Испытание бетонных цилиндров с серной шапкой: оборудование и методы

Испытание бетонных смесей, доставляемых на строительную площадку, обеспечивает контроль качества и прочностных характеристик готового объекта. Представительные пробы материала позволяют проводить на месте испытания температуры, консистенции и содержания воздуха, а также формовать бетонные цилиндры размером 10x20 см или 15x30 см для лабораторных испытаний на прочность при сжатии.

Большинство испытаний бетона на прочность направлены на оценку качества бетонной смеси, поставляемой на объект. Результаты лабораторных испытаний на прочность не отражают фактическую прочность бетона в готовых конструкциях, если не приняты специальные меры по уходу и обращению с образцами.

Верхние поверхности цилиндров обрабатываются на месте и, как правило, не соответствуют требованиям метода испытаний к плоскостности и перпендикулярности. Торцы цилиндров должны быть гладкими и ровными для равномерного распределения сжимающих усилий и обеспечения точности испытаний на прочность. Торцы можно обрезать пилой или отшлифовать, но эти процессы требуют много времени и дорогостоящего оборудования. Другой вариант – нанесение цементного теста или гипсовой штукатурки на свежеотформованные образцы, что требует тщательной подготовки и определенных навыков.

Двумя наиболее распространенными способами обработки торцов цилиндрических бетонных образцов являются нанесение серного раствора (серной крышки) и использование неопреновых прокладок. Оба метода имеют свои преимущества, как отмечалось в более ранней нашей статье "Испытание на прочность при сжатии: серная шапка или неопреновые прокладки?". Неопреновые прокладки удобны и могут использоваться многократно. Серный раствор экономичен при испытании большого количества цилиндров и часто является предпочтительным способом обработки торцов благодаря своей долгой истории применения. Он обеспечивает надежные результаты прочности и стабильное проявление характера разрушения, которые предсказуемы и хорошо изучены. В некоторых случаях серный раствор допустимо использовать для испытания бетонных смесей с более высокой прочностью при сжатии, чем у самого раствора. Стандартная методика нанесения серной шапки описана в ASTM C617/AASHTO T 231.

Серный раствор для бетонных образцов представляет собой композицию на основе серы с добавками, такими как зола-унос, используемая в качестве наполнителя или для модификации свойств материала. В некоторые составы добавляют пластификатор для повышения текучести и улучшения заполнения пустот на поверхности бетона. Серный раствор выпускается в виде хлопьев для быстрого и равномерного плавления или в виде твердых слитков для удобного хранения и транспортировки.

Важно использовать средства индивидуальной защиты при работе с серным раствором. Плотные перчатки, защита глаз, респираторы и закрытая одежда предотвратят раздражение и травмы.

Работа с серным раствором, особенно в расплавленном состоянии, требует соблюдения мер предосторожности, указанных в паспорте безопасности материала (SDS), и должна всегда проводиться в хорошо проветриваемом помещении.

При испытании в виде куба со стороной 50 мм, как указано в C617, серный раствор должен иметь минимальную прочность при сжатии 34,5 МПа через 2 часа после приготовления, чтобы можно было испытывать бетонные смеси с прочностью до 50 МПа. Прочность раствора со временем увеличивается, достигая 62,1 МПа через 24 часа. Испытания бетона с проектной прочностью выше 50 МПа могут проводиться, если производитель или конечный пользователь предоставит документацию о проведении специальных испытаний.

Оборудование для нанесения серных крышек на бетонные цилиндры

Оборудование для нанесения крышек на бетонные цилиндры экономично и просто в использовании.

