🧱 Wytrzymałość cementu
Oznaczanie wytrzymałości cementu na ściskanie i zginanie na beleczkach zaprawy normowej 40×40×160 mm. Podstawa klasyfikacji cementu do klas wytrzymałości.
Przegląd
Badanie wytrzymałości cementu na ściskanie (i opcjonalnie na zginanie) jest fundamentalnym badaniem w technologii materiałów wiążących. Wynik po 28 dniach dojrzewania stanowi podstawę klasyfikacji cementu do klasy wytrzymałości (32,5; 42,5; 52,5 MPa) oraz podklasy wczesnej wytrzymałości (N — normalna, R — wysoka). Badanie wykonywane jest na beleczkach zaprawy normowej o wymiarach 40×40×160 mm.
Norma PN-EN 196-1 precyzyjnie określa skład zaprawy normowej: 450 g cementu + 1350 g piasku normowego (CEN) + 225 g wody (w/c = 0,50). Piasek normowy CEN jest certyfikowanym piaskiem naturalnym kwarcowym o ściśle określonym uziarnieniu, produkowanym przez wyznaczone laboratoria (np. SNL we Francji, Normensand GmbH w Niemczech). Użycie piasku niestandardowego unieważnia wynik.
Zaprawa mieszana jest w mieszarce automatycznej wg ścisłego programu czasowego, formowana w trójdzielnych formach i zagęszczana na stole wstrząsowym (60 cykli w 60 s). Po rozformowaniu (po 24 h) beleczki przechowywane są w wodzie o temperaturze 20 ± 1°C do dnia badania (2 lub 7 dni — wytrzymałość wczesna, 28 dni — normowa).
Badanie jest obowiązkowe w zakładowej kontroli produkcji cementu (ZKP), ocenie zgodności wg PN-EN 197-1 oraz certyfikacji wyrobu. Wytwórnie cementu wykonują to badanie codziennie. Laboratoria badawcze wykonują je w ramach nadzoru rynku i badań porównawczych (PT).
Zasada metody
Beleczki zaprawy normowej 40×40×160 mm, po odpowiednim czasie dojrzewania, badane są najpierw na zginanie, a następnie powstałe połówki na ściskanie. W próbie zginania beleczkę umieszcza się na dwóch podporach (rozstaw 100 mm) i obciąża siłą skupioną w środku rozpiętości z prędkością 50 ± 10 N/s. W próbie ściskania połówkę beleczki umieszcza się między dwiema płytami dociskowymi 40×40 mm i obciąża z prędkością 2400 ± 200 N/s. Wytrzymałość na ściskanie Rc = Fc/1600 [MPa], gdzie Fc — siła niszcząca [N].
Zastosowania
- Klasyfikacja cementu do klas wytrzymałości (32,5; 42,5; 52,5 MPa)
- Zakładowa kontrola produkcji cementu (ZKP wg PN-EN 197-2)
- Ocena zgodności cementu z normą PN-EN 197-1
- Badania typu (ITT) nowych rodzajów cementu
- Badania porównawcze (PT/ILC) laboratoriów cementowych
- Kontrola jakości cementów specjalnych (siarczanoodporny, niskocieplny)
Kluczowe parametry
| Parametr | Wartość |
|---|---|
| Wymiary beleczek | 40 × 40 × 160 mm |
| Skład zaprawy | 450 g cementu + 1350 g piasku CEN + 225 g wody |
| Prędkość obciążania (ściskanie) | 2400 ± 200 N/s |
| Prędkość obciążania (zginanie) | 50 ± 10 N/s |
| Warunki dojrzewania | Woda 20 ± 1°C |
| Terminy badań | 2 dni (wczesna R) lub 7 dni (wczesna N) i 28 dni |
Norma
- Numer normy
- PN-EN 196-1:2016
- Tytuł (PL)
- Metody badania cementu — Część 1: Oznaczanie wytrzymałości
- Title (EN)
- Methods of testing cement — Part 1: Determination of strength
Procedura krok po kroku
1. Przygotowanie materiałów
Wytemperować cement, piasek i wodę do 20 ± 1°C. Odważyć: 450 ± 2 g cementu, 1350 ± 5 g piasku CEN, 225 ± 1 g wody.
2. Przygotowanie form
Oczyścić formy trójdzielne. Posmarować olejem formierskim. Zamocować na stole wstrząsowym. Sprawdzić szczelność.
