background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 

SPOIWA MINERALNE 

 

Ćwiczenie  nr  1: 

CEMENTY. 

Badanie  wybranych  cech  użytkowych  zaprawy 

normowej oraz zaprawy 

z udziałem dodatków mineralnych

 

 

 
Cel  ćwiczenia:
  sporządzenie  zaprawy  normowej  oraz  zaprawy  z  udziałem  dodatków 

mineralnych. Ocena wybranych cech użytkowych utworzonych zapraw.   

 

Część teoretyczna 

Oznaczanie  wytrzymałości  na  zginanie  i  ściskanie  zapraw  cementowych.  Metoda 

stosowana  jest  w  odniesieniu  do  cementów,  których  rodzaje  są  określone  w  normie  PN-EN 

197-1:2012  Cement.  Część. 1: Skład,  wymagania i  kryteria  zgodności dotyczące  cementów 

powszechnego  użytku.

 

Metoda  dotyczy  oznaczania  wytrzymałości  na  ściskanie  i,  jeśli  to 

konieczne,  wytrzymałości  na  zginanie  próbek  w  kształcie  prostopadłościanów  o  wymiarach 

40 mm x 40 mm x 160 mm. Beleczki  wytwarzane są z zaprawy o konsystencji plastycznej, 

zawierających  1  część  masy  cementu  i  3  części  masy  piasku  normowego  przy  stosunku 

wodno-cementowym  (w/c)  =  0,50.  Sporządzona  zaprawa  jest  mieszana  mechanicznie  i 

zagęszczana  w  formie  za  pomocą  znormalizowanej  wstrząsarki.  Beleczki  w  formach 

przechowywane  są  przez  24h,  a  następnie  po  rozformowaniu,  aż  do  chwili  badań 

wytrzymałościowych,  są  przechowywane  w  wodzie.  Po  określonym  czasie  beleczki 

wyjmowane  są  z  wody  i  przełamywane  na  dwie  połówki  obciążeniem  zginającym;  każda  z 

połówek beleczki badana jest pod względem wytrzymałości na ściskanie. 

 

Ogólne warunki wykonywania badań 

 

Temp. pomieszczenia 20 2

o

C. 

 

Wilgotność względna powietrza min. 65%. 

 

Cement, piasek, woda odpowiadająca  temp. pomieszczenia. 

 

Woda do badań wzorcowych -  destylowana, do innych – wodociągowa. 

 

Cement przesiany przez sito o # 1  mm. 

 
 
 
 
 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 
 
Charakterystyka urządzeń wykorzystywanych w badaniach laboratoryjnych
 

 

Mieszarka laboratoryjna 

z automatyczną lub ręczną szybkością sterowania obrotów. 

Skład mieszarki tworzą zasadnicze elementy: 

  Miska z nierdzewnej stali o pojemności ok. 5 dm

3

.  

  Mieszadło dopasowane kształtem do miski. 
  Wbudowany zbiornik na piasek (automatyczne 

opróżnianie). 

 

 

 

Wstrząsarka z płytą stalową (stolikiem) do mocowania formy stalowej.  

 

Częstotliwość wstrząsania: 1 wstrząs na sekundę. 

 

Całkowita  ilość  wstrząsów  =  60  razy  (po  uzyskaniu 
wymaganej  ilości  wstrząsów  następuje  automatyczne 
wyłączenie przyrządu). 

  Wysokość podnoszenia płyty: 15±0,3 mm; po podniesieniu 

na wymaganą wysokość, stolik swobodnie opada. 

 

 
Forma stalowa do formowania jednorazowo trzech beleczek

; widok ogólny  

  Forma  rozbieralna,  tworzy  3  poziome  przegrody  do 

formowania beleczek o wymiarach: 40x40x160 mm. 

  Kąty  pomiędzy  przylegającymi  płaszczyznami  formy 

zbliżone do 90°, grubość przegród co najmniej 10 mm. 

  Wszystkie elementy formy szczelnie przylegają do siebie. 

 

Przed  wprowadzeniem  zaprawy  wewnętrzne  powierzchnie 
formy należy lekko zwilżyć olejem mineralnym.

 

 

 
P

ojemnik  z  wodą

  do  przechowywania  rozformowanych 

beleczek; na dnie umieszczony ruszt z nierdzewnej stali.

 

 

 

 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 

Cześć doświadczalna 

1.