• Качественный тигель равномерно плавит сернистый материал, а правильное распределение тепла предотвращает опасное повышение давления частично расплавленного соединения. Поддержание правильной температуры позволяет избежать перегрева, чрезмерного выделения паров и повреждения свойств смеси. Идеальный объём тигля должен быть достаточным для нанесения крышек на все цилиндры, которые будут испытываться в течение дня.
• Пресс для нанесения крышек формирует колпачок необходимой толщины, правильно выровненный с бетонным цилиндром. Тяжёлые стальные приспособления изготовлены с высокой точностью для обеспечения плоскостности и перпендикулярности и, как правило, крепятся болтами к верстаку.
• Прочный термометр с диапазоном измерения 204 °C и выше, выполненный из термостойкого материала, выдержит жёсткие условия эксплуатации.
• Металлический ковш для заливки расплавленного соединения в пресс. Ручка должна быть достаточно длинной, чтобы легко доставать до дна тигля.
• Средства индивидуальной защиты (СИЗ), указанные в паспорте безопасности (SDS) для защиты глаз, кожи и органов дыхания, обеспечивают безопасность персонала. Согласно стандарту ASTM C617, необходим вытяжной шкаф с выводом на улицу.

Техника нанесения колпачков на бетонные цилиндры

Нанесение крышки/колпачка на бетонный цилиндр – несложный процесс, но, как и в любом деле, некоторые приёмы делают его проще и эффективнее. Внимательно следуйте рекомендациям производителя материала для колпачков при подготовке материала к использованию.

Плавка материала для колпачков

Материал для колпачков, хранившийся во влажных условиях или загрязнённый свободной влагой, может пениться или разбрызгиваться при нагревании, создавая опасность. Загрязнённый влагой материал не будет обладать необходимой прочностью.

• Поместите в тигель, как минимум, такое количество сухого материала, которое потребуется для нанесения колпачков на все цилиндры за день.
• Установите регуляторы температуры тигля в соответствии со спецификациями производителя материала, но ни в коем случае не выше.
• Держите крышку тигля закрытой во время плавления, чтобы сохранить тепло и уменьшить количество паров.
• Будьте осторожны при повторном нагревании оставшегося в сосуде материала. Тигли низкого качества, у которых нагревательные элементы не расположены в боковых стенках, могут нагреваться неравномерно и задерживать давление снизу, прежде чем расплавится верхняя поверхность. Оставление металлического стержня или ковша для заливки в тигле во время охлаждения и повторного нагрева предотвратит накопление давления.
• Когда материал, кажется, полностью расплавился, тщательно перемешайте его и проверьте температуру, чтобы убедиться, что она соответствует инструкциям. Смесь должна быть однородной и свободно текучей. При перегреве она становится слишком густой и вязкой для использования. В большинстве случаев снижение температуры при перемешивании вернёт ей текучесть.

Нагрев плиты пресса для колпачков

Прогрев плиты пресса перед первым использованием оптимизирует толщину и качество колпачков. Материал будет затвердевать равномерно, обеспечивая постоянную толщину колпачков.

• Нанесите тонкий слой минерального или отработанного моторного масла на углубление плиты пресса.
• Залейте материал в углубление ковшом, почти доверху.
• Дайте материалу затвердеть, пока он нагревает плиту в течение нескольких минут.
• С помощью деревянного или твёрдопластикового молотка выбейте затвердевший материал из плиты и выбросьте его (его можно переработать в соответствии с ограничениями, указанными в методе испытаний).

Подготовка бетонных испытательных цилиндров

Перед заливкой защитного слоя (крышки) проверьте бетонный цилиндр на соответствие геометрическим допускам по стандарту ASTM C39. Также могут быть требования по измерению плотности образца на этом этапе.

Толщина колпачка в идеале должна составлять около 3 мм для получения надежных результатов испытаний. Максимальная толщина не должна превышать 8 мм в любой точке. Цилиндр должен быть осмотрен на предмет условий, которые могут повлиять на толщину и качество защитного слоя или точность результатов испытания на прочность.

Поверхностная влажность образцов для испытания на прочность при выдерживании должна поддерживаться во время операций по заливке защитного слоя. При этом залитые поверхности должны быть достаточно сухими, чтобы избежать образования паровых карманов при контакте с горячим составом.