3. Mieszanie zaprawy
Wlać wodę do mieszarki. Dodać cement. Mieszać 30 s (wolno). Dodawać piasek przez 30 s. Mieszać 30 s (szybko). Przerwa 90 s. Mieszać 60 s (szybko).
4. Formowanie beleczek
Napełnić formy zaprawą w dwóch warstwach. Po każdej warstwie zagęścić na stole wstrząsowym (60 wstrząsów w 60 s). Wyrównać powierzchnię.
5. Dojrzewanie wstępne
Umieścić formy w komorze wilgotnościowej (20 ± 1°C, wilg. ≥90%) na 24 h. Przykryć płytą szklaną.
6. Rozformowanie
Po 24 h ostrożnie rozformować beleczki. Oznakować (numer, data). Umieścić w basenie wodnym 20 ± 1°C.
7. Dojrzewanie w wodzie
Przechowywać w wodzie 20 ± 1°C do dnia badania. Woda musi pokrywać beleczki min. 5 mm. Wymieniać co 2 tygodnie.
8. Badanie wytrzymałości na zginanie
Wyjąć beleczkę z wody. Umieścić na podporach (100 mm). Obciążać z prędkością 50 ± 10 N/s do złamania. Zapisać siłę niszczącą Ff.
9. Badanie wytrzymałości na ściskanie
Połówki beleczek umieścić między płytami 40×40 mm. Obciążać z prędkością 2400 ± 200 N/s do zniszczenia. Zapisać siłę Fc.
10. Obliczenie wyników
Rf = 1,5 × Ff × l / b³ [MPa] (zginanie, l=100 mm, b=40 mm). Rc = Fc / 1600 [MPa] (ściskanie). Wynik = średnia z 6 wartości ściskania.
11. Ocena i klasyfikacja
Porównać Rc28 z wymaganiami PN-EN 197-1: klasa 32,5 (≥32,5 MPa), 42,5 (≥42,5 MPa), 52,5 (≥52,5 MPa). Sprawdzić Rc2 lub Rc7.
12. Dokumentacja
Sporządzić sprawozdanie: rodzaj cementu, data zarobienia, warunki dojrzewania, wyniki Rf i Rc, klasyfikacja.
Wymagany sprzęt i aparatura
| Sprzęt | Przykład | Orientacyjna cena |
|---|---|---|
| Prasa do beleczek cementowych | Controls Autotest 300, Matest E161/E159, TZB-130 (ARHO) | 40 000–150 000 PLN |
| Przystawka do zginania beleczek | Rozstaw podpór 100 mm, prędkość 50 ± 10 N/s | 5 000–15 000 PLN (w zestawie z prasą) |
| Mieszarka automatyczna do zapraw | Controls 65-L0005, Matest E093 — program mieszania wg PN-EN 196-1 | 8 000–20 000 PLN |
| Formy trójdzielne 40×40×160 mm | Stalowe wg PN-EN 196-1, Controls, Matest | 1 500–4 000 PLN/szt. |
| Stół wstrząsowy | Controls 65-L0030, Matest E095 — 60 wstrząsów w 60 s | 5 000–12 000 PLN |
| Basen wodny termostatowany | Controls 65-L0006 — 20 ± 1°C, pojemność min. 100 L | 3 000–10 000 PLN |
| Waga laboratoryjna | Radwag PS 6000/C/2, dokładność 1 g, zakres do 6000 g | 2 000–5 000 PLN |
Odczynniki, podłoża i materiały eksploatacyjne
| Odczynnik | CAS | Szczegóły |
|---|---|---|
| Piasek normowy CEN (EN 196-1) | — | Certyfikowany piasek kwarcowy, uziarnienie 0,08–2,0 mm, opakowania 1350 g, producent: SNL/Normensand |
| Cement badany | — | Próbka cementu pobrana wg PN-EN 196-7, przechowywana w szczelnym pojemniku |
| Woda destylowana lub dejonizowana | — | Do przygotowania zaprawy (225 g na zamies) i napełnienia basenu dojrzewania |
| Olej formierski | — | Cienka warstwa na wewnętrzne ścianki form — ułatwia rozformowanie beleczek |
Bezpieczeństwo i higiena pracy (BHP)
- Prasa wytrzymałościowa — ryzyko zmiażdżenia, stosować osłony ochronne
- Cement — działanie drażniące na skórę i oczy (pH>12), rękawice i okulary ochronne
- Pył cementowy — stosować maskę FFP2 przy odważaniu i mieszaniu
- Odłamki zaprawy przy zniszczeniu — okulary ochronne
- Gorąca woda (opcjonalnie) — przy badaniach przyśpieszonych