Sporządzenie  zaprawy normowej oraz zaprawy z udziałem dodatków mineralnych 

Do sporządzenia trzech beleczek (40x40x160 mm) z zaprawy normowej należy odmierzyć: 

 

450±2 g cementu (CEM I) 

 

1350±5 g piasku normowego

 (naturalny piasek kwarcowy zgodny z normą PN-EN 196-1), 

   225±1 g wody pitnej, wodociągowej,  

Stosunek wodno-cementowy sporządzonej zaprawy: (w/c) = 0,5. Realizacja badań zgodnie z 

normą PN-EN 196-1. Metody badania cementu. Część 1: Oznaczanie wytrzymałości. 

 

Uwaga. 

S

kład zaprawy z udziałem dodatków mineralnych – prowadzący poda na zajęciach

 

 

Przygotowanie zaprawy: 

 

Do miski mieszarki wlać odważoną ilość wody, następnie wsypać cement. Do podajnika 

wsypać piasek normowy.  

 

Uruchomić  mieszarkę.  Wszystkie  czynności  (mieszanie  zaczynu,  dozowanie  piasku, 

wstępne i zasadnicze mieszanie zaprawy) odbywają się automatycznie zgodnie z opisem 

ustalonym przez normę PN-EN 196-1 (Tabela 1). Całkowity czas przygotowania zaprawy 

wynosi 4 minuty.  

Tabela 

1. Charakterystyka pracy (ilość i czas trwania obrotów) mieszarki mechanicznej  

Opis czynności 

Faza 

Prędkość obrotowa 

mieszadła wokół 

własnej osi, obr./min 

Czas trwania 

fazy, s 

Zaczyn - Mieszanie cementu z wodą 

Faza nr 1 

140±5 

30 

Automatyczne  dozowanie  piasku 
normowego do zaczynu 
Zaprawa – wstępne mieszanie I 

Faza nr 2 

285±10 

30 

Zebranie  zaprawy  przylegającej  do 
ścianek miski mieszarki 

Faza nr 3 

Bez mieszania 

90 

Zaprawa – zasadnicze mieszanie II 

Faza nr 4 

285±10 

60 

 

 

Bezpośrednio  po  wymieszaniu  składników,  zaprawę  umieścić  w  formie  trójdzielnej 

(jednorazowo  trzy  beleczki).  Wnętrze  formy  uprzednio  wysmarować  środkiem 

antyadhezyjnym. 

 

Zaprawę  wprowadzić  do  przygotowanej  formy  w  dwóch  warstwach  (pierwsza  warstwa 

do połowy  formy). Warstwę zagęścić za pomocą znormalizowanej  wstrząsarki w cyklu 

60 wstrząsów/min.  Uzupełnić formę pozostałą ilością zaprawy i ponownie zagęścić.  

 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 

 

Nadmiar zaprawy usunąć za pomocą stalowej płytki, poruszanej powoli  ruchem tnącym 

wzdłuż  formy  (prostopadle  do  beleczki),  wykonując  ruch  w  obie  strony.  Wyrównać 

powierzchnię. 

 

 W  celu  ograniczenia  odparowania  wody  z  zaprawy,  powierzchnię  formy  zabezpieczyć 

płytą  szklaną.  Sporządzone  beleczki  rozformować  po  24  godz.  od  momentu  ich 

wykonania. Do czasu badań przechowywać w wodzie o temperaturze 20±1

o

C. 

 

Beleczki  wyjąć  z  wody  nie  wcześniej  niż  15  min  przed  wykonaniem  ustalonych  badań 

(wytrzymałości  na  zginanie  i  ściskanie).  Wiek  beleczki  należy  liczyć  od  momentu 

zmieszania cementu z wodą. 

 
Badanie  

zapraw świeżych 

Oznaczanie 

plastyczności 

Zasada  metody  polega  na  określeniu  średnicy  rozpływu  sporządzonej  zaprawy  poddanej 

wstrząsom dynamicznym.  

 

 

Rys. 1 Widok ogólny  oraz schemat stolika rozpływu 

 

Wykonanie badania: 

  przed wykonaniem pomiaru powierzchnie stolika rozpływu zwilżyć mokrą szmatką, 

 

na środku płyty ustawić formę  w kształcie ściętego stożka, 

 

badaną zaprawę włożyć do formy w dwóch warstwach, zagęszczając każdą warstwę przez 

10-krotne zanurzenie ubijaka, 

  po  ubiciu  drugiej  warstwy  nadmiar  zaprawy  zgarnąć  za  pomocą  płaskiego  zgarniaka. 

