functie de necesitatea jocului intre celula si pistonul plonjor, este diferit pentru fiecare ansamblu. Volumul stratului de ciment compactat se va determina pentru un anumit joc intre celula si pistonul plonjor, astfel:

in interiorul celulei se aplica o pelicula foarte subtire de ulei mineral usor, se aseaza discul perforat pe marginea celulei si se pun pe acesta doua discuri de hartie de filtru nefolosita, verificand de fiecare data acoperirea completa a celulei si discurile sa ramana plate dupa presarea cu bagheta;

se umple celula cu mercur, se elimina toate bulele de aer cu bagheta si se verifica daca celula este umpluta, operatie realizata prin presarea unei placi de sticla pe suprafata mercurului, astfel incat aceasta sa fie rasa la partea superioara a celulei;

se goleste celula, se cantareste mercurul cu o precizie de 0,01 g, obtinand masa m₂, timp in care se noteaza si temperatura si apoi se inlatura un disc de hartie de filtru;

se formeaza un strat de ciment compactat conform metodologiei descrisa la punctul b), se acopera cu un alt disc de hartie de filtru, se umple din nou celula cu mercur si se elimina bulele de aer, si se aranjeaza suprafata ca ea sa fie perfect plana si rasa la partea superioara a celulei;

se elimina mercurul din celula, se cantareste cu precizia de 0,01 g, rezultand masa m₃ si din nou se noteaza temperatura.

Volumul stratului de ciment compactat, V, este dat de relatia:

in care: r_t - densitatea (masa volumica) a mercurului la temperatura t de incercare masurata, conform tabelului 4.2.

Procedura se aplica pe atatea strate de ciment compactat pana cand se obtin doua valori ale volumului V care nu difera cu mai mult de 0,005 cm³, media aritmetica a acestor valori fiind inregistrata ca fiind volumul V.

In scopul determinarii constantei aparatului, se pregateste un strat de ciment compactat din cimenturi de referinta, avand cunoscuta suprafata specifica si se masoara permeabilitatea prin metodologia prezentata, notandu-se timpul si temperatura de incercare. Prin folosirea aceluiasi strat de ciment compactat, se repeta procedura de la punctul c) doua ori, cu notarea celor doua valori ale timpului si respectiv, temperaturii. Procedeul se repeta pe alte doua probe din acelasi ciment de referinta si pentru fiecare proba se va calcula constanta aparatului:

in care: S₀ - suprafata specifica a cimentului de referinta, cm²/g; r - densitatea cimentului de referinta, g/cm³; t₀ - media a trei valori ale timpului, s; h - vascozitatea aerului corespunzatoare mediei a trei temperaturi, Pa s.

Daca porozitatea specificata este n = 0,500, atunci constanta aparatului va fi:

In final, constanta aparatului, K, se considera media aritmetica a trei valori determinate ale acestei marimi.

Intrucat avem o utilizare repetata a aparatului, care poate conduce la modificari ale volumului stratului de ciment si ale constantei aparatului, datorita uzurii celulei de permeabilitate si a discului perforat, se impune o recalibrare a acestuia. Modificarile care apar se pot determina pe un asa-numit ciment de referinta secundara, pentru care a fost masurata suprafata specifica. Calibrarea volumului stratului de ciment si a constantei aparatului, se efectueaza in una din urmatoarele situatii: i) dupa 100 de incercari; ii) la utilizarea unui alt tip de lichid manometric, a unui alt tip de hartie de filtru, a unui alt tun manometric; iii) in cazul unor erori sistematice ale cimentului de referinta secundara.

