Одним из показателей дисперсности цемента является удельная поверхность. Она характеризуется суммарной площадью поверхности зерен в одном грамме цемента. Определяется методом воздухопроницаемости, который основан на сопротивлении слоя цемента воздуху, проходящему через него. С увеличением дисперсности с 3 до 4…4,5 тыс.см2/г повышается прочность цемента на 15…20%.
Оборудование и материалы: проба цемента; пневматический поверхностемер; сушильный шкаф; эксикатор; технические весы; фарфоровая чашка, сито № 09; секундомер; фильтровальная бумага.
Удельная поверхность зерен определяется при помощи специального прибора — пневматического поверхностемера (рис. 4), который состоит из гильзы, манометра–аспиратора, крана, резиновой груши и регулятора разрежения.
Гильза представляет собой металлический цилиндр с внутренним диаметром 25,2±0,1 мм, перегороженный диском в виде металлической перфорированной пластинки толщиной 2 мм с 88 отверстиями диаметром 1,2 мм каждое, опирающейся на заплечники гильзы. Цилиндр устанавливается на донышко в виде обоймы. С помощью гильзы через резиновый шланг нижняя часть камеры соединяется с манометром–аспиратором.
Рис. 4. Пневматический поверхностемер:
а – схема прибора, 1 – гильза, 2 – манометр–аспиратор, 3 – кран, 4 – регулятор разрежения, 5 – резиновая груша; 6 – гильза: 6 – камера, 7 – перфорированный диск, 8 – заплечники, 9 – трубка, 10 – донышко с обоймой; в – плунжер: 11 – рукоятка, 12 – канал, 13 – упорное кольцо, 14 – корпус; г – манометр–аспиратор: 15, 16 – уширения на трубке для воды, 17 – трубка, 18 – кран, 19 – открытое колено с уширением; д – гидравлический регулятор разрежения: 20 — трубка для ввода воздуха, 21 — трубка в виде тройника, 22 – сосуд
Для уплотнения цемента в гильзе служит плунжер, изготовленный в виде цилиндра с вертикальным каналом для прохода воздуха, упорным кольцом и рукояткой. Манометр–аспиратор предназначен для создания разрежения, в результате которого происходит просасывание воздуха через слой цемента, и для измерения величины этого разрежения. Он представляет собой стеклянный сосуд с двумя коленами, заполненными водой до нулевой отметки. Одно колено присоединено к гильзе и регулятору разрежения, второе открыто. Первое колено имеет два уширения, из которых верхнее служит для измерения дисперсности цемента с большей удельной поверхностью, нижнее – с малой. Выше и ниже этих уширений имеются метки b, с, d, e, а также нулевая метка на колене, до которой манометр–аспиратор заполняется жидкостью, и верхняя а, до которой должна подняться жидкость до начала измерения. Краном включается и выключается манометр аспиратора.
Гидравлический регулятор разрежения состоит из стеклянного сосуда и трубки для ввода воздуха. Он заполняется насыщенным раствором поваренной соли в количестве, достаточном, чтобы при создании разрежения жидкость в закрытом колене манометра–аспиратора поднималась до уровня, отмеченного буквой а.
Разрежение создается водоструйным насосом или резиновой грушей, имеющей клапаны для создания движения воздуха в одном направлении.
Подготовка к испытанию. Перед испытанием следует проверить герметичность гильзы и всех соединений прибора. Для этого гильзу закрывают сверху резиновой пробкой, гидравлический регулятор заполняют насыщенным раствором поваренной соли, а манометр–аспиратор – водой. Открывают кран и создают разрежение с помощью резиновой груши или водоструйного насоса. Уровень воды в манометре–аспираторе доводят до метки а и закрывают кран. При герметичности соединений прибора уровень воды не должен опускаться. Если же он опускается, следует найти и устранить место подсоса воздуха.
Для проверки правильности измерения применяется эталонный порошок, размолотый до определенной удельной поверхности, и очищенный соляной кислотой кварцевый песок.
В паспорте прибора указывается величина навески, коэффициент пористости, удельная поверхность эталонного порошка.
Подготовка пробы цемента заключается в следующем. Цемент просеивают через сито № 09, отвешивают 25 г, высушивают в сушильном шкафу при температуре 105…110°С в течение 2 ч, охлаждают в эксикаторе. Затем из подготовленной пробы берут навеску цемента, взвешенную с точностью до 0,01 г, которую затем помещают в гильзу прибора. Величину навески подбирают опытным путем. Она зависит от истинной плотности цемента и величины уплотнения.
Цемент помещают в гильзу, сверху устанавливают плунжер, умеренно нажимают на него рукой, чтобы верхний обрез кольца был на верхнем уровне гильзы. В гильзе должен получиться плотный слой цемента с коэффициентом пористости П = 0,48±0,1. Тогда по истинной плотности цемента рц и его объему V в гильзе вычисляют массу навески m, г, по формуле
m= рц(1–П), (4)
где m – масса испытываемого цемента, г; rи – истинная плотность цемента, г/см3; V – объем слоя цемента в гильзе, см3.
Он равен 7,5 см3 при площади поперечного сечения гильзы 5 см3 и высоте слоя цемента 1,5 см.
Проведение испытаний. Из приготовленной пробы цемента берут навеску, подобранную опытным путем, и взвешивают ее с точностью до 0,01 г.
В гильзу прибора помещают перфорированный диск, на него укладывают кружок фильтровальной бумаги, вырезанной по диаметру гильзы, и всыпают цемент. Слегка постукивая по стенке цилиндра, выравнивают поверхность цемента. Затем укладывают второй кружок фильтровальной бумаги, сверху устанавливают плунжер, умеренно нажимают на него рукой, чтобы упорное кольцо плунжера было на уровне верха гильзы.
Гильзу присоединяют к манометру–аспиратору резиновой трубкой. Затем при помощи груши или водоструйного насоса создают разрежение под слоем цемента и открывают кран. Вода должна подняться до уровня а между двумя линиями, после чего кран закрывают. Вода в колене начнет опускаться, просасывая воздух через цемент, находящийся в гильзе. Когда вода достигнет уровня b, включают секундомер и замеряют время Т опускания ее до уровня с. Если вода опускается быстро и затрудняется возможность зафиксировать время опускания, пользуются нижним расширением и замеряют время опускания воды между уровнями d и с. Просасывание воздуха через одну навеску цемента выполняют два или три раза. Разность между наименьшим и наибольшим значениями не должна превышать 10%. Для последующих расчетов принимают среднее арифметическое значение.
Обработка результатов. Удельную поверхность цемента S, см2/г, вычисляют по формуле
(5)
где
S – удельная поверхность цемента, см2/г;
К – постоянная пневматического поверхностемера, которая указывается в паспорте прибора для верхнего и нижнего расширений манометра–аспиратора;
П – коэффициент пористости цемента в гильзе в долях единицы;
Т – время снижения уровня воды от отметки а до отметки b верхнего расширения или от с до d нижнего расширения манометра–аспиратора, с;
η – βязкость воздуха, пуаз.
Результаты испытания записывают в табл. 4.
Таблица 4