• Ограничьте время нахождения образцов вне влажных помещений или резервуаров для выдерживания.
• Оберните или накройте открытые цилиндры влажной мешковиной.
• Непосредственно перед заливкой серного колпачка высушите торцы цилиндров полотенцем.
• Осмотрите верхнюю поверхность цилиндра на предмет качества отделки и плоскостности. Если она не соответствует требованиям метода испытания, может потребоваться шлифовка или распил этой поверхности. Если проблема возникает часто, это признак того, что методы отделки на объекте неадекватны.
• Испытательные цилиндры, отлитые в многоразовых металлических формах или формах из картона с покрытием, могут иметь остаточное поверхностное покрытие из разделительного масла или парафина. Этот остаток необходимо удалить с поверхностей проволочной щеткой или тряпкой перед заливкой защитного слоя.

Заливка колпачка на испытательный цилиндр

После завершения этапов подготовки бетонных испытательных цилиндров и состава для заливки крышки, сам процесс заливки несложен.

1. Используя щетку или тряпку, слегка покройте углубление заливочной машины минеральным или моторным маслом в качестве разделительного состава. Не используйте проникающие масла и не наносите масло на сам бетонный цилиндр.
2. Используйте ковш, чтобы перемешать приготовленный состав для заливки колпачка и зачерпнуть материал для заливки в углубление заливочной машины. Не заполняйте углубление полностью; опыт поможет вам точно определить необходимое количество. Не беспокойтесь, если поначалу будет некоторый перелив.
3. Возьмите бетонный цилиндр, крепко взявшись за боковые стороны, и установите его прямо на вертикальное центрирующее приспособление заливочной машины, расположив нижнюю поверхность на пару сантиметров выше расплавленного состава.
4. Плавно опустите цилиндр в состав, сохраняя вертикальное положение.
5. Удерживайте цилиндр в этом положении несколько секунд, пока не увидите, что состав затвердевает по периметру, затем можете его отпустить.
6. Оставьте цилиндр в покое, пока состав полностью не затвердеет. Это время будет варьироваться в зависимости от температуры смеси, заливочной плиты и цилиндра, но должно составлять от пятнадцати до тридцати секунд.
7. Поместите стержень между цилиндром и центрирующим приспособлением, чтобы использовать его как рычаг, надавливая на верхнюю часть цилиндра и слегка наклоняя его вперед, чтобы разорвать связь с заливочной машиной. Вертикальные заливочные машины Gilson оснащены встроенным механизмом для этого этапа.
8. Позвольте цилиндру вернуться в вертикальное положение, затем возьмитесь за него с обеих сторон, чтобы поднять и извлечь из заливочной машины.

Защитные слои должны выдерживаться минимум два часа перед испытаниями, а при испытании бетонных смесей с более высокой прочностью может потребоваться шестнадцать часов или более.

Проверка качества серной крышки

Толщина и общее состояние серной крыгки оказывают существенное влияние на точность результатов испытаний на прочность. Есть несколько простых проверок для контроля качества.

• После заливки дайте ему остыть и проверьте наличие пустот или паровых карманов, постукивая по поверхности ребром монеты и слушая изменение звука.
• С помощью линейки и щупа толщиной 0,05 мм проверьте плоскостность как минимум в трех областях колпачка.
• После завершения испытаний отломите защитные слои и измерьте их толщину. Метод испытания определяет допустимую толщину крышки для разных прочностей, но в целом наиболее надежные результаты дают тонкие и однородные защитные слои.

Переработка материала для крышек

Повторное использование серного раствора для заливки крышек допустимо в некоторых случаях, но имеет некоторые ограничения. При тщательном управлении эта практика может снизить расходы. Использованный раствор для заливки, включая материал, оставшийся в котле, можно использовать повторно до пяти раз для испытания бетонных смесей с проектной прочностью до 35 МПа. Повторное использование не допускается для смесей с более высокой прочностью.

Со временем постоянный повторный нагрев и увеличение содержания загрязняющих веществ, таких как вода, грязь или разделительное масло, изменяют свойства материала. Он может пениться при нагревании, становиться слишком густым для правильной заливки или терять прочность. Увеличение частоты испытаний на прочность кубиков раствора и визуальное наблюдение за характеристиками материала помогут определить, когда следует утилизировать материал.