Выравнивание (каппинг) торцов бетонных контрольных образцов серным составом

Испытание бетонных смесей, доставляемых на строительную площадку, позволяет убедиться в качестве бетона и его прочностных характеристиках для готового объекта. Репрезентативный отбор проб свежей бетонной смеси обеспечивает материал для проведения на месте испытаний по определению температуры, консистенции и воздухосодержания, а также для формования бетонных образцов-цилиндров размером 100x200 мм или 150x300 мм для лабораторных испытаний на прочность при сжатии.

Оба торца бетонных образцов-цилиндров должны быть гладкими и ровными для равномерного распределения сжимающих усилий и обеспечения точности испытаний на прочность. Верхние поверхности образцов выравниваются в полевых условиях и обычно не соответствуют требованиям методики испытаний по плоскостности и перпендикулярности. Торцы можно отпилить или отшлифовать, но эти процессы трудоемки и требуют дорогостоящего оборудования. Другой вариант — нанесение цементного теста или гипсового раствора на свежеотформованные образцы; эта операция требует тщательной подготовки и навыков для правильного выполнения.

Двумя наиболее популярными способами обработки торцов цилиндрических бетонных образцов являются выравнивание (каппинг) серным составом и использование неопреновых упругих прокладок. Оба метода имеют свои преимущества, как отмечено в предыдущей статье: «Испытание на прочность при сжатии: каппинг серным составом или неопреновые прокладки?».

• Неопреновые прокладки удобны и могут использоваться многократно.
• Серный состав экономичен при испытании большого количества образцов и часто является предпочтительным методом обработки торцов благодаря его долгой истории использования.
• Выравнивающие слои (колпачки) из серного состава обеспечивают надежные результаты определения прочности и стабильно демонстрируют предсказуемые характеры разрушения испытуемого образца. В некоторых случаях серный каппинг-состав допустимо использовать для испытания бетонных смесей с прочностью на сжатие, превышающей его собственную. ASTM C617/AASHTO T 231 — это стандартная методика выравнивания торцов бетонных контрольных образцов-цилиндров серным составом.

Серный каппинг-состав для бетонных образцов — это композиция на основе серы, включающая такие добавки, как зола-уноса, в качестве наполнителя или для модификации характеристик материала. В некоторых продуктах используется пластификатор для увеличения текучести и улучшения способности заполнять поры (или раковины) на поверхности бетона. Каппинг-состав производится в виде хлопьев для быстрого и равномерного плавления или в виде твердых слитков (чушек) для удобства хранения и обращения.

Примечание: Важно использовать средства индивидуальной защиты (СИЗ) при работе с серным каппинг-составом. Плотные перчатки, защита глаз, респираторы и защита открытых участков кожи предотвратят раздражение и травмы.

Серный каппинг-состав, особенно в расплавленном состоянии, требует соблюдения мер предосторожности, указанных в Паспорте безопасности материала (SDS), и должен всегда использоваться в хорошо вентилируемом помещении.

При испытании образца-куба размером 50 мм (2 дюйма), как подробно описано в C617, серный состав должен иметь минимальную прочность на сжатие 34,5 МПа (5000 psi) в возрасте 2 часов, чтобы можно было испытывать бетонные смеси с прочностью до 50 МПа (7000 psi). Каппинг-состав со временем набирает дополнительную прочность, достигая 62,1 МПа (9000 psi) через 24 часа. Испытания могут проводиться на бетоне с проектной прочностью выше 50 МПа (7000 psi), если производитель или конечный пользователь предоставит документацию, подтверждающую проведение специальных испытаний для подтверждения эксплуатационных характеристик.

Лабораторное оборудование для каппинга серным составом

Оборудование для каппинга торцов бетонных образцов-цилиндров является экономичным и простым в использовании.