Exista insa categoria de cimenturi speciale, caracterizate de distributii neobisnuite ale dimensiunilor particulelor, in particular cimenturile fine cu niveluri de rezistenta ridicate, care pot prezenta dificultati la compactarea intr-un strat de porozitate n = 0,500 prin metoda descrisa aici. Daca prin presiunea care se aplica pe marginea plonjorului nu se reuseste ca acesta sa fie adus in contact cu partea superioara a celulei sau daca dupa contact si eliberarea de sub presiune plonjorul se deplaseaza in sus, atunci inseamna ca porozitatea de 0,500 nu este accesibila si prin urmare, in asemenea situatii, porozitatea necesara obtinerii stratului compactat se va determina experimental. Cantitatea de ciment cantarita, m₄, pentru realizarea stratului la fel ca la punctul b), devine:

e) Simplificarea calculelor

Relatia de baza a suprafetei specifice, S, a cimentului este:

in care: S₀ suprafata specifica a cimentului de referinta, cm²/g; n - porozitatea stratului de ciment incercat; n₀ - porozitatea stratului de ciment de referinta; t - timpul masurat pentru cimentul incercat, s; t₀ - media a trei timpi masurati pentru cimentul de referinta, s; r - masa volumica a cimentului incercat, g/cm³; r - masa volumica a cimentului de referinta, g/cm³; h - vascozitatea aerului la temperatura de incercare, tabelul 4.2, Pa s; h - vascozitatea aerului corespunzatoare mediei a trei temperaturi pentru cimentul de referinta, tabelul 4.2, Pa s.

Analizand parametrii care intervin in relatia de determinare a suprafetei specifice, se observa ca acestia influenteaza fiecare intr-un anumit sens, si anume:

influenta porozitatii specificate: daca se foloseste porozitatea n = 0,500 atat pentru cimentul de referinta, cat si pentru cimentul incercat, necunoscut, relatia (4.30) se simplifica si devine:

(4.30.a)                       

La cimenturile speciale care necesita o porozitate diferita de 0,500, relatia (4.30.a) nu poate fi utilizata, numai daca un ciment de referinta a fost incercat la aceasta porozitate.

influenta temperaturii controlate: analizand valorile din tabelul 4.2, se constata ca marimea variaza in limitele 0,001345 - 0,001353, pentru un interval de temperatura intre 18 ^oC si 22 ^oC. In conditii de laborator specificate, valoarea de 0,001349 poate fi aplicata cu o eroare maxima de 0,5 % si o eroare probabila de 0,3 % sau mai mica. Aceasta simplificare conduce la relatia:

(4.30.b)                       

influenta masei volumice a cimentului: singura posibilitate ramasa de simplificat, consta in eliminarea termenilor r, lucru care de altfel a fost facut in realitate anterior, cand singurele cimenturi abordate sunt cimenturile Portland pure, pentru care valoarea densitatii este r = 3,15 g/cm³, fiind demonstrat ca aceasta ipoteza induce erori care pot sa ajunga la 1 %; folosirea cimenturilor din clasele CE II, III si IV conduce la erori mai mari.

f) Interpretarea rezultatelor obtinute din incercare

Se verifica daca temperaturile notate la determinarea celor patru timpi din cadrul metodologiei prezentata la punctul c) se incadreaza in intervalul (20 2) ^oC si daca acestea corespund, atunci se calculeaza media aritmetica a timpilor. In situatia in care porozitatea este n = 0,500, atunci media aritmetica a celor patru timpi este inlocuita in ecuatia (4.25) sau in ecuatia (4.4.30.b) si se determina valoarea lui S cu o precizie de 10 cm²/g, rezultat care va fi inregistrat in buletinul de analiza sau de incercari, ca fiind suprafata specifica a cimentului. Intre mediile valorilor finetii obtinute pe doua strate diferite de pulbere provenind din aceeasi proba, se accepta o diferenta de 1 %. Abaterea medie patratica a repetabilitatii este de aproximativ 50 cm²/g si a reproductibilitatii de 100 cm²/g.

Daca porozitatea este diferita de 0,500, se foloseste ecuatia (4.30), iar rezultatul obtinut este inregistrat in buletinul de incercari ca fiind suprafata specifica a cimentului, cu precizia de 10 cm²/g. Daca din cauza unor dereglari sau din alte cauze, cele patru temperaturi nu se situeaza in domeniul valorii de (20 2) ^oC, se va calcula cate o valoare S pentru fiecare pereche de valori timp - temperatura folosind relatia (4.24) sau (4.30), iar media aritmetica a celor patru valori obtinute pentru S se noteaza in buletinul de incercari ca fiind suprafata specifica a cimentului, cu o precizie de 10 cm²/g.