Wygładzić powierzchnię zaprawy do krawędzi formy, 

 

po  upływie  10  s  od  zakończenia  ubijania  podnieść  pionowo  formę,  a  próbkę  zaprawy 

poddać 15 wstrząsom, obracając korbą z szybkością 1 obrót na sekundę, 

 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 

Wynikiem badania jest średnica rozpływu zaprawy (placka) mierzona w dwóch prostopadłych 

do  siebie  kierunkach.  Wartość  średnia  średnicy  rozpływu  jest  miarą  konsystencji  zapraw  do 

murów. Na podstawie uzyskanych wyników określić konsystencje zaprawy (Tabela 2). 

 

                      

      Tabela 2

. Konsystencje zapraw do murów wg PN-EN 1015-6 

Konsystencja zaprawy  Średnica rozpływu [mm] 
gęstoplastyczna 

< 140 

plastyczna 

140 - 200 

ciekła 

> 200 

 
 
Badania wybranych cech użytkowych wykonanych zapraw 
 

1. 

Badanie wytrzymałości zapraw na zginanie (R

f

) wg PN-EN 196-1/1996 

Do  oznaczania  wytrzymałości  na  zginanie  wykorzystuje  się  dowolny  aparat  (np. 

Michaelisa  lub  prasę  hydrauliczną),  pod  warunkiem  że  mają  układ  łamiący  identyczny  z 

przedstawionym  na  rys.2-3.  Badaną  belkę  umieszcza  się  na  dwóch  dolnych  podporach 

(wałkach), natomiast do podpory  górnej  przykłada się obciążenie, które powoduje złamanie 

belki.  Przyrząd  do  oznaczania  wytrzymałości  na  zginanie  powinien  dysponować 

maksymalnym  obciążeniem  10  kN  i  dokładnością  pomiaru  siły  ±1%  oraz  przyrostem 

obciążenia (50±10) N/s. 

 

 

Rys. 2 -3 

Widok ogólny  oraz schemat badania wytrzymałości na zginanie beleczki cementowej 

 

 

 

 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 

Badanie przy użyciu aparatu Michaelisa 

Zasada  działania  aparatu  (schemat  podany  na  rys.1)  polega  na  obciążeniu  beleczki  siłą 

skupioną, przyłożoną w środku rozpiętości beleczki. Siła ta jest wywołana przez ciężar śrutu, 

sypiącego się ze zbiornika do naczynia wiszącego na ramieniu dźwigni. Przekładanie dźwigni 

(1/5 i 1/10) zmieniają ciężar naczynia ze śrutem (P) na siłę łamiącą beleczkę (P’).  

 

Badanie polega na wyjęciu beleczek z wody, powierzchniowym osuszeniu, umieszczeniu 

na  podporach  aparatu,  zawieszeniu  naczynia  na  ramieniu  dźwigni  i  otwarciu  dopływu 

śrutu.  Sporządzone  beleczki  należy  włożyć  pomiędzy  pręty  podpór  w  ten  sposób,  aby 

powierzchnia beleczki wygładzona była prostopadła do podstawy.   

 

Równomierny  strumień  śrutu  obciąża  stopniowo  beleczkę,  aż  do  jej  złamania.  Z  chwilą 

złamania beleczki naczynie ze śrutem (o łącznej masie P) spada i zamyka dalszy dopływ 

śrutu.  

 

 

Wytrzymałość na zginanie (R

f

) obliczyć korzystając ze wzorów (1 lub 2): 

 

                              R

f

 = 1,17 x P [MPa]                                       

 

            (1) 

P’ – ciężar naczynia ze śrutem , kg 

 

 

 

   

3

1,5

[

]

f

f

F l

R

MPa

b

                                  

 

 

 (2) 

gdzie: 
b – długość boczna przekroju beleczki [mm] – 40 mm; F

f

 – obciążenie łamiące środek beleczki [N] 

l – odległość miedzy podporami, - 100 mm 
 

Badanie należy przeprowadzić na trzech beleczkach, a wynik końcowy podać jako średnią 

arytmetyczną trzech pomiarów z dokładnością do 0,1 MPa. 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 

2. 

Badanie wytrzymałości zapraw na ściskanie (R

c

Badanie  wykonuje  się  na  prasie  hydraulicznej  na  połówkach  beleczek  wcześniej 

złamanych. Aby uniknąć każdorazowego pomiaru ich powierzchni (A), w badaniach należy 

zastosować  wkładkę  do  prasy  o  stałej  powierzchni  docisku  równej  1600  mm

(40x40  mm  i 

grubości  10  mm).  Beleczki  należy  umieścić  powierzchniami  bocznymi  pomiędzy  płytkami 

dociskowymi.  