• Качественная плавильная ванна (тигель) обеспечивает равномерный нагрев серного состава. Правильное распределение тепла предотвращает опасное повышение давления частично расплавленного состава. Поддержание правильной температуры позволяет избежать перегрева, образования избыточных паров и ухудшения свойств смеси. Идеальная вместимость плавильной ванны должна быть достаточной для выравнивания всех образцов, запланированных к испытанию в течение дня.
• Устройство для каппинга (каппер) позволяет формировать выравнивающий слой (колпачок) необходимой толщины, точно соосный с бетонным образцом. Эти массивные стальные приспособления имеют прецизионно обработанные поверхности для обеспечения плоскостности и перпендикулярности и обычно крепятся болтами к лабораторному столу.
• Прочный термометр с диапазоном измерения до 204°C (400°F) или выше, имеющий термостойкую конструкцию, выдержит жесткие условия эксплуатации.
• Металлический ковш (разливочная ложка) для заливки расплавленного состава в каппер. Ручка должна быть достаточно длинной, чтобы легко доставать до дна плавильной ванны.
• Средства индивидуальной защиты (СИЗ), указанные в Паспорте безопасности материала (SDS) для защиты глаз, кожи и органов дыхания, обеспечивают безопасность персонала. Стандарт ASTM C617 требует использования вытяжного шкафа с вентиляцией, выведенной наружу.

Методика (Технология) каппинга бетонных образцов-цилиндров

Каппинг бетонного образца-цилиндра — несложный процесс, но, как и в любом деле, существуют приемы, делающие его проще и эффективнее. Тщательно следуйте рекомендациям производителя каппинг-состава при подготовке материала к использованию.

Примечание: Каппинг-состав, хранившийся во влажных условиях или загрязненный свободной влагой (водой), может вспениваться или разбрызгиваться при нагревании, создавая опасность. Материал, в который попала влага, не наберет прочности, необходимой для использования.

Плавление каппинг-состава

• Поместите в плавильную ванну достаточное количество сухого состава для выравнивания всех образцов, запланированных на день.
• Установите регуляторы температуры плавильной ванны в соответствии с указаниями производителя состава, и ни в коем случае не превышайте рекомендованную температуру.
• Держите крышку плавильной ванны закрытой во время процесса плавления для сохранения тепла и уменьшения выделения паров.
• Соблюдайте осторожность при повторном нагреве состава, оставшегося в плавильной ванне. Плавильные ванны низкого качества, не имеющие нагревательных элементов в боковых стенках, могут нагреваться неравномерно, что может привести к возникновению давления под нерасплавленным верхним слоем. Если оставить металлический стержень или разливочную ложку в плавильной ванне на время остывания и последующего разогрева, это предотвратит нарастание давления.
• Когда состав полностью расплавится, тщательно перемешайте его и проверьте температуру, чтобы убедиться в ее соответствии инструкциям. Смесь должна быть однородной и легкотекучей. При перегреве она становится слишком густой и вязкой для использования. В большинстве случаев снижение температуры при одновременном перемешивании позволит вернуть ей необходимую текучесть.

Прогрев плиты каппера

Прогрев плиты каппера перед первым использованием оптимизирует толщину и качество выравнивающего слоя. Состав будет застывать равномерно, что позволит получать выравнивающие слои одинаковой толщины.

• Смажьте углубление плиты каппера тонким слоем минерального или чистого моторного масла.
• С помощью разливочной ложки залейте состав в углубление почти доверху.
• Дайте составу застыть; в это время он будет прогревать плиту в течение нескольких минут.
• С помощью деревянной или твердопластиковой киянки извлеките (выбейте) застывший состав из плиты и удалите его. (Он может быть повторно использован с учетом ограничений, указанных в методике испытаний.)

Подготовка бетонных контрольных образцов-цилиндров

Перед каппингом проверьте бетонный образец-цилиндр на соответствие размерным допускам стандарта ASTM C39. На этом этапе также может потребоваться измерить плотность образца.

• Во время операций каппинга необходимо поддерживать влажность поверхности образцов, находящихся на твердении. В то же время выравниваемые поверхности должны быть достаточно сухими, чтобы избежать образования паровых раковин (карманов) при контакте с горячим составом.
• Ограничьте время нахождения образцов вне влажных камер или ванн для твердения.
• Оберните или накройте незащищенные образцы влажной мешковиной.
• Непосредственно перед каппингом высушите торцы образцов полотенцем.
• Осмотрите верхнюю поверхность образца-цилиндра на предмет качества обработки и плоскостности. Если она не соответствует требованиям методики испытаний, может потребоваться шлифовка или отпиливание этой поверхности. Если такая проблема возникает часто, это признак ненадлежащего качества финишной обработки в полевых условиях.
• Образцы-цилиндры, изготовленные в многоразовых металлических формах или картонных формах с покрытием, могут иметь на поверхности остатки смазки для форм или парафина. Эти остатки необходимо удалить с торцов проволочной щеткой перед каппингом.

Процесс каппинга контрольного образца-цилиндра

После завершения этапов подготовки бетонных контрольных образцов-цилиндров и каппинг-состава сам процесс каппинга достаточно прост.

• С помощью кисти или ветоши слегка смажьте углубление каппера минеральным или моторным маслом в качестве разделительного состава. Не используйте проникающие масла и не наносите масло на сам бетонный образец.
• С помощью разливочной ложки перемешайте подготовленный каппинг-состав и зачерпните материал для заливки в углубление каппера. Не заполняйте углубление полностью; опыт поможет вам точно определить необходимое количество. Не беспокойтесь, если сначала произойдет небольшой перелив.
• Возьмите бетонный образец-цилиндр, крепко обхватив его с боков, и установите его строго по центру вертикального направляющего приспособления каппера так, чтобы его нижний торец находился на 2,5–5 см (один-два дюйма) над расплавленным составом.
• Медленно и плавно опустите образец в состав, сохраняя вертикальное положение. Слишком быстрое опускание образца может привести к разбрызгиванию расплавленного состава и вызвать серьезные ожоги незащищенной кожи.
• Удерживайте образец в этом положении несколько секунд, пока не увидите, что состав начинает застывать по периметру, затем его можно отпустить.
• Оставьте образец в неподвижном состоянии до полного застывания состава. Это время будет варьироваться в зависимости от температуры смеси, плиты каппера и образца, но обычно составляет от пятнадцати до тридцати секунд.
• Поместите стержень между образцом и направляющим приспособлением и, используя его как рычаг, слегка наклоните верхнюю часть образца вперед, чтобы отделить его от плиты каппера. Вертикальные капперы Gilson оснащены встроенным механизмом для выполнения этого действия.
• Позвольте образцу вернуться в вертикальное положение, затем возьмите его с обеих сторон, чтобы извлечь из каппера.
• Выравнивающие слои должны твердеть минимум два часа перед испытанием; для бетонов высокой прочности может потребоваться шестнадцать часов или более.

Проверка качества выравнивающего слоя (колпачка)

Толщина и общее состояние выравнивающего слоя оказывают значительное влияние на точность результатов испытаний на прочность. Существуют простые проверки для контроля качества.

• После каппинга дайте выравнивающему слою остыть и проверьте его на наличие пустот или паровых раковин, простукивая поверхность ребром монеты и прислушиваясь к изменению характера звука.
• С помощью поверочной линейки и щупа толщиной 0,05 мм проверьте плоскостность выравнивающего слоя как минимум в трех местах.
• После завершения испытания на прочность при сжатии отделите (сколите) выравнивающие слои и измерьте их толщину. Стандартная методика испытаний устанавливает допустимые толщины выравнивающих слоев для бетонов различной прочности, но в целом наиболее надежные результаты обеспечивают тонкие и однородные по толщине слои.

Повторное использование (рециклинг) каппинг-состава

Повторное использование серного каппинг-состава допустимо в некоторых случаях, но имеет ряд ограничений. При тщательном контроле такая практика может снизить затраты. Использованный каппинг-состав, включая материал, оставшийся в плавильной ванне, можно использовать повторно до пяти раз для испытания бетонных смесей с проектной прочностью до 35 МПа (5000 psi). Для смесей более высокой прочности повторное использование не допускается.

Со временем, из-за многократного повторного нагрева и накопления загрязняющих примесей (таких как вода, грязь или смазка для форм) свойства материала изменяются. Он может вспениваться при нагревании, становиться слишком густым для правильной заливки или терять прочность. Более частые испытания прочности образцов-кубов из серного состава и визуальная оценка характеристик материала помогут определить, когда его следует утилизировать.

Надеемся, эта статья предоставила вам полезную информацию по выбору оборудования и методике каппинга бетонных контрольных образцов-цилиндров. Пожалуйста, свяжитесь с нашими экспертами по испытаниям для обсуждения ваших конкретных задач и областей применения.