 

  

 

Rys.4 Widok ogólny badania wytrzymałości na ściskanie beleczek cementowych 

 

Uzyskana  wartość  siły  ściskającej  (kN)  służy  do  obliczenia  wytrzymałości  na  ściskanie 

według wzoru:  

,[

]

c

c

F

R

MPa

A

 

 

gdzie: 

F

c

 – wytrzymałość na ściskanie [kN], A – pole powierzchni płytek dociskowych [mm

2

 

Wynikiem  badania  jest  średnia  arytmetyczna  z  sześciu  uzyskanych  wytrzymałości 

badanych połówek beleczek. 

 
Zarówno wytrzymałość na zginanie jak i na ściskanie można badać, w zależności od potrzeb, 
w terminach np. 2, 7 i 28 dniach lub później. Wytrzymałość na ściskanie 28-dniowa pozwala 
przypisać badanemu cementowi jego podstawowa cechę: klasę cementu (Tabela 3). 
 

 
 
 
 
 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 
 
 
Tabela 3.  Wymagania mechaniczne i fizyczne podane jako 

wartości charakterystyczne 

Klasa 
wytrzymałości 

Wytrzymałość na ściskanie [MPa] 

Początek 

czasu 

wiązania 

[min] 

Stałość 

objętości 

(rozszerzalności 

[mm] 

Wytrzymałość 

wczesna 

Wytrzymałość 

normowa 

po 2 

dniach 

po 7 

dniach 

Po 28 dniach 

min. – max. 

32,5 N 

 16,0 

 32,5 

 52,5 

 75 

 10 

32,5 R 

 10,0 

42,5 N 

 10,0 

 42,5 

 62,5 

 60 

42,5 R 

 20,0 

52,5 N 

 20,0 

 52,5 

 45 

52,5 R 

 30,0 

 

Uwaga dotycząca jednostek

.  

 

Stosowaną  jednostką  wytrzymałości  jest  1  N/mm

2

,  natomiast  w  Polsce  przyjęto  za 

jednostkę podstawową 1 MPa. Przelicznik jest następujący: 1 N/mm

2

 

= 1 MPa. 

 
 

Wymagany zakres wiadomości teoretycznych (ćwiczenie nr 1):  

  Rodzaje spoiw mineralnych, przykłady. 

  Definicja cementu, w tym rodzaj podstawowych tlenków oraz faz klinkierowych.  

  Skład i rodzaje cementu; w tym klasy i odmiany. 

  Rodzaj stosowanych dodatków mineralnych, ich znaczenie. 

  Rodzaje wykonywanych badań na świeżych zaprawach oraz sposób ich przeprowadzenia. 

  Rodzaje wykonywanych badań na zaprawach stwardniałych oraz sposób ich realizacji. 

  Wymagania stawiane zaprawom budowlanym.  

 

Warunki zaliczenia 

ćwiczenia nr 1:  

• przedstawienie sprawozdania z wykonania ćwiczenia z interpretacją wyników badań. 

 

 

 

 

background image

Politechnika Gdańska   WILiŚ                                                       Przedmiot: Laboratorium  z Technologii Betonu 
Katedra Budownictwa i Inż. Materiałowej                                   Kierunek: Budownictwo, sem. IV 
 dr inż. Elżbieta Haustein, mgr inż. Lucyna Grabarczyk                                             

 

 

 

Literatura pomocnicza 

1.  Grabowski W. i  in.: Budownictwo ogólne. Tom1, Arkady,  Warszawa 2008 

2.  Jamroży Z: Technologia Betonu. Warszawa PWN, 2006 

3.  Osiecka  E.:  Materiały  budowlane.  Spoiwa  mineralne.  Kruszywa.  Wydawnictwo 

Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2005 

4.  Osiecka  E.:  Wybrane  zagadnienia  z  technologii  mineralnych  kompozytów  budowlanych. 

Wydawnictwo Politechniki Warszawskiej, Warszawa 2000 

5.  Peukert S.: Cementy powszechnego użytku i specjalne. Polski Cement, Kraków 2000 

6.  Rajczyk  J.,  Halbiniak  J.,  Langier  B.:  Technologia  kompozytów  betonowych  w 

laboratorium  i  w  praktyce.  Wydawnictwo  Politechniki  Częstochowskiej.  Częstochowa 

2012. 

7.  Neville A.M.: Właściwości betonu, Polski Cement, Kraków 2000 

8.  Zieliński  K.:  Podstawy  Technologii  Betonu.  Wydawnictwo  Politechniki  Poznańskiej. 

Poznań 2010.